1.9.Дуговые печи,плавка

Белый электрокорунд в настоящее время выплавляется в трех­фазных дуговых электропечах в металлическом кожухе на гарнисаже по новой технологии «на слив».

В цехе белого электрокорунда Бокситогорского завода Пикалевского производственного глиноземного объединения «Гли­нозем» (ППГО) находятся в эксплуатации трехэлектродные печи мощностью печного трансформатора 6,6 МВ·А. Печи обо­рудованы графитированными электродами (d_э = 400 мм, диаметр распада d_р=1200 мм). На этих, как и на других руднотермических печах, к сожалению, не имеется возможности регулиро­вать изменение диаметра распада электродов и таким образом выбирать наиболее подходящее соотношение d_рd_э. В связи с этим в опытах с 1200 до II100 мм при уменьшении путем разворота двух электродов I и III фаз, а под основание головки электроде держателя II фазы была подложена подкладка. Умень­шение d_р до 1100 мм позволило увеличить толщину гарнисажа против каждого электрода с 170—190 до 190—235 мм. При этом производительность печи увеличивалась с 3,64 до 3,82 т/ч, а удельный расход электроэнергии снизился на 10—;15 кВт-ч/т, мощность печи повысилась на 140 кВт.

Для производства элсктрокорунда используют глинозем мар­ки ГЭБ, содержащий >99,3 % А1₂О₃ и весьма малые количе­ства оксидов щелочных металлов. При общем высоком содер­жании А1₂О₃ глинозем может содержать различное количество α -А1₂О₃, зависящее от температуры и продолжительности его прокалки. Высокое содержание α-А1₂О₃ в глиноземе обеспечи­вает при прочих равных условиях развитие дугового режима плавки и снижение удельного расхода электроэнергии. Экспе­риментально установлено, что удельный расход электроэнергии может быть снижен на 30 кВт·ч/т при увеличении содержания α -А1₂О₃ в техническом глиноземе с 30—40 до 80—90 % (по дан­ным ВНИИАШ):

Массовая доля α -А1₂0₃ в глиноземе, % 30—40/80—90

Температура сливаемого расплава белого электро­корунда, К 2350—2390/2340—2350

Глубина ванны, мм 1660/1600

Удельный расход электроэнергии, кВт-ч ..... 1230/1200

Развитие дугового разряда связывают с изменением фазо­вого состава глинозема, макроструктурными свойствами в ре­зультате прокаливания его. Глубокое прокаливание сопровож­дается переходом -γ-Аl₂О₃ в α -А1₂О₃, что приводит к увеличению плотности частиц глинозема, снижению общей удельной поверх­ности и угла естественного откоса. Глубокое прокаливание со­провождается также уменьшением содержания Nа₂О, что долж­но оказывать влияние на развитие дугового режима.

Качество шлифматериалов белого электрокорунда, как и огнеупоров, изготовленных из него, во многом зависит от элек­трического режима и содержания углерода. Последний в электрокорунде присутствует в виде карбида алюминия и, по-видимому, может быть представлен оксикарбидами АlО₄С и Аl₂ОС. При прочих равных условиях концентрация углерода в электрокорунде во многом зависит от режима электроплавки. М. Хагинол и П. Войцулеску экспериментально при работе печи мощностью 400 кВ-А (графитированные электроды диа­метром 140 мм, пористость электродов 31 %, зольность 0,1 %, предел прочности на сжатие 14,2 МПа) установили, что, изме­няя режимы плавки белого электрокорунда (доля частиц гли­нозема <40 мкм 15 %), можно получать электрокорунд с 0,004—0,021 % С

Печной процесс, конструкция электропечей и вспомогательного оборудования:

Плавка электрокорунда белого на слив проводится в дуговых трехфазных электропечах ,которые состоят из свар­ного стального кожуха /, металлического (полого) свода 5, электрододержателей 3, механизма передвижения электродов 2, механизма наклона/, летки в, системы водоохлаждения, трансформатора и защи­тной футеровки — гарнисажа 4. Сварной стальной кожух имеет форму усеченного конуса. На расстоянии 600 мм от верха кожуха для летки прорезано окно.

Стальной свод состоит из пустотелых секций, изолированных друг от друга и охлаждающихся водой. Свод выполнен в виде усе­ченного конуса, с внутренней стороны которого сделана огнеупорная футеровка. В своде имеется три отверстия для электродов, два окна (в боковой части) для обслуживания колошника и патрубок для присоединения к газоходу, ведущему печные газы и пыль к электро­фильтру. В своде предусмотрены отверстия для подачи глинозема в печь и прохождения щупа, которым замеряют глубину расплава и толщину футеровки пода.

Электрододержатели с внутренним водяным охлаждением при­меняются двух типов: с гидравлической системой перепуска и фигур­ными литыми щеками со специальными пружинными зажимами для электродов. Электроды передвигаются при помощи специальных лебедок.

Для наклона печи служат гидравлические сварные домкраты. Принудительная система водоохлаждения предназначена для охла­ждения свода кожуха и днища печи. Из водосборника вода поступает к днищу кожуха, затем сбрасывается в дренажные траншеи.

В целях предотвращения аварий необходимо вести постоянный контроль за работой системы водяного охлаждения и не допускать соприкосновения расплава и воды.Защитная футеровка (гарнисаж) наплавляется из электрокорунда белого на дно (под) и боковые стенки печи.Изложница для приема расплава состоит из кожуха и пода. Кожух представляет собой усеченный конус. Для охлаждения из­ложницы под ребордой кожуха уло­жены стальные трубы с отверстиями диаметром 3—5 мм, через которые вытекает вода. Под изложницы пред­ставляет собой стальной цилиндр, выложенный по дну и бортам огне­упорным кирпичом, а по центру

(рис.2.)Печь для плавки электрокорунда белого:

/ — кожух; 2 — механизм передвижения электро­дов; 3 — электрододержатель; 4 — гарнисаж; 5 — свод; б—летка; 7 — механизм наклона; 8 — тран­сформатор.

угольными плитами. Цилиндр засыпают крупкой электрокорунда ( белого. Кожух устанавливают на под между нижней кромкой кожуха и подом насыпают слой электрокорунда белого. Подготовленную таким образом изложницу устанавливают на металлическую тележку.

После наплавления футеровки на под печи выкладывают углеродистый треугольник или звезду, опускают электроды и начинают розжиг, после чего в печь к электродам подают глинозем и начинают плавку. Глинозем применяется двух марок: ГЭБ (глубокопрокален­ный) или Г-1 (рядовой), различающихся лишь содержанием влаги и потерями при прокаливании (п. п. п.):

Таблица 7.

Содержание, % (масс.)
	α-А12О3	Fе203	Na20	SiO2	Влаги	п. п. п.	Плотность, г/см3	Угол естественного откса,град	Насыпная плотность г/см3
ГЭБ	80-90	0,01-0,1	0,20-0,30	0,051-0,070	0,15-0,05	0,20-0,40	3,8-3,9	39-44	0,94—0,88
Г-1	35-50	0,01-0,1	0,20-0,30	0,051-0,07	0,40-0,80	0,50-0,70	3,8-3,9	35-38

Содержание частиц, %
	фракция 40 мкм	фракция 10 мкм
ГЭБ	45—35	60-38
Г-1	5—8	3-5

Глинозем в печь загружается двумя порциями: первую поло­вину загружают сразу после включения печи, вторую — через 20 мин. Плавку ведут под закрытым колошником. После слива в печи остается значительная часть расплава. Толщину футеровки пода и количество расплава по высоте определяют металлической штан­гой, опускаемой на дно ванны через специальное отверстие в своде печи. Определяют общую штангу — расстояние от свода до расплава. Режимы плавки отличаются друг от друга напряжением и током. Выбор режима зависит от толщины гарнисажа.

Отклонения от нормального хода плавки могут быть вызваны ря­дом причин: нарушением загрузки глинозема в печь; недосмотром за состоянием колошника; попаданием в ванну большого количества углерода и воды со свода или кожуха; перебоями в снабжении элек­троэнергией и водой для охлаждения печи и электрододержателей.

Перебои в снабжении глиноземом для плавки могут привести к подплавлению футеровки пода и стенок электропечи. Обычно для исправления состояния футеровки в печи подают глинозем. Если это не приводит к увеличению толщины футеровки, тогда необходимо снизить мощность печи (иногда на 50%).

Недосмотр за состоянием колошника — местами вскрытие колош­ника, местами его перегрузка глиноземом, — происходящий при небрежном разравнивании, может стать причиной местного перегрева или значительного попадания глинозема в изложницу при сливе расплава. Для исправления состояния колошника необходимо разравнять глинозем по всему колошнику до толщины примерно 200 мм (до толщины 100 мм перед выпуском расплава в излож­ницу).

Попадание большого количества углерода электродов в расплав часто происходит из-за невысокого качества графитированных элек­тродов (часто из-за их неудовлетворительного хранения под дождем, снегом и пр.), что приводит к их осыпанию при плавке, а также к появлению трещин и сколов. Если углерода в расплаве много, то продукт получается грязно-серого цвета. В этом случае следует принять меры к замене одного электрода или всех. Расплав с боль­шим количеством углерода (это определяют с помощью штанговой или ковшевой проб) сливают в изложницу, но не смешивают на стадии переработки с остальным качественным материалом.

Попадание на колошник со свода печи воды в виде капель или тонкой струи не опасно, так как в этом случае вода испарится. Однако должны быть приняты меры, предотвращающие попадание воды в печь. Очень опасно появление воды в футеровке. При намо­кании последней и ее осыпании расплав может попасть на водоохлаждаемый кожух, что приводит к возмущению ванны: выбросам рас­плава и даже взрыву. Необходимо вести наблюдения за состоянием кожуха и принимать меры по его ремонту в случае появления тре­щин, прогаров и пр. При обнаружении попадания воды печь отклю­чают и ремонтируют кожух.

Значительную опасность представляет даже кратковременное прекращение водяного охлаждения свода, кожуха, пода печи и электрододержателей. Поэтому необходимо вести наблюдения за контрольным щитом, на который выведены концы труб системы охлаждения. При прекращении слива воды из труб в коллектор должно быть включено аварийное или резервное охлаждение. В слу­чае перегрева отдельных элементов печь отключают, а затем посте­пенно включают аварийное охлаждение до полного напора. После этого печь может быть снова включена.

Длительный перебой в снабжении электроэнергией может при­вести к застыванию расплава и к «замерзанию» в нем электродов, поэтому через 30 мин после прекращения подачи электроэнергии электроды поднимают.

После того как расплав наплавлен по высоте до сливной летки, плавильщик сливает расплав в изложницу, наклоняя печь в сторону летки с помощью гидродомкратов. Расплав из леточного окна сли­вается по лотку широкой струей в изложницу. Во время слива струя расплава обрабатывается сжатым воздухом, им же обрабатывается зеркало расплава в изложнице по окончании слива.

По окончании обработки расплава сжатым воздухом изложница с расплавом остывает под леткой электропечи; затем ее откатывают на специальную площадку для дальнейшего охлаждения и перево­зят в специальное отделение для окончательного остывания и осво­бождения слитка от кожуха изложницы.

Внутреннюю стенку кожуха каждый раз смазывают заново. Это в значительной степени предотвращает попадание стальной окалины вместе с корочкой слитка в переработку. Окалина в корочке обра­зует герцинит (СО-Аl₂0₃), который впоследствии при изготовлении абразивного инструмента ведет к получению «мушки» — рыжих пятен, которые не только портят товарный вид инструмента, но и приводят к получению прижогов при шлифовании металлических изделий. Толщина боковых корочек, пораженных герцинитом, 2—3 мм, а масса около 100 кг. Наиболее эффективный состав об­мазки — смесь жидкого стекла с глиноземом и водой.

В дуговых электрических трехфазных печах при плавке электро­корунда белого используются графитированные электроды (ГОСТ 4426—80). Электроды в один слой на деревянных рейках хранят в закрытых помещениях. При укладывании электродов должна быть обеспечена их сохранность от ударов, при котором могут образовываться трещины или сколы. Оперативный запас электродов хранится обычно в печном зале или прилегающих помещениях при температуре выше 15 °С. Электроды наращиваются через графитиро­ванные ниппели при помощи мостового крана или особых механиз­мов. Перед этим резьбу в электродах и ниппелях продувают сжатым воздухом. Резьбу в электродах, установленных на печи, во избежа­ние запыления обычно прикрывают особым металлическим колпаком. Перед сращиванием колпак снимают, резьбу продувают сжатым воздухом. Затем краном подают электрод, в резьбу которого уже завинчен ниппель для сращивания уже с действующим электродом.

При работе электропечи электродчики и плавильщики должны наблюдать за целостью сальника, установленного в своде. Сальник уплотняет зазор между электродом и сводом и предохраняет их от короткого замыкания. Обломки электродов, как правило, извле­каются из печи через особые смотровые окна в своде.