Способ регулирования процесса выплавки кремнистых сплавов в электропечах

 

О П И C А Н И Е ""76884О

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6зк:в Сенатских

Социалистическнх

Респуолик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.08.78 (21) 2654479/22-02 с присоединением заявки № (?3) Приоритет— (43) Опубли ковано 07.10.80, Бюллетень ¹ 37 (51, » 1;„з

С 22 C 33!04

Государственный комитет по делам изооретеиий и открытий (53) УДК 669.168 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.10.80 (72) Авторы изо брет "ния

В, В. Мураховский, Е. Г. Тонкий, М. И. Фриш и

1О, В. Мураховский

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт и

Запорожский ордена Трудового Красного Знамени завод ферросплавов (71) Заявители (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

ВЫПЛАВКИ КРЕМНИСТЫХ СПЛАВОВ

В ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Изобретение относится к отраслям чер.ной и цветной металлургии, конкретно к ,производству технического,кремния, фер;росили ция и других кремнистых сплавов з руднотермичеоких электро!печах.

Известен опосо|б регулированчя процесса,выплавки сплавов в,руднотермических печах с полыми электродами путем дифференцированной загрузки в углеродистых и окисных материалов шихты преи мущественно в полость электрода (1).

Однако отклонение содержания углерода в шихте от оптимального значения может быть вызвано многочисленными ттричинами: ,изменением химического или гра нуломегрическо го соста|ва шихтовых материалов; неточностями в дозировапии .компонентов шихты; особенностями работы коло шннка и схо.да тпихты; простоями; изменениями электрического режима процесса, вызываемыми колебаниями на. пряжений во и ешпей сети; изменениями глубины погружения электродов в шихту; неполным выходом продуктов плавки при вьгпуске и другими часто взаимссвязанными причинами, влияющими на угар углерода и его оптимальное количество в шихте.

Даже не|большой недостаток или,избы5 ток углерода в шихте обычно становится .причиной длителыного скрытого расст рой.сгва технологического процесса, сопровождающегося ухудшением показателей про.изводства, потерей нагрузки из-за сниже10 ния тока или перегруза на электродах, т. е. снижением фактической мощности электропечи.

Скрытое расстройство процесса распознают по изменения м в работе колошнилл

15 печи, ло очень часто фиксируют уже явно. расстройство технологии.

Ввод в эксплуатацию закрытых сводом электропечей, где колошник не,виден и возросли трудности в определении длины

20 рабочих концов электродов, еще больш ограничилп эту информацию.

В закрытой сводс м электрспсчи нри выплавке, например, 65% -ного ферросилиция, иногда даже явное расстройство прс25 цесса обнаруживают с черезвычайно большим опозданием, когда пс1дсводсв00 простран ство печи и газоходы уже закупорс

lEEbI конденсатам. При этом тр«удно оп ре делить, какой тигель печи оказался в наи30 худшем состоянии, что важно для лнквида768840 концентрации газообразной окиси кремния в подэлектродном газовом прострастве является изменение давления газа в нем, которое предопределяет изменения в уаботе печи, Изложенное свидетельствует о том, что ранее не контролируемый параметр — величина, давления газа в подэлоктродном пространстве и скорость ее изменения— дает надежную,и оперативную информацию о состоянии технологического процес55

60 са выплавки кремнистого сплава в электропечи. Использование этого параметра позволит обслуживающему персоналу или специальному автоматичеакому устройству

3 ции расстройства, так ка к при выплавке кремнистых сплавов тигли, как правило, р азо бщены.

Длительная работа закрытых сводом электропечей со скрытым явно не проячляющимся расстройством технологии объясняет причины повышенного расхода электроэнергии и сырья, снижения фактичес кой мощности .печи, а также трудности квалифицированного управления технологией и связанные с ними проблемы осВоения процессов выпла|вки 75 /о-ного ферро«илиция и других энергоемких сплавов в закрытых электропечах.

В известном способе регулирование процесса,путем подачи угле роди стого и окисного материала в полость электрода начиналось, как правило, по внешним признакам колошника, .печи, т. е. на стадии явного расстройства процесса.

Цель изобретения — увеличение фактической мощности электропечей и уменьшение удельных расходов сырья и элактроэнерги:и.

Цель достигается тем, что непре ры вно ведут замер давления газов в подэлект,ро1дном,пространстве рабочих тиглей печи, при этом пропорционально изменению давления меняют, расход углерода.

Регулирование содержания углерода в реакционных тиглях в предлагаемом способе производится по объективному IIaipaметру — давлению газа в подэлектродной полости каждого тигля, причем необходмость изменения количества углерода в тигле о иределяет ся изменением давленич газа,в газо вой лолости этого же тигля.

Уровни давле1ний газа в газовых полостях .реа кционных тиглей и их изменения явля ются причиной последующих изменений в,ра боте электропечи. Обусловлено это следующим.

Образование кремния при его восстановлении углеродом может быть осуществлено только при определенной для данных условий концепт рации газообразной окиси кремния .в газовой фазе. Согласно теоретическим данным в системе Si — Π— С при атмосферном давлении кремний можст образовываться при содержании окисч кремния,в равновесном газе, равном 45 /о.

В реальной, обычно удаленной от равновсия системе, в .зависимости от содержа|ни=, углерода в шихте, уровня температур и других QBKTopolB, концентрация окиси кремния в газе иожет значительно превышать,равновесную концентрацию, но су. ществует и ее оптимальная величина для

" каждого,к6нкретнаго технологического процесса.

Очевидно, что отклонение конце нтрации окиси кремния в газе, заполняющем подэле ктродное пространство тиглей от ее оптимального значения, должно наиболее четко прогнозировать намечающееся

4 расстройство технологичеокого процесса, В связи с тем, что газообразная окис кремния устойчива только п ри температурах, превышающих 1480 С, и в связи с особенностями технологического процесса, н" представляется возможным осу:цс|ствить экспрессный контроль, концентрации окиси кремния в подэлектродном газовом простр анст1в е.

Исследования заявителя., проведенные в крупнолабораторной электропечи с п ривлечением трудоемкого и длительного косвенного, метода сцепки количества газообразной окиси кремния в подэлектродном пространстве показали, что между концентрацией окиси,кремния и давлением газа в полости существует прямая взаимссвязь. Обусловлено это тем, что ко нце ITрация окиси кремния в газе влияет на газопроницаемость .колошника.

Проходя вместе с другими отходящим .I газообразными .продуктами восстано вления через шихтовые материалы, окись ,иремння только при взаамодейст вии с углеродом шихты образует конденсиро ванный карбид кремния, мало влияющий на газап роницаемость шихты. В связи с тем, что углерода в шихте недостаточно для связывания всей окиси, кремния в карбид кремния, значительное ее количество не поглощается углеродом, а проходит и рападается в более холодных верхних слоях шихты. Продукты распада — кремний кремнезем — конденсируются в пустотах и порах между кусками шихты, т. е. спекают,колош Гик и уменьшают его газопроницаемость. По.следнее и приводит к по,вышению давления газа в полостях тиглеч.

При недостатке углерода в шихте происходит черезмерное спекание шихты,и рост давления. Об р азуются газовые выбросы по каналам «свищи», с которыми выносигся в подсводовое пространство и в систему газоочист1ки окись кремния вместе с теплом .и материалами, израсходованными на ее ооразование, т. е. ухудшаются основные по казатели IIipoII3)BoncrBB. При избытке углерода в шихте давление газа в полости уменьшается.

Таки м образом, следствием из|менения

768840 своевременно предпринять меры для ведения процесса в оптимальном технологическом режиме.

Предлагаемый способ выплавки кремнистых сплавов в течение 1978 r. был испытан IIlpH выплавке 45 и 65%-ното ферросилиция и кремния иа одном тигле промышленной трехфазной закрытой электропечи мощностью 21,5 мВт. Запорожского завода ферросплавов.

Давление газа из высокотемпературной по1дэлектродной газовой поло сти переда валось по расположенной вдоль оси самоопекающегося электрода стальной трубе диаметром 50 м м и соединенной датчи ко vi

ДМИ-Т, где преобразовывалось в пропорциональный электрический сигнал, который поступал на пульт печи и 3alIIIHcbIBaлся на диаграммную ленту прибором ВФСМ, отградуировачным на шкалу Π— 1000 мм во: ст.

Результаты измерений показали, что при выплавке 65%-.ного ферросилиция давление газа в полости тигля, на котором производили испытание, изменялось в пределах 60 — 550 мм вод. ст. При давлении газа B полости в пределах 150—

300 мм вод. ст. электрод с полной токовой нагрузкой устойчиво работал в нижнем или среднем положении и никаких корректировск шихты не требовалось. При мед. ленно м повышении, давления до

400,мм вод. ст. необхо(ди мо было в воронку этого тигля загрузить 50 — 100 кг кокса, так как в п ротивном случае давление пример но через 30 мин .по выпалось до

600 мм Boд. ст., возникали пиковые точпч давления, свидетельствуюшие, по-видимому, о «свищах». Еще через 30 — 46 мин, а иногда позже, на электроде снижалась токовая нагрузочка. При резком росте давления свыше 400 мм вод. ст. порция заrpymaeiMoro на колошни к печи кокса долж.на быть оольшей и составлять 100—

150,кг.

С иижепие давления до величины менее

100 мм вод. ст. сигнализировало об избыгке углерода в шихте и тогк .на электроде через 15 — 20 мин существенно во зрастал.

Электрод п риподнимали и при дальнейшем увеличении тока переходили на более низкую ступень пап ряжения.

При выплавке 45% -klolro ферросилиция стабильная и глубс кая посадка электро а в шихте наблюдалась,при давлении, газа в подэлектродной полости, равном 70—

180 мм вод. ст. причем изменение давления во времени происходило более плавно и без,резких скачков и .пиков.

При повышении да вления до 200—

250 мм .вод. ст. под электрод необходимо было дополнительно загрузить 150 — 200 кг ксиса, а уменьшение давления до

50 ми вод. ст. требовало такого же уменьшения навески кокса в шихте.

Зо

60 цесса выплавки кремнистых сплавов в электропечах заключается в возможности ведения технологического процесса в близком к оптимальному режиме, п ри кото6

Необходимость указанной корректировки шихты при известном способе регулирования процесса обслуживающий персонал не ощущал. Корректировку навески восстановителя в шихте п роизводили только .в тех случаях, когда электрод находился в ирайнем верхнем положении и ток п|ревышал номинальный .или когда электрод находился в самом нижнем положении и токовая нагрузка терялась. Давление газа в подэлектродной полости было

40 — 50 мм вод. ст. при верхнвм положении электрода,и превышало 300 мм вод. ст., когда электрод был на,нижнем ограничителе.

Уровень давления газа в подэлектродной газовой полости и скорость его изменения IitpH перемещении элвктрода .пли Во время вььпу1ска расплава из печи уменьшался до 40 мм вод. ст. только в случаях, когда глубина погруженной,в шихту части элекцрода уменьшалась до 40 см, т. е. когда электрод находился в крайнем верхнем положении и при избытке восстановителя в шихте или был черезвычайно коротким его рабочий коленец.

Наиболее существенно и в большем интервале значений будет изменяться да вление в подэлектродных полостях при вып лавке 75%-ного и 90%-ного ферросилиция и технического кремния.

К рат ковременные измерения,,выполнен,ные с помощью графитовой трубы в электро печи мощно стью 16,5 МВт, выплавляющей технический кремний, показали, что уровень давлений в подэлектродных полостях не превышает 900 мм вод. ст. даже при наличии в шихте древесного угля.

Испытания показали, что изменение давления газа в подэлектро1дной полости печи является объективным и оперативным параметром, свидетельствующим о намечающемся расстройстве технологического процесса, причем обслуживающий персонал по внешним данным колошника печи это расстройство обпа1руживало на 1 — 2 часа позже, чем о:нем указывало давление газа в полости тигля.

Испытания показали также, что предлагаемый оно=об позволяет исключить потери напрузки на электродах. В результате стабильной работы одного только,реакционного тигля печи удельный расход электроэнергии за январь 1978 r. уменьшился на 96 кВт-ч, на 1,4% возросла производительность элактропечи, уменьшил си расход кварцита и электродной массы, увеличилась фактическая мощность электропечи.

Технико-эконо мическая эффективность предложенного способа регулирования про768840

Сосгавнтель О. Веретенников

Техред И. Пенчко Корректор А. Степанова

Редактор С. Титова

Заказ 6731 Изд, № 477 Тираж 698 Подннснг е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Загорская типография Упрполнграфиздата Мособлисполкома ром исключается длительное расстройство технолстии и связанные с ним потер .1 электроэнергии, сырья и снижение производительности электропечи.

Ожидаемое уменьшение удельного расхс1да электроэнергии при выплавке 65%-ного ферросилиция в результате регулирования предложенным способом всех тиглей элект!ропечи составит не менее 200 кВт-ч.

На 4% возрастет производительиост электро печи.

Формула изобретения

Способ регулирования процесса выплавки кремнистых сплавов в электропечях, включающий корректировку количества углерода в .реакционной зо нс (тиглей, печи) по ходу плавки, отличающийся тем,. что, с целью увеличения фактической мощ5 ности электропечи и уменьшения удельных расходов сырья и электроэнергии, непрерывно ведут замер давления газов в подэлектродном пространстве рабочих тиглей печи и при изменении давления газов про10 порционально меняют расход углерода.

Источники 1гнфс рмяции, принятые .во внима чи при экспертизе

1. Микулинский А. С. Процессы рудной; электротермип. М,, «Металлу рг11я;>, 1966, 15 с. 243 — 245 (прототип).