Почему добавление кокса контролирует работу ферросилициевой печи
Кокс является восстановителем при выплавке ферросилиция и источником углерода для реакции, в результате которой кремний извлекается из кварца. Восстановление происходит по общему маршруту SiO2 + 2C=Si + 2CO, поэтому теоретическая потребность в углероде составляет около 0,40 кг связанного углерода на каждый килограмм загруженного кремнезема. Для кокса, который содержит примерно 85% связанного углерода, это соответствует примерно 0,47 кг кокса на килограмм кремнезема, без учета углерода, потребляемого при восстановлении оксида железа, углерода, теряемого в виде пыли, и углерода, сгоревшего на поверхности шихты. Таким образом, реальные печи работают выше теоретического значения, и точная настройка не является фиксированным числом: ее необходимо постоянно регулировать по мере изменения состояния печи, электрических параметров и геометрии шихты.
Правильная настройка — вот что отличает стабильную печь от нестабильной. Слишком мало углерода оставляет кремнезем невосстановленным, увеличивает потери кремния в шлаке и проталкивает электрод глубоко в шихту. Слишком большое количество углерода приводит к образованию карбида кремния и графита в тигле, нарушает спуск шихты и в конечном итоге приводит к снижению нагрузки. Приведенные ниже правила определяют направление корректировки для ситуаций, с которыми операторы сталкиваются чаще всего.
Правило первое: регулируйте количество добавляемого кокса в зависимости от состояния печи
Первый сигнал – это само состояние печи. Когда состояние липкое, шихта опускается медленно, шлак становится вязким и электроды имеют тенденцию сидеть выше обычного, количество добавляемого кокса следует соответствующим образом увеличить. Дополнительный углерод восстанавливает скорость восстановления, утончает шихту и позволяет печи снова принять нагрузку. Когда в состоянии печи наблюдается избыток углерода, знаки меняются: светлый верх печи, скопление углерода вокруг электродов и проскальзывание или проскальзывание шихты, и в этом случае количество добавляемого кокса следует соответствующим образом уменьшить. Работа с наблюдаемыми условиями, а не с фиксированным рецептом, — это самый быстрый способ сохранить баланс тигля.
Правила со второго по четвёртый: установка электрода, размер печи и вторичное напряжение.
Еще три переменные изменяют правильную настройку кокса, даже если состояние печи само по себе выглядит нормальным.
Глубина введения электрода: когда электрод вставлен в шихту неглубоко, количество добавляемого кокса можно соответствующим образом уменьшить, поскольку в горячей зоне уже имеется больше углерода и восстановительная нагрузка ниже.
Емкость печи: печь меньшей мощности имеет более низкую температуру в устье печи и кокс на поверхности сгорает менее полно, поэтому количество добавляемого кокса следует соответствующим образом уменьшить. В небольшой печи углерод, который покидает шихту в виде диоксида углерода, прежде чем попасть в зону реакции, составляет значительную долю от общего количества.
Вторичное напряжение: в одной печи плавка при более высоком вторичном напряжении требует меньшего количества кокса, а при более низком вторичном напряжении — большего. Повышение напряжения удлиняет дугу, концентрирует больше тепла в верхней части шихты и увеличивает количество сгоревшего углерода у поверхности.
Правило пятое: Диаметр делительной окружности электрода
Геометрия печи имеет такое же значение, как и электрические настройки. Для печей одинаковой мощности больший диаметр между электродами в центральном круге пека означает, что количество добавляемого кокса должно быть больше, а меньший диаметр среднего круга пека означает, что количество добавляемого кокса должно быть меньше. Диаметр делительной окружности определяет, какая часть заряда находится внутри высокотемпературной зоны между электродами. Широкий круг оставляет большую зону охлаждения и более длинный путь для заряда, поэтому для завершения восстановления требуется больше углерода; узкий круг концентрирует реакцию и обеспечивает более бедную углеродистую схватку.
| Наблюдение у печи | Действие добавления кокса |
|---|---|
| Липкое состояние, медленный спуск заряда, электроды сидят высоко. | Увеличьте соответствующим образом |
| Избыток углерода в состоянии печи, блестящий верх, накопление углерода. | Уменьшите соответствующим образом |
| Электрод вставлен неглубоко в шихту | Уменьшите соответствующим образом |
| Печь меньшей мощности, более низкая температура в устье печи | Уменьшите соответствующим образом |
| Та же печь работает при более высоком вторичном напряжении | Уменьшите соответствующим образом |
| Больший диаметр делительной окружности электродов при той же мощности | Увеличьте соответствующим образом |
| Меньший диаметр делительной окружности электрода | Уменьшите соответствующим образом |
Превращение правил в контролируемую практику
Правила направления являются основой, но они надежны только тогда, когда привязаны к измерениям. Углеродный баланс ферросилиционной печи с погружной дугой замыкается тремя наборами данных: фиксированным содержанием углерода и классификацией по крупности каждой партии кокса, содержанием кремнезема в кварце и железосодержащих добавках, а также электрическими данными печи. Кокс с высоким содержанием летучих также содержит влагу и летучие вещества, которые потребляют тепло без восстановления кремнезема, поэтому смена источника кокса обычно требует изменения настроек, даже если анализ углерода не изменился.
Практический цикл управления короткий. Операторы записывают положение электрода, нагрузку, ток и напряжение наряду с любыми изменениями в добавлении кокса, отбирают пробы выпускаемого сплава на содержание кремния и шлака на предмет потерь кремния и сравнивают эти два показателя с рассчитанной потребностью шихты в углероде. Если содержание кремния в сплаве падает, а количество кремния в шлаке повышается, восстановление прекращается и необходимо увеличить дозу кокса; если в тигле появляется карбид кремния или печь отказывается от загрузки, присадку следует обрезать. Регулировка небольшими шагами и предоставление каждому шагу времени для отображения в анализе крана предотвращает раскачивание печи из одной крайности в другую, что гораздо более разрушительно, чем слегка неправильный уровень углерода.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Каково основное назначение кокса при выплавке ферросилиция?
Кокс поставляет углерод, который восстанавливает кремнезем до кремния. Общая реакция SiO2 + 2C=Si + 2CO требует около 0,40 кг связанного углерода на килограмм кремнезема, и практическая добавка устанавливается выше этой цифры.
Вопрос: Что делать, если состояние печи становится липким?
Соответствующим образом увеличьте количество кокса. Дополнительный углерод восстанавливает скорость восстановления, заставляет шихту снова опускаться и позволяет печи принять нагрузку.
Вопрос: Как вторичное напряжение влияет на настройку кокса?
В одной и той же печи более высокое вторичное напряжение требует меньшего количества кокса, а более низкое вторичное напряжение требует большего количества, поскольку более длинная дуга сжигает больше углерода в верхней части шихты.
Вопрос: Почему небольшим печам нужно меньше кокса?
Меньшая печь имеет более низкую температуру в устье печи, поэтому кокс сгорает на поверхности менее полно и больше углерода теряется до того, как он достигнет зоны реакции, что требует меньшего количества добавки.
Вопрос: Как диаметр делительной окружности электрода влияет на сложение?
Больший диаметр делительной окружности означает большую зону охлаждения и более длинный путь восстановления, поэтому требуется больше кокса; меньший диаметр концентрирует реакцию и позволяет меньше кокса.
Вопрос: Как часто следует корректировать добавление кокса?
Его следует пересматривать при каждом изменении состояния печи, положения электродов, нагрузки, напряжения или анализа кокса и кварца, при этом корректировки вносятся небольшими шагами и подтверждаются с учетом содержания кремния в выпускаемом сплаве и потерь кремния в шлаке.
