Конструкция электропечей для плавки цинка

ГЛАВА VII

ПЛАВКА КАТОДНОГО ЦИНКА

 

Получаемый при электролизе катодный цинк пере­плавляют в чушки и блоки определенной формы и мас­сы согласно требованиям ГОСТа. Эта операция является необходимой, так как листы катодного цинка неудобны для транспортировки и потребления в различных отрас­лях промышленности. Кроме того, при плавке катодного цинка у потребителей будет получаться значительный угар этого металла, так как расплавление его произво­дится в неприспособленных для этой цели печах.

Действующий в настоящее время ГОСТ 3640-79 предусматривает выпуск цинка в виде чушек и блоков различной формы, размеров и массы. Цинк марки ЦВ00 изготовляют в виде чушек массой 4-5 кг и 8-10 кг. Форма и размеры этих чушек показаны на рис. 87, а. Цинк марки ЦВО, ЦВ1, ЦБ, ЦОА, Ц0, НДС, Ц2, Ц2С, ЦЗ, ЦЗС выпускают в виде чушек массой 19—25 кг или в виде блоков массой до 1 т (допускаемые отклонения по массе блоков ±3%), приспособленных для механи­зированной погрузки и разгрузки.

Форма и размеры их показаны па рис. 87,6, в, г. При формировании штабеля допускается применять в качест­ве поддонных чушки, показанные на рис. 87,(5. ГОСТ требует, чтобы поверхность чушек была чистой, без за­усенцев и посторонних включений, а отклонения по раз­мерам и массе чушек и блоков не превышали ±З%.

Для получения требуемых ГОСТом чушек и блоков катодный цинк переплавляют в печах с добавкой флю­са - хлористого аммония - и разливают в изложницы.

Расход хлористого аммония составляет 0,5-0,6% от массы чушкового металла. Роль хлористого аммония за­ключается в растворении пленки окислов на металлических корольках цинка, что способствует их слиянию с ванной металла и снижает дроссообразование при перелавке. В переплавку должны направляться только cсухие листы катодного цинка без остатка электролита. В противном случае в печи получаются «хлопки» и соз­дастся опасность выброса части металла из печи.

Рис. 87. Формы чушек цинка (а-в), блоков цинка (г) и взаимозамыкаемых чушек (д), ГОСТ 3640-79

 

Конструкция электропечей для плавки цинка

 

Ранее переплавку катодного цинка вели в пламенных отражательных печах, отапливаемых мазутом или га­зом. При этом много цинка переходило в дроссы - смесь окиси цинка с металлическими корольками. Печь было тяжело обслуживать, особенно при съеме дроссов, а ча­стые ремонты загрузочной коробки и свода печи, боль­шой расход топлива и огнеупоров приводили к удорожанию себестоимости передела.

По этим причинам в настоящее время в мировой практике для переплавки катодного цинка повсеместно применяют низкочастотные индукционные электропечи Плавка катодного цинка в электропечах лишена указан­ных недостатков. Электропечи легко обслуживаются, температура в них достаточно быстро и хорошо регули­руется, а срок их службы намного превышает продолжи­тельность кампании отражательных печей. Принцип работы низкочастотных индукционных электропечей заключается в нагреве замкнутого цинкового конту­ра, являющегося вторичной обмоткой, индуктируемым электрическим током большой силы и низкого напряжения.

Конструкция электропечи показана на рис 88. Основной элемент электрической индукционной печи - печной трансформатор или индуктор, состоящий из катушки (первичной обмотки), железного сердечника и кольце­вого канала. Катушку изготовляют из медного проката прямоугольной формы (40 или 80 витков в зависимости от подаваемого на нее напряжения). Витки изолируют между собой и скрепляют болтами. Внутри катушки и по сторонам кольцевого канала расположены железные сер­дечники, собранные из тонколистового высококачествен­ного трансформаторного железа. Замкнутый контур сер­дечника пересекает кольцевой канал.

Для создания кольцевого канала (который при рабо­те печи заполнен расплавленным цинком) в печном тран­сформаторе применяют специальную набивку из огне­упорной массы и цинковый шаблон. Между катушкой и кольцевым каналом укреплен медный цилиндр, разре­занный на две части. Обладая антимагнитными свойствами медный цилиндр улучшает охлаждение воздухом тонкой огнеупорной стенки, отделяющей катушку от кольцевого капала, и предохраняет ее от механического повреждения.

Печной трансформатор в принципе подобен понизи­тельному сетевому трансформатору. Первичной обмот­кой является медная катушка, а вторичной служит рас­плавленный цинк в кольцевом канале. При подаче на­пряжения на первичную обмотку во вторичной т е в кольце из жидкого цинка, индуцируется ток, по силе превышающий первичный в 40 или 80 раз (по числу вит­ков в катушке), но с напряжением, во столько же раз меньшим.

При возникновении тока в цинковом кольце металл перегревается до 800-850° С и в силу разности темпера­тур в ванне печи и в канале выталкивается из канала в печь. На его место поступает цинк из ванны печи с бо­лее низкой температурой. В результате между кольце­вым каналом и ванной печи устанавливается постоян­ная циркуляция расплавленного металла с обменом теп­ла. Обычно электропечь оборудуют тремя или шестью печными трансформаторами, часть из них сдваивают.

Корпус печи представляет собой прочную сварную конструкцию из стальных листов толщиной 10-12 мм, снабженную ребрами жесткости. Внешние размеры кор­пуса 100 т электропечи: длина 3720 мм, ширина 1940 мм, высота 2270 мм. Сварные швы корпуса испытывают на герметичность. Во избежание прорыва расплавленного цинка через корпус внутреннюю поверхность последнего оклеивают листовым асбестом на жидком стекле.

Рис. 88. Электропечь для плавки катодного цинка:

1 - загрузочная коробка; 2 - свод электропечи; 3 - каналы, соединяющие индукторы с ванной печи; 4 - перегородка, отделяющая зумпф ос плавильной части печи; 5 - индукторы

 

Сверху корпус печи перекрывают металлической крышкой из швеллерного железа, футерованного огнеупорными ма­териалами. В корпусе на уровне ванны имеются отвер­стия по числу печных трансформаторов, а в крышке - окно, куда вставляют загрузочную коробку.

Рабочее пространство печи разделено перегородкой на две зоны - плавильную и разгрузочную, или зумпф. В перегородке устраивают окно ниже поверхности ванны для перетока расплавленного цинка в зумпфовое отде­ление. Назначение перегородки - предотвращать попа­дание цинковых дроссов из плавильной части в разгру­зочную и предохранять обслуживающий персонал от возможных выплесков или брызг металла при загрузке катодного цинка в печь.

Емкость ванны составляет 20-25 т, глубина 750 мм, производительность 100-120 т/сут. Печи большей произ­водительности (180-200 т/сут) имеют ванну емкостью 40 т цинка. Плавильную зону печи обслуживают через рабочую дверцу на одной из длинных сторон печи. Раз­грузочное отделение также имеет окно с раздвижными дверцами. К кожуху печи приварены шесть корпусов трансформаторов. Последние, кроме того, опираются еще не специальные консоли.

Наиболее ответственной частью электропечи, кото­рая определяет надежность в эксплуатации и продолжи­тельность работы агрегата между ремонтами, является огнеупорная футеровка, Толщина ее в рабочем пространстве печи равна 200 мм. Особенно подвержена раз­рушениям футеровка в зоне плавильного канала, где толщина ее наименьшая (55 мм), а температура рас­плавленного цинка максимальная. Огнеупорную футе­ровку делают из набивной массы, состоящей обычно из 70% обожженной огнеупорной глины, 20% пластичной жирной глины и 10% каолина.

Важное значение имеет гранулометрический состав набивной массы. Через сито с размерами ячейки 0,7 мм должно проходить 80% зерен. Готовят набивную массу за два-три дня до производства футеровочных работ. Для этого сухую смесь футеровочных компонентов сме­шивают с раствором сульфитного щелока (1%), кото­рый играет роль связующего. Предварительная подго­товка набивной массы необходима для того, чтобы в процессе вылеживания она приобрела необходимые пла­стические свойства.

Высокое качество и стойкость футеровки получают при набивке ее за один прием, т.е. футеровочные рабо­ты ведут без перерыва, так как при прекращении работ даже на относительно небольшой срок сцепление ново­го слоя массы с прежним ухудшается. Набивку произ­водят с помощью пневматических трамбовок и разбор­ной металлической опалубки. Давление сжатого возду­ха на трамбовках составляет 0,5-0,6 МПа. При набив­ке в печные трансформаторы закладывают цинковые шаблоны, отлитые по форме будущего канала.

Надежность готовой футеровки в значительной мере зависит от правильного режима сушки и разогрева пе­чи. Небольшая трещина в футеровке в зоне плавильного канала, появившаяся при сушке, может привести к вне­плановой остановке печи на ремонт. График сушки и разогрева электропечи, проверенный неоднократно на практике, приведен на рис. 89. Хорошо выполненная и правильно разогретая и просушенная футеровка электро­печи обеспечивает ее кампанию в течение 4-5 лет. Иногда в целях экономии времени на футеровочные ра­боты часть футеровки делают из огнеупорного кирпича, сцепление которого с набивной массой недостаточно прочное. Вследствие этого печь быстрее выходит из строя и затраты на ремонт увеличиваются.

На болгарских цинковых заводах применяется раз­работанный специалистами ГДР новый метод приготов­ления набивной массы для электропечей с использованием в качестве связующего ортофосфорной кислоты. В результате срок сушки печи после ремонта сократил­ся с 20-30 до 4-5 дней, прочность футеровки повыси­лась.

Каждая электропечь обязательно имеет регулировоч­ный трансформатор и щит управления для плавного из­менения напряжения и силы тока на печных трансфор­маторах. В промышленности применяют электропечи с напряжением в первичной печной обмотке трансформа­торов 220, 380 или 500 В. Мощность колеблется в боль­ших пределах - от 200 до 1000 кВ·Д.

 

Рис. 89. График сушки и разогрева электропечи для плавки катодного цинка

 

На отечественных цинковых заводах работает не­сколько типов электропечей с емкостью ванн от 20 до 40 т. Индукционная шестиканальная печь ИЦ-20 имеет емкость ванны 20 т. Производительность печи 100-120 т/сут. Печь имеет три регулировочных трансфор­матора мощностью 100 кВ·А каждый, с 9 ступенями на­пряжения. На печные трансформаторы подается рабо­чее напряжение 380 В. Для охлаждения печных транс­форматоров установлено два вентилятора производи­тельностью 9000 м³/ч. Удельный расход электроэнергии на плавку цинка составляет 120 кВт·ч/т. Печь ИЦ (ИЦК)-40 имеет емкость ванны 40 т и суточную произ­водительность 200 т. В остальном параметры аналогич­ны параметрам печи ИЦ-20.