книги из ГПНТБ / Лакерник, М. М. Электротермическое оборудование. (Руднотермические печи)
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ СССР
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ
И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Для служебного пользования |
|
|
Экз. |
. . . . |
Я |
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ (Руднотермические печи)
МОСКВА 1974
УДК 669.046.512.041.38:669.3/.5
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ (Руднотермические печи)
М.М.Дакерник, Д.К.Портноян
Ан н о т а ц и я
Вброшюре приведены конструкции, практика эксплуатации и результаты промышленных испытаний руднотермических электропечей, применяемых в металлургии меди, свинца, цинка, никеля и олова. Рассмотрены основные направления дальнейвего повышения техникоэкономической эффективности электроплавки на итейн.
Брошюра предназначена для работников научно-исследователь
ских и проектно-конструкторских организаций и предприятий цвет ной металлургии.
|
|
|
|
Г |
Редактор Ф.А.Калалмикова |
Технический редактор И.А.Соколова |
|||
|
|
Корректор М.Г.Казакевич |
||
|
Подписано в печать 27/IX 1994 г. |
|||
Формат 60x90 |
I/I6 |
Объем |
6,25 п .л. |
6,3 уч .-изд .л . Изд.Ю027 |
Тираж 170 |
экз. |
|
Цена 63 коп. |
Заказ 1090 |
Ротапринт института "Цветметинформация"
(5)Центральный научно-исследовательский институт информации
итехнико-экономических исследований цветной металлургии, 1974
ВВЕДЕНИЕ_________________________________________________ _
Применение электропечей в цветной металлургии систематичес ки расширяется. Только в СССР в металлургии тяжелых цветных ме таллов установленная мощность электропечей на различных переде лах достигает I млн.ква.
Широкое распространение алектроплавки связано с рядом преи муществ, которые имеет этот способ.
В электропечах в малом объеме можно сконцентрировать боль шое количество энергии и, следовательно, получить высокую темпе ратуру. Эту энергию можно выделить как над расплавляемым матери алом, так и непосредственно в нем, используя его как тело соп ротивления. Поэтому тепловой к .п .д . электропечей веоьма высок.
Электроэнергия, потребляемая электропечами, получается на гидростанциях и тепловых станциях, сжигающих низкосортное топли во, в то время как иахтные печи требуют дорогого и дефицитного кокса, а различные пламенные печи - малозольного топлива. Кроме того, в течение последних десятилетий наблюдается тенденция к увеличению разрыва между стоимостью углеродистого топлива и сто имостью электроэнергии, которая становится дешевле.
Технологические газы, получаемые в электропечах, имеют, как правило, небольшой объем и низкую температуру; следовательно, очистка гэзов от пыли простея и дешевая и использование их не представляет трудностей (исключение составляют печи для возгонки цинка). Благодаря этим свойствам электропечи являются наиболее северменным агрегатом с точки зрения защиты биосферы.
Непрерывное совершенствование конструктивных элементов электропечей позволяет отроить их вое большей мощности, достигая значительного повышения производительности труда.
Электропечи для рудной плавки при соответствующем охлажде нии основных элементов имеют длительные кампании, высокую удель ную производительность и, соответственно, требуют меньших, произ водственных площадей, чем пламенные печи. Электропечи легко уп равляемы. хорошо автоматизируются, требуют в большинстве случа
3
ев меныих по сравнению с другими агрегатами капитальных вложе ний и удобны в эксплуатации.
Расширению электроплавки способствовали жесткие законы по охране биосферы, совершенствование конструкции электропечей и увеличение их мощности, а также возможность достижения высоких технико-экономических показателей. Руднотермические электропечи работают при косинусе V, близком к единице, и поэтому их элект рический к .п .д . весьма высок.
Каждая подотрасль цветной металлургии, применяющая электро печи, использует их различные возможности и преимущества:
при плевке высококремнистых иди магнезиальных концентра тов - возможность получения в печи высокой температуры;
при плавке богатых серой концентратов - возможность получе ния газов, пригодных для производства серной кислоты и отвальных планов при богатом штейне;
при плавке на ферроникель или при возгоночных.процессах для цинка - возможность достижения высокой температуры, создания высоковосстановительной атмосферы и хорошей герметичности.
Ряд крупных зарубежных фирм, тэкие как "Демаг" , "Влкем" и другие, специализируются на разработке конструкций и строитель стве электропечей большой мощности, широко применяющихся в ста лелитейной, ферросплавной, фосфорной и других отраслях промыш ленности.
Принципиальные решения по созданию более совершенной конст рукции самоспекеюиихся электродов н их уплотнению, по изготовле на® графитированных иди угольных алектродов больного диаыетра б высокими допустимыми плотностями тока, усовершенствование под
вески и перепуска электродов, охлаждения стен и сводов и других элементов печи являются общими вопросами для отдельных классов печей и определяют успех их практического применения.
Описать все виды применяемых электропечей и производимые в них процессы в пределах предлагаемой брошюры невозможно,
поэтому авторы ограничились описанием конструкций электропечей и процессов руднотермической плавки в металлургии меди, свинца, цинка, никеля и олова.
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ_____________________________
Основным! тенденциям! развития конструкций руднотермических электропечей являются укрулнение агрегатов и увеличение их еди ничной модности. Это объясняется следующим: чем крупнее агрегат и выме его производительность, тем больше его к .п .д . и меньше занимаемая им удельная плоцадь (на единицу производительности), удельные капитальные затраты и удельные расходы на обслуживание
[I].
|
В настоящее время строятся руднотермические печи мощностью |
||
|
до IOOOOU квт с круглым, овальным или прямоугольным корпусом |
||
|
и тремя или шестью электродами. При сооружении электропечей боль |
||
|
шой мощности предпочитают прямоугольную конструкцию. |
||
|
Однако прямоугольные печи плохо герметизируются (сочленение |
||
|
торцевых и продольных стен, опора своде и т .д .) , поэтому печи, |
||
|
требующие герметизации, строят круглой или овальной формы[2]. |
||
|
Каркас у круглых печей надежнее,распределение тепла в ван |
||
|
не круглой печи равномернее, чем в прямоугольной, к |
тому же в |
|
|
межэлектродном пространстве круглых печей можно создать фокус |
||
|
очень высоких температур. Тепловые потери в круглой печи меньше, |
||
|
чем в прямоугольной, из-за небольшой поверхности теплоотдачи, |
||
|
поэтому круглые печи менее чувствительна к остановкам. |
||
|
В табл. I приведены оптимальные параметры прямоугольных |
||
|
электрических печей для плавки медвшг и никелевых концентратов, |
||
eol0 |
предложенные Персонам и Трейхардом ГЗ). |
|
|
Емкость ванны определяется длиной и шириной печи. Однвко |
|||
|
|||
|
при слишком большой длине печи труднее защитить боковые стенки |
||
|
от эрозии откосами зихтк. особенно в шлаковой воне, |
а также из |
|
|
бежать образования настылей на стенках печи. Объем веяны должен |
||
|
быть достаточным, чтобы при выпуске шлаке перед началом загрузки |
||
|
новой порции пихты уровень илака понижался ие более |
чем на |
|
|
7-8 ом. Внутренняя жирина печи на уровне шлакового |
слоя должке |
|
5
|
|
|
|
Т а б л и ц а I |
|
Оптимальные параметры |
электрических печей |
|
|||
|
|
Переплавляемый материал |
|
||
Показатели |
медный |
медный |
цементная |
никеле |
никелевая |
|
сульфид |
обожжен |
медь |
вый суль■натеритная |
|
|
ный кон |
ный кон |
|
фидный |
руде |
|
центрат |
центрат |
|
обожжен |
|
|
(холод |
|
|
ный кон |
|
|
ный) |
|
|
центрат |
|
Производи |
|
|
|
|
|
тельность, |
1500 |
1500 |
50 |
1500 |
1500 |
т /су тк и ... |
|||||
Мощность,Ива |
27,5 |
18,0 |
1,0 |
21,8 |
31,4 |
Напряжение,в |
270 |
235 |
130 |
265 |
300 |
Сила тока,ка |
38 |
28 |
5 |
30 |
38 |
Размеры печи, |
|
|
|
|
|
длина......... |
29,3 |
26,8 |
4,3 |
27,9 |
19,5 |
ИрЯН8 «••• |
7,3 |
6,7 |
2,1 |
7,0 |
4,9 |
Диаметр элект |
1270 |
1020 |
430 |
1010 |
1270 |
родов, м м ... | |
|||||
Число электро |
6 |
6 |
3 |
6 |
6 |
дов................. | |
|||||
быть достаточной для того, чтобы свести к минимуму эрозию боко вых стен в результате бурления вэнны [3 ] .
Футеровка руднотермических Электропечей проектируется с уче том распределения температур н возникающих при этом усилий и изготовляется специально для выплавки данного вида продукта.
Ниже рассматриваются конструкционные особенности ванн руднотермических электропечей.
Элементы конструкции корпуса печи Кожух
Прямоугольные руднотернические печи ранних конструкций не имеют склонного кожухе. На бетонных колоннах укладывается пояс ■з двутавровых балок, которые удерживают ребристые чугунные пли ты. Боковые стены печей состоят из таких же чугунных плит. Реб ра служат для лучшего отвода тепла.
Иногда кожухи печей в нижней чести выполняют в виде ящика из железных листов с высотой стенок около I м. Над ними находят ся ребристые чугунные плиты или водоохдаждаемые кеосоны.
В нестоящее время получил распространение полностью закры-
6
/ 0 9 0
тый стельной кожух, внутри которого выкладывается футеровка
[2 ,4 ].
Кожух круглой электропечи имеет цилиндрическую форму и вы полняется из листовой стали. Верхняя кромка корпусе печи обрам ляется кольцом жесткости, присоединении! к корпусу при помощи клепки или сварки. В кожухе имеются вырезы для загрузочного ок на и летки [5].
Под
Электропечи, как правило, устанавливаются на колоннах. Под проектируется таким образом, чтобы по достижении рабо
чей температуря ои оставался в напряженном состоянии. Расширение поде компенсируется температурными ивами и ис
пользованием (между кирпичами) пластичных материалов.
На больвинстве электропечей применяется принудительное ох лаждение пода при поиони обдува воздухом снаружи или по каналам, находящимся в нижнем слое футеровки не границе с бетонной подуш кой [б ].
Фундамент электропечи медной нлавки завода "Рониер" (Швеция) железобетонный, кожух выполнен нз 24-миллиметрового котельного железа с горизонтальными ребрами жесткости (толщиной 40 мм), расположенными между мощными креплениями печи из двутавровых ко лонн, стянутых стержнями диаметром 100-120 мм. &лоняы установле ны попарно с зазорами 50*60 мм, в которые подается воздух для охлаждения.
Часть подины, прилегающая к чугунным подовым плитам, сложе на из теплоизоляционного кирпича, по которому уложено три ряда немота (но 65 нм каждый). Сверху немота положен 20-миллиметровый, слой магнезитового порошка на жидком стекле и далее - два слоя магнезитового кирпича толщиной по 250 мм. Между слоями кирпича имеется 20-мнллинетровый шов, заполненный магнезитовым пороком на жидком стекле. Слои укладывали последовательно, и каждый нз них тщательно высушивали перед укладкой следующего [7 ] .
Не случай прорывов расплава вокруг фундамента сделанв желе зобетонная квнаве с отводом в 8уипф, рассчитанный на объем рас плаве, находящегося в ванне печи.
Срок службы подины 12 лет.
Подина электропечи для выплавки никелевого штейна на заводе "Томпсон" (Канада) выложена на водоохлаждвемых чугунных няитах, нё которых размещена магнезитовая набивка толщиной 305 мм, 8 на ней - кладка из двух рядов огнеупорного магнезитового кирпиче.
Электропечь для плавки медно-никелевых концентратов на эаво-
7
де "Рэстенбург" (ЮАР), построенная фирмой "Элнем" (Норвегия),
находятся не |
102 бетонных колоннах, |
расположенных в весть рядов |
|
но |
17 колонн |
в каждом ряду* Под печи выложен в виде обратной ар |
|
ки |
из плотного огнеупорного кирпича |
Г8]. |
|
Арочная подина электропечи свинцовой плавки заводе "Реннер" выложена магнезитовым кирпичом с малым радиусом кривизны* От всплыввния подину удерживает массе стен и мощное давление пружин на стены в вертикальном направлении и на подину в горизонталь ном [7 ] .
18 всех новых прямоугольных отечественных злектропечвх (в том числе и на обвинительных) применено принудительное охлажде ние подины продувкой воздуха по каналам, проложенным между бе тонной подушкой н футеровкой. Такое охлаждение впервые было применено на одной из отейновых электропечей комбината "Североникель" [9 ] .
На комбинате "Североннкель" для осуществления воздуиного охлаждения лещади руднотермнчеокнх электропечей в бетонной подуш ке вода уложены трубы диаметром 100 мы на расстоянии 200 ми друг от друга.
До 1967 г . электропечи комбинате "Печенг8никедь” работали без вринудктельвого охлаждения кладки, кампания их составляла четыре года. С повышением мощности печей участклноь случен течи расплава через поднну. После того, как в подину были встроены каналы воздуиного охлаждения, были ликвидированы течн расплава через подмну ■ сведаны условия для работы вечных трансформато ров С ПОЛНОЙ'нощностьв [3,10,11 ].
На Буруктвльоком никелевом завод!' тепловая изоляция подины глектропечи ОКБ-892, выполненная нз листового асбеста и иамотного кирпича, была заменена магнезитовым кирпичом. Охлаждение ко жуха подины производится воздухе», нодаваеия вентилятором [12].
Принудительное охлаждение подины применяется также на элект ропечи Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината (УКСЦК). Лещадь нечя выложена хромомагнезитом не бетонной подушке, в кото рой проходят трубы водяного охлаждения.
Стены
Увеличение производительности рудвотергаческих электропечей может быть достигнуто не только укрупнением агрегатов, но я ин тенсификацией процесса плавки, которая осуществляется путей по вышения удельной мощности, увеличения количества тепла, передава емого ввнне расплавленного иеталла в единицу времени [I].
8
то
Кампания руднотврмячвсвой электропечи определяется в основ ной сроков службы клвдки боновых стен.
В руднотермкчеоких электропечах электроэнергия распределя ется ■ преобразуется в тепло главных образам в алановом слое. Кл8к является главных нагревательным элементом к теплоносителем. Поэтому основной зоной, определящей стойкость футеровки, явля ется шлаковый слой.
Руднотермические электропечи ранней постройки не хмеля во дяного охлаждения, например, печм медной плавки заводов "Ронмер" ■ "Томпсон*.
Стены электропечи медной плавка завода "Ронмер" облицованы чугунными плятамк, в которых примыкает слой теплокзоляцмонного кирпича толщиной 125 хм, звтем два ряда магнезитового кирпича толщиной по 250 мм. Магнезит уложен до уровня, занятого распла вом. Далее следует мамот. Срок службы стен 3 года.
Для выпуска ыл8ка в торце печк имеются трм летки, армирован ные медными кессонами, ж три медных желоба, охлаждаемых водой. Летки расположены на высоте I ; 1,12 ■ 1,25 и от вода. Желоба для клака полностью кессоннрованы.
На противоположном торце печи имеются три жтейяовнх ыпура. Ода (нижний) - аварийный, два д р у г а работают поочередно, в те чение двух недель каждый [7].
Стены ванны алектропечы завода "Томпсон”, выложенные магне зитовым кирпича, утолщаются кинзу с 680 нм на высоте 1100 мм от пят иода до 900 нм у основана пода печи. В остальной часты толщина боковых стен на шамотного кирпиче остается равной 680 н а. Торцевые отенн по вояструкца, размерам ■ материалам
идентичны боковым стенай. Толоке торцевой стены со стороны вы пуска шлака составляет 1250 нм, со стороны выпуска штейна - 1180 мы.
Две трети высоты печи облицованы стальными л и с т в а , охваты вающий клвдку боковых и торцевых стен. Плиты кренятся двутавро выми стойками высотой 600 мм и круглыми т я г а й диаметром 50 мм.
Для выпуска штейна имеются три ипура, расположенных в од ной из торцевых стен печи на разной высоте от пода [13].
Интенсификация алектронлавки с увеличением мощности электро печей вызвала повышенный износ футеровки в области шлакового пояса и сокращение кампании электропечей.
Необходимость защиты футеровки от разрушения привела к по яскам способов отъема тепла от стен электропечей. Одна из таких способов является принудительное охлаждение стен электропечи.
9