Дуговые руднотермические печи

Дуговые электрические печи, используемые для плавки руд и концентратов на штейн и металл, получили назва­ние руднотермических дуговых печей. Благодаря рабо­там отечественных и зарубежных металлургов и электропечестроителей руднотермические печи с успехом применяются в медноникелевой промышленности, при плавке оловянных концентратов, переработке свинцово­цинкового сырья, в кивцэтном процессе, в производстве титана, при получении силикоалюминия и ряде других процессов. Главнейшими преимуществами руднотермических печей по сравнению с отражательными являются:

• значительно меньший расход флюсов для получения жидкого шлака (вследствие более высокой температуры в зоне плавления шихты); это способствует повышению извлечения металла и экономичности плавки;
• весьма незначительные потери тепла с отходящими газами бла­годаря их небольшому количеству и низкой температу­ре;
• высокая концентрация SO₂ в газах и возможность его использования;
• возможность механизации и авто­матизации обслуживания.

Руднотермические печи являются дуговыми печами смешанного действия. Они имеют электроды, погружен­ные в шихту и шлак. Поэтому в них, помимо нагрева ду­гой, основная часть тепла выделяется при прохождении тока между электродами через шихту, содержащую уг­лерод, и расплавленный шлак. В зависимости от условий плавки доли дугового нагрева и нагрева сопротивлени­ем могут изменяться. Отличительными особенностями руднотермических печей являются работа при высоком напряжении (до 1000 В) и большая мощность, достигаю­щая 48 МВ-А и более.

На рис. 154 приведен продольный разрез шестиэлек­тродной руднотермической печи для плавки сульфидных медно-никелевых концентратов. Печь имеет в плане пря­моугольную форму. Ширина печи достигает 8,7 м. Шесть электродов 1 расположены вдоль продольной оси печи. Фундамент печи железобетонный в виде отдельных стол­бов 3, на которые уложены балки и стальные плиты, под­держивающие подину печи. Подина имеет толщину 900—1200 мм и состоит из нескольких рядов магнезитового кирпича, выложенного обратными сводами на огнеупор­ной подсыпке или бетонном основании. Стены печи вы­кладываются в нижней части (до уровня ванны) из маг­незитового или хромомагнезитового кирпича, а в верх­ней части (выше уровня ванны) — из шамотного кирпича.Так как наиболее высокая температура создается внут­ри шихты, то температура в печи над шихтой невысокая, и свод может быть выложен из шамотного кирпича. За­грузка печи боковая через свод. Штейн выпускают через летку 4 в торцовой части печи, шлак — через летку 2 в противоположном торце. Печь работает в непре­рывном режиме с периодическим выпуском шлака и штейна.

Руднотермические печи имеют один, два, три и шесть электродов, чаще всего самоспекающихся. Их диаметр колеблется от 0,8 до 1,4 м. Питание производится от од­но- и трехфазных трансформаторов. При шести электро­дах используются три однофазных трансформатора, питающих каждый два электрода. Это позволяет умень­шить реактивное сопротивление короткой сети. На рис. 155 показано размещение печи и трансформатора в цехе.

Для угольных и самоспекающихся электродов боль­шого диаметра применяется щековой электрододержатель с дополнительным устройством для перепуска элек­тродов (рис. 156). Нижняя часть электрододержателя (рис. 156, а) состоит из нескольких щек 3, изготовленных из хромистой бронзы, плотно прижимаемых к электроду с помощью сплошного кольца 1 и нажимных винтов 2 или гидравлических сильфонных зажимов. Щеки и коль­цо подвешены к цилиндру 7 на подвесках 6 и охлажда­ются водой. Ток и вода к щекам подводятся медными трубами 4. Стальной цилиндр толщиной 5—10 мм плот­но скреплен с рамой из швеллеров, расположенной в верхней части электрододержателя. За эту раму вся кон­струкция вместе с электродом подвешивается на тросах или цепях 8 к лебедке (рис. 156, б). Подвеска и переме­щение могут осуществляться также и с помощью трех гидравлических плунжеров. Для перепуска самоспекаю­щихся электродов используются две стальные ленты 5, привариваемые диаметрально к кожуху электрода. Лен­ты намотаны на барабаны 9 и проходят через тормозные устройства 11, степень зажатия которых регулируется маховичками 10. При перепуске уменьшают прижим щек к электроду, и под действием собственного веса элек­трод опускается вниз на стальных лентах на некоторую глубину. Перепуск обычно производят, не отключая печь от сети, снижая лишь в два раза силу тока. При этом следует соблюдать правила техники безопасности. В ва­рианте гидравлического зажима вместо лент использу­ются зажимные щеки, оклеенные резиной, что позволяет на трении перепускать электрод. Срок службы дер­жателей с водяным охлаждением составляет несколь­ко лет.

Для герметизации свода в местах прохода электро­дов устанавливают сальниковые уплотнения с песочно­асбестовой набивкой.

В некоторых случаях руднотермические печи делают круглыми, что имеет свои преимущества. В них легче добиться герметичности свода, выделяемая в шихте мощ­ность равномерно распределяется по всей ванне, возмож­но вращение печи.

Ниже приводится тепловой баланс руднотермической печи, перерабатывающей 200 т/сут необожженного мед­но-никелевого концентрата и твердый конверторный шлак, получающийся из штейна данной печи:

Удельный расход электроэнергии на тонну шихты не­обожженного медно-никелевого концентрата 700—1000 кВт-ч и обожженного горячего огарка печи кипяще­го слоя 400—500 кВт-ч. Удельная производительность по твердой шихте 2,5—6,0 т/м² пода печи в сутки. При уве­личении напряжения эффективность печи возрастает, так как большинство потерь связано с силой тока, кото­рая сохраняется прежней.

При расчете необходимой мощности печи расход теп­ла за счет электроэнергии в печи определяют из тепло­вого баланса с заранее выбранными размерами печи или по удельному расходу электроэнергии. Кажущуюся мощность печного трансформатора (или нескольких трансформаторов) находят по формуле P = AW/24cos φ k₁ k₂,
где A — производительность печи по исходной шихте, т/сут;
W — удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т;
cos φ — коэффициент использования мощности транс­форматора (обычно 0,8—0,9);
k₁ — отношение продолжительности фактической работы к календарному времени (0,935—0,945);
k₂ — квадрат отношения среднего фактического на­пряжения питающей линии к номинальному на­пряжению (0,9—1,0).

По полученной мощности выбирают число электро­дов, электрическую схему питания печи и трансформа­тор из числа выпускаемых для питания руднотермиче­ских печей. Находят силу тока и диаметр электрода D. Длина печи берется равной 12D для печей с тремя электродами и 21D для печей с шестью электро­дами; ширина печи примерно равна 6D, а расстояние между электродами составляет около 3D.