книги из ГПНТБ / Лакерник, М. М. Электротермическое оборудование. (Руднотермические печи)
.pdfСтены электропечей, построенных фирмой "Элнем" (на заводах "Хврьявалта" в Финляндии, "Растенбург" в ЮАР и д р .), защищают металлическими плитами, орошаемыми снаружи водой[8,14].
Применение водяного охлаждения с помощью кессонов из нержа веющей стали на новой электропечи мощностью 36 тыс.ква на заводе "Муфулира" (Замбия) позволило значительно уменьшить толщину стен печи. В области шлаковых и штейновых шпуров применены литые кес соны с патрубками [15,16].
Начиная с 1967 г . на отечественных электропечах для выплав ки штейна было внедрено принудительное охлаждение шлакового поя са стен закладными кессонами.
Опыт работы Норильского горно-металлургического комбината (HIMK) показал, что облицовка стен водоохлаждаемши плитами в значительной степени предохраняет кладку печи от разрушения. По этому во время капитального ремонта по всему периметру печи не высоту шлаковой ванны (~2 ы) были установлены водоохлаждаемые плиты.
Для предотвращения течи расплава между кладкой стены и кес соном набивали массу из хромомагнезитового порошка, замешанного на жидком стекле в отношении 3:1 . Выше водоохлаждаемых плит сте ны выкладывали, как обычно, и облицовывали стельными плитами.
При капитальном ремонте предусматривалось также наращивание каркаса печи и поднятие свода. Колонны каркаса печи были удлине ны не 600 мм, а компенсационные пружины перенесены внутрь карка са. Высота кладки стен увеличена на 400 мм. В результате этого, а также благодаря увеличении кривизны овода высота рабочего про странства увеличилась с 4200 до 4760 мм. На расстоянии 1300 мм от оси печи были установлены течки диаметром 400 мм.
Впоследствии высота рабочего пространства печей была дове дена до 5000 мм, 8 диаметр течек - до 600 мм. Диаметр электродов был увеличен до 1200 мм.
Сравнительная характеристика электропечи до и после рекон струкции приведена в табл. 2 [17].
Благодаря принудительному охлаждению удалось сохранить пяти летнюю межремонтную кампанию после очередного повышения рабочей мощности печи, тогдв как бея охлаждения продолжительность кампа нии печи составляла не более двух лет [18].
На комбинате "Печенганиквль" испытывались различные способы охлаждения стен печи. Испытания показали, что охлаждение наклад ными водоохлаждаемыми кессонами в 3 раза, а кессонами, углублен
ными в |
кладку, в 5 раз аффективнее естественного охлаждения |
(табл. |
3 и рис.1). |
10 |
|
|
|
|
|
Т э б л и ц а 2 |
|
||
Срввниельнвя характеристике |
электропечи НИК до и после |
|
|||||
|
|
реконструкции |
|
|
|
|
|
|
Показатели |
До реконст |
После реконст |
||||
|
|
рукции |
рукции |
|
|||
Установленная мощность, ква |
|
33000 |
|
45000 |
|
||
Количество трансформаторов. |
|
3 |
|
3 |
|
||
Номинальная |
мощность трансформато |
11000 |
|
15000 |
|
||
ре, ква................................................ |
|
|
|
|
|
||
Количество |
ступеней |
напряжения, |
в |
23(492-218) |
|
13(461-743) |
|
Количество |
электродов........................ |
|
6 |
|
б |
|
|
Диаметр электродов, |
мы..................... |
|
1100 |
|
1200 |
|
|
Распад электродов, |
мм........................ |
|
3200 |
|
3200 |
|
|
Внутренние размеры печи, мм: |
|
23200 |
|
23000 |
|
||
длина................................................... |
|
|
|
|
|
||
виринв................................................. |
|
|
|
6000 |
|
6000 |
|
высота................................................. |
|
|
|
4200 |
|
5000 |
|
Площадь зеркала ванны, м ............... |
|
139 |
|
139 |
|
||
Диаметр течек, мм................................ |
|
|
350 |
|
600 |
|
|
Охлаждение: |
|
|
|
Естествен- |
|
|
|
боковых с т е н . . |
. . . . . . . . . . . ......... |
|
|
Прянудитель- |
|||
|
|
|
|
нов |
|
нов (водоох- |
|
|
|
|
|
|
|
лахдаемые |
|
подины |
|
|
|
Естествен- |
|
кессоны) |
|
|
|
|
|
Принудитель- |
|||
|
|
|
|
нов |
__ SJ2S_______ |
||
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
3 |
||
Теплоотъем при различных способах охлаждения кладки |
|
||||||
|
боковых стен электропечи |
[10,11] |
|
|
|
||
Способ |
|
Теплоотъем, Рабочая |
Теплоотъем, |
Теплоотъем, |
|||
охлаждения |
ккал/г |
мощность % от вводи |
% по отно- |
||||
|
|
|
печи, мвт мой в печь |
иеннв к |
|
||
|
|
|
|
мощности |
|
естествен |
|
|
|
|
|
|
|
ному 0ХЛ8Х- |
|
Естественное |
|
|
|
|
ланки |
|
|
190000 |
24,1 |
0,91 |
|
100 |
|
||
воздупное............. |
|
|
|
||||
Принудительное |
|
|
|
|
|
|
|
воздумными кессо |
273000 |
22,3 |
1,40 |
|
153 |
|
|
нами...................... |
|
|
|
||||
Водоохлаждаемыми |
|
|
|
|
|
|
|
накладными кессо |
528000 |
22,9 |
2,63 |
|
294 |
|
|
нами........................ |
|
|
|
||||
Водоохлаждаемыми |
|
|
|
|
|
|
|
кессонами,углуб |
960000 |
25,0 |
4,50 |
|
495 |
|
|
ленными в |
кладку |
|
|
||||
II
Рис.1. Поперечный разрез кладки электропечи комби ната "Печенганикель":
I - канал воздушного охлаждения подины; 2 - воздуш ный коллектор; 3 - кессоны водяного охлаждения
На комбинате "Североникель" постепенно перешли от охлажде ния футеровки стен поверхностными кессонами к более интенсивно
му методу охлаждения кессонами, |
встроенными в |
кладку стен. |
В отличие от электропечей, |
работающих на |
НГНК и комбинате |
"Печенганикель", на электропечах комбинате "Североникель" кес соны сдвинуты к самому расплаву, и печи работают с гзрниссажем.
Не обеднительных электропечах комбинате "Североникель" при охлаждении футеровки водяным ороиением кожуха межремонтная кам пания продолжалась всего 3-4 месяца. После введения охлаждения закладными кессонами продолжительность кампании увеличилась до 24-30 месяцев.
Применение закладных кессонов для охлаждения футеровки шлакового пояса по всему периметру печи, впервые внедренное на обеднительных электропечах комбината "Сев'ероникель", осуществле но теперь более чем на половине рудоплэвильных печей и не всех обеднительных печах [18].
Ванна установленной не Джезказганском горно-металлургичес ком комбинате электропечи для плавки на штейн окатанного медного концентрата футерована магнезитовым и магнезито-хромитовым кир пичом повышенной плотности. Стены печи охлаждаются закладными
12
кессонами (10 рядов, 380 и т.) из медно-цинкового сплава. Снару жи футеровка ванны защищена стальными плитами и стянута карка сом из балок и стяжек с пружинными демпферами. Для выпуске штей на в одной из торцевых стен ванны предусмотрено четыре шпуровых
отверстия, в |
противоположной торцевой стенке - три |
отверстия |
|||
для |
выпуска |
илака [9 ]. |
|
|
|
|
Вместе с усилением отъема тепла от стен печи и повышением |
||||
мощности увеличивается и расход электроэнергии. Естественно бы |
|||||
ло бы ожидать |
увеличения удельного расхода электроэнергии, одна |
||||
ко исследования показывают: |
чем интенсивнее ведется |
процесс |
|||
плавления, тем выше проплав |
и ниже удельный расход |
электроэнер |
|||
гии |
[4]. |
|
|
|
|
|
Ниже приведен расход электроэнергии в зависимости от произ |
||||
водительности |
печи: |
|
|
||
|
Производительность |
Расход электроэнергии |
|||
|
по никелю, т/час |
на I т никеля, квт»ч |
|||
|
1 .2 - 1,3 |
1631 |
|
||
|
1 .3 - 1,4 |
1548 |
|
||
|
1 .4 - 1,5 |
1488 |
|
||
|
1. 5- 1,6 |
1428 |
|
||
|
1 .6 - 1,7 |
1403 |
|
||
|
1. 7- |
1,8 |
1298 |
|
|
|
1 .8 - 1,9 |
1103 |
|
||
|
Расчеты, проведенные на комбинате "Североникедь", показали: |
||||
несмотря на |
то, что удельные потери тепле при водяном охлажде |
||||
нии стен возрастают в 5,3 раза, повыиение удельной мощности |
|||||
электропечи |
с |
200-300 до 400 квт/м2 увеличивает тепловой к .п .д . |
|||
установки с 79,6 |
-83,5 до 84,52, причем удельный расход электро |
|
энергии снижается на |
6-38 квт*ч/т, а удельный проплав пихты воз |
|
растает с 7,2 -11,4 до |
15,5 т/мг в сутки. |
|
С переходом |
комбината на оборотное водоснабжение ухудшилось |
|
охлаждение печей |
вследствие повышения температуры охлаждающей |
|
^ воды (24°С вместо 9 ) . |
Наблюдались случаи уменьшения живого сече- |
|
5ния кессона в результате выпадения механических в8веоей, а также разъедания медного теле кессона.
На одной из электропечей комоинвта предполагается установить испарительное охлаждение, имеющее следующие преимуществе:
исключается зарастание кессонов благодаря иапользованяж химически очищенной воды;
система иопарительного охлаждения является санорегулируеной;
13
количество всасываемой пароводяной снеси зависит от количества
отнимаемого от печи тепла.
Внедрение водяного охлаждения позволило значительно улучннть стойкость футеровки при увеличении мощности печей. Несмот ря на некоторое сокращение межремонтной кампании печей, расход огнеупоров в расчете на I т проплавленной шихты резко снижен.
Так, на комбинате "Североникель” относительный расход кирпича сократился с 2,96 до 0,52 кг на I т михты при увеличении рабочей мощности электропечи с 10,2 .до 26,1 мгвт [6J*
Одной из причин аварий, происходивших на электропечах для возгонки цинка, было обрунение стен в газовом пространстве печи и разъедание футеровки, а также обрушение свода при резком подъе ме давления в печи вследствие бурного выделения пэров цинка из шлакового расплава. Поэтому большое значение для таких электро печей приобретает подбор огнеупоров, стойких в цинксодержащей газовой среде и минимально насыщающихся пареми цинке, а также создание жесткой конструкции каркаса.
На основе длительной работы печи мощностью 9000 квэ Иртышс кого полиметаллического комбината было рекомендовано футеровать стены в области газового пространства алектродинасом, а нижнюю
часть стен - хромомагнезитом [19 ].
При осмотре электротермической печи УКСЦК, служащей для плавки цинковых возгонов, после аварии, имевшей место в конце 1971 г . , было обнаружено разрушение кладки стен нз хромомагнези та почти по всему периметру печи. Кирпичи были пропитаны цинком и увеличились в объеме на 20-25?.
При разрушении клэдкн в ванну электропечи попадало большое количество металлического цинке, что к приводило к резкому повы- ■енню давления в печи.
На Беловском цинковом заводе для футеровки электропечей в районе шлакового пояса были опробованы угольные и графитовые блоки, высокоглиноземистый огнеупор. Наиболее подходяцим для футеровки млаксвого пояса оказался периклазошлннелидный огнеупор. Под печи выложен шамотным кирпичом в несколько рядов, затем - кирпичей нз магнезита и хромомагнезита в три ряда.
Стены печн кессонированы. Полые кессоны устанавливаются в клэдку на небольшую глубнну. Длине кессонов 4,5 -5,0 м, высота - почти на всю высоту шлакового поясе. Для уменьшения возможности течи шлака не длинной стороне печн кессоны имеют всего один стык. Щель между кессонамш уплотняется кирпичами, на которые накладывается небольшой кессон. В торцах печн имеется по одному кессону.
1 4
Чтобы избежать опасности обруления мамотной кладки стены, на печи была установлена опорная балка с воздушны охлаждением. Срок службы балки 7-8 дет.
Электропечь СКБ-6068 для переработки цинксодержащих шлаков, установленная не Иртывскоы комбината, имеет прямоугольную форму и работает под давлением IO-I5 мм вод.от. Модность электропечи
9000 ква.
Каркас печи имеет жесткую конструкцию. Под, стены и подсвод ные балки представляют собой единое целое.
Отъем тепла от ванны печи производится при помощи стальных кессонов. Нагрузка от кессонов вопринимвется тремя мощными стальними поясами.
Стены газового пространства печи выкладываются из алектро динасе на водоохлаждаемой полке шириной 400 мм. Между кожухом и стенкой выше уровня кессонов засыпана иамотнвя кройка.
Шлаковый ипур расположен о торцевой стороны на уровне 550 мм от подины; для выпуска штейна служит шпур с противополож ной стороны на уровне 150 мм от подины.
В одной из продольных стен печи на уровне 1 ,4 м от подины имеется гвзоход для выхода парогазовой смеси в конденсатор.
На заводе яРвзцветмети стены круглых электропечей не высо ту 1200 мм футеруются хромомагнезитовым кирпичом^ 8 выше - шамот- н м ; стены овальной электропечи на выооту 1400 мм выхожены Пе риклазоипинелидным кирпичом, выше 1400 мм - иамотным.
Использование в зоне шлакового поясе периклазонпинелидного кирпича вместо угольных блоков позволило резво увеличить кампа нию электропечей завода "Рязцветмет" и довести ее до четырех месяцев (вместо 1-1,5; для круглых печей и до 6 меояцев (вместо 1,5-2) при прежней футеровке.
Одним из наиболее уязвимых мест электропечи является клад ка стен в районе шпуровых отверстий. Поэтому конструкции этого учвстка печи уделяется большое внимание.
На некоторых заводах шлак выпускается последовательно через несколько отверстий, расположенных на резных уровнях, т .е . че рез каждое отверстие шлак выпускается периодически, а в целом из цечи - непрерывно.
К недостаткам периодического выпуска шлана относятся: значительные колебания уровня ил8ковой ванны. Это создает
переменный тепловой режим работы огнеупорной кладки; меняется глубина погружения электродов, что и приводит к изменению элект рического режиме работы печи;
15
частый ремонт огнеупорной клвдки в зоне выпускных отверстий из-за быстрой эрозии вследствие высокой скорости истечения шлака;
большие затраты ручного труда не операциях обслуживания шлакового шпура, трудно поддавшихся механизации и автоматизации. Испытание непрерывного выпуска шлвка из электропечи мощ
ностью 4,5 Mia на заводе им. Г.Дэмянова (Болгария) показало, что при непрерывном выпуске шлака содержание меди в шлвке умень шилось на 10%, а температура выпускаемого шлаке снизилась на
60°С.
Схема устройства для непрерывного выпуска шлака приведена на рис. 2 [20] .
Устройство для непрерывного выпуска шлака представляет со бой нэклонный канал, проходящий через стенку печи. Сечение ка нала подобрвно таким образом, чтобы скорость вытекающего шлвка не превышала 10 м/сек.
Канал выложен шлакоустойчивым огнеупором (литой корунд, графит и т .д .) и не нуждается в водяном охлаждении.
На верхнем торце канала создается порог из огнеупорной мас сы, высотой которого регулируется уровень шлаковой ванны в печи.
Поддержание постоянного уровня шлаковой ванны благоприятно сказывается на электрическом режиме работы печи, снижает расход электродной массы и повышает стойкость огнеупоров (благодаря исключению частых резких теплосмен).
Большое внимание уделяется подбору огнеупора для футеровки стен в районе шпуровых отверстий.
На заводе "Томпсон" шлак выпускается через отверстия диамет ром 75 мм в медной водоохлаждаемой плите размером 750x600x100 мм.
Для выпуска штейна в торцевой стене печи предусмотрено восемь шпуровых плит размером 250x250x150 мм с отверстием дианет-
6 5 1 k
Рис.2. Устройство для непрерывного
|
|
выпуска шлака: |
|
I |
- |
сифонное устройство; |
2 - порог; |
3 |
- |
канал; 4 - шлак; 5 - |
огарок; 6 - |
электрод; 7 - штейн
16
/еяр
ром 50 мм. В Н8Ч8Д6-работы электропечи шпуровые плиты, изготов ленные из магнезите, служили менвие недели. Замена этил плит хромомагнезитовыми в сочетании с более низкой температурой нтейнэ позволила увеличить срок службы нпуровых плит примерно до двух недель.
На комбинате "Североникель" проводились испытания огнеупор ных материалов для футеровки леток злектропечей нескольких ви дов: углеситал, боросилицированный графит и различные огнеупор ные ткани.
Углеситал практически не смачивается штейном и шлаком, не окисляется на воздухе при температуре до 2000°С, однако имеет низкую механическую прочность и с трудом обрабатывается.
Боросилицированный графит, по мнению работников комбината, представляется более перспективным материалом, несмотря не его недостатки (плохо обрабатывается, медленно охлаждается и раска лывается при охлаждении).
Не заводе "Рязцветмет” было проведено испытание нового ви да огнеупора - корвизитв (Венгрия) для футеровки злектропечи в районе илакового пояса и шпуров. Корвизит показал высокую стой кость в условиях заводе при температурах до 1300°С.
Все большее распространение получает усиленное охлаждение футеровки в области отверстий для выпуска нтейнэ, впервые при мененное на НП1К. Охлаждение осуществляется двумя вертикальными кессонами, закладываемыми в футеровку по бокам шпурового окна. Футеровка нпуровых окон, ранее выкладывавшаяся заподлицо о кожухом печи, в настоящее время кладется в виде приставки, высту пающей за пределы торцевых балок кариеса.
Новый способ футеровки итейновых шпуров в сочетании с уси ленным охлаждением значительно увеличил стойкость шпуров на ком
бинате |
"Печенгакикель" - до 880-1100 ковшей штейна (емкостью |
7 м8) |
вместо 90-100 [18]. |
На злектропечи РПЗ-ЗЗВНОЗ Алавердского горно-металлурги ческого комбината была изменена конструкция штейвовых и шлаковых шпуровых узлов: вместо магнезитовой втулки ш водоохвзкдзеного кессона используется медная водоохлаждаемая втулка с графитовым вкладышем. Диаметр отверстия в графитовой втулке нтейхового шпурового узла составляет 31-33 мм, шлакового - 70-80 мм.
Свод
Злектропечи для плавки медного и медно-никелевого штейна
имеют, как провило»—арочные-своди из шамотного кирпича. I Г-о. п-'О,- =
1 7
Наличке большого числа отверстий в своде резко снижает его прочность. При работе электропечей на влажной шихте возникают локальные взрывы, ударная водна которых разрушает ослабленные места кирпичного свода. Ренонт кирпичного овода требует длитель ной остановки электропечи [21].
На многих металлургических заводах рвботы по усовершенство ванию конструкций сводов электропечей ведутся в направлении подбо ра огнеупоров и уплотнения загрузочных и околоэдектродных отвер стий.
Плотным огнеупорным кирпичом выложен арочный распорный свод электропечи фирмы "Злкем" на заводе "Растенбург". В оводе распо ложены загрузочные отверстия (по четыре вокруг каждого электро да и по одному возле боковых, стен печи напротив каждого электро да), четыре отверстия для отвода газа и 16 смотровых отверстий
[8 ].
Арочный свод электропечи заводе "Томпсон" сконструирован из восьми секций с пятами, уложенными на расстоянии 63 мм над боковыми стенами печи. Свод выложен шамотным кирпиче» толщиной 450 ми, пролет арки свода - 7234 им, стрела прогибе свода -
1015 мм. Шов между сводом и боковыми стенами забивают асбестовым шнуром после нагрева печи до рабочей температуры.
Печь свинцовок плевки заводе "Роншер" имеет плоский подвес ной свод. Кирпичи скреплены попарно в перевернутых Т-образных формах, смонтированных в желобах, имеющих форму "ласточкина хвоста". Свод снимается горизенсальными тягами с пружинами [7].
После замены шамотного свода печи на HIMK оводом из хромомагнезитового кирпича кампания печи увеличилась.
Свод электропечи Алэвердского горно-металлургического ком бината выполнен полностью из кирпича. После увеличения стрелы прогиба с 880 до 1100 мм прочность свода заметно возросла.
На электропечах комбината "Печенганикель" вместо кирпичного свода был сооружен железобетонный врочный свод усиленной конст
рукции.
Свод состоит из восьми секций с температурными швами шири ной 50 им. Каждая секция имеет поперечные и продольные ребра жесткости.
В четырех секциях свода предусмотрены взрывные клапаны диа метром I н, обеспечивающие возможность выхлопа газов при обруше нии откосов шихты в расплавленную ванну.
Вокруг каждого электрода имеется кольцо толщиней 200 и высо той 200 мм, выполненное вместе со сводом. Свод такой конструкции надежно эксплуатируется в течение года.
18
/С'М
Зазоры между оводом и загрузочными патрубками были забето нированы, в результате чего разрежение под сводом электропечи составляет 3 мм вод.от.
В последние годы на комбинате "Печенгэникель" успешно освое на кладка своде из жаростойкого железобетона, заменивиего свод из В8МОТНОГО кирпиче [22].
Стальная арматуре диаметром I&-20 мм расположена в две слоя п8рвллельно и перпендикулярно продольной оси печи. Расстоя ние между стержнями арматуры 200 мм в обоих направлениях, рас стояние между слоями арматуры и от наружных поверхностей свода 100 нн. Толщина свода 300 нм. Секции свода выполняются не дере вянной опалубке непосредственно на печи [9 ] .
В настоящее время на одной из печей комбинате "Печенгани кель" испытывается железобетонный свод из восьми оекцнй с попе речными ребрами жесткости.
Своды электропечей для плавки цинксодержащих продуктов должны служить при температуре более П00°С, так как при более низкой температуре пары цинка окисляются двуокисью углерода.
Своды электропечей Ведовского цинкового завода отличаются ненадежностью подэлектродных жанотных блоков (в виде полуколец), изготовляемых на заводе вручную.
Свод руднотермической электропечи Иртыиског^ полиметалли ческого комбината имеет металлический каркас, регулируемый пружи нами. Свод подвесной, из электродинаоэ. Срок службы своде 1-2 годе. Кольца, обрамляющие проход электродов черег свод, выложе ны фасонными кирпичаш из злектродинаоа.
Своды круглых электропечей набирают из огнеупорных кирпичей ъ сводовом кольце, п средней части (между центром и периметром) свода располагаются отверстия для электродов; креме того, в ово де имеются отверстия для загрузки михты и отводе отходящих газов.
Стремление увеличить механическую прочность свода и сокра тить ремонтные простои привело к созданию металлических водоохлзаедаемых сводов.
Не рис. 3 показана конструкция водоохлаждаемого свода электропечи комбината "Североникель". Свод состоит из трех изо лированных друг от друга секций-кессонов, изготовленных из листо вой стали и скрепленных между собой болтами. Со стороны ванны свод футерован теплоизолирующей-обмазкой толщиной 50-60 мм, ко торую наносят на металлическую сетку.
Внедренный на электропечи ОКБ-890 Буруктзльского никелево го завода комбинированный свод (рис. Ь) состоит из съемной око-
1 9