СПОСОБ ПОДГОТОВКИ РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ЗАКРЫТОЙ ПЕЧИ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ Российский патент 1998 года по МПК F27B1/00 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам подготовки рудовосстановительных закрытых печей для выплавки ферросплавов после длительного простоя.

В настоящее время рудовосстановительные печи, выплавляющие ферросплавы, после капитального ремонта готовят к работе в соответствии с графиком разогрева печи. При этом осуществляют сушку футеровки и обжиг электродов вначале газом, затем электрическим током. Газ подают через горелку, установленную на подине печи, тепло от сжигания газа в основном используют для сушки футеровки, а обжиг электродов при этом не обеспечивается. Обжиг электродов осуществляется с переходом на токовую нагрузку длительное время при нагрузке 150-200А без завалки шихты. Электрод подвергается вибрации под влиянием электрической дуги в период обжига, что приводит к облому электрода.

До набора полной токовой нагрузки расход электроэнергии составляет 600000 кВт•ч, т.е. энергоемкость процесса велика.

Известны способы разогрева рудовосстановительной печи (подготовки для выплавки ферросплавов), например разогрев печи с режимом коксования электродов, исключающих образование перекоксованных участков самоспекающихся электродов, путем удаления летучих из рабочих концов электродов через просверленные в шахматном порядке отверстия диаметром 3-4 мм [1], а также разогрев ферросплавной печи путем сжигания природного газа в горелке, установленной на подине печи, в течение 170 ч, затем перевод печи на электрообогрев в течение 2,5 суток [2].

Недостатки аналогов следующие:
высокая энергоемкость процесса разогрева печи под токовой нагрузкой;
отрицательное влияние температурных перепадов по сечению электрода в период перехода от разогрева газом на электрообогрев, что приводит к образованию микротрещин и последующему обрыву электрода.

В качестве прототипа принят способ подготовки рудовосстановительной печи для выплавки ферросплавов, заключающийся в установке газовых горелок по периметру ванны и диаметру распада электродов на высоте 400 мм от уровня подины. А сушку футеровки и обжиг электродов производят в течение 4-х суток, заправляют ванну печи коксом и переходят на обжиг электродов электрическим током в течение 3,5 суток. Завалку шихты начинают при токе 250 А на шестые сутки после начала сушки печи [3].

Недостатки прототипа - обжиг электродов проводят подачей газа в зону нижних рабочих концов электродов, тепловой поток формируют от нижних концов электродов вверх за счет теплопроводности электродной массы, обжиг остальной части электродов ниже щек и в щеках осуществляют за счет электрического тока.

Сущность изобретения заключается в том, что подготовку закрытой сводом рудовосстановительной печи ведут с помощью четырех кольцевых горелок, расположенных вокруг каждого электрода и по периметру ванны печи.

Газовыми горелками, расположенными вокруг электродов, подают газ к электродам в районе загрузочных воронок, формируя тепловой поток по электроду вверх к контактным щекам и вниз к рабочим концам электродов. Выравнивание теплового потока по сечению электродов достигают подачей газа в секторе 60^o к центру печи в количестве 2-3%, в примыкающих секторах по 60^o в количестве 6-7% и в составной части - 10-12%.

При такой подаче газа тепловой поток по периметру электродов будет одинаковым, что способствует равномерному прогреву электродов по всему сечению. Поверхность электрода, обращенная к центру печи, прогревается за счет тепла от сжигания газа и взаимного теплоизлучения электродов, поэтому в секторе 60^o к центру печи подается газа меньше, количество газа, подаваемого в остальной части нарастает от центра к периферийной поверхности. Потери тепла с периферийной поверхности электродов максимальные, так как возрастают теплопотери от поверхности электродов в окружающую среду. В этой части поверхности электродов расход газа устанавливают 10-12% от общего расхода.

В зоне подины горелкой, расположенной по периметру ванны печи, подают газ в секторах 60^o между электродами в количестве 25-27%, а в остальной части 13-15% от общего расхода. Тепловой поток в электроде направлен снизу вверх для выделения летучих.

Распределение тепла по электроду обеспечивает в начальной стадии расплавление кусков электронной массы в зоне загрузочных воронок, стекание ее в нижней части и опускание кусков электродной массы в зоне контактных щек электрода, что позволяет получить однородный состав без ликвидации к моменту коксования.

Повышенная тепловая нагрузка в зоне воронок позволяет получить скоксованный участок электрода под контактными щеками с оптимальной скоростью, увеличить прочностные характеристики электродов в целом и за короткое время начать обжиг электрода электрическим током без опасения его облома в зоне максимальных нагрузок в районе ниже контактных щек.

Этот режим предупреждает локальное перекоксование электродной массы газом. Переход на обжиг электрическим током проводят тогда, когда скоксованный участок электрода в районе загрузочных воронок достигнет оптимального уровня коксования.

Последующий обжиг электрода электрическим током формирует электроды с равномерными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

После обжига электродов газом, как показала практика, заканчивается сушка футеровки ванны печи, и печь подготовлена для выплавки ферросплава, т. е. к загрузке шихты при токовой нагрузке.

Если в кольцевые горелки, расположенные вокруг каждого электрода, подают газ в секторе 60^o к центру печи менее 2%, в примыкающих секторах по 60^oC менее 6% и в остальной части менее 10%, то увеличивается продолжительность обжига электродов, электрод по сечению обжигается неравномерно со значительным запозданием центральной части и при переходе на токовую нагрузку возможен облом электродов по неспекшемуся сечению ниже контактных щек.

Если подают газ в секторе 60^o к центру печи более 3%, в примыкающих секторах по 60^o более 7% и в остальной части более 12% от общего расхода, то внутри электродов возникают термические напряжения, которые снижают механические свойства (прочностные) электродов.

Если расход газа в секторах 60^o между электродами в кольцевой горелке, расположенной на подине печи, менее 25% и в остальной части горелки менее 13%, то к периоду перехода печи на токовую нагрузку футеровка ванны печи будет недостаточно просушена по всей толщине, что вызовет термические трещины в футеровке и приведет к снижению ее стойкости.

Если расход газа в секторах 60^o между электродами в кольцевой горелке, расположенной на подине печи, более 27% и в остальной части горелки более 15% от общего расхода, то нижние концы электродов скоксовываются раньше, чем в районе загрузочных воронок, что приводит к расслоению массы и, как следствие, к потере механической прочности и к обрыву электродов при переводе печи на токовую нагрузку.

Если температура в зоне контактных щек ниже 600^oC, то при переводе печи на токовую нагрузку происходит обрыв электродов ниже контактных щек. Если температура более 800^oC, то электрод не пластичен в зоне контактных щек и вследствие плохого контакта между щекой и электродом происходит локальный перегрев и щеки выходят из строя.

Пример. Промышленное осуществление способа проводили на трехфазной закрытой рудовосстановительной печи мощностью 23 мВА после капитального ремонта.

Диаметр и глубина ванны печи составили 7620 и 2700 мм соответственно. Самоспекающиеся электроды диаметром 1200 мм расположены по вершинам равностороннего треугольника, диаметр распада электродов 3400 мм.

После капитального ремонта на печи были установлены кожухи трех электродов, в которые загрузили электродную массу в виде брикетов.

Подачу природного газа осуществляли в четыре кольцевые горелки, три из которых расположены вокруг электродов в зоне загрузочных воронок и одна на подине.

Кольцевые горелки вокруг электродов выполнены из трубы диаметром 50 мм. На горелке просверлено 90 отверстий диаметром 3 мм в секторе 60^o, ориентированном к центру печи, 11 отверстий с шагом 100 мм; в примыкающих секторах по 60^o - по 15 отверстий с шагом 75 мм; в сектор, отделенный от центра печи, 49 отверстий с шагом 20 мм. Внутренний диаметр кольцевой горелки 1400 мм.

Подовая горелка выполнена из трубы диаметром 100 мм в виде двух полуколец с внутренним диаметром 7200 мм. На горелках просверлены отверстия диаметром 4 мм: количество отверстий в секторах между электродами по 60 шт. с шагом 60 мм, в остальной части - 102 отверстия с шагом 115 мм.

Расход газа на подовую горелку 400 м³/ч, в горелке вокруг электрода 60-70 м³/ч. Обогрев газом осуществляли в течение 90 ч до достижения температуры электродной массы в зоне контактных щек 700^oC. Температуру контролировали штыковой хромельалюмелевой термопарой в промежутке между щеками поверхности электродной массы.

Затем перешли на токовую нагрузку и набор нагрузки до 300А осуществляли в течение 26 ч, после чего в течение суток осуществляли завалку шихты в печь. Печь эксплуатировали в нормальном рабочем режиме.

Обломов электродов в течение 3 суток после подготовки и в начальный период эксплуатации не было.

По прототипу разогрев ферросплавной печи осуществляли сжиганием природного газа в подовой горелке в течение трех суток, затем перешли на электрообгрев в течение 57 ч при нагрузке 150-250 А. Без завалки шихты печь работала 28 ч. Завалку шихты начали при наборе нагрузки 250 А.

На вторые сутки работы печи в эксплуатационном режиме произошел облом электрода I фазы и на третьи сутки - II фазы.

Показатели промышленного осуществления предложенного способа по трем вариантам и прототипу приведены в таблице.

Предложенный способ подготовки печи позволил существенно снизить расход электроэнергии на разогрев печи до 350 тыс. кВт • ч и провести безаварийно разогрев печи и обжиг электродов.

Изобретение может быть использовано в металлургии, конкретнее в способе подготовки рудовосстановительных закрытых печей для выплавки ферросплавов после длительного простоя. Согласно изобретению газ для обжига электродов (2-З% от общего расхода) подают через кольцевые горелки, расположенные вокруг каждого электрода в зоне загрузочных воронок, в секторе 60^o к центру печи. 6-7% в примыкающих секторах по 60^o, а в остальной части 10-12%. Через кольцевую горелку, расположенную на подине по периметру футеровки ванны печи. подают газ в количестве 25-27% в секторах 60^o между электродами, в остальной части -13-15% от общего расхода до достижения температуры электродной массы в зоне контактных щек 600-800^oС. Затем проводят обжиг электрическим током до полного формирования электрода в этой зоне. 1 табл.

Способ подготовки рудовосстановительной закрытой печи для выплавки ферросплавов, включающий обжиг самоспекающихся электродов и сушку футеровки газом, подаваемым через газовые горелки, и последующий обжиг электродов электрическим током, отличающийся тем, что подачу газа осуществляют через кольцевые горелки, расположенные вокруг каждого электрода в зоне загрузочных воронок, и через кольцевую горелку, расположенную на подине по периметру футеровки ванны печи, при этом через горелки, расположенные вокруг каждого электрода, подают газ в количестве 2 - 3% от общего расхода в секторе 60^o к центру печи, 6 - 7% - в примыкающих секторах по 60^o и 10 - 12% - в остальной части, а через горелку, расположенную на подине ванны печи, подают газ с расходом 25 - 27% от общего расхода газа в секторах 60^o между электродами и 13 - 15% - в остальной части до достижения температуры электродной массы в зоне контактных щек 600 - 800^oC, а затем проводят обжиг электрическим током до полного формирования электрода в этой зоне.