СПЛАВЫ КРЕМНИЯ

Влияние количества восстановителя в шихте на ход плавки при выплавке ферросилия

В случае неправильного составления шихты и ведения технологического процесса возможны отклонения от нормального хода плавки. Количество восстановителя в шихте должно быть таким, чтобы полностью обеспечить протекание восстановительных процессов. Как избыток восстановителя в шихте, так и его недостаток приводят к нарушению нормального хода плавки.

При недостатке восстановителя в шихте в горне печи образуются большие массы расплавленного кварца; нижняя часть электрода находится в этой массе, происходит закварцевание печи, что вызывает неустойчивую посадку электродов и колебания нагрузки, тигли сужаются, шихта сильно спекается, на колошнике образуются «свищи» из летки усиливается выделение газов. Вязкость шлака увеличивается, рабочие концы электродов становятся тоньше и быстро укорачиваются. Температура в печи на глубине 500-600 мм от поверхности колошника при выплавке ФС45 повышается до 1800-2000oС, что приводит к усиленному испарению и потерям в улет не только монооксида кремния, но и восстановленного кремния. При выпуске плавки летка заполняется густым, тягучим шлаком, что затрудняет слив металла. При длительной работе печи с недостатком восстановителя наблюдается расстройство работы летки — прекращается выход шлака, летка закрывается с трудом или вообще не закрывается, наблюдается просачивание металла в любом месте арочки и даже прорыв футеровки печи, это является следствием размягчения гарнисажа у передней стенки вследствие разрушения карбидов кислым шлаком. При таком нарушении хода печи необходимо добавить в печь некоторое количество восстановителя, а также увеличить количество восстановителя в шихте.

При избытке восстановителя в шихте он неполностью расходуется на процессы восстановления, что приводит к накоплению кокса в горне печи. В зонах высоких температур оказывается недостаточно кремнезема, необходимого для разрушения карборунда, так как большая часть кремнезема расходуется в менее горячих зонах печи на образование карборунда. Таким образом, в печи происходит накопление кокса и карборунда. Так как оба эти материала обладают высокой электропроводностью, электрическое сопротивление шихты между электродами значительно уменьшается, а сила тока увеличивается. Это приводит к образованию зон высоких температур в материалах, расположенных между электродами. Так как автоматические регуляторы настроены на определенную силу тока, то при увеличении силы тока в печи вследствие увеличения электропроводности шихты происходит перемещение электродов вверх. Зона высоких температур постепенно перемещается вверх, а в нижней части печи температура снижается. Охлаждение горна печи приводит к затруднениям в открывании летки и в выпуске металла из печи. Посадка электрода становится высокой, из-под электродов начинают бить «свищи», тигли сужаются, слышна работа дуг, шихта круто обваливается у электродов, нагрузка на электродах спокойная, из печи прекращается выход шлака, холодный сплав выходит в небольших количествах. Для исправления хода печи в нее загружают некоторое количество шихты без восстановителя или с пониженным количеством восстановителя, а затем устанавливают нормальное количество восстановителя в шихте. При нарушении нормального хода печи переходят также на более низкую ступень напряжения, что способствует заглублению электродов в шихту.

Работа на коротких электродах как по внешним признакам, так и по результатам подобна работе с избытком восстановителя. Работа с чрезмерно длинными электродами при высокой посадке их ведет к увеличению потерь электроэнергии в самих электродах, а при глубокой посадке электродов часто приводит к тому, что они садятся в шлак, теряется дуговой режим работы печи и бесполезно расходуется электроэнергия.

Для предотвращения нарушений хода печи необходимо вести плавку на шихте постоянного состава. Особенно важно, чтобы влажность кокса не изменялась. Изменение влажности кокса без внесения соответствующих исправлений в состав шихты приводит к изменению соотношения между количествами восстановителя и кремнезема в шихте, что вызывает нарушение нормального хода печи. При обнаружении отклонении хода печи от нормального важнейшая задача персонала — своевременно определить причину нарушения хода процесса и принять соответствующие меры для исправления положения.

Выплавка кремния и его сплавов в печах с вращающейся ванной имеет ряд технологических особенностей. В этом случае объем газовой полости под электродами уменьшается в 3-4 раза по сравнению с объемом при работе с неподвижной ванной. Газовая полость формируется в основном с набегающей стороны электрода, т. е. со стороны, на которую надвигается шихта. Со сбегающей стороны, где шихта отходит от электрода, эта полость или совсем отсутствует, или развита слабо. При вращении ванны печи шихта разрыхляется неподвижными электродами, спекшиеся участки практически отсутствуют, что обеспечивает увеличение активной зоны более чем в два раза. Шихту примерно на 65% надо заваливать с набегающей стороны электрода. Важнейшее значение имеет правильный выбор режима вращения ванны печи. Высокая скорость вращения ванны приводит к ухудшению работы колошника, неустойчивой посадке электродов, затруднениям в работе летки и, следовательно, к снижению технико-экономических показателей производства. При уменьшении скорости вращения ванны ниже оптимальной соответственно теряется эффект от вращения ванны. Оптимальная скорость вращения ванны составляет примерно один оборот за 70-90 ч при выплавке ФС75 и ФС90 и один оборот за 50-70 ч при выплавке ФС65, ФС45, ФС25 и ФС18.

Вращение ванны печи для выплавки кремния и его сплавов должно быть реверсивным в секторе 80-100o, что обеспечивает разрушение карбидов, разрыхление шихты на колошнике по всему сечению ванны, устойчивую работу летки, нормальный выпуск сплава и шлака, значительное улучшение условий службы электродов.

В закрытых печах освоена выплавка ФС18, ФС25, ФС45 и ФС65 и осваивается выплавка ФС75. Дополнительные требования к правильному обслуживанию закрытой печи заключаются в поддержании необходимого давления под сводом печи, обеспечении равномерного схода шихты в труботечках и воронках и предупреждении забивания подсводового пространства и газоходов печи. Для обеспечения нормальной работы закрытой печи необходимо ограничивать поступление в подсводовое пространство газообразных продуктов, способных при конденсации образовывать настыли, например Si02. Анализ настылей показал, что они состоят в основном из Si02, SiC и Si и иногда углерода.

Избыточное давление под сводом печи должно составлять 0-50 Па, температура газа под сводом 500-600oС и в газоходе 200oС. Количество отходящих газов (на печи 27 МВА) около 2800 м3/ч. Содержание в газе Н2 может быть не выше 8%, СО в тракте чистого газа 80-90 % и О2 в чистом газе < 0,9 %.

При выплавке ФС18 навеска восстановителя должна быть выше, чем при выплавке ФС45, что объясняется повышенным содержанием углерода в сплаве (до 1,5%). Нормальная работа печи также характеризуется выходом графитовой спели. Обильный выход шлака при отсутствии графитовой спели является признаком закварцевания печи, т.е. недостатка восстановителя в ванне печи.

Наиболее часто встречающиеся ненормальности в работе закрытой печи связаны с забиванием тракта газохода и подсводового пространства пылью вследствие работы при недостатке восстановителя или на коротких электродах, подсоса воздуха под свод или нарушений подачи воды для орошения газохода. Зависание шихты в воронках может привести к раскрытию колошника, прогару свода и воронок и т.д. Повышение давления под сводом и большой перепад его в различных точках свидетельствуют о забивании подсводового пространства, образовании в нем перегородок и скоплении пыли в устье газохода. Повышение температуры подсводового пространства может быть вызвано появлением разрежения в какой-либо части подсводового пространства, а также проплавлением шихты на колошнике печи, вызванным зависанием шихты в воронках.

Увеличение содержания Н2 в подсводовом пространстве свидетельствует о повышенной влажности шихты или о наличии течи воды из деталей оборудования печи или секций свода, причем в случае течи воды содержание Н2 в грязном газе резко повышается до > 15%.


СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ