Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
пада электродов, соответствует распад электродов dp/dэ = 2,18, как
1,2
4
Относительный распад электродов
Относительный подэлектродный
базоваявеличина(вариантсравнения).
0,8
промежуток
0,4
y = 1,64 x – 2,86
2
R
= 0,617
0
22,1 2,22,3 2,
Рисунок6.1–Изменениераспадаэлектродовиподэлектродного
промежутка,выраженныхвдиаметрахэлектрода,дляпромышленных
печеймощностью7,5–21МВ∙Апривыплавке45%-ного
ферросилиция(R=0,786).
Для подтверждения результатов теоретических положений, данных моделирования и расчётов были проведены компании по выплавке45%-ногоферросилициявпечахсиспользуемоймощностью
150–352кВ∙А,сразличнымизначениямираспадаэлектродовиподэлектродногопромежутка,сцельюулучшенияэнерготехнологических
параметров.
Диаметр графитированных электродов печей составлял 150 мм.
Размерыванныпофутеровкеопределялисьвеличинойраспадаэлектродов.Увеличенный распад электродоввыбирался по схемерасположенияплавильныхзон(вариантC,D,таблицы6.4).
Выплавку45 %-ного ферросилиция проводили на традиционных
шихтовыхматериалах(кварцит,коксик и железнаястружка).Технология выплавки ферросилиция с различными значениями распада
электродов и подэлектродного промежутка подробно рассмотрена
вработе[203].
151
Дляоценкиэффективноститакойвыплавкиферросилицияиспользоваликомплекснуювеличину–энерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечи,всоответствиисвыражением(3.5).Энерготехнологическиепараметрывыплавки45%-ногоферросилицияпо
технологиис увеличеннымподэлектроднымпромежуткомв печахс
различнымраспадомэлектродовприведенывтаблице6.6.
Таблица 6.6
Показатели
Распадэлектродов,d
Используемаямощность,кВ∙А 149,7 196,0 300,8 352,0
Активнаямощностьпечи,кВт 127,8 175,0 281,2 334,0
Полезнаямощность,кВт 125,4 172,2 277,3 330,3
Силатокаэлектрода,кА 4,75 4,77 4,74 4,78
Сопротивлениеванны,мОм 5,56 7,57 12,35 14,46
Увеличениесопротивленияванны,% – 36,2 122,1 160,0
Подэлектродныйпромежуток,h/d
Расходшихтына1баз.т.сплава,кг:
–кварцит
–коксик
–железнаястружка
Удельнаямощностьнаподине,кВт/м
СреднеесодержаниеSiвсплаве,% 44,7 43,5 43,7 43,3
ИзвлечениеSiвсплав 0,927 0,924 0,925 0,923
Коэффициентмощности 0,854 0,893 0,935 0,949
ЭлектрическийКПД 0,981 0,984 0,986 0,989
ТепловойКПД 0,253 0,270 0,317 0,335
Удельныйрасходэлектроэнергии,
кВт·ч/т
p/dэ
э
2
I II III IV
2,18 3,0 4,50 6,0
0,6–0,8 н.б.1,0 н.б.3,5 3,5–3,6
1055
556
538
357 425 545 543
10158 9482 8060 7598
0,1965 0,2192
Вариант
1059
559
542
1057
557
539
1054
555
537
Из проведенных компаний выплавки следует, что одновременное
увеличение распада электродов и подэлектродного промежутка, без
уменьшениязаглубленияэлектродов в шихту, приводит к существен-
152
номуповышениюсопротивленияванны,выделяемойвнеймощности
засчетповышениянапряжения.Сила токаэлектродавкампанияхвыплавкиI–IVимелаблизкиезначения(4,74–4,78кА).ВкампанииIII–IV
выпускферросилицияпроизводилиизлётокподкаждымэлектродом.
Вовсехкампанияхвыплавки ферросилициязаглублениеэлектро-
доввшихтубылонеменее1,4–1,8d
приразнойвеличинеподэлек-
э
тродногопромежуткаи глубиневанны. Поэтомупри работе, какна
большем, так и на меньшем напряжении степень извлечения кремния в сплав имеет близкие значения. Содержание кремния в сплаве удовлетворяло требованиям стандарта. При увеличенном подэлектродномпромежуткеглубинаванныбылав2,0–2,5разабольше,
посравнению сглубинойванныпечи,имеющей традиционныйраспадэлектродов.
Схемастроенияванныпечипривыплавкеферросилициясувеличенным подэлектродным промежутком рассмотрена в работе [204].
Показано,чтоврезультатеразбораванныпослеплавки,размерыплавильного тигля в плане увеличиваются пропорционально размерам
подэлектродногопромежутка.
Снижениеудельного расходаэлектроэнергии с увеличением распадаэлектродоввванне,восновномзависитотвводимойвнеёмощности.Однако,вданномслучае,нельзянеучитыватьуменьшениеответвлениятока между электродами,особенно в верхнихгоризонтах
ванны, что даёт возможность рациональнее использовать подводимуюмощностьврабочемпространствепечи,чтотакжеспособствует
снижениюудельногорасходаэлектроэнергии.Примеромэтогоможет
служить сопоставление величин сопротивления ванны печей с распадом4,5и6,0d
,приодинаковойвеличинеподэлектродногопроме-
э
жутка.Различиевзначенияхсопротивленияваннына17,1%указываетнауменьшениеответвлениятокамеждуэлектродаминатакуюже
величинуприувеличениираспадаэлектродов.
Аналогичновыплавкеферросилицияводноэлектродномварианте
печисувеличеннымподэлектроднымпромежутком, в кампанияхIII
иIV,уровеньрасплававпечнойваннеоказываетменьшеевлияниена
ходэлектрода,отвыпускаквыпуску.Такоеобстоятельствоуказывает
настабильностьпроцесса,чтопозволитвдальнейшемупроститьэксплуатациюиавтоматизациюпечей.
Следовательно,увеличение распада электродов от традиционной
величины2,18до4,5–6,0d
иподэлектродногопромежуткаот0,6–
э
153
0,8до3,5–3,6dэ,привыплавке45%-ногоферросилиция,позволяет
безуменьшениязаглубленияэлектродоввшихту,дополнительноповыситьв2,22–2,60разасопротивлениеванны, полезноенапряжение
имощностьвваннепечи(каждыйпоказатель).Приэтомнаблюдаетсяболеерациональнаясхематокораспределениявванне печи,ниже
удельныйрасходэлектроэнергии приблизкихзначенияхизвлечения
ведущегоэлементавсплав.
Улучшаются печные параметры такие как, коэффициент мощности печи, электрический и тепловой КПД. Соответственно возрастает энерготехнологический критерий работы ферросплавной
электропечис0,1963(притрадиционныхзначенияхраспадаэлектродовподэлектродногопромежутка)до 0,2703–0,2902при увеличении
распада электродовd
до3,5–3,6d
.
э
= 4,5 – 6,0 и подэлектродногопромежутка
p/dэ
По аналогичной технологии с увеличенным подэлектродным
промежутком и распадом электродов была проведена серия плавок
углеродистого ферромарганца в печах с используемой мощностью
до 230–240 кВ·А. Диаметр графитированных электродов составлял
150ммпри токе4,03–4,11кА [205].Распадэлектродовувеличивали
от традиционной величины 2,18 d
промежуток при увеличенном распаде составлял (2,1 – 2,4) d
в3,0–3,5раза большетрадиционной величины(0,6– 0,8)d
глубленииэлектродовв шихтуоколо(2,3 – 2,6)d
до 4,5 – 6,0 dэ. Подэлектродный
э
,в соответствиис
э
, что
э
,приза-
э
даннымиработы [206].При этомнапряжение,сопротивлениеванны
и мощность в ванне печи при выплавке ферромарганца возросли в
2,07–2,66раза(каждый показатель).Такжеулучшилсякоэффициент
мощностис0,809до0,918–0,959иэлектрическийКПДпечис0,973
до0,984–0,959.Прилучшемзаглубленииэлектродоввшихту,благодаряувеличениюглубиныванны,несколькоснизилсяулётмарганцас
отходящимигазамис12,7до10,4–10,9%.
Термодинамический анализ восстановления марганца из шлакорудного расплава до карбида Mn
при выплавке углеродистого
23C6
ферромарганцаи изменение коэффициентараспределения марганца
рассмотреновработах[206,207].Восстановлениекремнияипереход
егов ферромарганец,с повышенным содержанием кремния, приводитсявработе[208].
В более крупном масштабе по разработанной технологии была
проведенавыплавка45%-ногоферросилициясувеличеннымизначе-
154
ниямираспадаэлектродовиподэлектродногопромежуткавполупромышленныхусловияхнаАксуском(Ермаковском)заводеферросплавов(РеспубликаКазахстан),напечистрансформатороммощностью
1200кВ∙А.
Результаты полупромышленных испытаний технологии выплавки ферросплавов, с увеличенными значениями распада электродов
и подэлектродного промежутка, приведены в работе [209]. Диаметр
самообжигающихся электродов составлял 330 мм. Выпуск сплава
изпечиприувеличенномраспадепроизводилииз-подкаждогоэлектрода.
Дляориентировочнойинформацииорасстоянииэлектрод–подинабылпредложениопробованспособопределенияположениярабочегоконцаэлектродавваннеферросплавнойпечипотемпературному
полюфутеровки[210].Величинуподэлектродногопромежуткатакже
определяли традиционным способом по степени угара электрода и
методомопределениязаглубленияэлектродоввшихту.
Энерготехнологическиепараметрывыплавкиферросилициясразличнымизначениямираспада электродови подэлектродногопромежуткав полупромышленныхусловиях Аксуского заводаферросплавовприведенывтаблице6.7.
Выплавка ферросилиция в полупромышленных условиях подтвердиларезультатывыплавкивопытныхэлектропечах(таблица6.6)
с различным распадом электродов и поэлектродным промежутком. Сопротивлениеванны,напряжениеимощность вваннепечиII
(сувеличеннымраспадомэлектродов)возрослив2разапринеизменныхзначениясилытокаэлектродов,посравнениюспечьюI,которая
имелатрадиционныйраспадэлектродов(таблица6.7).Привыплавке
подвумвариантам, заглубление электродовв шихтубылоне менее
1,4–1,7d
.Среднеесодержаниеведущегоэлементавсплавесостав-
э
ляло43,4–46,4 %Siдляпечисувеличеннымраспадомэлектродов.
Сплавудовлетворялтребованиямстандарта.
Технологически было возможно дополнительно повысить сопротивлениеванныимощностьвваннепечиII,сувеличеннымраспадом
электродов(таблица6.7),засчётувеличенияподэлектродногопромежуткаиработатьнаболеевысокомнапряжении.Однакобылиисчерпанывсевозможностипечноготрансформаторапо напряжениюпри
неизменнойсилетокаэлектрода.
155
Таблица 6.7
Энерготехнологическиепараметры
Распадэлектродов,d
Производительность,баз.т/сут 1,11 2,70
Расходшихтына1баз.тсплава,кг:
кварцит
коксик
железнаястружка
Подэлектродныйпромежуток,h/d
ИзвлечениеSiвсплав,% 0,947 0,942
Силатокаэлектрода,кА 6,0–6,5 6,0–6,5
Напряжениенаэлектродах,В 56–59 115–119
Удельнаямощностьнаподине,кВт/м
Сопротивлениеванны,мОм 9,20 18,72
Увеличениесопротивленияванны,
напряженияимощности,% – 103,5
Коэффициентмощности 0,883 0,935
ЭлектрическийКПД 0,966 0,993
ТепловойКПД 0,337 0,404
Удельныйрасходэлектроэнергии,кВт·ч/т 7487
/d
р
э
э
2
2,18 5,60
1042
528
555
0,76–0,91 2,27–2,42
203 234
0,2722
Печи
I II
1051
539
530
Сравнивая два варианта выплавки ферросилиция следует отме-
тить,чтопри увеличениираспада электродовс 2,18до5,6d
ипод-
э
электродногопромежуткаот0,84(средняявеличина)до2,27–2,42d
наряду с улучшением показателей выплавки (коэффициент мощности, электрический КПД, тепловой КПД) значительно вырос энерготехнологический критерий работы ферросплавной электропечи с
0,2722до0,3533.Удельныйрасходэлектроэнергиинавыплавкуферросилицияснизилсяна16,7%.
Наоснованииданныхисследованийиопубликованныхработ[201,
209,211] былисистематизированы данныепо распаду электродови
величинеподэлектродногопромежуткапривыплавкеферросилиция.
156
э
Пристатистическойобработкерезультатовполученавзаимосвязьотносительных величин подэлектродногопромежутка и распада электродов,которыевыражены через диаметр электродаферросплавной
печи[211],аналогичноданным,приведеннымнарисунке6.1.
Для выплавки ферросилиция при традиционных величинах распада электродов (2,10 – 2,30 d
(0,60–0,85d
распадаэлектродов(до6d
)полученовыражение(6.5):
3,6d
э
h/d
),полученовыражение(6.4).Дляувеличенныхзначений
э
=1,64∙dp/dэ–2,86R=0,785 (6.4)
э
)иподэлектродногопромежутка(до3,5–
э
) и подэлектродного промежутка
э
h/d
=0,75∙dp/dэ–0,90R=0,951 (6.5)
э
Например,привыплавкеферросилициястрадиционнымраспадом
электродов(основной диапазонd
воговариантарассматривалиd
= 2,10 –2,30), в качествебазо-
p/dэ
= 2,18.Приэтомподэлектродный
p/dэ
промежуток в ферросплавной печи в соответствии с выражением
(6.4)долженбытьh/d
=0,72,чтонепротиворечитдиапазонутради-
э
ционных значений подэлектродного промежутка0,60–0,85, который
известенизпрактикиработыэлектропечей.
При выплавке ферросилиция с увеличенным распадом электродов d
по выражению (6.5), должен быть h/d
= 6,0 подэлектродный промежуток в ферросплавной печи,
p/dэ
= 3,6. Данная величина не
э
противоречит диапазону значений подэлектродного промежутка
= 3,5–3,6,который полученв результатекампанийопытнойвы-
h/d
э
плавкиферросилицияс увеличеннымподэлектроднымпромежутком
наповышенном напряжении(таблица6.6). Этоулучшилонетолько
параметрывыплавки, но изначительноувеличило энерготехнологическийкритерийработыферросплавнойэлектропечи.
Таким образом, выявлена взаимосвязь величин подэлектродного
промежуткаираспадаэлектродоввферросплавнойпечи,наосновании теоретических положений, электролитического моделирования,
данныхпромышленныхпечей,атакже опытной и полупромышленной выплавки 45 %-ного ферросилиция с увеличенным распадом
электродов.
Показано, что одновременное увеличение распада электродов от
традиционной величины 2,18 до 4,5–6,0 d
межуткаот 0,6–0,8 до 3,5 – 3,6d
,напримере выплавки 45 %-ного
э
и подэлектродного про-
э
157
ферросилиция, позволяетбезуменьшения заглубления электродовв
шихту,повыситьв2,22–2,60разасопротивлениеванны,полезноенапряжениеимощность в ванне печи(каждый показатель).Приэтом
улучшаются энерготехнологические параметры: коэффициент мощностипечи,электрическийитепловойКПД.Соответственновозрастает энерготехнологический критерий работы ферросплавной электропечиотвеличины0,1963до0,2703–0,2902иболее.
Технология выплавки ферросплавов в печах с увеличенным распадомэлектродовипоэлектроднымпромежуткомпозволяетв2,2–2,6
разаповыситьсопротивлениеимощностьвваннеиувеличитьэнерготехнологический критерийработы печипри выплавкеферросилиция(п.6.2,глава6).Дляисследованиядальнейшейвозможностиповышениясопротивленияванныимощностипечи,засчетувеличения
рабочегонапряжения,необходимобылоуменьшитьвлияниетоковответвлениямеждуэлектродами.Для этогобылпредложендифференцированныйспособзагрузкишихтовыхматериаловвферросплавную
печь[212].Такойспособзагрузкишихтовыхматериаловможетбыть
использован в электропечах печах, имеющих увеличенный распад
электродов.
Предложенныйспособ,отличаетсяотизвестныхспособовзагрузкишихтытем,чтодляповышенияактивногосопротивления,рабочегонапряженияи дополнительноймощностив ваннеферросплавной
печиуменьшается ответвлениетоковмеждуэлектродами.Для этого
шихтазагружаетсявпечьвокругэлектродовнаплощадьколошника,
внешняяграница которойудаленаот поверхностиэлектродана расстоянии1,0–4,2 егодиаметраив межэлектродное пространство помещаютслойкислотногоокисла.
С этой целью выплавку ферросилиция, с использованием предложеного способа загрузки шихты, проводили в электропечах увеличенным распадом электродов 4,5 и 6,0 d
дов150мм,аналогично технологиивыплавки, приведеннойв п.6.2.
Используемаямощность печейсоставляла383–388кВ∙А. Вкачестве
материалакислотногоокисладлявыплавкиферросилицияиспользо-
, и диаметром электро-
э
158
валисьотходы,ввидекварцитовоймелочи(фракции3–7мм),кактугоплавкийималоэлектропроводныйматериал.
Подробно технология выплавки ферросилиция с ограничением
тока«электрод–электрод»опубликованавработе[213].
Измельченныйкварцитиобычнуюшихтудлявыплавки45%-ного
ферросилициязагружаливпечьпорциями,вразныеобластиколошника, одинаковым слоем. В межэлектродное пространство кварцитовуюмелочьподавали так, чтоона образовывала повысоте ванны
тугоплавкий малоэлектропроводный слой, в виде своеобразной перегородки между электродами, шириной около диаметра электрода.Увеличенныйраспадэлектродов(4,5 –6,0)d
,притакойширине
э
кварцитовой зоны в ванне, способствовал тому, чтобы избыточный
кремнезёмне попадалв зонусходашихтыи, следовательно,в реакционноепространство.Иначемоглобыпроисходитьзакварцеваниеи
нарушениеходапечи.
Создание в межэлектродном пространстве ферросплавной печи,
с увеличенными значениями подэлектродного промежутка и распада
электродов, малоэлектропроводной зоны позволило уменьшить токи
ответвленияпошихтемеждуэлектродами.Этодополнительноспособствовало увеличению напряжения, полезной мощности печи и улучшениюэнерготехнологических параметров придифференцированном
способе загрузке шихты. Для подтверждения указанного положения
былипроведены опытныекомпаниивыплавки ферросилиция свыпускомсплавачерезлетки,расположенныеподкаждымэлектродом.
Вкомпаниивыплавкисдифференцированнымспособомзагрузки
шихтыраспадэлектродовбыл 4,5d
.Сила токаэлектродасоставля-
э
ла 4,81 кА, привеличинеподэлектродногопромежутка 520–540 мм
(3,5–3,6d
250–270 мм (1,7–1,8 d
).Заглублениеэлектродоввшихту,находилосьв пределах
э
). Среднее значение напряжения на электро-
э
дахсоставляло74,7В,акоэффициентмощности0,951.Сход шихты
наблюдался около электродов.Скоростьсходашихтывэтойобласти
колошникабыладостаточновысокой.Центральнаячастьколошника,
состоящаяизкварцитовоймелочи,быламенееразогретаисходздесь
ненаблюдался.Сплаввыходилизпечихорошостемпературойнавыпускенеменее1620–1680°С.Вваннепечисуществовалокакбынесколькоодноэлектродныхпечейивыпусксплавасодногоэлектрода,
невлиялнавыпусксдругого.Ходпечивэтойкампаниибылстабильныйировный.
159
В следующей аналогичной компании выплавки ферросилиция, с
несколькобольшимраспадомэлектродов–6d
,скоростьсходашихты
э
былавысокой.Заглублениеэлектродоввшихтусоставляло240–260мм
(1,6–1,7d
(3,4–3,5d
).Величинаподэлектродногопромежуткабыла510–530мм
э
)присилетокаэлектрода–4,78 кА.Значениенапряжения
э
на электродах составило 76,5 В, а коэффициент мощности – 0,953.
Притакихпараметрахпроцессапечьработаланормально,расстройств
веёходененаблюдалось.
Результатывыплавки ферросилициясдифференцированнымспособомзагрузкишихтысувеличеннымраспадомэлектродовисобычнымспособомзагрузки(традиционныйраспадэлектродов)приведенывтаблице6.8.
Таблица 6.8
Кампании
Параметры
Распадэлектродов,d
Способзагрузкишихты Обычный Диффер-й Диффер-й
Используемаямощность,кВ∙А 149,7 383,4 388,1
Активнаямощностьпечи,кВт 127,8 364,6 369,9
Полезнаямощность,кВт 125,4 359,5 365,5
Сопротивлениеванны,мОм 5,56 15,53 16,00
Увеличениесопротивленияванны,% – 179,3 187,8
Силатокаэлектрода,кА 4,75 4,81 4,75
Коэффициентмощности 0,854 0,951 0,953
ЭлектрическийКПД 0,981 0,986 0,988
Подэлектродныйпромежуток,h/d
Расходшихтына1баз.т.сплава,кг:
–кварцит 1055 1053 1051
–коксик 556 558 560
–железнаястружка 538 541 535
СодержаниеSiвсплаве,% 44,7 44,2 43,5
ИзвлечениеSiвсплав,% 92,7 92,6 93,0
ТепловойКПД 0,253 0,357 0,368
Удельныйрасходэлектроэнергии,кВт·ч/т 10158 7160 6930
р/dэ
э
I
(базовая)
2,18 4,50 6,0
0,6–0,8 3,5–3,6 3,4–3,5
0,1965
II III
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]