H, - глубина ванны;

Dэ - диаметр электрода;

dр - диаметр распада электрода.

Как правило, диаметр электрода выбирают, исходя из допустимой плотности тока на 1 см2 поперечного сечения электрода, величину которой снижают с увеличением диаметра электрода.

Допустимая плотность тока в электроде зависит от его материала и диаметра и составляет для самоспекающихся электродов 6-8 А/см2.

При выборе параметров печи важно правильно определить диаметр распада электродов. Слишком малый диаметр распада электродов приводит к наложению реакционных зон и, следовательно, к очень большой концентрации мощности. В результате температура в этой зоне резко повышается и понижается полезное сопротивление шихты, что приводит к высокой посадке электродов и к повышенным потерям в улет восстановленных элементов и тепла, особенно марганца, кальция, кремния. Выбор завышенного диаметра распада электродов приводит к дополнительным потерям тепла из-за слишком больших размеров ванны печи и к холодному ходу печи, к образованию под электродами отдельных, не связанных между собой реакционных тиглей и к затруднениям с выпуском сплава. В большинстве работ рекомендуется принимать диаметр распада электродов из условия dр > 2,5·dэ .

Для печей с вращающейся ванной диаметр dр может быть уменьшен до девяти десятых диаметра распада электрода печи аналогичной производительности, но со стационарной ванной. Это возможно, поскольку глубокая посадка электродов обеспечивается охлаждением реакционной зоны надвигающейся шихтой, разрушением хорошо электропроводного карборунда, уменьшением размеров тигля и изменением его формы, а также ввиду уменьшения вязкого и хорошо электропроводного слоя вокруг газовой полости тигля.

Отмеченные выше факторы и постоянное перемещение очагов высокой температуры относительно пода и стен печи облегчают службу футеровки печей с вращающейся ванной и позволяют снизить величину расстояния а от электрода до футеровки печи на 30% против принятой для стационарных печей до (0,8-1,0) dэ применительно к бесшлаковым процессам (выплавка ферросилиция ФС 45).

Для выбора диаметра ванны рекомендуются следующие соотношения:

1. Для стационарных печей при бесшлаковом процессе

dв = dр + dэ + 2а = dр + 2,7dэ .

2. Для печей с вращающейся ванной (печь типа РК3-24) при выплавке 45%-ного ферросилиция (бесшлаковый процесс)

dв ≥ 0,9dр + 2,5dэ .

Отечественная практика и зарубежные данные показывают, что диаметр ванн для закрытых печей (РК3-24) обычно увеличивают на величину до 1,0·dэ сравнительно с аналогичными открытыми печами.

Наружный диаметр печи выбирают равным dв плюс двойная толщина футеровки, которая определяется мощностью печи и технологическими особенностями процесса.

Глубину h ванны определяют в зависимости от диаметра электрода и плотности тока в нем, рода выплавляемого сплава и мощности печи. Обычно для закрытых печей (печь типа РК3-24) высоту h определяют по условиям обеспечения надлежащего подсводового пространства, что приводит к ее увеличению примерно до 2,5-2,7 dэ [5, 6, 14,15].

1.5 Футеровка печи, система охлаждения, газоочистка

Конструкция и качество футеровки печи во многом определяют технико-экономические показатели производства ферросплавов. Выбор огнеупорных материалов для футеровки печи определяется технологией выплавки сплава, составами шлака и сплава. Так, горн печи, выплавляющей ферросилиций (ФС 45), выкладывают из угольных блоков.

Рабочим слоем футеровки печи служит так называемый гарнисаж, т.е. настыль, образованная из проплавляемой руды и сплава. Характерная особенность футеровки рудовосстановительной ферросплавной печи – относительно большая толщина подины. Большая толщина футеровки обеспечивает большую тепловую инерцию; аккумулированное тепло облегчает сохранение устойчивой температуры в плавильной зоне печи при кратковременных простоях ее. Общая толщина футеровки подины достигает 1,8 м (1,2 м – угольные блоки и 0,6 м – теплоизоляция).

Запорожский ферросплавный завод выполняет футеровку следующим образом. На кожух настилают слой асбеста толщиной 10 мм, насыпают слой шамотной крупки толщиной 60 мм и слегка утрамбовывают. выше кладут 8-11 рядов шамотного кирпича на плашку. Толщина шамотной подушки зависит от глубины ванны. Нижние 5-8 рядов кирпича кладут всухую с засыпкой швов шамотным порошком, а верхние 3 ряда – на растворе. Одновременно с кладкой подины выкладывают стены. Кожух обклеивают асбестовым листом. Между асбестом и шамотным слоем толщиной 230 мм оставляют зазор 80 мм для засыпки шамотной крупкой.

На шамотную кладку подины наносят 10-мм слой смеси графита с жидким стеклом и устанавливают вперевязку угольные блоки 400х400х1400 мм. Горизонтальные швы между рядами блоков стремятся сделать минимальными; вертикальные швы допускаются шириной 50 мм. Швы утрамбовывают нагретой подовой массой (электродная масса, содержащая не более 6-7 % летучих) с помощью нагретых трамбовок. Шамотную кладку стен выполняют на растворе. Стены выкладывают угольными блоками на высоту около 1300 мм. Выше угольных блоков стены выкладывают из шамотного кирпича (доменного). Высота этой кладки не менее 650 мм. Для выхода газов при разогреве печи в шамотной кладке стен оставляют по всей высоте 10-12 вертикальных каналов, которые после сушки засыпают шамотной крупкой.

По окончании кладки ванны угольные блоки облицовывают шамотным кирпичом (65 мм) для защиты от окисления во время разогрева.

Для контроля за разогревом в середину шамотной кладки подины закладывают термопару.

Выпускную летку и желоб выкладывают из угольных блоков. Для облегчения схода металла при выпуске устраивают небольшой наклон подины в сторону выпускной летки.

Разогрев новой печи ведут в течение 1,5-2 суток дровами, а затем в течение 3,5 суток на коксе под током, постепенно повышая мощность. На разогрев печи расходуется приблизительно 150 тыс. кВт-ч электроэнергии. За это время температура в середине шамотной кладки подины поднимается до 300 ºС.

Срок службы подины 3-4 года и более [2, 4, 6, 12].

Система охлаждения.

Температура в зоне работы электродержателя на печи достигает 400ºС, а в случае образования свищей может подниматься до 1000ºС.

Поэтому для нормальной работы электродержателя и токоподвода его необходимо охлаждать.

Cхема водоохлаждения шестищекового электродержателя.

Контактные щеки охлаждаются последовательно попарно, т.е. вода из токоведущей трубы поступает через латунную трубу в одну щеку, а по выходе из нее – в во вторую щеку и через токоведущую трубу – в водосборник. Также последовательно в целях лучшего использования теплоемкости воды охлаждаются и другие детали.

На закрытой печи дополнительно устраивают цепи водяного охлаждения свода, загрузочных воронок и труботечек, водяного затвора и газоотвода. В отдельных случаях применяют охлаждение кожуха печи и абразуры летки.