Материал: Проектирование ферросплавных цехов

Большое значение для совершенствования металлотермических процессов имело освоение технологии с разливкой шлака и металла при температуре до 2100 градусов, которое позволило механизировать все операции и повысить производительность труда, сократить трудоемкость очистки слитка. В результате внедрения технологии разливки всех сплавов в стальную чашеобразную изложницу в десятки раз сократились расход огнеупоров и увеличилась огнеупорная масса слитков до 3,5 тонн. Активное участие в этом принимали ученые - ферросплавщики Челябинского НИИ металлургии и ЦНИИ ЧЕРМЕТа - А.С. Дубровин, В.Л. Кузнецов, Ю.Я. Демидов, А.П. Бушуев, В.Н. Горячев, Н.П. Лякишев.

В 1990 г. завод произвел 86,4 тыс. ферросплавов и 69,5 тыс. тонн шлаковых продуктов. Извлечения титана на основных сплавах составило 83 %, хрома - 93 %, ниобия - 95 %. С 1991 г. общий выпуск продукции колебался в пределах 17-25 тыс. тонн в год при значительной ориентации его на евро-американский рынок металлов.

ОАО "Ключевский завод ферросплавов" из-за разнообразия и разнородности сортамента основной продукции, малотонножности и экзотичности многих сплавов не имеет собственной сырьевой базы, что в настоящее время предопределяет и конкретные объемы использование привозного минерального сырья и вспомогательных материалов. Основные поставщики - это Актюбинский завод хромовых соединений, Богословский алюминиевый завод, Донской ГОК (Казахстан), Билимбаевское рудоуправление и др. Значительную долю составляет давальческое сырье по разовым и долгосрочным контрактам. В этих условиях завод сохранил свой научно-технический потенциал и производственные мощности, процесс наработки нового сортамента идет непрерывно, но без участия творческих личностей, работников профильных институтов.

Большое внимание уделено вовлечению в производство техногенных образований, которых накоплено более 2,5 млн. тонн, и тем самым решению вопросов экологической безопасности в регионе. С 1996 г. переработано около 120 тыс. тонн хромсодержащих шламов (отходов обогащение хромитовых руд) и теперь активно вовлекают в оборот составляющие шлакового отвала.

Сегодня в трех основных участках ферросплавного цеха размещены десять электропечей типа РКЗ и ДСП и три установки для внепечной металлотермической плавки. В 2000 г. введена в строй индукционная тигельная печь ИСТ-1/08 и начата строительство цеха порошковой проволоки.

В ноябре 2006 г. заводу исполнилось 65 лет.

Технологические проектные решения ферросплавных цехов

Разработка технологической части проекта ферросплавного цеха предусматривает обоснованный выбор решений по следующим основным вопросам: способу получения сплава; типу и мощности применяемой электропечи; видам шихтовых материалов и способу их подготовки к плавке; способу разливки и разделки сплава; охране труда и окружающей среды; организации безотходной технологии производства.

Классификация ферросплавных цехов

Все цехи ферросплавного завода по назначению делятся на две группы: основные плавильные цехи, 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 основными способами: электропечным и металлотермическим. При электропечном способе ферросплавы выплавляют в дуговых рудовосстановительных и рафинировочных печах, а при металлотермическом - в плавильных горнах. Основное количество ферросплавов (96 % от общего объема производства) получают электропечным способом. Электропечные способы производства ферросплавов разделяют на непрерывные и периодические. Непрерывным способом ферросплавы выплавляют в мощных рудовосстановительных электропечах. Плавка ферросплавов в рафинировочных печах и все металлотермические процессы относятся к числу периодических.

Характер процесса производства ферросплавов (непрерывный или периодический) определяет тип применяемого плавильного агрегата, систему дозировки шихты, способ разливки сплавов и тем самым проектные решения ферросплавных 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 процессов.

В зависимости от периода постройки и мощности установленных электропечей можно выделить четыре типа ферросплавных цехов для непрерывных процессов: с печами малой мощности, с печами средней мощности, с прямоугольными печами большой мощности, с круглыми печами большой мощности.

Цехи с печами малой мощности, построенные до 1958 г., отличаются тяжелыми условиями труда и низкой степенью механизации работ. В этих цехах установлены круглые открытые рудовосстановительные печи мощностью 7,5-16,5 МВА. Здание цеха состоит из трех разновысоких пролетов: печного, разливочного и трансформаторного (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Цех с печами малой мощности: I - разливочный пролет; II - печной пролет; III - трансформаторный пролет; 1 - электропечь; 2 - бункерная эстакада; 3 - трансформатор

Большой перепад высот печного и разливочного пролетов приводит к утечке газа из разливочного пролета в печной. Сплав разливают в поддоны, что требует больших затрат ручного труда и сопровождается значительными тепловыделениями в цехе. Шихта дозируется периодическим способом, она подается к печам с помощью бункерной эстакады, расположенной в одном пролете с трансформаторами.

Цехи с печами средней мощности, построенные в 60-70-х гг., оборудованы закрытыми рудовосстановительными печами мощностью 16,5-27 МВА. На печах установлена система улавливания и очистки отходящих газов. Металл разливается с применением конвейерных машин. Цех состоит только из двух пролетов одинаковой высоты: печного и разливочного (рисунок 3.2). Печи снабжаются шихтой из отделения шихтоподготовки, расположенного в отдельном здании. Дозировка шихты осуществляется непрерывно, шихтоподача автоматизирована. Цехи этого типа отличаются лучшими условиями труда и более высокой степенью механизации вспомогательных и ремонтных работ. На Аксуском заводе ферросплавов (АЗФ) это цех № 2 и № 4.

Рисунок 3.2 - Цех с печами средней мощности: I - разливочный пролет; II - печной пролет; 1 - разливочная машина; 2 - ковш; 3 - трансформатор; 4 - скиповая шихтоподача; 5 - электропечь

Цехи с прямоугольными печами большой мощности постройки 70-80-х гг. представляют собой цехи последнего поколения. В них установлены закрытые и герметичные прямоугольные шестиэлектродные печи мощностью 63 МВА для выплавки марганцевых ферросплавов. Печи оборудованы системой газоочистки. Металл разливается на конвейерных машинах. Шихта подается из централизованного склада в автоматическом режиме.

Здание цеха - двухпролетное, пролеты одинаковой высоты (рисунок 3.3). Аэрационный фонарь находится над разливочным пролетом, что позволило снизить запыленность печного пролета. Трансформаторы печей расположены на открытой эстакаде и питаются от системы глубокого ввода.

Цехи с круглыми печами большой мощности были также построены в 70-80-е гг. и оборудованы круглыми закрытыми печами мощностью 33-63 МВА для выплавки ферросилиция и феррохрома. Цех состоит из печного и разливочного пролетов, разливочный пролет имеет крутоуклонную кровлю, аэрационный фонарь расположен на стыке пролетов (рисунок 3.4). Все остальные технологические решения те же, что и в цехах с прямоугольными печами. На Аксуском заводе ферросплавов (АЗФ) таким цехам можно отнести цех № 1 и № 6.

Цехи двух последних типов обеспечивают нормальные условия труда и максимально возможную на данном этапе степень механизации и автоматизации производства.

Рудовосстановительные печи применяются для выплавки ферросплавов углеродотермическим способом. Этим способом производят ферросилиций, силикомарганец, силикохром, высокоуглеродистые марки ферромарганца и феррохрома. Несмотря на одинаковый способ производства, технология получения указанных сплавов имеет свои особенности, которые учитываются в проектных решениях цехов.

Рисунок 3.3 - Цех с прямоугольными печами большой мощности: I - разливочный пролет; II - печной пролет; 1 - электропечь; 2 - разливочная машина; 3 - ковш; 4 - конвейерная шихтоподача; 5 - трансформатор; 6 - эстакада

Ферросплавные цехи для периодических процессов подразделяют на три типа: с рафинировочными печами, металлотермические и специального назначения.

Цехи с рафинировочными печами (рисунок 3.5) оборудованы дуговыми печами мощностью 2,5-7,5 МВА. В этих цехах выплавляют силикотермическим способом средне- и низкоуглеродистый ферромарганец, металлический марганец, низкоуглеродистый феррохром.

Металлотермические цехи служат для производства ферросплавов (ферротитан, феррониобий, ферробор, ферромолибден и др.) алюминотермическим, силикотермическим или комбинированным способами. Плавка производится либо в плавильных горнах, либо в дуговых сталеплавильных печах измененной конструкции.

Рисунок 3.4 - Цех с круглыми печами большой мощности: I - разливочный пролет; II - печной пролет; 1 - электропечь; 2 - разливочная машина; 3 - ковш; 4 - конвейерная шихтоподача; 5 - трансформатор; 6 - эстакада

Цехи специального назначения предназначены в основном для производства азотированных и особо чистых ферросплавов в вакуумных камерных печах сопротивления. Как правило, здания цехов для периодических процессов состоят из двух и даже одного пролета. Нестандартность используемого оборудования и разнообразие применяемых технологических схем определяют специфику проектных решений этих цехов.

На зарубежных заводах ферросплавные цехи чаще всего делают многопролетными. Кроме печного пролета в цехе предусматривают разливочный, трансформаторный, а иногда шихтовый и разделочный одноэтажные пролеты.

Рисунок 3.5 - Цех для производства рафинированного феррохрома: I - бункерный пролет; II - печной пролет; III - разливочный пролет; IV - остывочный пролет

Пролеты имеют разную высоту, увеличение высоты разливочного пролета до уровня печного не практикуется. Печные трансформаторы устанавливают в цехе на специальной площадке в непосредственной близости от печей, на эстакаду их не выносят. Горячий воздух из цеха удаляется через специальные шахты. В ряде цехов сплав разливают не в плавильном корпусе, а в специальных постелях, расположенных вне цеха вдоль стены разливочного пролета.