Кремний и его сплав

Кремний и его сплав

Бесплатно!

Общая часть
Свойства ведущего элемента, область применения
Свойства и назначение сплава
Выбор типа печи
Определение основных параметров печи, диаметра электродов и их распада
Футеровка печи, система охлаждения, газоочистка
Специальная часть
Сортамент ферросилиция
Характеристика сырья, стандарты, технические условия на сырье
Физико-химические основы полученияферросилиция ФС 45
Технология выплавки
Технология разливки
Экономика и организация производства
Кремний Ферросилиций сплав кремния получение ферросилиция ферросплав

Категории: , Метка:

Описание работы

1 Общая часть

1.1 Свойства ведущего элемента, область применения

Кремний занимает промежуточное положение между металлами и неметаллами в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Это второй элемент IV главной группы, серо-стального иличерного цвета с металлическим блеск ом, твердый и хрупкий. Электронная структура его 1S22S22p63S23p2. Элементарный кристалл кремния представляет собой куб с ребром длиной0,5417 нм. В соединениях с неметаллами кремний проявляет преимущественно положительные валентности 4 и 2. Кремний образует соединения почти со всеми металлами и проявляет отрицательную валентность 4.
Кремний имеет следующие основные физико-химические свойства:

· атомную массу 28,08;
· плотность2,33 г/см3;
· температуру плавления 1683 К;
· температуру кипения 2953 К;
Упругость пара над жидким кремнием описывается уравнением, Па:

lg Psi = 9,017 – 16260 / Т

По электрическим свойствам кремний относится к полупроводникам.
С кислород ом кремний образует кремнезем SiO2, температура плавления которого 1710єС. Кремнезем имеет несколько модификаций: кварц ? и ?, кристобаллит ? и ?, тридимит ?, ? и ? икремнеземистое стекло.
Теплота образования одного моля SiO2:
по реакции Si(T) + O2(г)= SiO2(?-кварц);

? H є = — 872,1 кДж
и для этой реакции

? G є298 — 1690·К = — 883500 – 12,5·Т·Lg(Т) + 218,7 Дж/моль

Кремний с кислород ом может образовывать также моноокись SiO2.
Теплота образования газообразного оксида SiO2 составляет

(- 89,45) -(- 91,96) кДж/моль,
а энтропия равна S є298 = 211,5 Дж/(моль·К).

Зависимость изменения свободной энергии образования газообразного оксида SiO2 от температуры имеет вид для реакции

Siж + 0,5 О2 = SiO2;

? G єТ = — 163217 — 42,62·Т Дж/моль

С углерод ом кремний образует карбид SiC, температура плавления которого выше2700єС. Теплота образования карбида составляет 62,8 кДж/моль. Энтропия SiC составляет 16,5 Дж/(к·моль) [2, 3, 6].

1.2 Свойства и назначение сплава

Ферросилиций – сплав кремния с железом и применяется как раскислитель и легирующая добавка при выплавке стали. Поэтому с железом кремний сплавляется в любых соотношениях(рис. 2.1) и образует ряд силицидов – Fe2Si3, FeSi, FeSi2, Fe3Si2 и др., из которых наиболее прочным является FeSi, его температура плавления 1410єС и ? H є273 = — 80,38 кДж/моль.
Система Fe–Si. Принятая диаграмма Fe–Si представлен а
Кремний относится кферритообразующим элементам и поэтому сужает область ?–Fe. Максимальная растворимость кремния в ?–Fe составляет 1,63%Si. Двухфазная область (a+?) простирается до 1,94%Si. В системе существуют три эвтектики: первая, соответствующая содержанию 20%Si и температуре плавления 1195єС, вторая- 51%Si и 1212єС и третья – 59%Si и 1207єС. В системе Fe–Si существует ряд силицидов: Fe3Si (14,28%Si), Fe2Si (20%Si), Fe5Si3 (23,18%Si), FeSi (33,46%Si) и FeSi2 (50,15%Si).
Устойчивы до температуры плавления силициды FeSi и FeSi2. Моносилицид FeSi (?-фаза) имеет область гомогенности(33,2-34,2 % Si), кристаллизуется в кубической системе (а = 0,44898 нм). На рис. 1.2 отмечен а область гомогенности силицида FeSi2,3 (?-фаза).
Анализ частной диаграммы FeSi–Si
подтверждает, что при1220єС образуется высокотемпературная модификация FeSi2,3 (?-фаза), называемая лебоитом, которая при940єС эвтектоидно распадается на кремний и низкотемпературную модификацию сисилицида FeSi2. Эта же модификация образуется при982єС по перитектоидной реакции:

FeSi + FeSi2,3 D FeSi2 .

В частной системе FeSi–Si имеются две эвтектики: FeSi + FeSi2,3 + FeSi2,3 + Si при 1206єС и 1202єС соответственно. Механизм образования FeSi2 (? — FeSi2) при затвердевании эвтектики FeSi2,3 (?-Fe2Si5) + (?-FeSi) зависит от температуры. Выше 865єС ?-FeSi2 образуется по перитектической реакции: ?-Fe2Si5 + ?-FeSi » ?-FeSi2. Скорость образования ?-FeSi2 снижается при повышении температуры и выше 950єС фаза ?-FeSi2 не образуется даже после выдержки 200ч, ниже 860єС ?-FeSi2 образуется в результате диспропорционирования ?-Fe2Si5 » ?-FeSi2 + Si. При 800єС ?-Fe2Si5 полностью переходит в ?-FeSi2 через 4ч.
Кривая ликвидус сплавов системы Fe-Si имеет сложный характер и это следует учитывать при разработке технологии выплавки и разливки ферросилиция. При увеличении атомной доли кремния до 20%температура ликвидус снижается с 1539єС для чистого железа до эвтектической 1195єС, а затем повышается и достигает максимального значения 1410єС для эквиатомного состава, соответствующего моносилициду FeSi. В интервале концентраций кремния частной диаграммы FeSi-FeSi2,3 температура снижается до эвтектической 1206єС. Силицид FeSi2,3 плавится при 1220єС. В частной системе FeSi2,3 — Si температура повышается от температуры эвтектики 1202єС до температуры плавления чистого кремния 1415єС.
Микроструктура ферросилиция.
Сплав марки ФС 45промышленной выплавки после травления ан шлифов (1 часть HF + 10 частей HNO3 + 10 частей ледяной уксусной кислоты) представлен светлой эвтектической фазой, в которой сконцентрирован Al, и крупными серыми дендритами ?-фазы(FeSi), содержащий в сравнительно больших количествах Cr и Mn (в марке ФС 45 допускается 0,6%Mn и 0,5% Cr). Последние изоморфно замещают атомы железа в моносилициде [(Fe, Mn, Cr) Si].
В сплаве ФС 45соотношение плотностей ?- и лебоитной фазы составляет 1 : 0,78. В зависимости от содержания кремния в сплаве и скорости кристаллизации слитка лебоит может обогащать верхнюю или нижнюю части слитков.
Вследствие значительного различия плотностей железа и кремния существует обратная зависимость между плотностью ферросилиция и соде ржанием в нем кремния. Ниже приведены температура плавления и плотность ферросилиция марки ФС 45:

Марка ферросилиция……………………………………………… ФС45
Массовое содержание кремния, %………………………….. 41 – 47
Температура плавления єС, ………………………………… 1210 – 1300
Кажущаяся плотность, г/см…………………………………… 4,9– 5,4

Кремний является хорошим раскислителем, поэтому его сплавы используют при производстве сталей многих марок. Расход ферросилиция (в пересчете на ФС 45) составляет ~ 0,65% от выпуска стали. Обычно в сталях содержится0,12-0,35% Si, в высоколегированных кремнистых сталях его содержание достигает 2-3% и более. Введение в конструкционную сталь до 2% Si повышает ее твердость, прочность, пределы упругости и текучести, способствует образованию волокнистой структуры, кремний улучшает свойства рессор и пружин. В шарикоподшипниковой стали (ШХ15СГ,Si – 0,4-0,65%) кремний уменьшает критическую скорость закалки, снижая тем самым склонность стали к короблению и трещинообразованию при закалке. В электротехнической стали (Si 0,8-4,5%) кремний является единственным элементом, который улучшает электротехнические свойства железа. Наличие кремния увеличивает магнитную проницаемость и электросопротивлениестали, понижает коэрцитивную силу, уменьшая тем самым потери и на перемагничивание, и на вихревые токи. В трансформаторной стали (Si – 3-4,5%) кремний снижает потери на гистерезис. В сочетании с другими элементами, особенно с хромом, кремний добавляют в инструментальные, коррозионно- и жаростойкие, рессор но-пружинные и другие стали.
Ферросилиций также широко используют в качестве восстановителя в металлотермическихпроцессах для приготовления термитных смесей и взрывчатых веществ, при получении кремнийорганических соединений, для изготовления сварочных электродов и в ряде других областей промышленности [3-5, 13].

1.3 Выбор типа печи

Все цехиферросплавного завода по назначению делятся на две группы: основные плавильные цеха, предназначенные для получения готовой продукции завода – ферросплавов, и вспомогательные цехи, обеспечивающие нормальную работу основных цехов. В свою очередь, плавильные цехи можно классифицировать по способу выплавки получаемых в них ферросплавов.
Ферросплавы производят двумя основным способами: электропечным и металлотермическим. Основное количество ферросплавов (96 % от общего объема производства) получают электропечным способом. Электропечные способы производства ферросплавов разделяют на непрерывные и периодические.
Характер процесса производства ферросплавов (непрерывный или периодический) определяет тип применяемого плавильного агрегата, систему дозировки шихты, способ разливки сплавов и тем самым проектные решенияферросплавных цехов. Таким образом, все действующие и проектируемые цехи по характеру применяемого процесса производства ферросплавов можно разделить на две группы: цехи для непрерывных процессов и цехи для периодических.
В зависимости от периода постройки и мощности установленных электропечей можно выделить четыре типа ферросплавных цехов по производству ферросилиция(ФС 45) для непрерывных процессов: с печами малой мощности, с печами средней мощности, с прямоугольными печами большой мощности.
‚дипломе рассматривается технология производства ферросилиция марки ФС 45.
ФС 45выплавляют в закрытой рудовосстановительной печи среднем мощности (печь типаРК3-24) непрерывным процессом.
Цехи по производству ферросилиция (ФС 45) с печами средней мощности, построенные в60-70 гг. , оборудованы закрытымирудовосстановительными печами мощностью 16,5-27 МВ·А. В дипломе рассматривается печь типа РК3-24. На печи установлен а система улавливания и очистки отходящих газов. Металл разливается с применением конвейерных машин. Цех состоит только из двух пролетов одинаковой высоты: печного и разливочного.
Печь снабжается шихтой из отделения шихтоподготовки, расположенного в отдельном здании. Дозировка шихты осуществляется непрерывно, шихтоподача автоматизирован а.
Цехи этого типа отличаются лучшими условиями труда и более высокой степенью механизации вспомогательных и ремонтных работ.
Выбор способа производства сплава зависит от типа применяемого плавильного агрегата. Так, производство ферросилиция марки ФС 45 углеродотермическим способом(УТП) осуществляется в рудовосстановительной электропечи.
При выборе мощности ферросплав ной электропечи следует исходить из максимального ее значения. Практика показывает, что увеличение мощности электропечи позволяет улучшить все основные технико-экономические показатели производства (производительность труда, удельный расход электроэнергии, капитальные и эксплуатационные затраты).
Увеличение единичной мощности ферросплав ной электропечи сопровождается одновременным укрытием и герметизацией подсводового пространства. Применение закрытой печи обеспечивает утилизацию физического и химического тепла колошникового газа, охрану окружающей среды, улучшение санитарно-гигиенических условий труда и эксплуатации оборудования [7].

1.4 Определение основных параметров печи, диаметра электродов и их распада

Ферросплавнуюпечь характеризуют следующие параметры:

1) номинальная мощность (мощность трансформатора) PT, к В·А ;
2) производительность, G, т/сут ;
3) интервал вторичных напряжений, В;
4) максимальная сила тока в электроде, к А ;
5) удельный расход электроэнергии w, МДж(кВт·ч)/т ;
6) коэффициент мощности печи cos ? ;
7) электрический к. п. д., ? э ;
8) диаметр электрода, dэ , мм ;
9) внутренний диаметр ванны, dв , мм ;
10) диаметр распада электродов, dр ;
11) глубина ванны, h, мм ;
12) диаметр кожуха печи, dк , мм ;
13) высота кожуха печи, H, мм ;

В настоящей дипломной работе рассматривается круглая трех фазная печь типа РК3-24. В круглой печи, электроды которой расположены по треугольнику, тепло концентрируется достаточно хорошо для того, чтобы образующиеся под каждым электродом плавильные тигли соединились между собой. Это позволяет работать с одним выпускным отверстием. У такой печи минимальна по величине теплоотдающаяповерхность и у нее лучше используется тепло. При рациональной конструкции короткой сети и наличии установки искусственной компенсации реактивной мощности такая печь может работать с высоким коэффициентом мощности, достигающим0,95 , и минимально выраженным явлением «мер твой» и «дикой» фаз.
Длина рабочего конца электродов у закрытой печи несколько больше, чем у открытой, что сказывается на увеличении потерь электроэнергии. Но в то же время в закрытой печи резко снижается индуктивное сопротивление короткой сети, т. к. шихтованныйпакет шин доводится почти до центра свода печи.
Параметры ванны ферросплав ной печи и, в частности, внутренний диаметр ванны dв выбирают исходя из диаметра электрода dэ , диаметра распада электродовdр , являющегося, в свою очередь, функцией диаметра электрода и рода выплавляемого сплава, и допустимой величины зазора а между и футеровкой.
Т. к. для определения параметров ферросплав ной печи еще не создан а научно обоснованная методика, их выбирают исходя из условия подобия размеров проектируемых и хорошо работающих печей. Основные параметры печи типа РК3-24 приведены в табл.1.1.

Таблица1.1 – Основные параметры печи типа РК3-24.

Ферросплав
Электропечь
Ртр , МВ·А
Ра , МВт
Uн. с.,
В
Imax , к А
Размеры
ванны, м*
H, м
Dэ , м
dр , м
ФС 45
РК3-24
24,0
22,0
127-240
86
8,9/7,2
2,6
1,4
3

Примечание:

Ра — активная мощность электропечи;
Uн. с — напряжение на низкой стороне;
Imax — максимальная сила тока на электроде;
H, — глубина ванны;
Dэ — диаметр электрода;
dр — диаметр распада электрода.

Как правило, диаметр электрода выбирают, исходя из допустимой плотности тока на 1см2 поперечного сечения электрода, величину которой снижают сувеличением диаметра электрода.
Допустимая плотность тока в электроде зависит от его материала и диаметра и составляет длясамоспекающихся 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 улетвосстановленных 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 карборунд а, 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 бес шлаковым процессам (выплавка ферросилиция ФС 45).
Для выбора диаметра ванны рекомендуются следующие соотношения:
1. Для стационарных печей прибесшлаковом процессе

dв = dр + dэ + 2а =dр + 2,7dэ .

2. Для печей с вращающейся ванной (печь типа РК3-24) при выплавке 45%-ногоферросилиция (бес шлаковый 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 до2,5-2,7 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, выплавляю щей 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 футеровкирудовосстановительной ферросплав ной печи – относительно большая толщина по дины. Большая толщина футеровки обеспечивает большую тепловую инерцию; аккумулированное тепло облегчает сохранение устойчивой температуры в плавильной зоне печи при кратковременных простоях ее. Общая толщина футеровки подиныдостигает 1,8 м (1,2 м – угольные блоки и 0,6 м –теплоизоляция).
Запорожскийферросплавный завод выполняет футеровку следующим образом. На кожух настилают слой асбест а толщиной 10 мм, насыпают слой шамот ной крупки толщиной60 мм и слегка утрамбовывают. выше кладут 8-11 рядов шамотногокирпича на плашку. Толщина шамот ной 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 по дины выкладывают стены. Кожух обклеивают асбестовым листом. Между асбест ом и шамотным слоем толщиной 230 мм оставляют зазор80 мм для засыпки шамот ной крупкой.
Нашамотную кладку по дины наносят 10-мм слой смеси графит а с жидким стеклом и устанавливают в перевязку 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 изшамотного кирпича (доменного). Высота этой кладки не менее 650 мм. Для выхода газов при разогреве печи в шамот ной кладке стен оставляют по всей высоте10-12 вертикальных каналов, которые после сушки засыпают шамот ной крупкой.
По окончании кладки ванны угольные блоки облицовывают шамотным кирпичом(65 мм) для защиты от окисления во время разогрев а.
Для контроля за разогрев ом в середину шамот ной кладки по дины закладывают термопару.
Выпускнуюлетку и же лоб выкладывают из угольных блоков. Для облегчения схода металла при выпуске устраивают небольшой наклон по дины в сторону выпускной летки.
Разогрев новой печи ведут в течение 1,5-2 суток дровами, а затем в течение 3,5 суток накоксе под током, постепенно повышая мощность. На разогрев печи расходуется приблизительно 150 тыс. кВт-ч электроэнергии. За это время температура в середине шамот ной кладки по дины поднимается до 300 єС.
Срок службы по дины 3-4 года и более [2, 4, 6, 12].
Система охлаждения.
Температура в зоне работы электродержателя на печи достигает 400єС, а в случае образования свищей может подниматься до 1000єС.
Поэтому для нормальной работы электродержателя и токоподвода его необходимо охлаждать.
Cхема водоохлаждения шестищекового электродержателя.
Контактные щеки охлаждаются последовательно попарно, т. е. вода из токов едущей трубы поступает через латунную трубу в одну щеку, а по выходе из нее – в во вторую щеку и через токов едущую 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.
На каждую цепь водяного охлаждения вода по дается из распределительной колонки и каждая питающая ветвь снабжена вентилем, позволяющим регулировать подачу воды. На участках гибких шин вода по дается и отводится по резиновым шлангам, защищенным изоляцией из асбестового шнура.
Во избежание отложения накипи на стенках охлаждаемых деталей и трубопроводов температура отходящей охлаждающей воды не должна превышать 50єС. Охлаждающую воду желательно химически обрабатывать, вводя в нее стабилизирующие добавки. Давление воды в питающих ветвях должно составлять не менее300 к Па (3 ат) [2].
Газоочистка.
Ферросплавныеэлектропечи – крупные источники пылегазовых выделений. Наибольшее количествопылегазовых выделений приходится на углеродотермические процессы (табл.1.2,1.3).
Горячие газы, выходящие из закрытой электропечи (РК3-24), имеют температуру300-600 єС; они ядовиты из-за высокого содержания оксида углерод а(70-90%), смесь газа с воздух ом является взрывоопасной, газ содержит большое количество мелкодисперсной пыли. Поэтому, прежде чем подвести газ к месту потребления, необходимо предварительно охладить его и очистить от пыли.

Таблица1.2 – Характеристика колошникового газа, образующегося при выплавке ФС 45в рудовосстановительной печи закрытого типа.

Ферросплав
Выход
газа на
1т сплава,
м3
Температура газа на выходе из печи, єС
Средний химический состав газа,
% (об.)
Начальное
содержание
пыли,
г/м3

CО2
О2
Н2
CН2
N2
Ферросилиций
ФС 45
800
600
85
3
1
4
0,5
5
20

Таблица 1.3 – Химический состав пыли при выплавке ферросилиция марки ФС 45.

Сплав
Массовая доля, %
SiO2
CaO
MgO
Al2O3
Fe2O3
Cr2O3
MnO
SO3
ФС 45
72,8-91,35
0,24-6,8
1,52-6,8
1,92-4,0
3-13


1,5-6

Для очистки технологических газов в цехах по производству ферросилиция (ФС 45) применяются мокрые и сухие системы газоочистки. На закрытых печах работают, как правило, мокрые газоочистки, оснащенные трубами Вентури
При этом способе пыль от газа отделяется в трубах Вентури. Запыленный газ отсасываетсяиз печи с помощью центробежной газодувки через водоохлаждаемый газосборник в своде. Затем через орошаемый наклонный газоход он по дается в шламоуловитель и трубу-распылитель Вентури. После капле уловителя чистый газ поступает к потребителю.
Применяемые системы мокрой газоочистки обеспечивают конечную запыленность газа10-15 мг/м3 при расходе воды 40-50 м3/ч. преимущество мокрой газоочистки состоит в том, что колошниковый газ в контакте с водой сразу же охлаждается. Однако в дальнейшем воду необходимо очищать оттвердых частиц и растворенных веществ, чтобы обеспечить работу газоочистки с оборотным водным циклом.
По мере прохождения газа через элементы газоочистки и соприкосновения его с распыляемой форсунками водой, он охлаждается до 60-70єС и очищается.
Колошниковые газы печей, выплавляющих ферросилиций, предполагается очищать мокрым способом с обильным охлаждением в начальной стадии.
В отходящей воде от газоочисток содержится до 2500 мг/л взвешенных веществ, после очистки –не более 350 мг/л. Концентрация пыли в отходящих газах закрытых печей до30 г/м3, в очищенном газе ~ 30 мг/м3, т. е. эффективность пылеулавливания > 99% .
Стоимость мокрой системы газоочистки закрытых печей составляет около 10% от затрат на всю печную установку, а стоимость системы сухой газоочистки открытых печей – 30%. Тем не менее проблема очистки газов ферросплавных печей сухим способом является весьма актуальной.
Очищенный колошниковый газ закрытых ферросплавных печей является высококалорийнымтопливом с теплотворной способностью 9250-10500 кДж/м3. Он используется при отоплении кот лов, в печах обжиг а извести, а также в трубчатых печах для предварительного нагрев а шихты. Использование тепла отходящих печных газов дает возможность компенсировать ~ 20% электрической энергии, подводимой к печи [3, 4, 7, 16, 17].

1.6 Состав оборудования и общая характеристика основных ферросплавных цехов по производству ферросилиция (ФС 45)

Производственный процесс в цехе по производству ферросилиция включает три последовательные стадии: подготовки шихтовых материалов, плавки подготовленной шихты в электропечи и разделки готового сплава. В соответствии с этим ферросплавный цех состоит из отделения шихтоподготовки, плавильного корпуса и склада готовой продукции.

1.6.1 Отделение шихтоподготовки

Отделениешихтоподготовки феросплавного цеха по производству ФС 45 предназначен о для хранения, подготовки и дозирования шихтовых материалов.
На отечественныхферросплавных заводах используют два различных варианта проектных решенийшихтового хозяйства. На старых заводах каждый цех имеет собственный закрытый склад шихты, на открытом заводском складе обычно хранятся лишь те материалы, которые необходимы для работы нескольких цехов. Новые заводы отличаются централизованным хранением, подготовкой и распределением материалов по цехам.
Шихтовоехозяйство ферросплавного цеха по производству ферросилиция, оборудованногорудовосстановительными печами с централизованным обеспечением шихтой, включает напольный открытый склад сырых материалов (ССМ), корпус вагоноопрокидывателей(В О), закрытый склад, корпус подготовки материалов (КПМ), корпус шихтовыхбункеров (КШБ) с подготовленными материалами, дозировочные отделения (ДО) или дозировочные пункты (ДП), которые могут быть совмещены с КПМ или КШБ.
Напольный открытый склад сырых материалов служит для создания на заводе необходимого запаса сырых материалов, поставляемых из отдаленных районов, а также ведущих рудных материалов, суточный расход которых значителен. Материалы на этом складе хранятся в штабелях, разгружаются из вагонов козловыми грейферными кранами и в дальнейшем подаются железнодорожным транспорт ом через корпус В О или по конвейерным галереям в ССМ.
При проектировании цеха по производству ферросилиция для хранения шихтовых материалов предусматривается три типа складов: закрытый грейферный с железнодорожнойколеей, проходящей посередине склада; закрытый бес крановый ангарного типа с конвейерной подачей и выдачей сырых материалов; открытый с конвейерной подачей сырых материалов и мостовым грейферным перегружателем, который принимает, штабелирует и вы дает материалы на подготовку.
В дипломной работе для хранения шихтовых материалов используется склад.
КорпусВО представляет собой здание ангарного типа с двумя сквозными железнодорожными путями, на каждом из которых установлен роторный стационарный В О. С помощью ВОматериал из вагона выгружается в подземные бункера, оборудованные тарельчатыми питателями, и далее конвейерами большой производительности направляется на ССМ.
В корпусе ССМ обычно не имеется железнодорожного въезда, а склад оборудовангрейферными кранами, с которых материал по дается в КПМ.
В КПМустановлено сушильное, дробильное и классифицирующее оборудование, тип и количество которого определяются видами применяемых шихтовых материалов. Для дробления кокс а используют четырех валковые дробилки 13Д 900/700 с диаметром валков 900 мм, разгрузочной щелью до 50 мм, производительностью35 т/ч; кварцита – конусные дробилки ККД-500 с разгрузочной щелью75 мм, производительностью 150 м3/ч; стружки –стружкодробилки СМ-2 с разгрузочной щелью 25 мм, производительностью1,5-5 т/ч. Для сортировки кокс а применяют вибрационный грохот ГВР-1производительностью 300 т/ч. Транспортные пути восстановителя и рудного материала во избежания их преждевременного перемешивания из-за про сыпи во время разрыва ленты не должны пересекаться.
Наферросплавных заводах применяется порционное и непрерывное дозирование шихты. В настоящей дипломной работе дозировка шихты осуществляется непрерывно.
При непрерывном дозировании составляющие шихты выдаются ленточными автоматическими дозаторами непрерывного действия, работающими с заданной производительностью. Для непрерывного дозирования используют дозаторы типа ДН-23 производительностью65 т/ч (для кокс а), 100 т/ч (для кварцита), 125 т/ч (для стружки). При одновременном дозировании заданное соотношение производительностейвсех работающих дозаторов, соответствующее требуемому соотношению навесок компонентов в калоше шихты, соблюдается постоянным с помощью электронного регулятора соотношения.
Расчетшихты на определенную навеску ведущего компонента производит решающее устройство, в которое вводят требуемую величину соотношения компонентов шихты.
Регулятор соотношения управляет группой работающих дозаторов по выходному сигналу ведущего дозатора. При любом мгновенном отклонении производительности ведущего дозатора регулятор соотношения пропорционально изменяет производительность остальных дозаторов. Все компоненты шихты выдаются на движущуюся конвейерную ленту и направляются в приемные бункера печей. На ленте компоненты шихты, дозируемые одновременно в заданном соотношении, располагаются в виде слоя смешанных материалов. В приемных бункерах печей шихта представляет собой достаточно однородную смесь с требуемым соотношением компонентов шихты.
В случае небольших и средних грузопотоков шихты все печи плавильного корпуса обслуживаются одной линией шихтоподачи; при больших грузопотоках такая линия обеспечивает шихтой каждые две печи. Применяются три варианта подачисдозированной шихты в печные бункера: кольцевой, линейный, скиповый. При кольцевой и скиповой подачах шихты отделение шихтоподготовки расположен о параллельно плавильному корпусу, а при линейной – в одну линию с плавильным корпусом.
В дипломе применяется скиповая шихтоподача. При скиповой подаче компоненты шихтыдозируются в отделение шихтоподготовки, а шихта в плавильный корпус передается скиповым подъемником. При этом обеспечивается автоматическая подача шихты в печные карманы. Каждая печь обслуживается отдельной группой бункеров готовой шихты.
Себестоимость хранения, подготовки, дозировки и транспортировке шихтовых материалов в печные карманы при скиповой подаче меньше, чем при конвейерной. При движении шихты по конвейерному тракту за счет истирания образуется дополнительно 3-10 %коксовой мелочи фракции меньше 5 мм. За счет налипания на ленту промасленной стружки и кокс а их потери увеличиваются на 4,5% и 3% соответственно.
Применение скиповой подачи сыпучих материалов позволяет приблизить склад шихты и дозировочное отделение к плавильному корпусу.

1.6.2 Плавильный корпус

Плавильный корпус представляет собой основную часть ферросплавного цеха и предназначен для размещения и обслуживания электропечей, а также для приема и разливки готового сплава и удаления шлака. В общем случае плавильный корпус ферросплавного цеха состоит из следующих пролетов: печного, разливочного, трансформаторного, шихтового и остыв очного. С рост ом мощности ферросплавных печей объем но-планировочные решения здания плавильного корпуса совершенствовались по пути сокращения числапролетов за счет вынос а шихтового и разливочного пролетов за пределы здания и ликвидации остыв очного про лета.
Плавильный корпус ферросплавного цеха по производству ферросилиция (ФС 45) с закрытыми рудовосстановительными печами средней мощности 16,5-27 МВ·А (в дипломе используется печь типа РК3-24) имеет два про лета одинаковой высоты: печного и разливочного (см. рис.1.3).
Печнойпролет служит для размещения и обслуживания плавильных электропечей. Последние располагаются обычно вдоль цеха в линию. В зависимости от типа и мощности установленных печей ширина печного про лета принимается равной 15, 18, 24 и30 м. Он всегда выполняется многоэтажным. В дипломе ширина печного пролетапринимается равной 18 м.
На нулевой отметке про лета расположены фундаменты плавильных печей (для вращающихся печей они заглублены), механизмы вы катки металловозных ишлаковозных тележек, оборудование и механизмы газоочисток, подсобные помещения.
Для обслуживания летки устанавливается сплошное перекрытие или местная горноваяплощадка. Здесь расположены устройства для открывания и закрывания летки, узлы для приготовления лет очной массы, системы шламосборников, бытовые помещения дляотдыха плавильной бригады. В зависимости от мощности печи площадка располагается на высоте 2,5-6,6 м. В дипломной работе площадка располагается на высоте 4,5 м.
Рабочая площадка, предназначенная для обслуживания печи, наблюдения за технологическими электрическим режимами, представляет собой сплошное перекрытие и располагается на уровне 7,5 м. На ней установлены пульты управления печами(обычно одно помещение на две печи), наклонные газоходы для отвода газа из-под свода, зонт для удаления газов, выбивающихся из печи, загрузочные труботечки сприемными воронками, помещения для инженерно-технического и дежурного персонала, тельфера для производства ремонтных работ.
Для обслуживания механизмов перемещения и пере пуска электродов служит электродная площадка, представляющая собой сплошное перекрытие, расположенное на высоте16,5 м. В новых цехах с печами, оборудованными гидравлической системой перемещения и пере пуска электродов, устанавливаются местные площадки.
Перекрытие на отметке 24 м служит для крепления печных карманов, размещения системы конвейеров подачи шихты в них, монтаж а вентиляционных установок, наращивания электродных кожухов и загрузки электродной массы с помощью мостового крана. Все перекрытия имеют сквозные проемы по торцам цеха для обеспечения печей электродной массой. Над каждой печью расположены также проемы для выполнения различных транспортных операций при ремонтах.
Разливочныйпролет предназначен для приема из печного про лета металла и шлака, их первичной обработки, разливки сплава и передачи его на склад готовой продукции, подготовки и подачи к печам разливочной посуды, текущего ремонта посуды, приеманеобходимых материалов и сменного оборудования для нормальной эксплуатации оборудования плавильного корпуса.
Ширина разливочного про лета принимается равной 27 м. Ширина про лета зависит от насыщенности оборудования, числа технологических операций со сплавом и шлаком, количества и объема разливочной посуды.
В цехах для разливки ферросплавов используются конвейерные разливочные машины (рис.1.10). При этом значительно повышается механизация и производительность труда, улучшаются его условия в разливочномпролете, поскольку сплав разливают не с помощью крана, а специальными гидравлическими кантователями, которые помещены в герметизированные камеры. Существенным недостатком машины конвейерного типа является переменная высота падения сплава при разливке, что вызывает сильное его разбрызгивание.
Машина состоит из следующих основных узлов: кант овального устройства 1 с ковшом 2 ижелобом 8; цепи конвейера 3 с опорными роликами 4; приводной станции 5; течки6; натяжной станции 7; опрыскивателя, с помощью которого покрывают внутреннюю поверхность изложниц известковым раствором; устройства для охлаждения слитков иотсоса газов. Кант овальное устройство машины расположен о в разливочном про лете, а головка машины с приводной станцией – на складе готовой продукции, где остывшие слитки по течке сбрасываются в короба. Скорость остывания слитков зависит от марки сплава, поэтому конвейеры разливочных машин имеют три-четыре скорости
Максимальная производительность такой машины обеспечивается при толщине слитка 70-80 мми составляет для ФС 45 ~ 80 т/сут. Температура сплава перед разливкой должна составлять ~ 1400єС. Потери при разливке на машине достигают 3%, к тому же товарный вид получаемых слитков значительно ухудшается из-за опрыскивания мульд известковым молоком. Вферросплавных цехах по производству ферросилиция (ФС 45) установленыконвейерные машины длиной 40 и 70 м с одной или двумя лентами. Техническая характеристика этих машин представлен а в табл.1.4.

Таблица1.4 – Техническая характеристика разливочных машин конвейерного типа.

Показатель
Длина машин
40
70
Скорость движения конвейерной ленты, м/с

Масса слитка одной изложницы, кг при разливке:
45%-ног о ферросилиция

Производительность, т/ч при разливке:
45%-ног о ферросилиция

Расход воды на охлаждение мульд, м3/ч

Число изложниц в цепи

Мощность двигателей, кВт

Масса машины с чугунными изложницами, т
0,083; 0,041;
0,031; 0,02

45

32,6 / –

130

2 х 210

85/12; 11/8;
14/6; 18/4

207,8
0,054; 0,083;
0,18

– / 23

162 / –

726

18,9; 26,6;
32,4; 79,1

504

Примечание. Числитель – данные для двух ленточной машины, знаменатель – для одно ленточной. В дипломе используются двух ленточные машины длиной 40 м.
Дляприема готового сплава при выпуске из печи на ферросплавных заводах используют ковши различной вместимости. Вместимость самого большого ковша достигает 20м3. Ферросилиций (ФС 45) выпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом или графитовой плиткой.
Кирпичная кладка различных ковшей в ферросплавных цехах имеет ряд недостатков. К ним относятся: интенсивное размывание швов кладки, необходимость в труде высококвалифицированных каменщиков, трудоемкость чистки от настылей, высокая стоимость.
С целью механизации работ пор замене футеровки, ее удешевления и повышения стойкости используют наливную футеровку из само твердеющих смесей. В состав жидкихсамотвердеющих смесей входят наполнитель (смесь кварцевого песка и кварцитовыхотсевов), связка (жидкое стекло) и отвердитель (кремне фтористый натрий или шлак производства рафинированного феррохром а). Наливная футеровка выполняется при помощи шаблона, вставленного в кожух. Период затвердевания массы составляет40-60 мин. Наливная футеровка при разливке 45%-ног о ферросилиция выдерживает95 плавок.
Чаще всего для приемки сплава и шлака используют ковш и чаши, отлитые из стали35 Л. Ковши и чаши подаются к печам самоходными тележками по рельсовому пути. Для стационарных печей рельсовый путь выполняется прямым, для вращающихся печей – круглым. Тележки, подаваемые под лет ку для каскадного выпуска сплава и шлака, вмещают от одного до трех ковшей.

Склад готовой продукции

Склад готовой продукции обычно представляет собой однопролетное здание, располагающееся параллельно плавильному корпусу и соединяющееся с ним галереями разливочных машин. Склад оборудован мостовыми кранами грузоподъемностью20/5 т и устройствами для приема, дробления, сортировки и упаковки готового сплава. Слитки металла с разливочных машин подают в короба, установленные на самоходных тележках. Каждая разливочная машина оснащенадвумя-тремя тележками для обеспечения непрерывного приема металла. Готовая продукция цеха хранится в приемных бункерах. Дробление и сортировка сплава производятся с помощью бутобоя, щековых дробилок, грохотов. Склад обычнооборудуется одними приемными весами, обслуживающими две разливочные машины, иплатформенными весами для взвешивания отправляемой в вагонах продукции [3, 7].

2 Специальная часть

2.1 Сортамент ферросилиция

В ферросплав ной промышленности (ОАО «Запорожский завод ферросплавов») выплавляют ферросилиций различных марок ФС 20, ФС 25, ФС 45, ФС 65, ФС 70.
Химический состав ферросилиция различных марок приведен в табл.2.1.

Таблица 2.1 – Химический состав ферросилиция различных марок

Марка
Si, %
Массовое содержание, % (не более)
C
S
P
Al
Mn
Cr
ФС 20
23-25
1,0
0,02
0,1
1,0
1,0

ФС 25
23-27
0,6
0,02
0,06
1,0
0,8
1,0
ФС 45
41-47

0,02
0,05
2,0
0,6
0,5
ФС 65
63-68

0,02
0,05
2,5
0,4
0,4
ФС 70
68-74

0,02
0,05
2,0
0,4
0,4

В данной дипломной работе рассматривается технология производства ферросилициямарки ФС 45.

2.2 Характеристика сырья, стандарты, технические условия на сырье

Для выплавки ФС 45 используют наиболее дешевые и в то же время богатые покремнезему материалы – кварц и кварцит, главной составляющей которых является кварц – широко распространенный минерал, представляющий собой более или менее чистый кремнезем SiO2.
Кварц – плотный минерал кристаллического строения с плотностью 2,65 г/см3и твердостью 7. Кварц имеет относительно высокую стоимость, поэтому его применяют при производстве кристаллического кремния.
Кварцитами называют кремнистые песчаники, в которых цементируемое вещество и цемент представлены минералами кремнезема. С увеличением содержания SiO2 в кварците увеличивается извлечение кремния и производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии.
Для выплавки ферросилиция пригодны не все кварциты, т. к. различные их типы, даже одинакового химического состава, отличаются друг от друга поведением в плавке – в стадии как нагревания, так и восстановления при высоких температурах. Поэтому для выплавки ферросилиция марки ФС 45 используют кварцитмарки КФ. Запорожский ферросплавный завод использует кварцит крупностью 25-70мм. Обычно предварительно его подвергают мойке, дробят и сортируют. Дроблениекварцита осуществляется на щековых и конусных дробилках, грохочение – на вибрационных грохотах и во вращающихся барабанах, в которых одновременно осуществляется и мойка.
Ниже приведен химический состав кварцита по отраслевому стандарту (ОСТ14-49-80), действующему с 01.01.81, а в табл. 2.2 – химический состав кварцитаОвручского месторождения.
Марка кварцита……………………………………………………….. КФ
Массовое содержание, %:
SiO2 (не менее)………………………………………………….. 97,0
Al2O3 (не более)…………………………………………………… 1,8
P2O5 (не более)………………………………………………….. 0,02
Засоренность (глина, песок и т. п.) …………………………….. 1,0

Таблица 2.2 – Химический состав кварцита Овручского месторождения.

Месторождение
Массовое содержание, %
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
TiO2
P2O5
Овручское
97,34
0,55
1,44
0,29
0,36
0,08

При выплавке ферросилицияФС 45 основным восстановителем является коксик-орешек. Коксик (полу кокс) подвергают грохочению для отсева мелочи и крупной фракции, которую направляют для дробления на валковые дробилки. После дробления коксик вновь подвергаютрассеву на вибрационных грохотах. Размеры кусков коксика следует подбирать в зависимости от его физико-химических свойств, мощности и рабочего напряжения печи.
По ГОСТу коксовый орешек должен поставляться с соде ржанием влаги в среднем около 11%, золы — не более11%, в кусках размером 10-25 мм, причем содержание мелочи (куски размером менее10 мм) допускается до 10%.
Если в коксике много мелочи, то затрудняется выход газов, нарушается ход печи. Наличие крупных кусков нежелательно, т. к. увеличивается электропроводность шихты, электроды поднимаются вверх, снижается производительность печи. Запорожский завод для 45%-ногоприменяет коксик с рабочей фракцией 5-25 мм.
Также при производствеферросилиция применяют и другие восстановители. Восстановитель должен обладать высокими электрическим сопротивлением и реакционной способностью по отношению кокс иду кремния, иметь низкую (1-3 %) и постоянную влажность.
Целесообразно использование кокс а, полученного из бурых, длинно пламенных, газовых ислабоспекающихся углей.
Широкое применение при выплавке ФС 45 наш ел ангарский полу кокс, обладающий высоким электрическим сопротивлением и благоприятным составом золы, содержащей примерно 76% SiO2. Его использование позволило значительно улучшить технико-экономические показатели производства.
Состав различных видов восстановителей приведен в табл. 2.3.

Таблица 2.3 – Химический состав кварцита Овручского месторождения.
Восстановитель
Влага
рабочая,
%
Состав абсолютно
сухой массы, %

зола
S
P
летучие
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
P
Кокс:

Донбасс а
5
9-10
1,8
0,015
1,6-2
34-38
18-27
18-30
2-6
1-3
0,1-0,2
нефтяной
3,1
0,16
0,58
0,005
3,6
12-30
6-20
7-12
2-4
4-6
0,33
Коксик:

Запорожский
19
11
2,4
0,020
1,8
38
28
25
4-5
3
0,6
полу кокс
ангарский
9
27
0,8
0,030
5,6
75
11,2
7,8
1,0
2,1
0,01

Запорожский ферросплавныйзавод применяет в качестве составляющих шихты отходы графитации, образующиеся на электродном заводе, и карборундовые «сростки» с абразивного завода. Состав этих материалов приведен в табл. 2.4.

Таблица 2.4 – Состав отходов, содержащих карбид кремния.

Наименование
Химический состав, %
SiC
SiO2
FeO
Al2O3
Ссвоб.
Отходы графитации
20-27
3-35
5-6
1-2
20-28
«сростки»
50-55
20-30
1-1,5
1-1,5
10-16

Применениекарборундосодержащих отходов экономически выгодно, т. к. они дешевы и содержат восстановленный в другом агрегате кремний.
Основным железосодержащим компонентом шихты при выплавке ферросилиция является стружка высокоуглеродистыхсталей.
Необходимость включения в состав шихты металлического железа (стружки), а не оксидов (руды, агломерата, окатышей), объясняется тем, что кислородные соединения при сравнительно низких температурах могут легко взаимодействовать с SiO2 с образованием силикатных расплавов.
Нельзя допускать использования чугунной стружки и стружки легированных сталей, а также загрязнения стружкой цветных металлов, т. к. фосфор из чугунной стружки, легирующие и цветные металлы переходят в сплав. Желательно использование стружки и отходов кремнистых сталей.
Стружку необходимо дробить на стружкоизмельчителе до 50 мм или отсевать от витой стружки.
Нецелесообразным является и применение железной руды, т. к. она вносит большое количество шлакообразующихтребует дополнительных значительных затрат электроэнергии и восстановителя на восстановление оксидов железа и нагрев шлака. Замена стружки железной рудой при выплавке ФС 45 привела к увеличению расхода электроэнергии до 27828 МДж/т (7730кВт ·ч/т), т. е. примерно на 10800 МДж/т (3000 кВт ·ч/т). Применение железной руды ухудшает качество сплава вследствие восстановления примесей из нее, апылеватые руды, кроме того, резко снижают газопроницаемость колошника. В связи с этим при дефиците железной стружки более перспективно использование в качестве железосодержащих материалов отходов из огневой зачистки стали, металлизированных окатышей или железистых кварцитов.
Ниже приведен состав шихты при выплавке ферросилиция ФС 45, кг:

Кварцит …………………………………………………………………. 300
Кокс сухой …………………………………………………………….. 138
Стружка стальная ……………………………………………………. 168
[2-5].

2.3 Физико-химические основы получения ферросилиция ФС 45

Ферросилиций получают восстановлением кремнезема, содержащегося в кварците, твердыми углеродистыми восстановителями в присутствии стальной стружки.
Восстановление кремнезема твердым углерод ом в условиях электрической печи протекает по следующей суммарной реакции:

SiO2(ж) + 2 С(Т)= Si(ж) + 2 СO(г) ,

для которой ? G є = 666664 – 364,96 Дж/моль (159230 – 87,17·Т кал/моль) и теоретическая температура ее начала равна 1554 єС.
Константа равновесия суммарной реакции может быть написан а в следующем виде:
Кр =
P?2 · aSi
,
ac2 · aSiO2

где — парциальное давление СO, ат;
aSi, ac2, aSiO2 – соответствующие индексы активности.
При чистых исходных материалах кремнезем и углерод находятся в свободном состоянии, тогда aSiO2 и ac равны 1 и Кр=PCO2 · aSi , т. е. протекание реакции восстановления кремния определяется парциальным давлением оксида углерод а.
В промышленной печи для производства ферросилиция давление на колошнике примерно равно атмосферному, поэтому устанавливающееся в зоне восстановления парциальное давление оксидауглерода лишь незначительно превышает атмосферное давление.
При постоянном значении P?2 значение константы для 45%-ногоферросилиция мало. Это означает, что выплавка сплава с меньшим содержаниемкремния требует более низких температур.
Исследования показали, что кремнезем восстанавливается углерод ом и кремнием с образованием промежуточных продуктов – моноокиси кремния и карбида кремния.
В печи также могут протекать процессы испарения и диссоциации кремнезема по следующим возможным схемам:

?

При высокотемпературном восстановлении, характерном для процесса получения ферросилиция, при атмосферном давлении наиболее вероятным кажется процесс восстановления SiO2 в две стадии:

SiO2 конд + SiFe ж = 2 SiO(2),
SiO2 + CT = Siконд + CO2.

Жидкий кремнистый расплав обтекает кусочки шихты и вызывает интенсивное взаимодействие с образованием газообразной окиси кремния. Углерод до восстанавливает окись кремния. Окись кремния реагирует с углерод ом как на внешней поверхности кусков коксика, так ив их толще, проникая в поры и трещины.
Учитывая, что кремнезем, испаряясь, диссоциирует в основном на оксид кремния и кислород, и то, что в печи находится свободный углерод, следует считать основным кремнийсодержащимпродуктом испарения кремнезема оксид кремния. Основными составляющими газовой фазы при относительно высоких температурах можно считать С О и SiO. Такие вещества, как CO2 , SiO2 , Si, SiC2 , Si2C и т. д. должны присутствовать в газовой фазе лишь в незначительных количествах. Это следует прежде всего из расчетов равновесия C + CO2 = 2 CO и результатов термодинамического анализа высокотемпературного испарениякремнезема. Присутствие SiC в выплавках из рабочего пространства или из настылейпечей, выплавляющих ферросилиций, подтверждается многочисленными исследованиями.
На ход реакции восстановления кремнезема в значительной степени влияет присутствие железа, которое, растворяя кремний, выводит его из зоны реакции, улучшая термодинамические условия ее протекания и снижая потери кремния. Отсутствие в шихте железа приводит к исключению из приходной части теплового балансапроцесса тепла растворения кремния в железе, составляющего 2,5-3% прихода тепла. Присутствие железа значительно снижает температуру начала процесса восстановлениякремнезема.
Расчетная температура его начала в зависимости от содержания кремния в сплаве составляет:

Содержание кремния в сплаве, % ………………………………. 45
Температура начала восстановления
кремнезема, єС ………………………………………………………. 1400

Благотворное влияние железа также определяется тем, что оно легко разрушает карбид кремния, являющийся одним из промежуточных продуктов восстановления кремнезема, способствуя сдвигу реакции в сторону образования кремния. Ниже приведенатемпература (К) начала реакций взаимодействия карбида кремния с кремнеземом имонооксидом кремния и испарения (или разложения) его по различным реакциям(числитель), (знаменатель – результаты рас чета). Для реакции непосредственного разложения карборунд а

SiCT = Si2 + CT

температура колеблется в пределах от 2423 до 3125 К.

SiCT + SiO2(T)= 2 SiO2 + CT; 2200/ 2079
SiCT + 2SiO2(T) = 3 SiO(г) + CO2; 2000/ 1934
2SiCT + SiO2(ж) = 3Siж + 2 CO(г) ; 2353 / 2257
SiCT + CT + SiO2(Т) = 2Siж + 2 COг ; 1982 / 1968
SiCT + 2 SiO2(ж) = COг + 3SiOг ; 1998 / 1937
SiCT + SiOг = 2 Siж + COг ; 2403/ 2876
Взаимодействие карбида кремния и железа по реакции

m Fe + n SiC = FemSin + CT+ n C

начинается с 1500 К и интенсивно проходит при 1500-1600 К. Продуктом реакции является ферросилиций игра фит. Расчеты показывают, что изменение энергии Гиббса реакции разрушения карбида кремния железом в интервале 1100-1700єС имеет отрицательное значение, что и объясняет неустойчивость его в присутствии железа:

Т, К
………..
1400
1600
1800
2000
2200
— ?G, Дж
………..
12 125
17 266
27 442
35 075
43 000

Рассмотренные данные позволяют наметить следующую приближенную схему протекания процессов в активной зоне (тигле) ферросилициевой печи. На глубине ~ 200 мм шихта претерпевает значительные изменения. Кварцит оплавляется, кокс с поверхности превращается в карбид кремния, из железной стружки образуются капельки сплава, содержащего до 20% Si. Насыщение железа кремнием происходит преимущественно в результате взаимодействий SiO с углерод ом и SiC с расплавленным железом, а также за счет паров кремния. У поверхности газовой полости заканчивается преобразование материалов в конденсированных фазах. Кварцит полностью расплавляется, начинается образование нестехиометрического кремне кислородного остатка, кокс преобразован в карбид кремния, постепенно повышается (по-разному для различных марок ферросилиция) содержание кремния в сплаве. В тигле, в зоне наиболее высоких температур появляется SiO, образующийся в результате взаимодействиякремнекислородной жидкости с углерод ом и карбидом кремния, а в непосредственной близости к плазменному шнуру, где температура достигает нескольких тысяч градусов, также происходит диссоциация оксидов кремния. В более холодных зонах тигля образуется кремний в результате восстановления SiO.
«Дно» тиглей характеризуется составами, в которых основными фазами являются анортит (CaO · Al2O3 · SiO2), геленит (2 CaO · Al2O3 · SiO2), SiC, силикатное стекло и корольки сплава с переменным соде ржанием кремния. Ниже уровня «дна» тиглей формируетсяшлакокарбидная зона, основным компонентами которой являются Al2O3, CaO и SiO2 примерно в таком же соотношении, как и в конечных шлаках, и крупно кристаллический SiC, содержание которого колеблется в пределах от 30 до 60 %.
В зоне медленного схода шихты и в боковом гарнисаже активных восстановительных взаимодействий не происходит и эти зоны играют второстепенную роль в процессах формирования сплава. Гарнисаж стен в основном состоит из кристобалит а, реже – тридимита, остатков кокс а, чаще – псевдоморфозов SiC по кокс у. В зоне мед ленного схода шихты (между электродами) наблюдаются тяжелые ноздреватые конгломераты, пористая агломератовидная масса из преобразованных шихтовых материалов, по химическому составу промежуточных между гарнисажем стен и материалом из стен газовых полостей, шлак и сплав переменного состава. Эти зоны не являются постоянными, их размеры и форма изменяются в зависимости от периода плавки, марки выплавляемого сплава, подводимой мощности, частоты вращения ванны печи идр.
Наряду с восстановлениемкремнезема в электропечи происходит частичное восстановление примесей кварцитаи золы восстановителей: Al2O3, CaO, MgO и др. до элементов или карбидов, которые могут затем разрушаться железом, кремнием или кремнеземом. Восстановление примесей часто осуществляется за счет кремния.
Восстановление окислов железа, содержащихся в шихтовых материалах, протекает практически полностью. В восстановительных условиях печной плавки значительное количество фосфора из шихты переходит в сплав. Содержащаяся в ней сера в основном удаляется в виде летучих соединений с кремнием: SiS и SiS2.
Производство ферросилицияотносится к бес шлаковым процессам, но тем не менее получение сплава всегда сопровождается пол учением некоторого количества шлака (на 1т ФС 45получается 25-30 кг шлака). Причиной шлакообразования являются примеси шихтовыхматериалов, которые по физико-химическим условиям процесса не могут быть полностью восстановлены (глинозем, оксиды кальция, бария, магния и т. п.) и которые ошлаковываются кремнеземом. При недостатке восстановителя шлак обогащается кремнеземом, а также карбидом кремния вследствие разрушениягарнисажа. Результаты анализа шлаков на ЗФЗ и АЗФ приведены в табл.2.5. В шлаках обнаружены следующие собственно шлаковые минеральные фазы: геленит – 2 CaO · Al2O3 · SiO2, анортит – CaO · Al2O3· · 2 SiO2, сарколит – 3 CaO · Al2O3, гексаалюминат кальция – CaO · ·6 Al2O3, корунд – Al2O3, шпинель – MgO · Al2O3, диалюминат кальция – CaO · 2 Al2O3, сульфид кальция – CaS и силикатное стекло.

Таблица 2.5 – Химический состав шлаков на ЗФЗ и АЗФ.
Восстановитель
Влага
рабочая,
%
Состав абсолютно

зола
S
P
летучие
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
P
Донбасс а
5
9-10
1,8
0,015
1,6-2
34-38
18-27
18-30
2-6
1-3
0,1-0,2
нефтяной
3,1
0,16
0,58
0,005
3,6
12-30
6-20
7-12
2-4
4-6
0,33

Шлаки имеют высокую температуру плавления (1500-1700 єС), 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 по дины печи. В некоторых случаях при скоплении шлака его удаляют при помощи извести, задаваемой в печь. Однако введениефлюсующих приводит к увеличению количества шлака и повышению удельного расхода электроэнергии. Основные меры борьбы со шлакообразованием при производствеферросилиция 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 выплавкеферросилиция составляет 0,05-0,1 (бес шлаковый процесс).
Ферросплавные шлаки содержат корольки готового сплава и не восстановленные 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 видекорольков и до 15% карбида кремния. Эти шлаки успешно используются в составераскислительных и рафинирующих смесей в сталеплавильном производстве [3-7].

2.6 Технология выплавки

Для выплавки ферросилициямарки ФС 45 используют трех фазные 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 электропечнойустановки вызван тем, что при этом сокращаются капитальные и эксплуатационные затраты.
В дипломе рассматривается технология выплавки ферросилиция марки ФС 45 в закрытой трех фазной печи мощностью 24 МВ? А непрерывным процессом. Производствоферросилиция 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 игазоходов 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 выплавкиферросилиция 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. Поди ну и стены выполняют из алюмосиликатного кирпича, поди ну футеруют насухо (за исключением второго и третьего рядов, выкладываемых на растворе), а стены – на глинисто-мермельномрастворе. Между кожухом и футеровкой имеется слой засыпки из алюмо-силикатной крупки (100-150 мм), компенсирующий тепловые расширение кладки и служащий добавочной теплоизоляцией.
Печь работает насамоспекающихся электродах Ш1200 мм и Ш1400 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 кколошнику прогревается в воронках до 350-600 єС и теряет не менее 65%гигроскопической влаги; выделяется значительная часть летучих; диоксид углерод аCO2 при повышении температуры образуетмонооксид С О, на что расходуется углерод шихты. Газовую фазу подсводовогопространства характеризует высокое содержание монооксида углерод а; 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)
2CO » C + CO2 ; (2.2)
SiO + CO » C + SiO2 ; (2.3)
3SiO + CO » SiC + 2 SiO2 ; (2.4)
2 SiO » Si + SiO2 ; (2.5)

Около половины конденсатов являются продуктами реакции (2.4) и ~ 30% получены поре акции (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 кристобалит а. Химический состав пыли при выплавке ФС 45 приведен в табл. 2.17.

Таблица 2.17 – Химический состав пыли при выплавке ФС 45.
Сплав
Массовая доля, %
SiO2
Mn
CaO
MgO
Al2O3
FeO
P
C
S
ФС 45
77,8-91,2
0,35-0,6
0,24-0,8
1,52-6,8
1,92-2,0
3,22-6,48
0,05
не опр.
2,95-12,35

Зарастание подсводовогопространства конденсатами из колошниковых газов, при прочих равных условиях, является, главным образом, результатом недостатка углерод а в ванне печи. Однако избыток восстановителя также приводит к выходу колошниковых газов в большом количестве с более высокой температурой и с повышенным соде ржанием в них SiO вследствие недостаточного погружения электродов в шихту. Для обеспечения нормального хода восстановительного процесса в закрытой печи необходимо при прочих равных условиях ограничивать поступление в подсводовое пространство газообразных продуктов, способных образовывать конденсаты. Для уменьшения подсоса воздух а загрузочные воронки и течки должны быть заполнены шихтой, а печные бункера – заполнены не менее, чем на половину объема.
Плавку ферросилиция ведут непрерывным процессом, при этом основной задачей является обеспечение нормальной работы колошника и летки. Нормальный ход технологического процесса характеризуется следующими показателями:
1) равномерное выделение в воронках вокруг электродов невысокого и неяркого пламени;
2) равномерный сход шихты вокруг каждого электрода;
3) рыхлая шихта в воронках свободно «прошивается»в любой точке;
4) устойчивая и глубокая (3,0-3,7 м ниже обреза щек) посадка электродов в шихте (при выплавке ФС 45 составляет не менее 1500 мм) при полной и одинаковой электрической нагрузке по фазам при одинаковых фазовых напряжениях;
5) равномерный выход жидко подвижного шлака при каждом выпуске;
6) появление небольшого язычка пламени в конце выпуска из лет очного отверстия.
Вокруг электродов выходит10-15% колошникового газа с температурой ~ 650 єС. Давление под сводом печи должно составлять9,8 Па, а разность давлений в трех точках под сводом должна быть не более 5Па; разрежение под сводом не допускается. Температура газа под сводом должна быть 500-600 єС и не выше 700 єС, а в газоходе – не более 200 єС. Разрежение в начале наклонного газоход а должно составлять 50-200 Па, перед скруббером 200-400 Па, после трубы Вентури – не менее 16000 Па. Содержание водород а в газе ? 5%, кислород а ? 1% ; постоянное количество отходящих газов.
Процесс плавки в печи происходит, главным образом, у электродов в тиглях.
В верхней части тигля холодная шихта образует своеобразный свод. Стенки и свод тигля непрерывно оплавляются и замещаются новыми порциями поступающей сверху шихты. Таким образом, тигель нельзя рассматривать как застывший сосуд под электродом. Это скорее зона высоких температур, образовавшаяся у конца электрода. При горячем ходе печи нижние части тиглей соединяются, образуя общий тигель. Нижняя часть тигля представляет собой газовую полость. Расстояние между торцом электрода и поверхностью расплава («дном» тигля) составляет 200-400 мм. Шихта, расположенная у стен печи, прогревается настолько слабо, что в этих местах плавления не происходит и шихтовые материалы спекаются в плотный монолит(гарнисаж). Быстрое про плавление шихты возле электрода способствует поддержанию рыхлого столба материалов вокруг него. Поскольку реакции восстановления происходят, главным образом, вокруг электрода, газы, образующиеся внизу возле дуг, нагретые до высокой температуры и, проходя через вышележащие слои шихты, нагревают их. Прохождение горячего газа через более холодную шихту вызывает конденсацию паров кремния. Для равномерного распределения по колошнику выходящих из печи газов, предотвращения спекания колошника и образования «свищей» при выплавке ферросилиция необходимо вращать ванну печи. Наилучшие результаты дает вращение ванны с частотой 1 оборот за 50-70 ч. В этом случае улучшается сход шихты, главным образом, с набегающей стороны электрода, куда и заваливают основную часть шихтовых материалов.
Завал ку шихты необходимо проводить непрерывно или небольшими порциями по мере оседания шихты на отдельных участках. В первую очередь шихту заваливают в наиболее горячие участки колошника вокруг электродов. Загрузка лишней шихты недопустима, т. к. увеличение столба материалов вызывает смещение плавильной зоны вверх и нарушение теплового режима в зоне реакции. Недостаточное количество шихты в печи приводит к увеличению потерь тепла с уходящими газами и потерь кремния вулет.
Загрузка шихты в печь производится в воронки вокруг электродов через труботечки на печах с частичным(80-90 %) улавливанием отходящих газов.
При ведении технологического процесса могут наблюдаться отклонения от нормального хода печи:
1. Недостаток восстановителя в едет к неустойчивой посадке электродов и колебаниям нагрузки, за электродами тянутся длинные кварцевые нити, тигли сужаются, происходит сильное спекание шихты, на колошникенаблюдаются частые «свищи», лет ка сильно «газит», из летки выходит густой шлак(или, при длительной работе с недостатком восстановителя, выход шлака прекращается), рабочие концы электродов сильно утоньшаются и быстро укорачиваются. Температура в печи на глубине 500-600 мм от поверхностиколошника при выплавке ФС 45 повышается до 1800-2000єС, что приводит к усиленному испарению и потерям в у лет не только монооксида кремния, но и восстановленного кремния. Работу с недостатком восстановителя называютзакварцеванием печи. В случае длительной работы печи с недостатком восстановителя наблюдается расстройство работы летки – лет ка закрывается с трудом или вообще не закрывается, наблюдается просачивание металла в любом месте ар очки и даже прорыв футеровки печи сплавом. Для исправления хода печи следует добавить восстановитель в шихту, давать коксик в виде добавок, усилить обслуживание колошника. Если эти меры не дают положительного результата, то следует несколько проплавить тигель электрода над лет кой и при выключенной печи дать в тигель 150-500 кг коксика.
2. Избыток восстановителя, при котором посадка электрода становится высокой, из-под самих электродов бьют «свищи», тигли сужаются, слышна работа дуг (характерный гул), шихта круто обваливается у электродов, из печи прекращается выход шлака, выход сплава уменьшается и его температура снижается. Длительная работа с избытком восстановителя в шихте приводит к замораживанию колошника печи и зарастанию печи шлаком при резком снижении производительности. Для исправления хода печи необходимо уменьшить количество восстановителя в печи, дать в печь несколько калош шихты с резко пониженным количеством восстановителя («тяжелые» калоши) или некоторое количество чистого кварцита и улучшить обслуживание печи.
3. Работа на коротких электродах как по внешним признакам, так и по результатам подобна работе с избытком восстановителя.
4. Работа с чрезмерно длинными электродами при высокой их посадке вызывает увеличение потерь электроэнергии в самих электродах, а при глубокой посадке электродов часто приводит к тому, что электроды «садятся» в шлак, теряется дуговой режим работы печи, печь «не принимает шихту». При скоплении в печи шлака и его нерегулярном выходе в печь даются добавки извести.
При неравномерном выходе металла и отсутствии выхода шлака необходимо:
· проверить точность дозирования шихтовых материалов;
· дать дополнительные порции коксика и откорректировать навеску восстановителя;
· обеспечить устойчивую глубокую посадку электродов.
5. Зависание шихты в воронках характеризуется повышением температуры газа под сводом на данном участке колошника и воды в воронках, а также слабым выделением газа на участке, где зависла шихта. Это может привести к раскрытию колошника, чрезмерному нагрев у свода и воронок, забиванию подсводового пространства и прогару воронок, свода и т. д. Для исправления хода печей необходимо прошить шихту в воронках, чтобы обвалить ее в местах подвисания и давать в воронки небольшими порциями кокс.
6. При недостатке восстановителя повышаютсязапыленность газов под сводом (содержание осадка в воде после газоочистки >см3/л) и температура газа под сводом. При длительной работе сне достатком восстановителя забивается устье газоход а, возрастает давление газа под сводом, что в дальнейшем приводит к забиванию подсводового пространства. Для снижения давления под сводом необходимо прочистить устье газоход а иподсводовое пространство. Для исправления положения необходимо увеличить навеску восстановителя.
7. Забивание пылью стакана и наклонного газоходавызвано недостатком восстановителя в печи и подсосом воздух а в подсводовоепространство, или засорением отверстий в форсунках, или понижением давления воды, орошающей наклонный газоход. При забивании газоход а увеличивается перепад давления в газоходе ( >2000 Па ). В этом случае необходимо прочистить стакан и наклонный газоход и проверить исправность форсунок.
8. Увеличение содержания водород а в подсводовомпространстве свидетельствует о повышении влажности шихты или о наличии течи воды из воронок или секций свода, причем в случае течи воды содержание водородав газе повышается (?13% в чистом газе). В этом случае необходимо отключить печь и устранить течь.
Системагазоотвода и газоочистки (для открытых печей – сухие газоочистки, для закрытых– мокрые) состоит из двух параллельных ниток, работающих попеременно. Газ их стакана на своде поступает в наклонный орошаемый водой газоход и в скруббер, где происходит предварительная очистка его от пыли. Затем газ направляется в трубу Вентури (тонкая очистка газа). Вкаплеотделителе от него отделяется влага. Чистый газ поступает потребителю. Необходимое разрежение в системе создается турбогазодувкой. Шлам, выделяющийся в системе, идет в шламонакопитель. Давление под сводом составляет2,0-5,0 Па, а температура газа 500-600єС. Газ закрытой печи содержит 0,01-0,1 кг/м3 пыли. После очистки количество пыли в нем уменьшается до 0,01-0,03 г/м3.
При возрастании разряжения необходимо:
· проверить разрежение во всех точках газового тракта;
· произвести при необходимости чистку подсводового пространства наклонного газоход а.
Чисткаподсводового пространства производится на отключенной печи через взрывные клапаны и крышку запасного стакана. Одновременно чистится наклонный газоход.
Таким образом, для нормального технологического процесса в закрытой печи особое значение имеет устойчивая работа системы отбора и очистки газа, которая должна обеспечить удаление газа и пыли из подсводового пространства печи и устройствгазоотвода и предупредить их забивание.
Ферросилицийвыпускают из печи периодически по мере его накопления.
ФС 45выпускают в ковш, футерированный шамотным кирпичом или графитовой плиткой, аза тем разливают в слитки, в чугунные изложницы или в чушки на разливочной машине конвейерного типа.
При увеличении температуры сплава, о чем свидетельствует размывание гарнисажаковшей, в целях предупреждения их прогара принимаются следующие меры:
· удлиняются электроды;
· под выпуск устанавливаются ковши с гарнисажами;
· производится непрерывный выпуск сплава [1-4, 6, 12-14].

2.7 Технология разливки

Выпускферросилиция из печи производится периодически по мере его накопления. Слишком частые выпуски сплава приводят к большим потерям тепла и понижению температуры в районе выпускного отверстия, что затрудняет выход сплава и шлака, а также к увеличению потерь сплава при выпуске и разливке его. При слишком редких выпусках замедляется процесс восстановления кремнезема, уменьшается глубина посадки электродов в шихте и увеличиваются потери кремния в у лет.
При выплавке ФС 45 производят 6-8 выпусков в смену через равные промежутки времени. Вскрытие летки производится простреливанием ее из специального ружья, прожиг ом электрической дугой или кислород ом, пробиванием железным прутом или при помощи бура.
Продолжительность операции выпуска составляет 15-25 мин. Лет ка должна быть открыта широко и периодически прошуровываться железным прутом для того, чтобы обеспечить полный выход шлака из печи.
Для обеспечения нормального выхода металла и шлака необходимо:
· поддерживатьлетку все время в нормальном рабочем состоянии, т. е. диаметр не должен превышать 120 мм;
· в случае увеличения диаметра летки более 120 мм ее необходимо забить электродной массой, после этого через 2-3 выпуска лет ку довести до нормального диаметра. Забивка летки электродной массой производится по указанию старшегоплавильщика;
· леткадолжна быть не ошлакована. При ошлаковании летки перед ее заделкой очко леткиразжигается графитовой свечой. Заделка зашла кованной летки не допускается;
· своевременно устанавливать своди к из электродной массы. Установка своди ка производится через8-12 дней, толщина своди ка должна быть не более250 мм;
· перед установкой своди ка лет ка должна быть обязательно забита массой и очищен а от шлака. Остатки старого своди ка также выбиваются.
Во время выпуска берут пробу металла для анализа, подставляя под струю графитовый стаканчик. По окончании выпуска очко летки закрывают возможно глубже конической пробкой из смеси глины, мягкой консистенции. В глину добавляется 20-30% мелкой электродной массы.
Нормально работающая лет ка должна закрываться 2-3 конусами, так чтобы наружная часть канала летки была свободной на 100-150 мм. Мелко закрытая лет ка вызывает разогрев гарнисажа передней стенки печи, что приводит к нарушению нормальной работы летки разъеданию футеровки печи в районе летки. Ферросилиций выпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом или графитовой плиткой, и затем разливают в слитки, в чугунные изложницы или в чушки на разливочной машине конвейерного типа. Ковш, установленный на стенде, наклоняется с помощью гидравлического устройства и через промежуточный же лоб вы дает металл на горизонтальную разливочную машину конвейерного типа. Изложницы разливочной машины обрызгивают известковым молоком. Максимальная производительность такой машины обеспечивается при толщине слитка 70-80 мм и составляет для ФС 45 ~ 80 т/сут. Температура сплава перед разливкой должна составлять ~ 1400 єС. Потери при разливке на машине составляют 3%.
Слитки(чушки) сплава передают в остыв очное отделение, где после остывания и проверки химического состава их, при необходимости, дробят и сплав упаковывают в деревянную или металлическую тару. Разливка слитков должна быть механизирован а. Цехи должны быть оборудованы установками для дробления и грохочения сплава, чтобы обеспечить выполнение заказов на ферросилиций в куске заданных размеров и массы.
ФС 45изготовляют в дробленном виде в кусках массой не более 25 кг, а также в чушках массой не более 45 кг.
Качество выпускаемого из печи сплава контролируют по содержанию кремния. По результатам экспресс-анализа производят корректировку навески железной стружки в калоше.
Запорожскийферросплавный завод для снижения содержания алюминия с 1,2 до 0,8 % продувает сплав в ковше воздух ом, а на поверхности металла заводит окислительный шлак из песка, железной руды, известняк а и шпат а. Пи и этом методе наряду с содержаниемалюминия уменьшается содержание кремния (на 1-2 %) [2-4, 6, 12, 13].

4 Экономика и организация производства

Основой производственной деятельности ферросплавного завода («ЗЗФ») является техпромфинпланпредприятия, представляющий собой комплексный текущий (годовой) план производственной технологической и финансовой деятельности, а также социального развития коллектива предприятия, конкретизирующий показатели пятилетнего плана и предусматривающий выполнение государственных плановых заданий с наибольшей эффективностью.
Общие особенноститехпромфинплана состоят в том, что он основывается на прогрессивных технико-экономических нормах и нормативах использования сырья, материалов, основных производственных фондов, трудовых и денежных ресурсов. Техпромфинпланпредусматривает внедрение достижений научно-технического прогресс а в производство ферросплавов (в том числе и для ФС 45), мобилизацию всех имеющихся резервов, осуществление режимов экономии минерально-сырьевых и энергетических ресурсов, использование хозрасчета, создание и внедрение малоотходнойтехнологии, повышение фондоотдачи в целях максимального увеличения производительности электропечи, улучшения технико-экономических показателей, повышения качества ферросплавов и решения природоохранных задач электроферросплавнойпромышленности.
Вся деятельностьферросплавного завода («ЗЗФ») происходит в условиях хозяйственногорасчета. Сущность хозрасчета состоит в том, что завод в денежной формесоизмеряет затраты и результаты своей хозяйственной деятельности, покрывает свои расходы денежными доходами от реализации продукции и обеспечивает рентабельность производства.
Хозрасчет основан на использовании товарно-денежных отношений, в частности, таких категорий, как цена, прибыль и себестоимость продукции.
Цена – денежное выражение стоимости товара (ферросплава). Существуют оптовые и розничные цены. Оптовые цены на ферросплавы составляются и утверждаются на базовые тонны, представляющие собой натуральную массу сплава, приведенную к базе, т. е. установленный для той или иной марки ферросплава среднего процентного содержания ведущего элемента. Так, для ферросилиция марки ФС 45 с пределами по концентрации кремния 41-47 % базовым соде ржанием кремния принято45%.
Себестоимостьферросплавной продукции — это часть общественных издержек производства, т. е. часть стоимости, отражающая затраты предприятия на изготовление и реализацию продукции.
Себестоимость включает экономические элементы затрат, которые отражают стоимость израсходованных средств производства и необходимого продукта, идущего на оплату труда. Элементы затрат включают стоимость сырья, вспомогательных материалов, топлива, электроэнергии, заработную плату, отчисления на социальное страхование.
Все расходы предприятия, связанные с пол учением ферросплава (ФС 45), в совокупности образуют цеховую и заводскую себестоимость продукции. Добавление внепроизводственныхрасходов к заводской себестоимости образует полную себестоимость.
Составляют плановую иотчетную (фактическую) себестоимость ферросплава (ФС 45) по итога относимые на м производственной деятельности завода («ЗЗФ») за месяц, квартал, год. При составлении плановой и отчет ной калькуляций, в том числе на небольшие партии новых видов ферросплав ной продукции, производят калькуляцию, т. е. исчисление себестоимости ферросплава (ФС 45).
Калькуляция – это один из основных показателей плана и отчет а по себестоимости, характеризующей затраты завода в денежной форме на производство и реализацию 1т ферросплава в натуральном и базовом исчислении.
Порядок составления калькуляции себестоимости.
Калькуляция себестоимости состоит из таблицы затрат, которые исчисляются по следующим статьям:
I Сырые и основные материалы.
Все затраты завода, связанные с приобретением сырья и основных материалов, доставкой и выгрузкой на складах предприятия, исчисляются по ценам франко -вагон отправления.
II Отходы производства.
Кот ходам относят скрап ферросплава, образующийся при разливке, дроблении, атак же нестандартный металл, не принятый ОТК как годный из-за несоответствия требованиям ГОСТ. Исчисление затрат производится по твердым ценам.
III Брак.
В калькуляции брак не планируется, т. к. технология ферросплава должна обеспечить выход только товарной продукции, отвечающей требованиям стандартов. Однако в реальных условиях ферросплавного производства по причинам изменения качества сырья (например, содержание фосфора, серы, ведущего элемента), отклонения параметров технологии от заданных и других получается продукция, которая называется браком и обычно возвращается в производство в качестве компонента шихты.
IV Расходы по переделу, относимые на данный ферросплав (т. е. на ФС 45).
Это затраты на переработку сырья и основных материалов. Выделяют расходы, непосредственно относящиеся к получению сплава, и расходы общецеховые. В расходы по переделу, относимые по прямому назначению, включают электроэнергию технологическую, электродную массу, основную заработную плату рабочих, занятых вы плавкой, расход технологического инструмента и приспособлений целевого назначения.
V Расходы по переделу, общие для всех сплавов, общезаводские расходы.
К ним относят общецеховыеэнергетические затраты, заработную плату (кроме учитываемой по статье IV), отчисления на социальное страхование, расходы на текущие ремонты и содержание основных средств и прочие расходы по цеху.
Структура себестоимости ферросплавов, получаемых углерод о-, силико- и алюминотермическими способами, имеет существенные различия вследствие различных оптовых цен нарудноминеральное сырье, удельного расхода сырья, восстановителя, электроэнергии, а также расходов по переделу.
Для себестоимостиФС 45, полученного углеродотермическим способом, доля расходов на сырьевые материалы составляет 22%, восстановитель (кокс) – 17,8%, электроэнергию –39,5%, а расходов по переделу – 18,1%; общезаводские расходы не превышают 0,2%.
Оценка экономических показателей разработки (ФС 45) в сравнении с базовым вариантом(ФС 65)
В таблице 4.1 приводится калькуляция себестоимости 1т ФС 45 в сравнении с базовым вариантом(ФС 65).

Таблица 4.1 – Калькуляция себестоимости.

Наименование
статей
затрат
Базовый вариант
Разработанный
вариант
Эффективность
разработки технологии,
грн.
Цена,
грн.
ФС 65
Цена,
грн.
ФС 45
Кол-во
Сумма,
грн.
Кол-во
Сумма,
грн.
1. Сырье и основные материалы:

— кварцит , т
30,0
1,60
48,0
30,0
1,05
31,50
+ 16,5
— коксик (сухой), т
500,0
0,750
375,0
500,0
0,475
237,50
+ 137,5
— железная стружка, т
200,0
0,370
74,0
200,0
0,56
112,0
— 38,0
Всего задан о, грн.

497,0

381,0
+ 116
2. Расходы по производству:

— электроэнергия технологическая, тыс. кВт·ч/т
32,5
7,1
230,75
32,5
4,80
156,0
+ 74,75
— само обжигающиеся электроды, т
1200
0,040
48,0
1200
0,029
34,8
+ 13,2
— прямые расходы на оплату труда, грн.

23,6

23,6

— сменное оборудование, грн.

100,0

100,0

— вспомогательные материалы

22,5

82,5

общие по производству, грн.

484,85

396,9
+ 87,95
3. Общехозяйственные расходы, грн.

72,4

72,4

Всего задан о, грн.

1054,25

850,3
+ 203,95

Расход сырья, материалов, электроэнергии и цены на них приняты на основе данных ОАО «ЗЗФ»[4, 8, 18].
Выводы: из таблицы калькуляции себестоимости видно, что разработанный вариант технологии производства ФС 45 экономически выгоден (экономия составляет на 1тФС 45 203,95 грн.) по сравнению с базовым вариантом (ФС 65).
Также при разработанном варианте снижается расход электроэнергии на 74,75 грн./т ФС 45. Снижается расход материалов на 116 грн./т за счет усовершенствования технологии производства ферросилиция марки ФС 45 по сравнению с базовым вариантом (ФС 65).
Расход материалов при базовом варианте (ФС 65) равен 497 грн./т , а при разработанном –381 грн./т , следовательно, разработанная технология экономически целесообразна.

Обзоры

Отзывов пока нет.

Будьте первым, кто оставил отзыв на “Кремний и его сплав”

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *