Методы исследования в ферросплавном производстве

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский государственный индустриальный университет Кафедра информационных технологий Реферат Тема Методы исследования в ферросплавном производстве Выполнил студент группы ИТМ-04 Феоктистов А.С. Проверил Зав. кафедры инф. тех. Цымбал В.П. Дата Оценка Подпись

Новокузнецк 2006 Введение Железо, точнее, его сплавы и в первую очередь сталь, в близкой и более далекой перспективе останется основным конструкционным материалом, так как техника и быт тесно связаны с ее применением. Приведем несколько примеров, чтобы подтвердить это. Уровень жизни всех стран и народов земного шара напрямую зависит от использования таких источников энергии, как вода, а так же все виды топлива – каменный уголь, бурый уголь, нефть или природный газ.

И не только добыча этих источников энергии, но и транспортировка потоков, например, газа и нефти под высоким давлением и в зависимости от месторождения при низких температурах связаны с использованием специальных сталей. Для перевода первичных носителей энергии в электрическую энергию, кроме гидроэлектростанций, необходимо получение водяного пара при высоких температурах и давлениях, что также связано с использованием современных сталей. В атомной энергетике создание котлов, трубопроводов, турбин возможно только из специальных

сталей. Для изготовления генераторов и трансформаторов требуются только определенные виды стали. Для высоковольтных линий также используется сталь. Современный транспорт является ярким примером того, что развитие техники и производство стали – взаимосвязанные процессы, начиная со строительства железных дорог, паровозов, тепловозов, электровозов и всех железнодорожных конструкций. Текстильная промышленность исторически была одной из первых отраслей промышленного производства,
развитие которой зависело от металлургического производства. Производство грузовых и легковых автомобилей сопряжено с потреблением стали. Сталь используется и для ряда конструктивных элементов воздушно-ракетных двигателей. В кораблестроении применяются специальные стали. Крупнейшим потребителем стали с высокой коррозионной стойкостью в разных агрессивных средах и против воздействия высоких давлений является химическая промышленность.

Другими словами, для удовлетворения потребностей человечества мировое производство стали будет расти и в дальнейшем, проблемы могут касаться только темпов производства и ориентации на выплавку стали того или иного назначения, т.е. в конечном счете, решают все экономические факторы, связанные с технологией и источником сырья. При производстве стали на машинах непрерывного литья ферросилиций вводят в жидкую сталь, для постановления железа и легирования. Строительные марки стали, составляющие треть всего сортамента,

часто различаются на мелкосортных машинах непрерывного литья. Поэтому эта тема на сегодняшний день довольно актуальна. При производстве ферросилиция по-прежнему остается довольно много не решенных задач, особенно при переходе на полностью автоматическое производство. История металлургии История металлургии начиная примерно со II тысячелетия до н.э. тому подтверждение – все мировые технические

достижения в области металлургии на протяжении многих столетий направлены на создание по возможности более полного и более дешевого способа извлечения металла из руд. Каждый этап развития металлургии был обусловлен коренными изменениями технического производства, начиная с доисторических волчьих ям и сначала примитивных, а позднее более совершенных сыродутных горнов, в которых варили крицы. До середины XIV в. процесс получения металла из руд был сыродутным, т.е. использовалось
тепло только от сжигания древесного угля. Промышленность XVI в. уже основывалась на использовании энергии воды. С появлением водяного колеса удалось механизировать подачу дутья применение его нагрева ускорило процесс выплавки, так как повысилась температура в печах, и выплавка металла пошла по пути двухступенчатого способа сначала в домнах получали чугун, а затем для получения ковкого металла из чугуна выжигали углерод.

Для этого использовали кричный горн, в котором получали ковкую крицу. В конце XVIII в. металлурги начали широко использовать минеральное топливо для процесса выплавки, кроме того, был изобретен в 1784 г. процесс пудлингования, который, вытеснив кричный горн, почти на столетие стал важнейшим способом получения ковкого железа. Но к концу XIX в. и он был вытеснен более совершенными и производительными способами передела чугуна в сталь –

бессемеровским, мартеновским, томасовским, названными по фамилии их изобретателей. Одновременно в мире существовали и другие способы передела. Так, упомянутый еще в трудах Аристотеля IV в. до н.э тигельной способ выплавки металла получил наибольшее развитие в Англии в первой половине XIX в. В этот же период тигельная плавка по способу Обухова применялась и в России – на заводах в Петербурге,

Златоусте, Перми. Тигельная плавка как способ используется до сих пор для получения ряда металлов. Но основное количество металла производилось двухступенчатым переделом железных руд. Достижения в области металлургии находились и находятся в прямой зависимости от уровня химических знаний. Химия как наука о веществах зародилась усилиями естествоиспытателей и развивалась параллельно с металлургией. С середины XVIII в, химия превращается из описательной в количественную науку, в чем заслуга многих
ученых всего мира. На протяжении трех последних веков в мировую копилку знаний складывались результаты научных изысканий гениальных ученых в области естествознания многих стран мира. Имена многих из них закреплены в названиях законов, уравнений, констант и т.п. Нередкими оказывались случаи, когда к очень близким выводам ученые разных стран приходили практически одновременно на основе совершенно независимых исследований.

В большинстве случаев возникающие проблемы приоритета со временем находили свое разрешение, законы нередко называют по фамилии двух ученых. В целом для металлургии важна сама возможность использования законов и методов исследования для решения бесчисленного множества практических задач. История науки и техники создавалась неустанным трудом многих гениальных и талантливейших людей. Металлургия как область знаний находится на стыке многих наук, включая физику, философию науки, математику,

химию. Яркую полосу в истории научных исследований открывает XVII в. Наука этого периода связана с именем итальянского ученого Галилео Галилея, заложившим основы современной механики. Ему принадлежат идея об относительности движения, законы инерции, свободного падения, движения по наклонной плоскости, колебаний маятника. Он первым исследовал прочность балок, построил телескоп, изучал планеты,

лунную поверхность, солнечные пятна, создал первый в мире термометр. В своей борьбе с догматической средневековой наукой Галилей использовал основной прием экспериментальной науки – опыт. Превращение науки в технику является результатом изобретательства и прикладных исследований, и деятельность многих ученых тому подтверждение. Развитие науки стимулировалось растущими нуждами промышленности.
Почти рабский труд тормозил развитие горного дела и металлургии. Работа в шахтах, которые становились все более глубокими, требовала вентиляции и механизации труда. Галилей и Бойль экспериментировали с насосами и давлением воздуха. Если в 1676 г. Гук открыл простой закон поведения пружин, то Бойль несколько ранее создал фактически пружину из воздуха .

Роберт Бойль один из учредителей Лондонского королевского общества сформулировал первое научное определение химического элемента, положил начало химическому анализу, изучал физику вакуума, установил законы поведения идеальных газов см. закон Бойля-Мариотта . Итальянский физик и математик, ученик Галилея Эванджелиста Торричелли изобрел ртутный барометр, открыл существование атмосферного давления и вакуума торричеллиева пустота , изучал поведение жидкостей см. формулу

Торричелли , Паскалем установлен закон распределения давления в жидкости см. ниже закон Паскаля . Успехи в области астрономии и физики нашли преломление в трудах гениального английского ученого математика, механика, астронома и физика Исаака Ньютона. Он показал возможность подчинения явлений небесных тел и физических явлений более общим законам, которые, занимая в математическом выражении полстроки, описывают практически все природные явления и явления,

связанные с человеческой деятельностью. Ньютон сформулировал три основных закона классической механики и закон всемирного тяготения см. ниже понятия – вес, сила . В 1748 г. М. В. Ломоносов открыл, а в 1789 г. А. Лавуазье подтвердил закон сохранения массы общая масса веществ, вступающих в реакцию, равна общей массе продуктов реакции . Ломоносов, обладая даром научного предвидения, высказал принцип основного закона природы – сохранения
материи и движения, близко подошел к идее атомно-молекулярного строения вещества, к понятию абсолютного нуля. В области металлургии он автор Первых оснований горной науки , Первых оснований металлургии и рудных дел . Во второй половине XVIII в. были открыты химические элементы – Ni, Mn, F, Cl, Mo, W, Fe, Cr,U, Be, I, Zr, в XIX в. тем же химико-аналитическим методом открыто еще 20 химических

элементов, исследуются газы, открыты такие газы, как О2, N2, H2, установлен основной состав земной атмосферы. Изучение газов привело к открытию СО2, СО, оксидов азота, NH3, SO2 и др. Разработки теоретических основ химии уже в этот период группируются вокруг центральной проблемы – атомно-молекулярного учения. Химические элементы получают количественную характеристику у

Дальтона – атомную массу, а у Авогадро – молекулярную массу . К достижениям химии этого периода относится применение электрического тока для разложения сложных веществ. Этим путем Г Дэви открыл новые элементы – К, Na, Ca, Sr, Ba, Mg. Разложением электрическим током солей, кислот, щелочей установлена природа химических сил. В 60-е годы XIX в. началось применение спектрального анализа, результатом явилось открытие еще новых

элементов Pb, Cs, In, Та. Число известных химических элементов уже превысило 60, т. е. появились предпосылки к созданию Периодической системы элементов. В 70-е годы XIX в. оформляется окончательно практическая ветвь химии, названная еще М. В. Ломоносовым физической химией . Основанная на исследованиях электрохимических процессов М. Фарадей, Р. Клаузиус , термохимических явлений Г.

И. Гесс и др представлений о химическом равновесии СК. Бертолле, Дж. Гиббс , физическая химия развивается очень бурно. Устанавливается связь между теплотой и движением представления, высказанные еще в XVII-XVIII вв. французским ученым Р. Декартом и российским академиком М. В. Ломоносовым, положены в основу термодинамики немецким ученым
Р. Клаузиусом и английским ученым У. Томсоном лордом Кельвином . Закономерности химических явлений объясняются на основе общих принципов физики. Изучаются макроскопические непосредственно наблюдаемые характеристики процессов, основной задачей физической химии ставится выяснение механизма явлений, в числе главных ее разделов выделяются химическая кинетика работы Я. Вант-Гоффа, С. Аррениуса, В. Оствальда и химическая термодинамика разработана

Дж. Гиббсом, М. Планком, Я. Вант-Гоффом, В. Нернстом . Возникновение термодинамики связано с развитием теории тепловых машин, цикла Карно по имени французского физика Н. Карно и установлением закона сохранения энергии Ю. Р. Майер, Дж. П. Джоуль, Г. Л. Гельмгольц . Майер первым сформулировал закон сохранения энергии, установив эквивалентность механической работы и теплоты и рассчитав 1842 г. механический эквивалент

теплоты. Идеи и приоритет немецкого естествоиспытателя, врача Ю. Р. Майера долго не признавались. Термодинамика после работ Дж. Гиббса, М. Планка, Я. Вант-Гоффа, В. Нернста превращается из механической теории тепла в универсальную теорию физико-химических процессов, т. е. возникает химическая термодинамика – наука, изучающая физические свойства макроскопических систем на основе анализа возможных в этих системах превращений реакций без

обращения к их микроскопическому строению, т. е. это наука о закономерностях теплового движения и о его влиянии на свойства физических тел. В трудах американского физика-теоретика Д. У. Гиббса разработана теория термодинамических потенциалов, изложено общее условие равновесия гетерогенных систем см. правило фаз . Законы химической кинетики, учение о растворах разработаны нидерландским физико-химиком, первым лауреатом Нобелевской премии по химии
Я. X. Вант-Гоффом с 1895 г. работал в Петербургской Академии Наук . Немецкий физико-химик Вальтер Нернст 1864-1941 гг. сформулировал третье начало термодинамики см. теорема Нернста , один из основоположников современной физической химии, автор закона распределения в теории растворов. С 1923 г. являлся иностранным членом-корреспондентом Российской Академии Наук. Зарождение отечественной электрометаллургии тесно связано с развитием мировой

науки и техники, в частности, металлургии. Ее становлению способствовали российские ученые, явившиеся достойными преемниками и продолжателями трудов М. В. Ломоносова в области экспериментальных исследований физических и химических явлений, а также в борьбе за самостоятельное развитие русской науки. Так, в 1803 г. русский физик, электротехник, академик В. В. Петров впервые описал свои опыты на созданной им крупнейшей по тому времени гальванической батарее,

приведшие его к открытию электрической дуги и электрического разряда в газе, в вакууме, зависимости силы тока от площади поперечного сечения проводника и многое другое. Это было время, когда ученым нужно было отстаивать даже кислородную теорию горения, что и подтвердил В. В. Петров своими опытами. Он первым среди физиков понял и сделал верные практические выводы о преимуществах источника тока высокого напряжения получил электродвижущую силу 1700

В . Ему удалось наблюдать электрическую дугу, а не всего лишь мощные искровые разряды, описанные другими физиками того времени. Английский ученый Г. Дэви, которому отдельные исследователи необоснованно приписывают приоритет в открытии дуги, получил ее лишь спустя 6 – 7 лет после опытов В. В. Петрова. В 1881 г. на I Международном конгрессе электриков были приняты абсолютные практические единицы электричества используемые и в настоящее время – вольт
В , ом Ом , ампер А , кулон Кл и др. В 1888 г. русский изобретатель И.Г. Славянов разработал метод дуговой электросварки и в 1891 г. получил патент на Способ и аппараты для электрической сварки металлов , т. е. первым реализовал открытие В. В. Петрова и осуществил плавку стали и других металлов в дуговой электрической печи. Производство стали и ферросплавов в электрических печах развивалось в

России медленно в 1913 г. в стране было выплавлено всего 5 т электростали в печах импортного производства. На протяжении первых двух десятилетий XX в. наибольшее распространение получили конструкции дуговых печей Эру французский металлург , Стассано, Жиро, работающие на постоянном и переменном токе. К 1917 г. на заводах России находились в действии 21 дуговая печь малой мощности и емкости. В 1916-1917 гг. на заводе Электросталь введен в эксплуатацию первый специализированный электросталеплавильный

цех с четырьмя печами Эру. Печи емкостью по 1,5 т предназначались для выплавки легированной стали. Существенный подъем в отечественном производстве электростали произошел в 30-е годы, что связано с начавшейся программной электрификацией страны и развитием отечественного перестроения. С 1935 по 1940 гг. число дуговых печей увеличилось с 205 до 400 и общая емкость печей возросла с 928 до 1500 т. В дальнейшем увеличение выплавки электростали достигалось за счет строительства новых цехов

с дуговыми печами емкостью 100, 150, 200 т при увеличении мощности печных трансформаторов, а также путем реконструкции плавильных агрегатов и совершенствования технологических процессов. В настоящее время Россия располагает значительным парком дуговых печей, действующих в электросталеплавильных и литейных цехах предприятий черной и цветной металлургии и машиностроения. Для получения высококачественной металлопродукции применяют установки внепечной обработки стали и достаточно
широко используют индукционные вакуумные печи и специальные агрегаты для переплава в кристаллизаторах металлических расходуемых электродов с получением слитков заданной массы. В электрических печах успешно выплавляются углеродистые и преимущественно легированные стали широкого назначения, потребляемые во всех отраслях промышленности. Для выплавки углеродистых и легированных сталей разных марок необходимы легирующие материалы и раскислители.

Для этой цели служат ферросплавы, получаемые в специальных агрегатах высокотемпературным восстановлением требуемых элементов из соответствующих руд. Сталь – деформируемый ковкий сплав железа с углеродом до 20 и другими элементами. Масштаб производства стали в значительной степени определяет технико-экономический уровень развития государства, являясь материальной основой практически всех отраслей техники. По химическому составу стали подразделяются на углеродистые и легированные.

Углеродистая сталь наряду с железом и углеродом содержит марганец до 1 , кремний до 0,4 , а также вредные примеси – серу и фосфор. В состав легированных сталей, помимо указанных компонентов, входят так называемые легирующие элементы хром, никель, молибден, вольфрам, ванадий, титан и др которые повышают качество стали и придают ей особые служебные свойства. Ферросплавы – сплавы железа с другими элементами, применяемые главным образом для раскисления и легирования расплава хромом, марганцем, титаном, ниобием и др. при

выплавке стали соответствующих марок. В этих сплавах железо не является основным компонентом, например, феррокремный содержит 9-95 Si, феррохром – до 70 Сг, ферромарганец – 70-80 Мn, ферровольфрам – 65-80 W, ферромолибден – до 55 Mo, феррованадии – 35-80 V, ферротитан – 27-40 Ti, феррониобий – 30-75 Nb, ферробор -5-20 В, феррофосфор – 7-25 Р.
В России до 1917 г. производилось всего 500 т ферросилиция на уральском заводе Пороги , практически все необходимые ферросплавы ввозились из-за границы. Первая ферросплавная печь отечественной конструкции была введена в эксплуатацию в 1930 г. Благодаря совместным усилиям советских ученых А. М. Самарина, В. П. Елютина, В. А. Боголюбова, И. Ф. Красных и др многих трудовых коллективов конструкторов,

проектировщиков и строителей были созданы в короткие сроки отечественные мощности по производству ферросплавов широкой номенклатуры. В 1937 г. производство ферросплавов в СССР составило уже 171475 т. Особое развитие ферросплавная промышленность получила в годы Великой Отечественной войны. За эти годы на востоке страны было построено 16 электродуговых печей, сталеплавильщики Урала освоили выплавку высоколегированной, в том числе броневой, стали.

И в дальнейшем созданные мощности были нацелены на полное удовлетворение требований сталелитейного производства России к ферросплавам любого состава. В перспективе развитие сталеплавильного производства и ферросплавной промышленности должно быть также тесно взаимосвязано и сбалансировано с учетом марочного ассортимента выплавляемых сталей и прогрессивных норм расхода соответствующих легирующих. В последние десятилетия широкое распространение получила спецэлектрометаллургия,

в том числе рафинирующие переплавы. Это металлургические процессы, применяемые для повышения качества сталей и других сплавов, получаемых в обычных плавильных агрегатах. Существует электрошлаковый переплав, вакуумный дуговой переплав, электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплав. Другими словами, спецэлектрометаллургия представляет собой совокупность электрометаллургических процессов, обеспечивающих повышение качества металла, выплавленного в других агрегатах.
Помимо этой специфики производства, на предприятиях, освоивших переплавные процессы спецметаллургии, электросталь получают и из шихтовых материалов например, вакуумная индукционная плавка, плазменная плавка . Методами спецметаллургии получают стали и сплавы ответственного назначения, тугоплавкие металлы вольфрам, молибден, ниобий и высокореакционные металлы титан, ванадий, цирконий , а также сплавы на их основе. Маркетинг ферросплавов Производство ферросплавов в мире составляет около 4 млн. тонн по данным

на 2000 г Всего в КНР более 1000 ферросплавных заводов, в основном маломощных с устаревшим оборудованием. Лопухов Г.А. Электрометаллургия, 1, 1999 г. с. 28-35 Для производства ферросилиция наиболее подходящими, с точки зрения производства и качества, являются печи мощностью 30 – 50 МВА. На практике это условие соблюдается не всегда. Иногда эксплуатируются ранее построенные маломощные печи, иногда из экономических соображений на выплавку

ферросилиция переводятся печи для выплавки сплавов марганца, хрома и наоборот . В технологически развитых странах Норвегия Франция и.т.д. наблюдается тенденция к переходу на производство чистых и высокочистых сортов ферросилиция, а также модификаторов на основе ферросилиция. Ферросилиций относится к продуктам глобального рынка. Поэтому наиболее выгодны условия для предприятий, находящихся вблизи морских портов.

Морские перевозки намного дешевле железнодорожных, поэтому существует возможность доставки сырья и отгрузки продукции морским путем. Другим условием является цена на электроэнергию – для производителей ферросплавов она не должна превышать 60 коп. за кВт час. В СНГ ферросилиций в России, Украине, Казахстане. Потребление ферросилиция в России в 1999 году составило 395 тыс. тонн, на экспорт отгружено 183 тыс.
тонн, импорт с Украины составил 2,5 тыс. тонн. Металл Эксперт, 9, 1999 г. Расход ферросилиция на тонну стали составляет в России 11,6 кг в пересчете на ФС45 или 6,9 кг в пересчете на ФС75. Общая потребность в ферросилиции определяется объемом выплавки стали. Конференция Производство ферросплавов , США, Майями,

1999 г. информация из справочника Производство ферросплавов под редакцией Снитко Ю.П Новокузнецк, 2000 г. рис. 1 Западные страны импортируют 25 – 30 всего потребляемого ферросилиция из Китая, СНГ, стран Восточной Европы. Потребность в ферросилиции в крупнейших странах – производителях стали в 1997 году составили тыс. тонн Металл Эксперт, ноябрь, 1997 г.

Япония – 550 Азия без Японии – 325 США – 450 Германия – 150 Италия – 90 Великобритания – 67 Франция и Бельгия – 65. В последние десятилетия цены на ферросилиций колеблются, максимальные цены в 1980, 1988 и 1996 году по данным на 2000 г Infacon 7, Tronhaim, Norvaey, 1995, Конференция Производство ферросплавов , США,

Майями, 1999 г данные ОАО КФ информация из справочника Производство ферросплавов под редакцией Снитко Ю.П Новокузнецк, 2000 г. Все цены на выше представленном графике приведены в виде процентов к ценам 1990 года. Это связано с тем, что абсолютные цены различны на различных рынках, относительные цены ведут себя сходным образом. Динамика цен в 90-е годы характеризуется большим влиянием политических процессов

на ситуацию на торговых рынках. В начале 90-х годов произошел выброс дешевого ферросилиция на рынок из стран СНГ, Восточной Европы, КНР. Следствием этого стал обвал цен и введение торговых ограничений на ввоз ферросилиция на рынок Западной Европы и США. Цены на ферросилиций стали существенно различаться на разных рынках. Например, цена на ферросилиций в разных регионах на 1 сентября 1999 года, по данным журнала
Metall Bulletin, составляла, тонну информация из справочника Производство ферросплавов под редакцией Снитко Ю.П Новокузнецк, 2000 г. Европа, основные пункты назначения 630 – 657 США, склад в Питтсбурге 942 – 987 Китай, экспорт FOB 490 Другим фактором, способствующим падению цен на ферросилиций в азиатском регионе, стало снижение

объема выплавки стали в 1998 – 1999 годах и уменьшения потребности в ферросилиции. В конце 1999 года в США были отменены антидемпинговые пошлины на импорт ферросилиция из Бразилии, Китая, Казахстана, России Украины и Венесуэлы, что привело к сближению цен азиатского, европейского и американского рынков. Качество ферросилиция и цена на него во многом определяются содержанием примесей. Цены обычно приводятся на рядовой ферросилиций. В конце 1999 года цена на рядовой ферросилиций, поставляемый

на условиях СИФ порт Японии, составляла 500 на рядовые марки и до 900 на высокочистые сорта. Возрастание требований к содержанию примесей в ферросплавах обусловлена общей тенденцией к производству сталей повышенной чистоты. Современные сталеплавильные технологии ориентированны на производство сталей с суммарным содержанием примесей C S P N H O 100 ppm. К группе сталей с высокими требованиями к содержанию примесей в ферросилиции относятся подшипниковые

стали, высокоуглеродистый стальной корд, трансформаторный лист, высокопрочная низколегированная сталь для трубопроводов. Ферросплавы вводят в жидкую сталь, почти повсеместно реализуемую на машинах непрерывного литья. Строительные марки стали, составляющие треть всего сортамента, часто различаются на мелкосортных машинах непрерывного литья. Чтобы избежать затягивание разливочных стаканов оксидами алюминия, ограничивается содержание алюминия в стали. Некоторые производители стали по этой причине требуют ограничения содержания
алюминия в ферросилиции – не более 0,2 . Это новый и емкий рынок чистого по алюминию ферросилиция. Содержание ведущих элементов и примесей в ферросилиции нормируется стандартами. Наиболее разнообразен сортамент фирмы Элкем по данным на 2000 г 11 видов высокочистых сортов ферросилиция, в том числе с содержанием Al ниже 0,05 , Ti ниже 0,05 . Обычный уровень примесей в 75 -ном ферросилиции и кристаллическом кремнии, по данным

Норвежского института технологии информация из справочника Производство ферросплавов под редакцией Снитко Ю.П Новокузнецк, 2000 г приведены в таблице ниже. Элемент Al 0,9 P 0,015 Ca 0,15 Ti 0,08 V 0,006 Cr 0,009 Mn 0,035 Ni 0,007 B 0,002 O 0,1 H 0,0005 N 0,0015 S 0,005 C 0,04

Расчетная растворимость и фактическое содержание C, H, Si, N, O в ФС75 при температуре 1600є С и 1450є С в ррм масс приведены в таблице ниже информация из справочника Производство ферросплавов под редакцией Снитко Ю.П Новокузнецк, 2000 г Температура Содержание Элементов, ррм масс

Углерод Водород Азот Кислород Si FeSi 75 Si FeSi 75 Si FeSi 75 Si FeSi 75 1600є С расчет. 213 140 16 8 16 18 63 90 1450є С расчет. 75 47 9 5 6 6 30 50 Промышленный FeSi 75 74-1000 3-5 4-45 60-3000 Шихта В любом восстановительном металлургическом процессе шихта состоит из рудной составляющей и восстановителя. В производстве ферросилиция рудным компонентом шихты является кварцит, а восстановителем – коксовый

орешек коксик . Железо для улучшения условий восстановления кремния вводят в состав шихты в виде стальной или чугунной стружки. В зависимости от марки ферросилиция, качества сырьевых материалов и конструкции плавильного агрегата к шихтовым материалам предъявляются определенные требования по химическому составу, гранулометрическому, прочности и целому ряду физико-химических свойств. Кварцит При производстве ферросилиция кремний восстанавливают из его диоксида
SiO2 . Руды кремния кварц, кварцит – самые богатые природные руды, поскольку содержание ведущего компонента кремнезема в них превышает 97 и в отдельных случаях приближается к 100 . Самым чистым по примесям является кварц – это природный кристаллический минерал например, горный хрусталь , который содержит минимальное количество примесей. Месторождения кварцев редки, поэтому этот материал дефицитен и дорог.

В металлургии кварц применяется в исключительных случаях при выплавке чистого кремния. Кварциты менее дефицитны. В отличие от кварца это горные породы, состоящие из одного или нескольких минералов. По структуре кварциты бывают крупнокристаллические размер зерна более 5 мм , среднекристаллические 2-5 мм , мелкокристаллические 0,1-2 мм , тонкокристаллические 0,01-0,1 мм , скрытокристаллические менее 0,01 мм и аморфные. Примеси кварцита могут входить изоморфно в кристаллическую структуру и в виде примазок,

расположенных в межзеренном пространстве. Последние легко удаляются при дроблении и промывке. Пригодными для производства считаются кварциты с концентрацией SiO2 более 97 , а А12О3 – менее 1,8 и Р2О5 – менее 0,045 . Однако знания концентрации примесей недостаточно для оценки качества кварцита некоторые из них при плавлении вспучиваются и нарушают газопроницаемость шихты в колошниковой зоне печи, другие при попадании

на колошник растрескиваются и тем самым нарушают оптимальный гранулометрический состав. Кварциты различных месторождений имеют разную скорость восстановления. Так, например, черемшанский кварцит в сравнении с антоновским обладает на 20 большей скоростью восстановления, а уватский кварцит на 15 меньшей. Эти свойства необходимо учитывать при поиске оптимального грансостава кварцита в шихте. Углеродсодержащие материалы Показатели процесса производства ферросилиция во многом
определяются качеством используемого восстановителя. Углеродистый восстановитель должен обладать следующими свойствами Страхов В.М Фешкова И.В Рябиченко А.Д. и др. Кокс и химия, 1998, 9, с. 26 – 30 высокая реакционная способность и развитая пористая структура высокое удельное электросопротивление минимальное содержание в золе вредных элементов, ухудшающих качество сплава, например

алюминия, фосфора и титана. В составе золы должно быть максимальное количество ведущих элементов кремния и железа стабильный выход летучих веществ с минимальным содержанием в их составе смолистых продуктов достаточная механическая прочность структурная и на истирание для уменьшения количества мелочи при транспортировке и подготовке к плавке. Влажность, зольность и летучие должны быть постоянными для стабилизации шихтовки по углероду. Кокс Основным видом восстановителя при производстве ферросилиция является коксовый орешек,

поступающий от коксохимических и металлургических заводов с полным металлургическим циклом. Технологическим регламентом установлена крупность восстановителя, подаваемого в печь, в пределах 5-20 мм. По своим металлургическим свойствам коксовый орешек неравноценен. Орешек, образующийся при рассеве кокса из средней части коксового пирога, менее прокален и обладает повышенным электросопротивлением. Напротив, коксовый орешек, образующийся в доменных цехах при сортировке

кокса, более прокален и электропроводен. Большое влияние на металлургические свойства коксового орешка оказывают состав угольной шихты и способ тушения кокса. В процессе мокрого тушения происходит паровлажностная активация, повышающая реакционную способность и электросопротивление кокса. Полукокс Целесообразность использования при выплавке ферросилиция восстановителя из малометаморфизированных углей и сложность организации производства специальных сортов кокса в коксовых
печах стимулирует вовлечение в производство полукокса – продукта по сути промежуточного между углем и коксом. В производстве ферросилиция широко использовался полукокс Ангарского нефтехимического комбината и ограниченно Ленинск-Кузнецкого завода полукоксования. Полукоксование угольного концентрата на Ангарском нефтехимическом комбинате ведется а печах системы

Лурги 2-шахтная, многозонная с внутренним обогревом, непрерывного действия с периодической загрузкой угля и непрерывной выгрузкой полукокса . Печь состоит из двух вертикальных шахт и имеет камеру сушки и камеру полукоксования. По мере полукоксования уголь постепенно нагревается газом-теплоносителем до температуры 750-850 С. В отличие от ангарского полукокса полукокс ленинск-кузнецкий получают в печах Пинча, также работающих по принципу внутреннего обогрева, но не имеющих камеры сушки, и поэтому сушка

угля происходит в шахте печи, в силу этого большое количество тепла расходуется на испарение влаги. Температура полукоксования в печах Пинча ниже, чем в печах Лурги, и составляет 550-650 С. Низкая температура полукоксования в печах Пинча является причиной нестабильности содержания летучих – от 4 до 20 , поэтому, несмотря на хорошие физико-химические свойства ленинск-кузнецкого полукокса, применение его в производстве ферросилиция

из-за ошибок в дозировании углерода шихты остается ограниченным. Ангарский полукокс имеет более стабильный состав, но его высокая зольность до 30 порождает проблему выплавки ферросилиция марки ФС75 с концентрацией алюминия менее 1,5 . Каменный уголь Каменные угли делятся на длиннопламенные, газовые, жирные, коксовые, слабоспекающиеся, отощенные спекающиеся, тощие и антрациты. С возрастанием степени метаморфизма в горючей массе каменных
углей увеличивается содержание углерода и уменьшается количество кислорода, водорода и летучих веществ. Целесообразность использования угля при производстве ферросилиция объясняется его низкой стоимостью и высоким УЭС. На рис. 2.4. приведены данные по УЭС различных восстановителей Николаенко А.В Кравченко В.А Тимченко В.В. Исследование удельного электрического сопротивления углеродистых восстановителей ферросплавных шихт Депонирована в УкрНИИНТИ 21.07.87

При низких температурах 600-700 С УЭС углей значительно выше, чем у кокса или полукокса, при температуре 1100-1200 С УЭС восстановителей сближаются. Можно сделать вывод, что введение угля в шихту оказывает положительное воздействие на электросопротивление верхних слоев колошника, что обеспечивает устойчивую глубокую посадку электродов. Щепа Основное назначение щепы – улучшение газопроницаемости шихты, загруженной в печь. Щепа предотвращает спекание шихтовых материалов на колошнике и обеспечивает их равномерный сход в ванне

печи. Одновременно щепа выполняет несколько полезных функций во-первых, углерод, который образуется при пиролизе древесины, обладает высокой реакционной способностью и участвует в восстановительных процессах во-вторых, летучие, которые выделяются в процессе пиролиза щепы, защищают углерод кокса от окисления на колошнике в-третьих, щепа увеличивает электросопротивление шихты, чем обеспечивает более глубокую и стабильную посадку электродов. В ферросплавном производстве применяется щепа марки

ПС по ГОСТ 15815-83. Щепу получают на специальных рубильных машинах. Размер щепы по длине – 10-60 мм, по толщине – до 30 мм. Щепу делают из любых пород деревьев. В условиях ОАО КФ в основном используется щепа из пихты, осины и березы. При этом допускается не более 15 мае. коры, 5 гнили и 0,5 минеральных примесей.
Щепа может транспортироваться любыми видами транспорта. В отличие от кокса и каменного угля в древесине нет свободного углерода. Весь углерод входит в состав органической массы, поэтому масса углерода древесины, которая пойдет на восстановительные процессы, будет зависеть от условий пиролиза. Очевидно, что пиролиз древесины внутри объема шихты в среде восстановительных газов

СО и SiO будет протекать эффективно, а при расположении щепы на поверхности колошника при свободном контакте с кислородом воздуха вся органическая масса древесины будет просто сгорать. Вода в щепе присутствует в трех формах внешняя влага избыточная , гигроскопическая влага, расположенная в порах , клеточная влага, входящая в структуру органических молекул . Влага воздушносухой пробы составляет -7 , а влага на рабочую массу 25-30 .

Зольность древесины невелика и на сухую массу составляет 1,0-2,0 . Особенностью золы древесины является повышенная концентрация оксидов CaO MqO 45 , Na2O K2O 6,5 и Р2О5 – 5 . Летучие компоненты древесины состоят из СО2, С2Н4, СО, СН4, метилового спирта, ацетона, уксусной кислоты, различного типа смол, прочих органических веществ и воды. В зависимости от вида в абсолютно сухой древесине содержится 22-28 внутриклеточной влаги.

Железосодержащие материалы Дня получения ферросилиция помимо кремниевой руды кварцита и восстановителя кокса нужен железосодержащий материал. Железо в шихту можно ввести в виде оксидов руда, окатыши, окалина , в виде частично восстановленного материала металлизованные окатыши, отходы от машин огневой зачистки слитков или в виде стальной, чугунной стружки или их смеси – доменного присада. Производство ферросилиция относится к бесшлаковым процессам, точнее – малошлаковым, поскольку кратность
образующегося шлака составляет в среднем около 3 . Шлак формируется в печи из примесей кварцита и золы восстановителя, поэтому традиционно, чтобы не увеличивать кратность шлака и не повышать удельный расход электроэнергии, железо в шихту вводится в виде стальной или чугунной стружки. Требования к стальной стружке таковы 1. Можно использовать стружку только углеродистых, нелегированных марок стали

СТ1-6 по ГОСТ 380-94 . Исключение допускается только для сталей легированных кремнием, например трансформаторной. 2. Стружка не должна быть загрязнена минеральными безвредными примесями и органическими примесями маслами, эмульсиями более 3 по массе. 3. Стружка не должна быть спутанной. Допускается длина витков не более 50 мм. Чугунная стружка в отличие от стальной не спутывается, хорошо дозируется, содержит минимум вредных примесей хрома, никеля, меди, но при этом имеет в 4 раза большую

концентрацию фосфора. Поэтому стружка из литейного чугуна обычного качества на выплавке ферросилиция марок ФС45 и ФС65 имеет ограниченное применение 40-60 от массы стальной стружки , а на выплавке ферросилиция марки ФС75 может заменять до 100 стальной стружки. Неограниченное применение на выплавке ферросилиция марки ФС45 имеет стружка из рафинированного от фосфора синтетического чугуна, в котором концентрация фосфора

находится на уровне сталей рядового качества. Стальная и чугунная стружка, используемая в ферросплавном производстве, должна соответствовать ГОСТ 2787-75. Требования к химическому составу сталей и чугунов представлены в табл. 2.9. Когда возникает необходимость использования заменителей железной стружки, при выборе материалов нужно руководствоваться следующими принципами 1. Максимальная концентрация железа в материале.
2. Минимальная концентрация фосфора. 3. Минимум оксидов алюминия и титана. Чаще всего заменители железной стружки подшихтовывают в объеме 30-40 от массы железа шихты. Известняк Причиной ввода известняка в печь чаще всего является затрудненный выход шлака. После обжига известняка оксид кальция, взаимодействуя с кремнеземом, образует легкоплавкий, жидкоподвижный шлак, который легко выходит из печи, растворяя и увлекая за собой накопившийся вязкий кремнеземистый

расплав. Сидерит При производстве ферросилиция совместно с кремнием из шихты происходит восстановление примесей Al, Ca, Ni, P. Иногда концентрация А1 и Са может превышать предел, оговоренный в контракте. В этом случае химический анализ сплава можно скорректировать методом рафинирования в ковше. Поскольку А1 и Са обладают высоким сродством к кислороду, их можно окислить кислородом легковосстановимого оксида, обычно используются оксиды железной руды, а так как реакция обмена протекает на границе металл

– шлак, то для интенсификации процесса окисления алюминия и кальция применяется перемешивание металла. Самым простым методом перемешивания является барботаж металла пузырьками СО2 в ковше во время выпуска металла. Источником углекислого газа в таком случае, чаще всего, является реакция разложения карбоната железа FeCO3 . Алюминий и кальций могут окисляться как за счет кислорода FeO, так и за счет кислорода СО2. Карбонат железа – это основа минерала сидерита.

Подготовка шихтовых материалов к плавке Виды подготовки шихтовых материалов В производстве ферросилиция используются шихтовые материалы с определенным химическим и гранулометрическим составом. На современных ферросплавных заводах стремятся получить заранее подготовленные сырьевые материалы и перед использованием их к плавке не готовить. Обусловлено это следующим появлением затрат на содержание дополнительного оборудования и штата работающих появлением проблем с реализацией сырьевых отходов после
подготовки. Однако обойтись полностью без средств шихтоподготовки на ферросплавных заводах России и СНГ невозможно по следующим причинам не все предприятия, производящие сырьевые материалы, могут производить шихтовые компоненты нужного качества подготовленные сырьевые материалы на рудниках, коксохимических заводах в процессе транспортировки измельчаются и теряют свои технологические свойства, поэтому практически на всех отечественных заводах имеется оборудование для исправления качества шихты.

Подготовка материалов в шихтарниках к плавке в основном заключается в выделении из поступившей шихты необходимых для технологии фракционных классов. Для этого при необходимости материалы додрабливают, например кокс, уголь, или без дробления отсеивают мелкие классы. Каждый плавильный цех имеет свою специфическую схему подготовки сырья. При подготовке сырья к плавке его подвергают обогащению, окускованию, дроблению и грохочению.

Обогащение Обогащение кварцита связано с удалением из него глинистых сланцев. Осуществляется это методом грохочения и последующей промывкой. Хотя технология удаления глинистых примесей весьма проста, на заводах СНГ промывка кварцита нигде не применяется. Обусловлено это тем, что в зимнее время промывка кварцита из-за замерзания воды невозможна. Поэтому на заводах пользуются приемом качественного грохочения кварцита.

При этом в отсевы вместе с глиной уходит до 25 кондиционного кварцита. Дробление В зависимости от мощности печи и размеров ванны, а также от физико-химических свойств шихтовых материалов на каждом заводе в технологических инструкциях оговорены требования к шихте по грансоставу. В связи с этим иногда возникает потребность в додрабливании материалов. Для дробления кварцита используют дробилки двух типов щековые и конусные.
Щековые дробилки просты в эксплуатации, имеют малые габариты, но уступают конусным дробилкам в производительности и качестве дробления. Конусные дробилки при равной с щековыми производительности имеют большие габаритные размеры, особенно по высоте, но выход целевых классов кварцита на конусных дробилках выше, поэтому конусные дробилки обычно применяют на второй стадии дробления дробильно-сортировочных фабрик при рудниках. В шихтарниках плавильных цехов, если есть необходимость, используют щековые дробилки.

Кокс – материал значительно менее прочный, чем кварцит, и в процессе разрушения образует много мелких фракций, поэтому для дробления кокса щековые и конусные дробилки не используют, поскольку в них разрушаемый материал подвергается не только сжатию, но и интенсивному истиранию. Обычно для дробления кокса применяют двухвалковые и четырехвалковые дробилки. В четырехвалковой дробилке за счет последовательного уменьшения зазора между валками можно при дроблении

сократить истирающий эффект и тем самым увеличить выход целевых классов кокса. На ОАО КФ установлено, что при додрабливании фракции кокса – 25 мм до – 18 мм образуется до 10-12 фракции -5 мм, а при додрабливании коксика фракции 25-40 мм до – 18 мм фракции – 5 мм образуется 30-35 . Для дробления угля используется то же оборудование, что и для кокса. Однако уголь менее прочный материал, чем кокс, и при дроблении образуется большее количество

мелких фракций. Для сокращения потерь угля с отсевами на ОАО КФ внедрена технология использования в шихте углей марки СС фракции -50 мм без дробления и рассева. Грохочение При грохочении решается несколько задач из кварцита с мелкими фракциями удаляются примеси AI2O3 отсев мелочи кварцита способствует улучшению газопроницаемости колошника удаление мелких фракций
кокса нормализует газопроницаемость колошника удаление мелочи кокса из шихты предотвращает прогары рукавных фильтров на газоочистках удаление из стальной стружки крупногабаритных предметов предотвращает забивание труботечек и дозаторов. Для разделения шихтовых материалов на фракции используются следующие устройства и агрегаты колосниковые решетки вибрационные грохота барабанные грохота. Колосниковые решетки применяют для отделения крупных фракций кварцита и рассева стальной стружки.

Вибрационные грохота в основном используют на рассевах восстановителя и при отсеве мелких классов кварцита. Барабанные грохота чаще всего применяются при рассеве стальной стружки и иногда для отсева мелких фракций кварцита. Подготовка шихтовых материалов на ОАО Кузнецкие ферросплавы Подготовка кварцита В основном на завод кварцит поступает с Антоновского рудника подготовленным, однако при перевозках и перегрузках кварцит измельчается и перед

его подачей на печи возникает необходимость отсеивать мелкие классы -25 или -36 мм . Установлено, что при отсеве с мелкими классами уходит и значительная часть AI2O3, поэтому при выполнении заказа на производство ферросилиция марки ФС75А11,5 технологи стремятся тщательней отсеить мелкие фракции кварцита, для чего нижнее сито на грохоте меняют с размера 25×25 мм на 36×36 мм. При этом выход сплава с концентрацией алюминия менее 1,5 увеличивается.

Самую универсальную схему подготовки кварцита имеет цех 1. В ней предусмотрено и додрабливание на щековых дробилках СМД110, и рассев кварцита на грохотах ГИЛ. Данная схема очень полезна при испытании кварцитов новых для завода месторождений, когда необходимо варьировать грансоставом. В цехе 2 дробление кварцита не производится, мелкая фракция кварцита отсеивается на барабанном грохоте.
Фракция -120- 25 мм по транспортерной ленте подается в плавильный цех, а -25 мм пересыпается в приямок. В цехе 3 дробление кварцита не производится. Фракция -120 мм по транспортеру через автостелу подается на грохот ГИЛ32, с которого надрешетный продукт -120 25 мм поступает в плавильный цех, а подрешетный продукт -25 мм пересыпается в приямок для отсевов. Подготовка кокса и угля Уголь и кокс готовятся на одних и тех же технологических линиях.

Уголь в зависимости от варианта технологии можно подавать без подготовки или с дроблением, но без отсева. Подготовка восстановителя в цехе 1 может производиться в одну и две стадии. Первую стадию дробления осуществляют в шихтарнике цеха, где заготавливается фракция кокса -16 мм. Схема состоит из двух грохотов ГИЛ32 и одной четырехвалковой дробилки ДГ4В 900×700. Данная схема в основном предназначена для дробления кокса фракции -40 25 мм.

Кокс из приямка фракции – 40 мм подается на грохот. Надрешетный продукт фракция 16 мм передается на четырехвалковую дробилку, где дробится до фракции – 16 мм и передается в дробильно-сортировочный узел. Подрешетный продукт пересыпается на грохот, где происходит разделение на фракции 16 мм возврат и -16 мм – запас, складируемый в отдельном приямке. Вторая стадия подготовки восстановителя кокса или угля

производится в дробильно-сортировочном узле. Уголь фракции -40 мм и кокс фракции -16 мм из приямков по наклонному транспортеру поступает в дробильно-сортировочный узел, где возможно организовать два потока подготовки только отсев мелкой фракции -5 мм или дробление на двухвалковой дробилке Д2Г 900×700 с последующим отсевом мелочи. Если кокс предварительно раздроблен в шихтарнике, то он, минуя двухвалковую дробилку, поступает на грохот 4 ГИЛ32 и рассеивается на рабочую фракцию -16 5 мм, которая
по транспортеру подается в бункеры плавильного цеха 1, а отсев фракция -5 мм пересыпается в вагон и передается потребителям данного материала. Если кокс предварительно в шихтарнике не подготовлен, то его в дробильно-сортировочном узле предварительно рассеивают на грохоте 3, затем фракцию 16 мм додрабливают на двухвалковой дробилке и окончательный рассев осуществляют на грохоте 4. По этой же схеме дробят и рассеивают уголь. В цехе 2 для подготовки восстановителя к плавке существует

две параллельных линии одна на базе четырехвалковой дробилки ДГ4В 900×700, а вторая – двухвалковой дробилки ДГ2В 900×700. В отличие от схемы цеха 1 и цеха 3 линии подготовки восстановителя оборудованы электромагнитами улавливания ферромагнитных предметов и циклонами пылеулавливания. Неподготовленный кокс из приямка грейферным краном подается в один из двух питателей и по транспортерам

пересыпается либо на грохот 1 ГИЛ32 , либо на грохот 2 ГИЛ42 , где происходит разделение восстановителя на три фракции 16 мм, -16 5 мм и -5 мм. Готовая фракция -16 5 мм по наклонным транспортерам подается либо на открытые печи, либо на блок закрытых печей. Реверсивный транспортер позволяет изменять движения потоков, поэтому с любого грохота можно восстановитель подать и на открытые и на закрытые печи. Надрешетный продукт фракция 16 мм додрабливается на четырехвалковой

или двухвалковой дробилке и возвращается для пересева на грохота 1 или 2. Подрешетный продукт фракция -5 мм пересыпается на транспортер и вместе с циклонной пылью передается в специальный приямок для отсевов. В цехе 3 так же, как и в цехе 2, две параллельные линии подготовки восстановителя. Линии абсолютно симметричные и оборудованы четырехвалковыми дробилками ДГ4В 900×700 и грохотами ГИЛ32. После рассева и додрабливания фракция -16 мм поступает на автостелу,
пересыпается на двухдечный грохот ГИЛ32, где высеваются фракции -5 мм и -16 5 мм. Верхнее сито на этом грохоте предназначено для равномерного распределения кокса по поверхности нижнего сита, что позволяет более качественно высевать фракцию -5 мм. Отсевы кокса пересыпаются в специальный приямок, а рабочая фракция -16 5 мм по наклонному транспортеру подается в бункеры плавильного цеха. Подготовка стальной и чугунной стружки

По государственному стандарту стальная стружка для производства ферросилиция должна иметь длину витков не более 50 мм. К сожалению, это требование не всегда строго соблюдается, а витая, спутанная стружка затрудняет процедуру дозирования шихты и приводит к забиванию труботечек. Чугунная стружка мелкая и сыпучая, но часто в чугунной стружке попадаются стальные, крупногабаритные более 50 мм в одном измерении детали, которые тоже необходимо высевать.

Поэтому перед применением и стальную, и чугунную стружку готовят к плавке. В цехе 1 отделение спутанной стружки и крупногабаритного лома производится на решетке питателя во время подачи. В цехах 2 и 3 для рассева стружки не используются барабанные грохота. Стружка грейфером подается в приемную воронку грохота, самотеком пересыпается во вращающийся барабан, где мелкая фракция стружки просыпается через отверстие сита, а крупногабаритные отсевы пересыпаются

в приямок для отсевов. Загрузка шихты в печь Шихтовые материалы загружаются в печь двумя способами порционно или непрерывно. Историчес! в связи с увеличением мощности печей, совершенствованием их конструкции и технологии плавки, спос загрузки менялся от порционного к непрерывному и от непрерывного к порционному. Порционный способ загрузки шихты Печи цехов первого поколения мощностью до 10 MB А загружались вручную лопатами. Руч! загрузка позволяла давать шихту точно в те места, где это требовалось.
Скорость восстановительн реакций пропорциональна температуре процесса, поэтому самый интенсивный сход шихты имеет мест поверхности электрода, где расположены самые высокотемпературные зоны. Это обусловливает и прин! загрузки шихты основная ее масса загружается к электродам в виде конусов. За счет конусной уклгц шихты у электродов достигается равномерность газовыделения по поверхности колошника, поскол! дополнительное сопротивление восходящему потоку колошниковых газов, создаваемое слоем шихть

конусах, заставляет газ двигаться в периферийные зоны. Концепция такой загрузки сохранилась и после появления механической лопаты системы Плюйкс помощью таких маших появилась возможность обслуживать печи мощностью до 20 МВт. Основ достоинство загрузки шихтовых материалов с помощью машин Плюйко – точный адресный ввод шихт корректирующих добавок на поверхность колошника.

Вместе с тем данный способ обладает целым рядом существенных недостатков сегрегация шихты в полете во время броска сегрегация шихты на неровной поверхности колошника управление машиной Плюйко – физически тяжелый и вредный труд высокие затраты на обслуживание машины. Избежать сегрегации шихты во время броска невозможно. Куски кварцита, обладающие болы инерцией, пролетают большие расстояния, чем кусочки кокса или древесной

щепы. Очевидно, что больше размер печи и чем больше дальность броска, тем сильнее проявится эффект разделения шихть составляющие компоненты. По этой причине машины броскового типа на печи мощностью более 20 MB устанавливаются. Сегрегация шихты на поверхности колошника за счет скатывания кусков кварцита по конуса периферийные зоны исправляется двумя способами либо вводом дополнительной порции восстановит либо рыхлением и перемешиванием шихты в колошниковых зонах специальными опиковочными машинами.
Увеличение мощности печей потребовало применения более производительных способов загрузки шихты. Печи стали оборудовать труботечками, а на смену бросковым машинам пришли погрузчики с объемом ковша более 1,5 м3. Функции адресного размещения шихты на поверхности колошника от загрузочных устройств постепенно передались опиковочным машинам. На ранних стадиях развития печей с загрузкой шихты через труботечки моделировался процесс ручной загрузки, поэтому стремились установить максимальное число труботечек,

вокруг электродов размещали до четырех труботечек с отбойниками, которые позволяли загружать шихту конусами. При таком способе загрузки решились некоторые проблемы порционного способа задачи шихты на колошник машинами броскового типа увеличивалась производительность загрузки исчезала сегрегация шихты при полете во время броска щепа приобрела функции восстановителя, так как под слоем шихты в атмосфере газовой смеси СО и SiO возможно эффективное протекание пиролиза древесины.

Однако ряд проблем сохранился, а некоторые появились дополнительно сохранилась сегрегация шихты за счет неровности поверхности колошника возникли трудности ввода адресной корректирующей добавки сохранилась необходимость в механическом разрыхлении колошника. Поиск оптимального соотношения компонентов и грансостава шихты не привел к технологии выплавки высококремнистого ферросилиция без необходимости периодической опиковки колошников, поэтому конструкторская мысль получила

развитие в направлении совершенствования опиковочных машин. С другой стороны, работа на печах с глубокими ваннами показала, что при толщине колошникового слоя 2-2,5 м печь становится менее чувствительной к качеству подготовки шихтовых компонентов, исчезает необходимость формирования вокруг электродов конусов, это позволило удерживать ровную поверхность колошников, исключающую сегрегацию шихты. Интенсификация применения машин для обработки колошников подвинула концепцию печестроения
в сторону сокращения числа загрузочных труботечек. Современная руднотермическая печь может иметь три труботечки для ввода основной массы шихты и две труботечки для присадки корректирующих добавок. Распределение шихты и корректирующих добавок по колошнику осуществляется опиковочными машинами. Такая схема загрузки имеет следующие преимущества отсутствует сегрегация шихты во время загрузки перемешивание шихты в процессе рыхления колошника машинами адресный ввод корректирующих

добавок на колошник. К недостаткам такого способа можно отнести повышенные затраты на обслуживание опиковочных машин. Непрерывный способ загрузки шихты Непрерывный способ загрузки шихты возник с появлением закрытых печей. Чтобы исключить подсос воздуха в подсводовое пространство, загрузочные воронки должны быть постоянно заполнены шихтой. Это достигается за счет непрерывного пересыпания шихты из равномерно распределенных вокруг электрода труботечек в загрузочные воронки.

Достоинства такого способа загрузки шихты саморегулирующееся заполнение загрузочных воронок незначительная сегрегация шихты во время загрузки малые эксплуатационные затраты. Недостатками такой схемы являются трудность ввода корректирующих добавок забивание труботечек шихтой. В последующем способ загрузки шихты через труботечки был распространен на открытые печи для выплавки высококремнистых сплавов, при этом выявились следующие недостатки труботечки, упертые в колошник, мешают

эффективной обработке колошников опиковочными машинами труботечки, упертые в колошник, испытывают значительно большее тепловое воздействие, чем отрывные труботечки, расположенные на расстоянии 1,5 м от поверхности колошника из арсенала технологических приемов управления процессом выпадает маневр уровнем колошника. В силу перечисленных недостатков непрерывный способ загрузки шихты широко применяется на выплавке низкокремнистых марок ферросилиция в закрытых печах, а при выплавке высококремнистых марок ферросилиция в открытых печах
развитие получают печи с порционной загрузкой через отрывные труботечки и обработкой колошников опиковочными машинами. Общая характеристика печи Современные цехи для производства ферросилиция представляют собой технологические линии с операциями подготовки шихтовых материалов, выплавки ферросилиция в электропечах, разливки ферросилиция в слитки с последующей их переработкой, сортировкой, упаковкой и отгрузкой потребителями. Технологическая линия производства ферросилиция оборудована сложными механическими агрегатами и устройствами,

эффективное использование которых позволяет экономично вести производство при оптимальной механизации и автоматизации технологического процесса, обеспечивать безопасные условия труда с минимальными воздействиями на окружающую среду. Эксплуатируемые на предприятии ферросплавные электропечи спроектированы с учетом зданий цехов старой конструкции, изготовлены и смонтированы силами технических служб ОАО Кузнецкие ферросплавы . Электропечи предназначены для выплавки кремнистых сплавов непрерывным электротермическим

процессом. В состав оборудования ферросплавной электропечи открытого типа входят печные трансформаторы система токоподвода к электродам три самоспекающихся электрода, закрепленные в электрододержателях механизм подъема маневрирования электродами устройство для перепуска наращиваниия электродов ванна печи установка для вскрытия и заделки летки зонт печи, улавливающий газовоздушную смесь колошника печи система водоохлаждения узлов электропечи система загрузки печи шихтовыми материалами машины для загрузки и обработки колошников.

Ферросплавные печи закрытые сводом рис.4.2 отличаются от печей открытой конструкции тем, что колошники закрытых печей оборудованы сводами с системой специальных газозаборников. Кроме того, отдельные печи закрытого типа оборудованы механизмом вращения ванны печи. Механическое оборудование ферросплавных цехов эксплуатируется в сложных производственных условиях, подвергаясь воздействию высоких температур, абразивных пылей, химически активных сред и электромагнитных
полей. С целью достижения достаточно длительных сроков эксплуатации и надежности оборудования в конструкциях оборудования заложены различные способы защиты от воздействия указанных факторов. В разделе приведено краткое описание, даны технические характеристики и описаны особенности эксплуатации основного технологического оборудования ферросплавных цехов. Электрододержатели и контактные щеки Электрододержатель с пружинным прижимом контактных щек.

На ОАО Кузнецкие ферросплавы в настоящее время эксплуатируются электрододержатели с пружинным прижимом контактных щек. Электрододержатель рис.4.3 состоит из подвесного кожуха 4, подвешенного через систему полиспастов к лебедкам регулировки положения электродов 8, электроконтактного узла с нажимным кольцом 3, закрепленного через изолированные подвески к нижнему поясу подвесного кожуха и механизма перепуска наращивания электрода 7, установленного на верхнем поясе подвесного кожуха.

В механизме перепуска и контактных щеках 2, электроконтактного узла закрепляется самоспекающийся электрод 1, формирующийся путем загрузки электродной массы в цилиндрический кожух. Для крепления токоподвода 9 и труб водоох-лаждения на подвесном кожухе смонтирована водоохлаждаемая траверса 5. Подвесной кожух несущий цилиндр, мантель является основной несущей конструкцией, на которой смонтированы остальные узлы, представляющей собой металлический цилиндр, который охватывает электрод

почти по всей высоте и удерживает его в подвешенном состоянии. Подвесной кожух обеспечивает вертикальное перемещение ход электрода , составляющее около 1200 мм, для регулировки электрического режима. Подвесной кожух фиксируется в вертикальном положении 2-мя кольцами фиксации 6, расположенными на отметках 10,900 и 13,400 на диаметре распада электродов. В каждом кольце фиксации установлено по 8 кронштейнов с роликами.
В открытых печах кожухи охлаждают водой снизу на две трети высоты. В зазор между подвесным кожухом и электродом вентилятором нагнетается воздух, направляемый вниз к щекам. Этим создаются условия для надежной работы конструкции и нормального коксования электродной массы. Траверса для крепления подвижных медных башмаков с токоподводящими трубками изготовлена в виде полой водоохлаждаемой конструкции, которая через изоляцию крепится к средней части подвесного кожуха.

Нажимное кольцо кольцо электрододержателя рис.4.4 состоит из двух полуколец. Каждое полукольцо – это литая стальная полая конструкция. Полукольца соединены между собой шарнирным замком через медные или бронзовые втулки 16, с пальцами 5. В теле кольца электрододержателя имеется 8 стальных стаканов, внутри которых монтируются пружинные прижимы 8-ми контактных щек. Нажимное кольцо в процессе работы охлаждается водой.

Внутреннее полукольцо имеет две напорные и две обратные трубы охлаждения. Наружное полукольцо – одну напорную и одну обратную трубу охлаждения. Подвески кольца имеют свою систему охлаждения. Для защиты нажимного кольца к нему снизу прикреплена защита, изготовленная из медных труб в виде змеевика. Защита наружного и внутреннего полуколец имеют общую систему охлаждения.

Контактные щеки отливаются из электролитической меди и лома меди старых щек в соотношении 1 1. Для подвода охлаждающей воды в теле контактной щеки заложен W-образный змеевик из медной трубы 60 х 15мм. К концам змеевика приварены медные втулки, в которые вставлены и также приварены токовые трубы. К подвесному кожуху контактная щека подвешивается на изолированной подвеске. Для изоляции контактной щеки от нажимного кольца в месте касания упора пружинного зажима в
гнезде щеки вставлена стальная пластина, изолированная от тела контактной щеки асбестом. Подвески контактных щек защищаются от теплового излучения колошника печи водоохлаждаемыми щитками. Техническая характеристика применяемых на заводе контактных щек приведена в таблице. Для печей с гидравлическим прижимом контактных щек применяют щеки из медного проката с высверленными или простроганными каналами для охлаждения. Подъем и перемещение электрода

Электрод вместе с несущим цилиндром и механизмом перепуска перемещается в вертикальном положении при помощи электрических барабанных лебедок. К верхнему кольцу несущего цилиндра кожуха подвесного, мантеля приварена рама с 2-мя вертикальными стойками, заканчивающимися обоймами с блоками. Через блоки перекинуты стальные канаты 024 мм, которые наматываются на барабаны лебедок. Один конец каждого каната закреплен неподвижно на раме лебедки, второй – на ее барабане.

Имеются 2 вида лебедок перемещения по типу механической части. Первый вид – это лебедка, двигатель которой приводит в движение червячный самотормозящийся редуктор, который, в свою очередь, приводит в движение цилиндрический редуктор с насаженными на выходные валы барабанами. Второй вид вместо цилиндрических редукторов имеет систему открытых зубчатых колес. Независимо от наличия самотормозящегося червячного редуктора лебедки снабжены колодочным тормозом с

гидротолкателем. Пневмоперепуск электродов. Механизм перепуска электродов осуществляет наращивание электрода ферросплавной печи по мере его сгорания в зоне плавления. Механизм перепуска крепится к верхней траверсе подвесного кожуха с помощью трех винтовых форкопфов, позволяющих регулировать горизонтальность механизма. Механизм перепуска рис.4.5 состоит из двух кассет неподвижно закрепленных к траверсе подвесного кожуха
нижней кассеты 2 и подвижной верхней 3, перемещаемой сжатым воздухом давлением 0,5 кН, подаваемым поочередно в кольцеобразные пневморукава 6 7, расположенные между кассетами 2 3. Кассеты имеют стянутые пружинами 5 зажимные кольца 4 три кольца на нижней кассете, пять колец на верхней. При подаче сжатого воздуха в пневморукав 7 на подъем верхней кассеты электрод остается неподвижным, т.к. удерживается тремя кольцами нижней кассеты и собственным весом верхняя кассета проскальзывает

вверх по кожуху электрода на 15-30 мм – происходит заготовка перепуска. При подаче сжатого воздуха в пневморукав 6 на опускание верхней кассеты подъемный пневморукав соединен с атмосферой электрод преодолевает сопротивление трения в трех кольцах нижней кассеты своим весом и давлением верхней кассеты с пятью кольцами и перепускается на заданную величину. Перепуском электрода можно управлять с пульта управления печи, заранее установив требуемую величину

одного перепуска. Количеством перепусков в единицу времени можно гибко регулировать общее изменение перепуска электрода в час, смену, сутки. Для регистрации перепуска устанавливается специальный датчик. При качественной сборке и сварке электродов и соответствующей настройке прижатия обжимных колец механизм перепуска работает очень надежно и точно. Конструкция ванны и кожуха Ванна открытой ферросплавной печи представляет собой металлический сварной кожух диаметром 7800 –

9200 мм и высотой 4300 – 4500 мм внутри кожуха монтируется огнеупорная футеровка. Футеровка ванны производится по исполнительному чертежу, в котором указываются регламентированные размеры и допустимые отклонения. Типовой чертеж футеровки показан на рис.4.6. Предварительно вне печи производится контрольная сборка каждого из рядов угольной части подины и леточных узлов. К металлу днища в точках, соответствующих вертикальным осям электродов, и в центр днища закладываются
термопары. Второй уровень термопар закладывается в футеровку по осям электродов на высоте 0,5 м от днища. Сравнение показаний термопар дает возможность судить о характере тепловой работы футеровки, а также позволяет обнаружить наличие ям под электродами, просачивание сплава в футеровку и другие отклонения от нормы. Кожух ванны очищается от посторонних материалов и проверяется на плотность сварных швов. Днище и стены кожуха изнутри обклеиваются листовым асбестом общей толщиной 10-15 мм на жидком стекле.

На днище кожуха насыпается слой шамотной крупки тонциной 70-100 мм, утрамбовывается и выравнивается. На шамотную крупку вперевязку укладывается полагающееся по чертежу число рядов легковесного шамотного кирпича швы между ними пересыпаются шамотным мертелем. Для компенсации температурного расширения ванны между кирпичной кладкой стен и кожухом оставляется буферный зазор толщиной 60-80 мм, заполняемый шамотной крупкой.

Последний ряд легковесного шамотного кирпича выверяется по уровню, затем на него вперевязку на шамотном мертеле укладываются соответствующие слои шамотного доменного кирпича. Последние слои кирпичной кладки подины выполняются из муллитового или муллито-корундового кирпича с пересыпкой швов высокоглиноземистым мертелем или техническим глиноземом. После кладки кирпичной части подины начинается возведение стен из муллитового или муллито-корундового

кирпича вперевязку на растворе из разбавленного до сметанообразного состояния высокоглиноземистого мертеля. На последний ряд предварительно прогретой кирпичной кладки подины укладывается и выравнивается слой подовой массы толщиной 30 мм, на который устанавливают плашмя подовые угольные блоки. Направление по длине соприкасающихся рядов угольных блоков смещено с целью минимального совпадения швов. Подовые блоки прогреваются форсунками и тщательно промазываются жидким пеком, после чего швы между
ними набиваются подогретой до 100-150 С подовой массой. Возможна набивка швов относительно холодной анодной массой при температуре 50-80 С. На тщательно выровненную поверхность нижнего ряда подовых блоков строго вертикально устанавливаются стеновые угольные блоки трапецеидального сечения, соприкасающиеся грани которых смазываются жидкой углеродистой пастой. Футеровка леточных узлов может иметь свои особенности в зависимости от типа печи открытой или

закрытой , а также количества рядов угольных блоков на подине. На полагающийся по чертежу ряд угольных блоков укладывается нижний леточный блок, продольная ось которого располагается перпендикулярно оси леточного отверстия. На него вдоль оси летки укладывается основной леточный блок с заранее выполненным леточным каналом. Верхние леточные блоки устанавливают совместно со стеновыми.

Леточный узел должен обладать высокой герметичностью, поэтому все его элементы тщательно подгоняются друг к другу и притираются. Укладка леточных и примыкающих к ним стеновых блоков производится на углеродистой пасте. Вертикальные зазоры между стеновыми блоками и кирпичной футеровкой стен заполняются порциями подогретой подовой массы и тщательно пробиваются горячими трамбовками. После окончания установки и выравнивания стеновых блоков продолжается кладка стен из муллитового или

муллито-корундового кирпича, которая заканчивается ступенчато. Шамотная засыпка буферного слоя у стен заканчивается не доходя 150-200 мм до верха ванны. Установлено, что отдельные участки футеровки печи испытывают комбинированное воздействие физико-химических факторов, в том числе высокой температуры, жидкого металла и шлака. Вновь сооружаемые и модернизируемые ферросплавные печи характеризуются высокими удельными мощностями,
значениями параметров тока по силе и напряжению, поэтому наряду с такими традиционными требованиями, как высокая огнеупорность и низкая теплопроводность, футеровочные материалы должны обладать минимальной электропроводимостью и высокой стойкостью к кремнистым расплавам и кислым шлакам, а угольные материалы – низкой окисляемостью. Основные проблемы В ферросплавном производстве множество различных проблем связанных с производством. Решения тех или проблем порождают новые проблемы.

Рассмотрим наиболее актуальные проблемы на примере ОАО Кузнецкие Ферросплавы . Наиболее остро на данный момент обстоит дело с дозировкой шихты. На большинстве печей дозировка шихты производится в ручном режиме. Основным препятствием автоматизации процесса является отсутствие датчиком определения влажности шихты, фракции . По сути, на каждой печи должен стоять ряд датчиков определяющих, прежде всего, влажность

и фракцию шихты, от уровня влажности шихты, зависит количество восстановителя необходимого для восстановления кремния. На данном этапе подобные датчики есть только на шихтовом дворе, деления же на фракции практически отсутствует. Хотя в последнее время на ряде открытых печей проблема была решена. Была установлена автоматическая тележка загрузки шихты, также был установлен ряд датчиков. Подобная система позволила увеличить производство, при этом процесс застрахован от человеческого фактора

при дозировке. Дозировка и сбор данных о загружаемой шихте производятся в режиме реального времени , поэтому процесс загрузки автоматически вводит коррекцию при загрузке. В настоящее время подобные схемы будут реализовываться и на всех печах. Также существует острая проблема с определением длины электрода, а значит и с определением положения дуги. Данная проблема в настоящее время решения не имеет, хотя при сочетании различных факторов можно
сделать предположение о месте нахождения дуги. Во-первых, электроды имеют один и тот же диаметр, изготовлены из одного и того же материала, а так как они находятся в подвешенном положении, то исходя из их веса, можно говорить и о длине. Однако только по весу электрода сложно говорить, а его геометрических параметрах ввиду того, что в процессе работы он обгорает – меняет форму. Так же еще можно использовать ряд косвенных факторов работы печи и, исходя из веса, определить приблизительную

длину электродов. Знание места положения дуги позволит ее поддерживать около дна ванны. Подобное положение наиболее экономически выгодно, ибо время восстановления сокращается, снижается время восстановления, а соответственно и расход электроэнергии. Так же снижается процент улетучившегося SiO, а соответственно и расход материалов. В настоящее время существует еще множество проблем, как прямых, так и косвенных.

Далеко не все можно решить, иной раз просто не существует технологий и методов решения тех или иных проблем. Однако некоторые проблемы решаются, в основном это проблемы автоматизации и внедрения нового современного оборудования. Но полная автоматизация процесса будет возможна только при решении абсолютно всех проблем связанных с производством. Приложение фото