Шлаки имеют высокую температуру плавления (1500-1700 ºС), характеризуются значительной вязкостью, составляющей 1-5 Па·с, причем их вязкость повышается при повышении содержания кремнезема и карбида кремния (например, при недостатке восстановителя).

Вследствие высокой вязкости шлак частично остается в печи и вызывает зарастание ванны, при этом снижается производительность печи, увеличивается удельный расход электроэнергии и сокращается продолжительность кампании. В связи с этим необходимо полностью удалять из печи образовавшийся шлак, что достигается при глубокой и устойчивой посадке электродов и достаточном количестве восстановителя в шихте. Полному удалению шлака способствует вращение ванны печи, обеспечивающее разрушение карбидов и равномерный прогрев подины печи. В некоторых случаях при скоплении шлака его удаляют при помощи извести, задаваемой в печь. Однако введение флюсующих приводит к увеличению количества шлака и повышению удельного расхода электроэнергии. Основные меры борьбы со шлакообразованием при производстве ферросилиция сводятся к строгому контролю за введением в печь достаточного количества восстановителя и применению возможно более чистых материалов.

Производство ферросплавов сопровождается образованием значительного количества отвальных шлаков. Кратность шлака (отношение массы шлака к массе металла) при выплавке ферросилиция составляет 0,05-0,1 (бесшлаковый процесс).

Ферросплавные шлаки содержат корольки готового сплава и невосстановленные оксиды ведущих элементов сплавов. К тому же они обладают прочностью, абразивностью, огнеупорностью. Общий выход ферросплавных шлаков составляет более 5 млн. тонн в год. Перерабатывают около 45% этих шлаков.

Отвальные шлаки при производстве ферросилиция содержат до 30-50% готового металла в виде корольков и до 15% карбида кремния. Эти шлаки успешно используются в составе раскислительных и рафинирующих смесей в сталеплавильном производстве [3-7].

2.6 Технология выплавки

Для выплавки ферросилиция марки ФС 45 используют трехфазные печи различной мощности. Печи выполняют открытыми, закрытыми, герметизированными и с дожиганием газа под сводом, часто с вращением ванны. Такие печи позволяют снизить расход шихтовых материалов и электроэнергии и затраты труда, очищать выбросы в атмосферу и использовать колошниковые газы. Наблюдаемый значительный прирост мощности электропечной установки вызван тем, что при этом сокращаются капитальные и эксплуатационные затраты.

В дипломе рассматривается технология выплавки ферросилиция марки ФС 45 в закрытой трехфазной печи мощностью 24 МВ–А непрерывным процессом. Производство ферросилиция в закрытой печи непрерывным процессом экономически целесообразно, т.к.:

· снижается расход шихтовых материалов и электроэнергии;

· уменьшаются затраты труда;

· извлечение ведущего элемента достигает 85 - 90 % ;

· закрытая печь решает вопрос защиты окружающей среды от загрязнения и позволяет утилизировать отходящие газы.

Основные задачи правильного обслуживания закрытой печи сводятся к:

· поддержанию необходимого давления под сводом;

· обеспечению равномерного схода шихты

· предотвращению чрезмерного выбивания газа через загрузочные воронки и забивания пылью подсводового пространства и газоходов печи.

Строение ванны закрытой печи при выплавке ферросилиция практически не отличается от строения ванны открытой печи, поэтому характер процессов в горне открытой и закрытой печи одинаков.

Ванны печей для выплавки ферросилиция выполняются круглыми с угольной футеровкой. Футеровка печи для выплавки ферросилиция (ФС 45) мощностью 24 МВ–А.

Для набивки швов угольной кладки применяют подовую массу.

Высота угольных стен горна печи обычно составляет 1200 - 1900 мм. Для обкладки днища и стенок кожуха используют асбестовый лист толщиной 10-15 мм. Подину и стены выполняют из алюмосиликатного кирпича, подину футеруют насухо (за исключением второго и третьего рядов, выкладываемых на растворе), а стены – на глинисто-мермельном растворе. Между кожухом и футеровкой имеется слой засыпки из алюмо-силикатной крупки (100-150 мм), компенсирующий тепловые расширение кладки и служащий добавочной теплоизоляцией.

Печь работает на самоспекающихся электродах Ø1200 мм и Ø1400 мм. Глубина погружения электродов в шихте ниже загрузочных воронок должна быть не менее 1500 мм для ФС 45.

И.Т. Жердев отмечает, что в закрытой печи шихта на пути к колошнику прогревается в воронках до 350-600 ºС и теряет не менее 65% гигроскопической влаги; выделяется значительная часть летучих; диоксид углерода CO2 при повышении температуры образует монооксид СО, на что расходуется углерод шихты. Газовую фазу подсводового пространства характеризует высокое содержание монооксида углерода; при попадании непросушенной шихты скачками повышается содержание H2. Главными составляющими газовой фазы в печи являются CO, SiO2 и конденсаты, выпадающие из газовой смеси, образующиеся в результате или превращения самих составляющих, или их взаимодействия по следующим реакциям:

SiO+ CO2 " CO + SiO2; (2.1)

2 CO " C + CO2 ; (2.2)

SiO+ CO" C + SiO2; (2.3)

3 SiO+ CO" SiC + 2 SiO2; (2.4)

2 SiO" Si + SiO2; (2.5)

Около половины конденсатов являются продуктами реакции (2.4) и ~ 30% получены по реакции (2.5). Состав пыли в подсводовом пространстве изменяется в зависимости от марки выплавляемого сплава. Так, при выплавке ФС 45 в пыли возрастает количество SiC, SiO и продуктов его окисления – лешательерита и кристобалита. Химический состав пыли при выплавке ФС 45 приведен в табл. 2.17.

Таблица 2.17 – Химический состав пыли при выплавке ФС 45.