6.Які електроди застосовують у феросплавних печах? Яка конструкція самоспікаючого електрода?

Широкое применение получили набивные самообжигающиеся электроды, основными преимуществами которых являются возможность изготовления электродов большого диаметра и их низкая стоимость (они в 4,5 раза дешевле графитированных и в 2,5 раза дешевле угольных).

Угольные электроды применяют при выплавке кристаллического кремния, а графитированные —при производстве безуглеродистого феррохрома, металлических хрома и марганца и других сплавов.

Обычно применяют круглые самообжигающиеся электроды диаметром до 2 м, реже на

прямоугольных печах — плоские электроды размером до 3200Х800 мм.

Основными составляющими электродной массы для самообжигающихся электродов являются антрацит и каменноугольный кокс. Обычно в состав массы входят 49% термоантрацита, 23% смеси (1:1) графитированного коксика и графитированной стружки, 28% каменноугольного кокса и 23% от количества сухой массы каменноугольного пека.

Самообжигающийся электрод представляет собой заполненный электродной массой металлический кожух с внутренними ребрами, выполненный из листовой стали толщиной от 1,25 до 4мм. Кожух, изготавливаемый из отдельных секций длиной 1,5–2,0 м, служит формой для электродной массы, предохраняет электрод от окисления воздухом, обеспечивает прохождение электрического тока от электрододержателя к обожженной части электрода, а также усиливает передачу тепла к верхней необожженной его части. Назначением внутренних ребер является увеличение поверхности соприкосновения с электродной массой для улучшения удержания и повышения электропроводности и механической прочности электрода. Число рёбер колеблется в зависимости от

диаметра электрода от 3 до 12, причем высота ребра соответственно увеличивается от 100 до 300мм. Для улучшения сцепления с массой ребра надрезаются в виде «язычков», отгибаемых поочередно в разные стороны.

7.Яка послідовність (за температурою) в основних процесах відновлення кремнію в електроферосплавній печі?

Восстановление кремнезема твердым углеродом в условиях электрической печи протекает

по суммарной реакции

SiO2(ж) 2C(тв) Si(ж) 2CO(газ) , ΔG0=666664–365ּ T Дж/моль. (12)

Температура начала этой реакции составляет 1554°С.

Восстановление кремнезема осуществляется углеродом и кремнием с образованием про-

межуточных продуктов — монооксида кремния и карбида кремния. В печи также может происходить испарение и диссоциация кремнезема. Роль отдельных компонентов системы Si–С–О в процессах восстановления кремнезема не уточнена до настоящего времени.

Согласно некоторым исследованиям, восстановление кремнезема происходит ступенчато.

Вначале кремнезем восстанавливается до моноокиси по реакции

SiO C SiO CO . (13)

Моноокись кремния при высоких температурах является газообразным веществом и уда-

ляется из зоны реакций вместе с газами. Встречая на своем пути куски кокса, моноокись кремния взаимодействует с ним с образованием карборунда:

SiO C SiС CO . (14)

В настоящее время нельзя сказать, как велико значение этих реакций при выплавке ферросилиция.

Кроме кремния, при выплавке ферросилиция восстанавливаются и другие окислы, содер-

жащиеся в шихтовых материалах. Окись алюминия и окись кальция являются наиболее трудновосстановимыми окислами. Однако вследствие высоких температур в зоне электрических дуг происходит частичное восстановление и этих окислов.

Большое влияние на ход реакции восстановления кремнезема оказывает присутствие железа, которое, растворяя кремний, понижает его активность, улучшая термодинамические условия восстановления и сокращая потери кремния. Железо также значительно снижает температуру начала процесса восстановления (от 1530°С для сплава с 90% Si до 1225°С для сплава с 10% Si).

Благотворное влияние железа определяется и тем, что оно легко разрушает карбид кремния по реакции Fe SiC FeSi C и способствует сдвигу реакции восстановления в сторону образования кремния. Эта реакция начинается с 1500°С и интенсивно проходит в интервале 1500—1600°С.

Наряду с восстановлением кремнезема в электропечи происходит частичное восстановление примесей кварцита и золы восстановителей (Al2O3, CaO, MgO и др.) до элементов или карбидов, которые затем могут разрушаться железом, кремнием или кремнеземом Это подтверждается содержанием значительных количеств алюминия, магния, бария, фосфора в промышленных сортах ферросилиция. Оксиды железа, марганца, хрома, фосфорный ангидрид восстанавливаются значительно легче кремнезема, поэтому эти окислы, содержащихся в шихтовых материалах, восстанавливаются почти полностью.

Входящие в состав шихтовых материалов глинозем, оксиды кальция, бария, магния, которые по физико–химическим условиям процесса не могут быть полностью восстановлены, ошлаковываются кремнеземом. Поскольку наибольшую часть примесей составляет глинозем, то он наряду с кремнеземом является главной составляющей шлака. При недостатке восстановителя в результате разрушения гарнисажа шлак обогащается карборундом.

Обычно на 1 т ФС45 образуется 25–40 кг и на 1 т ФС75 35–60 кг шлака, содержащего 30–

40% SiO2, 2–10% SiC, 20–30% Аl2O3, 12–25% CaO, 0,2–20% BaO, 0,3–2,0% MgO и другие примеси.

Шлаки имеют очень высокие температуры плавления (1500–1700°С) и вязкость, составляющую 1–5 Паּ с даже при 1700 °С. При нормальном ходе плавки шлак выходит из печи вместе с ферросилицием. При большом количестве шлака в печи он загромождает горн и затрудняет ход плавки и выпуск металла из печи. Вследствие высокой вязкости шлак частично остается в ванне печи и служит причиной ее зарастания, что снижает производительность, увеличивает удельный расход электроэнергии и сокращает продолжительность кампании печи. В связи с этим следует использовать чистые материалы с возможно более низким содержанием шлакообразующих веществ и до-

биваться полного удаления из печи образующегося шлака, что достигается глубокой и устойчивой посадкой электродов, достаточным количеством восстановителя в шихте, вращением ванны печи а в случаях возникновения больших трудностей с удалением шлака присадкой флюса, например,

извести, которая разжижает накопившийся в печи шлак.