Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

рабочим слоем футеровки печи является так называемый гарииссаж — слой, образованный из проплавляемой шихты, восстановлен­ ной до различной степени, остатков футеровки и сплава. При пра­ вильном выборе материала футеровки, диаметра плавильного про­ странства, диаметра электродов и диаметра их распада часть гарниссажа, обращенная к плавильному тиглю, участвует в процессах восстановления и непрерывно обновляется, а прилегающая к футе­ ровке надежно защищает ее от разрушения. Важнейшей задачей

Рис. 33. Футеровка печи мощностью 16,5 MBA для выплавки кремнистых сплавов;

/ — асбест; 2 — шамотная крупка; 3 , 4 — шамотный кирпич; 5 — подовая масса; 6 , 7 — угольные блоки; 8 — динасовый кирпич

обслуживающего персонала является поддержание в ванне слоя гарниссажа.

Один из вариантов футеровки закрытой печи с вращающейся ван­ ной мощностью 16,5 MBA для выплавки кремнистых сплавов по­ казан на рис. 33.

Для уменьшения теплопотерь в качестве теплоизоляции на обли­ цовке стен ванны может быть использован легковесный шамот и диатомитовая засыпка. Особое внимание при монтаже футеровки должно быть обращено на тщательность набивки швов между бло­ ками разогретой подовой массой. Для уменьшения количества швов желательно выполнение футеровки из длинномерных (1,5—2,5 м) блоков, несмотря на усложнение монтажа. Чтобы предохранить угольные блоки от окисления в период разогрева печи, внутреннюю поверхность печи обкладывают 65 мм слоем динасового кирпича. Срок службы угольной футеровки зависит от сортамента выплав­ ляемых сплавов и колеблется от 6 до 10 лет.

Футеровка печей для выплавки различных марок феррохрома и ферромарганца выполняется из магнезитового кирпича насухо

сзасыпкой швов мелким магнезитовым порошком. Клиновый кирпич

вкладке не применяют, а футеровку выполняют «елочкой». В ста­

ционарных печах для выплавки рафинированного феррохрома тол­ щина подины достигает 2,5 м.

Футеровка наклоняющихся печей для выплавки рафинирован­ ного феррохрома показана на рис. 34.

Обеспечение длительной безаварийной работы футеровки яв­ ляется важнейшей задачей обслуживающего персонала. При уголь­ ной футеровке недопустим малейший подсос воздуха, так как он не­ минуемо приведет к быстрому выгоранию угольных блоков, активно окисляющихся при температурах порядка 500° С. Недопустима ра­ бота с недостатком восстановителя, которая приводит к разрушению

Рис. 34. Футеровка наклоняющейся печи для выплавки рафинирован­ ного феррохрома: 1 , 4 — нормальный магнезитовый кирпич; 2 , 3 — особоплотный магнезитовый кирпич; 5 — бывший в употреблении магнезитовый кирпич

гарниссажа и, как следствие, к прогарам футеровки, чаще всего в районе летки. Распространенной причиной аварийной работы перед­ ней стенки печи является несвоевременный или недоброкачествен­ ный ремонт набивной арки, а также неглубокое (вблизи кожуха ванны) перекрытие выпускного канала летки.

Высокие температуры процесса производства рафинированного феррохрома (1800—2400° С) и взаимодействие со сплавом и основным шлаком вызывают быстрый износ футеровки; примерный срок службы такой футеровки 1—2 года.

Повышение стойкости футеровки рафинировочных печей дости­ гается за счет использования магнезитового кирпича повышенной плотности, создания на подине постоянного предохранительного слоя сплава (путем ограничения угла наклона в наклоняющихся печах), образования устойчивого гарниссажа за счет правильного выбора диаметра ванны, недопущения перегревов ванны, тщательной за­ правки стен и охлаждения футеровки воздухом.

Важнейшей операцией является сушка и разогрев футеровки. При разогреве печи должна быть поднята температура горна до ра­ бочих значений, сформировано рабочее пространство и обожжены самоспекающиеся электроды при сохранении целостности кожуха печи.

84

Это достигается соответствующими скоростями подъема мощ­ ности и загрузки шихты. Слишком быстрая загрузка шихты (или замедленный подъем мощности) приведет к захолоданию пода печи и ухудшит впоследствие технико-экономические показатели произ­ водства. Форсированный разогрев может вызвать разрыв кожуха печи и облом электродов.

Продолжительность разогрева печи после монтажа составляет для мощных рудовосстановительных печей 20—30 дней и для ра­ финировочных 10—15 дней. Так, после капитального ремонта со сменой футеровки закрытой рудовосстановктельной печи мощностью 21 MBA в течение пяти—семи суток она сушится газом, затем разогре­ вается в открытом режиме под током с постепенным набором мощ­ ности в течение трех суток. В конце этого срока осуществляется переход на закрытый режим. После первого выпуска сплава и дости­ жения полной мощности начинают нормальную загрузку шихты, не допуская перегрузки печи шихтой. Уровень шихты поднимают до обычного в течение 20—25 суток постепенно. Вращение ванны печи можно начинать после достижения достаточного прогрева подины, обычно через 25—30 дней после включения печи.

Разогрев вновь смонтированной рафинировочной печи мощностью 5 MBA на одном из заводов ведут на жидком шлаке, залитом из другой печи. Разогрев ведется на пониженном рабочем напряжении с периодическим вращением ванны для обеспечения равномерного прогрева футеровки. В течение первых 8 ч расходуется на разогрев примерно 20 тыс. кВт ч электроэнергии, после чего производится завалка 1700 кг хромовой руды и 1700 кг извести с последующим разогревом еще в течение 8 ч. При этом расходуется около 30 тыс. кВт ч. Затем в печь загружают 700 кг 50%-ного силикохрома и вы­ пускают шлак. Последующие плавки ведут по обычной технологии со сливом шлака, первый выпуск сплава производится после израс­ ходования 120—150 тыс. кВт -ч электроэнергии с момента включения печи.

Г Л А В А VI I

ЭЛЕКТРОДЫ

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОДОВ

Электроды служат для подвода электрического тока в рабочее пространство дуговой электропечи. Электроды должны иметь высо­ кую электропроводность, достаточную механическую прочность, вы­ сокую температуру начала окисления и малую осыпаемость, высо­ кую термическую стойкость, а также низкую стоимость. Этим тре­ бованиям отвечают электроды из углеродистых материалов. Резуль­ таты рассмотрения основных свойств различных электродов (табл. 6) показывают, что наилучшими являются графитированные электроды, а качество самоспекающихся (самообжигающихся) элек­ тродов близко к качеству угольных электродов.

85

В практике производства электростали графитированные элек­ троды обычно называют графитовыми.

Преимущества графитированных электродов настолько суще­ ственны, что, несмотря на их высокую стоимость (в два раза выше стоимости угольных электродов), они практически всегда исполь­ зуются на электросталеплавильных печах среднего и большого тон­ нажа. Графитированные электроды выпускают диаметром от 75 до 555 мм со следующей плотностью тока (ГОСТ 4426—71):

и более. На практике допускается более высокая рабочая плотность тока на электродах (до 35 А/см2 для электродов диаметром 555 мм).

Кроме низкого удельного электросопротивления, электроды должны иметь достаточную механическую прочность и низкую по­ ристость. Электрод при плавке подвергается ряду механических воздействий (обвал шихты, наклон печи и т. д.), направленных под

86

углом к оси электрода. Электрод при этом работает на изгиб. Предел прочности графитовых электродов на изгиб составляет 6—25 МН/м2 (60—250 кгс/см2), а на сжатие 20—40 МН/м2 (200—400 кгс/см2).

Повышенная пористость и соответственно пониженная плотность электрода вызывают интенсивное его окисление при высокой тем­ пературе. Кажущаяся плотность электродов составляет обычно

1,50—1,70 г/см3, а пористость 28—30%.

Угольные электроды по ГОСТ 4425—62 изготавливают диаметром от 100 до 750 мм и рекомендуемая плотность тока на них составляет

7—12 А/см2.

В ферросплавной промышленности широкое применение получили самоспекающиеся электроды, заменяющие угольные и графитированные электроды там, где допускается некоторое науглероживание сплава и разбавление его железом. Угольные электроды приме­ няются при выплавке кристаллического кремния, а графитированные при производстве безуглеродистого феррохрома, металлических хрома и марганца и т. п. Обычно применяют круглые самоспекаю­

Основными составляющими угольных электродов и электродной массы для самоспекающихся электродов являются антрацит и камен­ ноугольный кокс. Для изготовления графитированных электродов применяют малозольные нефтяной, сланцевый и пековый коксы.

В целях повышения эксплуатационных свойств электродов в шихту вводят искусственный и реже естественный графит, а также обожженный бой электродной продукции. Для связывания твердых составляющих шихты электродных изделий применяют средне- и высокотемпературный каменноугольные пеки, а для производства электродной массы — среднетемпературный каменноугольный пек или смесь его с каменноугольной смолой.

Для производства электродной продукции сырые материалы дро­ бят и прокаливают (за исключением графита и обожженного боя) в ретортных или трубчатых вращающихся печах, в результате чего увеличивается их плотность, удаляется основное количество лету­ чих, повышается электропроводность и механическая прочность.

Прокаленные материалы измельчают на дробилках и в мельницах различных типов с последующим рассевом материалов на барабан­ ных ситах или вибрационных грохотах.

Подготовленные материалы точно дозируют по видам сырья и его гранулометрическому составу и затем подают в смесительные машины, куда задают и связующее, причем жидкие пек и смолу предварительно нагревают для удаления влаги и частично летучих веществ. В результате тщательного перемешивания при температуре

87

порядка 150° С получается однородная смесь, называемая электрод­ ной массой, которая или идет для последующей переработки на электроды, или выдается в качестве готовой продукции, используе­ мой для самоспекающихся электродов.

Предназначенную для изготовления электродов массу подают в миксер, где происходит усреднение и охлаждение массы до темпера­ туры прессования. Электроды получают на гидравлических прессах

Спрессованные электроды охлаждают водой на специальных роль­ гангах и затем обжигают в многокамерных газовых печах непрерыв­ ного действия. В результате обжига связующее превращается в кокс, что обеспечивает резкое повышение механическо'й прочности, электропроводности и термической стойкости электродов. Обжиг ведут при температурах 1200—1300° С под сводом печи в защитной засыпке из мелкого коксика, предохраняющей электроды от сгора­ ния и деформации. Продолжительность обжига зависит от размеров и плотности изделий и обычно составляет 320—400 ч.

Для получения графитированных электродов обожженную заго­ товку подвергают графитизации в электрических печах сопротивле­ ния при 2500—3000° С в течение 50—60 ч, причем сопротивлением в этих печах служат сами электроды и пересыпка — коксик фракции 10—30 мм. Общая продолжительность графитизации, включая за­ грузку, графитизацию, остывание и разгрузку печи, составляет 7—10 суток. В результате графитизации повышается электропровод­ ность, теплопроводность и химическая стойкость, уменьшается твердость электродов.

Обожженные угольные и графитированные электроды подвергают механической обработке: обточке цилиндрической поверхности, об­ работке торцов и нарезке ниппельных гнезд. Ниппельное соединение обеспечивается ниппелем с винтовой нарезкой, ввинчиваемым в нип­ пельные гнезда в торцах электродов. У угольных электродов иногда нарезают на одном конце электрода конический ниппель, а на дру­ гом конце — соответствующее коническое гнездо. Для графитиро­ ванных электродов применяют цилиндрические и конические нип­ пели (рис. 35).

Ниппели вытачивают из специальных заготовок, обладающих высокой плотностью и механической прочностью, что обеспечивается дополнительной пропиткой обожженных заготовок пеком под давле­ нием 0,5 МН/м2 (5 ат) при температуре 280—300° С.

Вцелях повышения эксплуатационных качеств графитированных электродов в ряде случаев на их поверхность наносят различные за­ щитные покрытия, или их пропитывают различными солями, или вводят в массу при их изготовлении различные добавки, снижающие окисление электрода во время его службы. Это позволяет снизить расход электродов на 20—30%.

Впрактике электросталеплавильного производства неоднократно опробовались полые (трубчатые) электроды с отношением внутрен­

него диаметра к внешнему в пределах от 0,1 до 0,5. Трубчатые элек­

8 8