Способ регулирования процесса выплавки кремнистых сплавов в электропечах Советский патент 1980 года по МПК C22C33/04 

НИИ рассгройства, так как при выплавк кремнистых сплавов тигли, как правило разобщены. Длительная работа закрытых сводом электропечей со скрытым явно не трояз ляющи;мся расстройством технологгни объ ясняет причины повышен.ного расхода электроэнергии и сырья, сниженич факти ческой мощности (печи, а также трудности кеадифиадированнаго управления техноло гией и связалные с ними проблемы освоения процессов выплаики 75%-но.го ферро силиция и других энергоемких сплавов в закрытых электропечах. В известном способе регулирование процесса .путем подач-и углеродистого и окисного материала в полость электрода пач.иналось, как правило, по внешним признакам колошника, печи, т. е. иа стадии явного расстройства процесса. Цель изобретения - увеличение фактической мощности электропечей и уменьшение удельных расходов сырья и электроэнергии. Цель .достигается тем, что непрерывно ведут замер давления газов в подэлектродном .пространстве рабочих тиглей печи, при это1м .о|рцио|нальпо изменению давления меняют расход углеро.да. Регулирование содержания углерода в реакционных тиглях в предлагаемом способе производится по Объективному параметру - да1влени1о газа в подэлектродиой полости каждого тигля, причем необходимость изменения количества углерода в тигле определяется ИЗменеи.иам давления газа в газовой лолости этого же тигля. Уров.нн давлений газа в газовых полостях реакционных тиглей и их изменения являются причиной последующих изменений в работе электропечИ. Обуславлеаю это следующим. Образование кремния при его воастановлении углеродом может быть 01суЩествлено только при определенной для данных условий концентрации, газообразной окиси кремния в газовой фазе. Согласно теоретическим да.иным в системе Si-О-С при атмоСферном давлении юремн.ий может образо1вываться при содержании окисч кремния в равновесном газе, равном 45%. В реальной, обычно удаленной от равновесия системе, в зависимости от содержанип углерода в шихте, уропня температур и других факторов, ко1нцентрация окисч кремния в газе может значительно превышать равновесную концентрацию, но существует и ее онтимальная величина для каждого .конкретного технологического процесса. Очевидно, что отклонение концентрации окиси кремния в газе, занолияющем нодэлектродное пространство тиглей от ее оптимального значения, должно наиболее четко прогнозировать намечающееся расстройство технологического процесса. В связи с тем, что газообразная окисъ кремния устойчива только при температурах, превыщающих 1480°С, и в связи с осо.бенностями технологического процесса, н-г .нpeдcтaiвляeтcя возмояшым осуществить экспрессный контроль ко.нцентрации окиси кремния в подэлектродно м газовом пространстве. Исследования заявителя, проведенные в «рзпнолабораторной электропечи с привлечением трудоемкаго и длительного косBeiHHOiro метода оценки количесива газообразной окиси кремния в нодэлектродном пространстве показали, что меж.ду концентрацией окиси |К;ремния н давлением газа в полости существует прямая взавмссвязь. Обусловлено это тем, что концентрация окиси кремния в газе влияет иа газопроиицаемость кояощиика. Прохо.дя В месте с другими отходящими газообразными нродуктами восстановления через шихтовые .материалы, окись нрем.ния только при взанмодействин с углерадом шихты образует конденсированный карбид кремния, мало влияющий иа газопроницаемость шихты. В связи с тем, что углерода в шихте недостаточно для связывания всей окиси кремиия в карбид кремния, значительное ее количество не поглощается тлеродом, а проходит и распадается в более холодных верх)иих слоях шихты. Продукты распада - кремний м кремнезем - конденсируются в пустотах и порах между кусками шихты, т. е. спекают колош1Т Тк и уменьшают его газонрои; цаемость. По.следнее и приводит к повышению давления газа в полостях тиглей. При недостатке углерода в шихте пронсходит чрезмерное спекание шихты и рост давления. Образуются газовые выбросы по каналам «свищи, с которыми выносиТся в подсводовое пространство и в систему газоочистки окись кремиия в.месте с теплом ..и материалами, израсходовалными на ее образование, т. е. ухудшаются основные показатели нроизводства. При избытке углерода в шихте давление газа в .полости уменьшается. Таким образом, следствием изменени.э он центр а.цин газообразной окиси кремния подэлектро.дном газовом прострастве вляется изменение давления газа в нем, оторое предопределяет изменения в раоте нечи. Изложенное свидетельствует о том, что анее не контролируемый параметр - веичина давления газа в подэлбктро.дном ространстве и скорость ее изменения - ает надежную и онбративную информаию о состоянии технологического пронеса вынлавки крем.ннстого сплава в электопечи. Использование этого параметра озволит О1бслуживающему пе,рсоналу или пециальному автоматическому устройству

своевременно предпринять меры для ведзвия процесса в аятимальном технологическом режиме.

Предлагаемый способ вынлавки кремнистых сплавов в течение 1978 г. был испытан ори выллавке 45 и 65%-.ио.го ферросилиция и на одоом титле промышленной трехфазной закрытой электропечи мощностью 21,5 1мВт. Заиорожокого зявода фе,ррООПла1вов.

Давление газа из высокотемпературной подэлактродаюй газовой полости передавалось по раоиюложенной вдоль оси самоопекающегося электрода стальной трубе диаметром 50 мм и соединенной датч.иком ДМИ-Т, где преО|бразовы1валось в, пролорциоиальный элбктрическ-ий сигнал, который посту1пал на пульт печи н загаисывался на диаграммную ленту прибором ВФСМ, отградуирован.ньш на шкалу О-1000 ммвоп, ст.

Результаты измерений показали, что при выплавке 65%-1ИОго ферросилиция давление газа в полости тигля, на котором производили испытание, изменялось в пределах 60-550 мм вод. ст. При давлении газа в полости в пределах 150- 300 мм вод. ст. электрод с полной токавой нагрузкой устойчиво работал в нижнем или среднем положении и никаких корректировок шихты не требовалось. При медленио1Мповышении давления до

400 мм вод. ст. не0|бхо|ди1мо |было в eoporiку этого тигля загрузить 50-100 кг кокса, так как в противном случае давление примерно через 30 мин повышалось до 600 LMM вод. ст., возникали пнковые точкч давления, свидетельствуюш,ие, но-видимому, о «свищах. Еще через 30-40 мин, а иногда нозже, на электроде снижалась токовая нагрузка. При резком росте давления свыше 400 MiM вод. ст. порция загружаемого на колошник печи кокса долж.на быть большей и составлять 100- 150 кг.

Снижение давления до .величины менее 100 мм вод. ст. сигнализировало об избытке углерода в шихте и ток на электроде через 15-20 мии существенно возрастал. Электрод нрияоднимали и при дальнейшем увеличении тока перехряили на более низкую ступень напряжения.

При выплавке 45%-но1Го ферросилиция стабильная и глубокая посадка электрот;а в шихте наблюдалась лри давлении газа в подэлектродной полости, равном 70- 180 мм вод. ст. причем изменение давления iBo времени происходило более плавно ч без рез1ких скачков и пиков.

При ПОВЫщении давления до 200- 250 мм вод. ст. под электрод необходимо было дополнительно загрузить 150-200кг KQMca, а улменьшение давления до 50 мм 1ВОД. ст. требовало такого же уменьшения Навески кокса в шихте.

Необходимость указанной корректировки шихты при известном способе регулирования процесса обслуживающий персонал не ощущал. Корректировку навески 5 восстано1вителя в шихте производили только в тех случаях, когда электрод находился в крайнем верхнем положении и ток превышал номинальный или когда электрод находился в самом нижнем положе10 НИИ и токовая нагрузка терялась. Давлгние газа в нодэлектродной полости бьио 40-50 мм вод. ст. при верхнем положении электрода и превышало 300 мм вод. ст., колда электрод -был на нижнем о.граничи15 теле.

Уровень давления газа в подэле|Ктродной газовой 1ПОЛОСТИ « скорость его изменения при перемещении электрода или ЕО В1р9мя выпуска расплава нз. печи умень20 щался до 40 мм вод. ст. только в случаях, когда глубина погруженной в шихту части элект1рада уменьшалась до 40 см, т. е. когда электрод находился в крайнем верхнем положении и при избытке восстановителя в 5 шихте или был чрезвычайно коротким его рабочий конец.

Наиболее существенно и в большем интервале значений будет изменяться давление в подэлектродных полостях при выплавке 75%-кого и 90%-ного ферросилиции и технического кремния.

К|ратко1времен.ные измерения, выполненные с (ПОМОЩЬЮ графитовой трубы в электропечи мощностью 16,5 МВт, выплавляющей технический кремний, показали, что уровень давлений в подэлектрОдных полостях не превышает 900 мм вод. ст. даже при наличии в шихте древесного угля.

Испытания показали, что иэм-енение 0 давления газа в подэлектродной полости печи является объективным и оперативным параметром, .овидетельствующим о нам-.чающемся расстройстве технологического процесса, причем обслуживающий персонал по внещиим данным колошника печи, это расстройство обиафуживало на 1-2 часа позже, чем о нем указывало давление газа в полости тигля.

Испытания показали также, что предлагаемый способ позволяет исключить потери напрузки на электродах. В результате стабильной работы одного только реакционного тигля течи удельный расход электроэнергии за январь 1978 г. уменьшился ва 96 кВт-ч., на 1,4% возросла производительность электропечи, уменьшился расход кварцита и электродной массы, увеличилась фактическая мощность эле(ктроиечи.

0 Технико-экономичеокая эффективность предложенного способа регулирования процесса выплавки кремнистых сплавов в электропечах заключается в возможности ведения технологического nponeicca в близком к оптимальному режиме, при котором исжлвдчается длительное расстроиство технологии и связанные с ним потер а электроэнергии, -сырья и снижение производительности электропечи.

Ожидаемое уменьшение удельного расхода электроэнергии п;ри выплавке 65%-«ого ферросилищия в результате регулирования предложенным саособОМ всех тиглеИ электропечи составит не менее 200 кВт-ч. На 4% возрастет производительность элактроиечи.

Формула изобретения

Способ регулирования процесса выплавии крем гистых силавов в элактронечах,

включающий корректи1равку количества углерода в реакционной зоне (тиглей лечи) по ходу плавки, отличающийся тем,, что, с целью увеличения фактической мощиости электропечи и уменьшения удельных расходов сырья и электроэнергии, непрерывно ведут замер давления газов в подэлектродном пространстве рабочих тиглей: печи и при изменении давления газов пронорционально меняют расход углерода.

Источники информации, принятые во внима1иие ирл экспертизе

1. Микулинский А. С. Процессы рудной. электратэр:Мии. М., «Металлургия, 1966,,

с. 243-245 (п-рототип).