1236

плиты для муфелей и используют в качестве футеровочного материала для элек­ тропечей.

Углеродистые огнеупоры. Углерод имеет очень высокую температуру плавле­ ния. При 3500 °С он испаряется, переходя сразу из твердого состояния в газо­ образное.

Огнеупорные изделия, содержащие углерод, можно разделить на две группы: изделия, состоящие преимущественно из углеродистых материалов (коксовые кирпичи), и шамотные изделия, содержащие углеродистые материалы (графито­ вые изделия).

Из углеродистых огнеупоров наибольшее распространение получили коксо­ вые кирпичи и блоки. Помимо огнеупорности, коксовые изделия отличаются высокой термической стойкостью и большим постоянством объема; они не сма­ чиваются шлаком, поэтому не разрушаются им. Единственный недостаток угле­ родистых изделий — горючесть.

Углеродистые кирпичи и блоки применяют главным образом для футеровки стенок и подин алюминиевых электролизных ванн.

Из графитсшамотных изделий наибольшее применение в цветной металлур­ гии получили тигли для плавки металлов и сплдвов. Огнеупорность графитовых

может вступать во взаимодействие с азотом и углеродом, образуя крупные кар­ биды.

Циркониевые огнеупоры применяют при изготовлении тиглей для плавки цветных металлов.

Цирконовые огнеупоры изготовляются из силиката циркона (Zr02-Si02). Огнеупорность изделий из циркона находится в пределах 1900—2000°С, темпе­ ратура начала размягчения под нагрузкой равна 1650°С.

Изделия высшей огнеупорности. Для получения тугоплавких редких метал­ лов— титана, циркония, тантала, молибдена, урана — требуются материалы с очень высокой огнеупорностью. Такими материалами являются чистые оксиды

инекоторые бориды.

Коксидным огнеупорам можно отнести оксид бериллия (ВеО) и оксид то­

рия (Th02) температура плавления ВеО 2570. Изделия из него обладают высо­ кой термостойкостью и теплопроводностью, малой пористостью. Они могут быть использованы в установках дистилляции металлов в вакууме. Температура пла­ вления Th02 3300 °С. Изделия из Th02 обладают большой плотностью и огне­ упорностью (3000°С). Их применяют для изготовления высокотемпературных •нагревателей электрических печей сопротивления. Борид циркония (ZrB2) имеет температуру плавления 3040 °С, борид хрома 1850 °С. Бориды в металлургии используются в качестве материалов для изготовления тиглей.

Теплоизоляционные материалы. В последнее время в металлургии стали применять теплоизоляционные или легковесные огнеупоры. Эти огнеупоры из­ готовлены из тех же материалов, что и обычные огнеупоры, но имеют большую пористость, малую плотность и меньший коэффициент теплопроводности. Подоб­ ные огнеупоры применяют для тепловой изоляции металлургических печей, что •позволяет уменьшить потери тепла стенками печи и дает большую экономию топлива. Иногда в качестве изоляционных материалов применяют гранулирован­ ный отвальный шлак, а также шлаковату.

Огнеупорность шамотных легковесов составляет 1650—1710 °С, пористость — до 60%. Применяются они при температурах не выше 1200—1350°С. Их ис­ пользуют для внутренней футеровки печи, а также для наружной изоляции.

Диатомит и трепел — естественные огнеупоры, являющиеся продуктом оса­ ждения мельчайших морских микроводорослей (диатомей). Они отличаются вы­ сокой пористостью и кислотоупорностью. Огнеупорность диатомита и трепела — до 1420 СС. Применяют их при температуре не выше 900 °С. Содержание Si02 составляет в среднем 74—94 %.

Асбест — горное волокно с огнеупорностью до 1570 °С. Применяется в виде крошек, шнура и картона для изоляции стен.

Огнеупорные растворы, мертели. Мертелем называют порошок из огнеупор­ ного материала, используемый для приготовления раствора. Огнеупорные по­ рошки применяют с соответствующими изделиями: шамотный порошок — с ша­ мотным огнеупором, магнезитовый порошок — с магнезитом.

Огнеупорные порошки используют для обеспечения некоторой эластичности футеровки и понижения теплопроводности. Часто при кладке стенок печи между футеровкой и кожухом печи конвертера оставляют пространство, засыпаемое огнеупорным порошком. Огнеупорные порошки и растворы применяют для за­ полнения и затирки швов между отдельными кирпичами и придания кладке монолитности.

Жаростойкие бетоны. К жаростойким бетонам относятся специальные виды; огнеупорных масс, пригодных для работы выше 1200°С и приобретающих проч­ ность в результате твердения при обычных условиях или в процессе разогрева.

Жаростойкий бетон, так же как и обычный бетон, изготовляют из трех ком­ понентов: цемента, заполнителя и воды. В качестве связующего употребляют глиноземистый цемент, портландцемент марки 400 и выше и жидкое стекло. Инертными заполнителями в жаростойких бетонах служат огнеупорные мате­

которые могут работать при температурах до 1650 °С с хромитовым или магне­ зиальным заполнителем.

§ 6. Производство электродов

Угольные электроды. В электропечах для подвода тока и горения дуги приме­ няют угольные и графитовые электроды. Исходными материалами для изгото­ вления угольных электродов являются кокс, антрацит, нефтяной кокс. В каче­ стве связующего вещества применяют обезвоженную каменноугольную смолу с небольшим количеством пека. Угольную массу смешивают, затем проминают-

гии получили широкое распространение графитированные электроды. Графитированные электроды получают графитацией угольных электродов в электропечах при 2000—2500 °С. Электросопротивление графитированных электродов в 4 раза меньше, чем угольных, поэтому для одной и той же силы тока диаметр графи­ товых электродов составляет половину угольных. Стоимость графитовых элек­ тродов значительно выше угольных.

Непрерывные самоспекающиеся электроды. Для непрерывно действующих руднотермических печей применяют набивные самоспекающиеся электроды. Не­ прерывный электрод состоит из цилиндрического железного кожуха высотой около 10—11 м и диаметром 1—1,5 м. Внутренняя полость кожуха заполнена самоспекающейся электродной массой. В состав массы входят антрацит и кокс;; связующим служит каменноугольная смола. Примерный состав самоспекаю­ щейся электродной массы, %: 37 — антрацита, 38 — кокса и 25 — каменно­

угольной смолы.

Верхний конец электрода открыт. В него загружают в холодном состоянии электродную массу. В процессе работы электропечи необожженная верхняя часть

ником электрического тока. По мере сгорания электрод опускается вниз, а сверху •к кожуху приваривают новую секцию, которую затем заполняют электродной массой. Самоспекающиеся электроды применяют в электропечах для плавки

медных и медно-никелевых концентратов и руд. Стоимость электродной массы — около 700 руб/т.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы основные свойства огнеупорных из'делий? 2. Охарактеризуйте динасовые и шамотные изделия.

3.Каковы основные свойства магнезитовых, хромомагнезитовых и периклазохромитовых изделий?

4.Охарактеризуйте карборундовые и углеродистые огнеупоры.

5. Какие оксиды служат для получения изделий высокой огнеупорности?

6.Какие теплоизоляционные материалы и растворы применяют в метал­ лургии?

7.Как изготавливают и где применяют угольные графитированные и само­ спекающиеся электроды?

8.Какие меры предосторожности следует применять при работе с динасом?

Металлургические ггечи служат для сушки, нагрева, обжига или плавления металлсодержащих материалов. Источниками тепловой энергии в печах являются газообразное, жидкое и твердое топ­ ливо, электрическая энергия или технологические процессы, иду­ щие с выделением тепла.

Современные металлургические печи представляют собой меха­ низированные и автоматизированные промышленные агрегаты. Для их обслуживания устанавливают вспомогательное оборудо­ вание: воздуходувки, вентиляторы, дымососы, мостовые краны и газоочистные сооружения с дымовыми трубами, а также установки для подготовки и загрузки сырья.

Печи, применяемые в цветной металлургии, можно классифи­ цировать по следующим признакам:

1. По назначению: сушильные, обжиговые (под словом «об­ жиг» часто понимается окисление сульфидов сырья в токе воз­

жательные печи), рафинировочные (очистка расплава от метал­ лов-примесей).

2. По источнику тепловой энергии: печи, для которых источ­ ником тепла является углеродистое топливо; печи, работающие за счет тепла химических реакций, происходящих в обрабатываемом

материале (например, обжиговые печи); электрические печи (ду­ говые и индукционные), использующие в качестве источника по­ лучения тепла электрическую энергию.

3. По способу передачи тепла: печи, в которых тепло выделя­ ется в массе нагреваемого материала (например, индукционные электропечи); печи, в которых тепловыделение происходит раз­ дельно от обрабатываемого материала и передается к нему теп­ лообменом (например, отражательные печи); печи с изолирован­ ным тепловыделением, когда тепло передается нагреваемому ма­ териалу через стенки печи (например, тигельные печи).

4. По форме рабочего пространства: с вертикальным рабочим пространством — шахтные печи; с горизонтальным рабочим про­ странством — отражательные печи.

Помимо этого, печи делятся по способу работы на непрерывно действующие и периодические (например, отражательные рафи­ нировочные печи, которые периодически загружают и разгру­ жают) .

Наиболее распространены печи, в которых процесс нагрева и плавления происходит в основном за счет тепла, выделяемого при горении топлива. Так, в отражательных и нагревательных печах основная часть рабочего пространства заполнена дымовыми га­ зами и тепло передается шихте (металлу) излучением и конвек­ цией от горячих газов.

В шахтных печах все рабочее пространство шахты печи запол­ нено шихтой, в состав которой входит топливо — кокс. В резуль­ тате горения топлива и окисления сульфидов шихты кислородом

В обжиговых печах превращение химической энергии сырья, содержащего серу, в тепло происходит при окислении кислородом воздуха сульфидов, находящихся в составе сырья (концентрата или файнштейна); в этом случае выделяющееся тепло распреде­ ляется по всей массе шихты.

Совершенствование конструкции металлургических печей в на­ стоящее время идет по линии интенсификации процессов тепло­ обмена при высокой степени их механизации и автоматизации. Для интенсификации работы металлургических печей широко ис­ пользуют технологический кислород и горячее дутье. Улучшают подготовку металлсодержащего сырья к плавке, смешивая раз­ личные сорта руд с целью получения шлака заданного состава, а также путем обжига, окатывания, брикетирования или агломе­ рации шихты. Модернизируют отдельные узлы печей, вместо кес­ сонов с водяным охлаждением внедряют кессоны с испаритель­ ным охлаждением (они охлаждаются пароводяной смесью). Все это позволяет выполнить важные задачи, стоящие перед совет­ скими металлургами по увеличению производительности печей и экономии топлива. Ниже рассмотрены наиболее распространен­ ные типы печей, применяемых в цветной металлургии.

§ 1. Печи для подготовки сырья к плавке

Агломерационные машины

Спекательные или агломерационные машины применяют в цвет­ ной металлургии для подготовки руд и концентратов к шахтной

Основные показатели агломерационных машин с рабочей пло­ щадью спекания 16, 50, 75 м2 приведены в табл. 5.

Рабочую поверхность машины определяют не общими разме­ рами, а ее площадью, размещенной над вакуум-камерами. Если говорят, что площадь спекательной машины равна 50 м2, то это означает, что камера всасывания (вакуум-камера) имеет размеры 25X 2 = 50 м2. Новые спекательные машины изготовляют рабо­ чей площадью спекания 200 м2. Их применяют в черной метал­ лургии.

Агломерационная машина (рис. 1) состоит из цепи движу­ щихся стальных или чугунных тележек, называемых паллетами. Ширина паллеты составляет около 1,0 м, длина равна ширине машины. По бокам паллета снабжена бортами. В местах примы­ кания паллет друг к другу по ширине ленты бортов нет. Каждая паллета снабжена четырьмя опорными роликами. Дно паллеты вы­ полнено из колосников, составляющих колосниковую решетку. Размер ширины щели между соседними колосниками зависит от свойств шихты и возможности перед загрузкой шихты отдельно загрузить на поверхность колосников 50-мм слой крупного мате­ риала. Этот слой закрывает щели колосников и предупреждает просыпание мелочи и пригорание к колосникам агломерата. На заводах этот слой называют постелью. Обычно щель между ко­ лосниками равна 4—6 мм, а свободная для прохода воздуха пло­ щадь всех щелей между колосниками, так называемое живое се-

Рис. 1. Агломерационная машина:

*1 —’Каркас машины; 2, 3 — приводной механизм; 4 —

загрузочное устройство; 5 — зажигательный горн; 6 —

чение, составляет 10—12 % от площади дна тележки. После за­ грузки шихты живое сечение уменьшается до 2—6 %.

Между вакуум-камерами и движущимися над ними паллетами имеется уплотняющее устройство. На отечественных заводах уста­ новлены агломерационные машины с гидравлическим уплотне­ нием. Уплотнение паллет и вакуумной камеры показано на рис. 2. Паллеты передвигаются вдоль вакуум-камеры У, и уплотнение создается за счет давления паллеты с шихтой на пластину рамы 5 и резиновые шланги 2. Пластины паллеты 5 плотно прижимаются

Рис. 3. Схема движения паллет:

пластин 4 смазывают маслом. По резиновым шлангам циркули­ рует вода под давлением 0,1—0,15 МПа. Шланги уложены в спе­ циальном желобе в верхней части рам вакуум-камер. Прижимным болтом 6 можно регулировать давление паллеты на пластину 3 и тем самым уплотнять стык тележки с камерой.

На рис. 3 схематично показано движение тележек-паллет. На­ правляющие рельсовые пути агломерационной машины состоят из четырех рельсов. На рис. 3 показаны два рельса. Еще два рельса установлены параллельно двум первым по горизонтали на рас­ стоянии 1—2 м от них. Нижние рельсы расположены с неболь­ шим уклоном к головному концу машины. Рельсы скреплены между собой и образуют каркас машины. По верхним путям 2 влево из положения А движется паллета с шихтой. Два опорных ролика паллеты катятся по одному верхнему рельсу, а два — по другому. Дойдя до положения 7, где верхние рельсы изгибаются вниз (по­

ложение £), паллета начинает скатываться по малой внутренней полуокружности и займет положение В. При этом паллета повер­ тывается на 180° (опрокидывается вверх роликами) и катится по наклонным рельсам к головной части машины (положение Г). Паллету подхватывают за основание роликов зубья звездочки и поднимают по закругленной части нижних направляющих. Звез­ дочка-колесо приводится в движение электродвигателем. В голов­ ной части машины паллета еще раз поворачивается на 180° и снова становится в верхнее положение Л, опираясь роликами на верхние направляющие рельсы.

При входе на верхние горизонтальные пути в паллету загру­ жается шихта. Затем паллета с шихтой проходит под зажига­ тельным горном 3 с газовым или мазутным отоплением, здесь шихта зажигается. Паллета продолжает двигаться по горизон­ тальному участку, за это время шихта спекается. Затем перехо­ дит у разгрузочного конца с верхних путей на нижние, разгружа­ ется и катится до колеса звездочки, где вновь подхватывается приводными звездочками. Получается замкнутый цикл, по кото­ рому непрерывно движутся паллеты.

Число паллет на агломерационной машине с площадью спека­ ния 50 м2 составляет 70 шт. Цепь паллет в хвостовой части на разгрузочном конце имеет разрыв 0,2—0,3 м, в результате чего при переходе с верхних путей на нижние падающая паллета уда­ ряется о впереди идущие паллеты. От удара агломерат сбрасыва­ ется на грохот 8. Мелочь просыпается через грохот и возвраща­ ется на спекание (возврат), а агломерат поступает на плавку.

Поскольку паллеты движутся, плотно примыкая одна к другой, нет необходимости делать у них торцовые стенки, и поэтому цепь движущихся паллет представляет собой как бы желоб прямоуголь­ ного сечения, нагруженный шихтой и готовым продуктом — агло­ мератом. Под этим желобом и горизонтально направляющими рельсами установлены вакуум-камеры 7, представляющие собой прямоугольные коробки. Воздух просасывается через шихту и дно паллеты и попадает в вакуум-камеры. Газы из вакуум-камер по патрубкам и газоходу отсасываются эксгаустером-дымососом, очи­ щаются от пыли и выбрасываются в дымовую трубу. Производи­ тельность эксгаустера для машины с площадью спекания 50 м2 составляет 2000—4500 м3/мин и зависит от состава шихты.

тель устройства представляет собой короткий ленточный транспор­ тер, передвигающийся по рельсам взад и вперед поперек машины на всю ее ширину и равномерно распределяющий шихту в бун­ кере питателя барабанного типа. Барабанный питатель уклады­ вает шихту на паллеты машины слоем высотой 250—300 мм.

Существенной частью машины является также зажигательный горн, отапливаемый газом или мазутом. Конструкция зажигатель­ ного горна, отапливаемого мазутом, принципиально не отлича­ ется от газового горна. Его выкладывают в виде футерованной

шамотом камеры с полукруглым сводом. Высота камеры около 1500 мм, ширина 1250 мм, длина соответствует ширине машины. Толщина огнеупорной кладки — один кирпич.

Производительность агломерационной машины определяется количеством переработанной шихты в сутки. Машина рабочей пло­ щадью 75 м2 перерабатывает в сутки около 2000 т шихты. Произ-

Рис. 4. Загрузочное устройство агломерационной машины:

1 — загрузочный бункер; 2 — челноковый питатель; 3 — промежуточный бункер дли шихты; 4 — барабанный питатель; 5 — агломашина

водительность машины Q, т/сут, можно определить по формуле Q = 24-60/ib, vyk, где h — высота слоя шихты, м; Ъ— ширина пал­ леты, м; v — скорость движения, м/мин; у — насыпная масса, рав­ ная 0,96—1,0 т/м3; k — коэффициент использования машины.

Для сравнения эффективности работы агломерационных ма­ шин на заводах принято определять удельную производительность машины по годному агломерату, т. е. по массе агломерата, по­ ступающего на плавку. Удельная производительность машины