Для виробництва феросиліцію будують круглі феросплавні печі з обертової ванній печі, останнім часом закриті печі потужністю 16,5-39 і навіть 75 МВА. Для виробництва кристалічного кремнію частіше використовують однофазні овальні двохелектродні феросплавні печі потужністю 5,5 MBА або круглі трифазні печі з обертової ванній потужністю 10-36 МВА.
При виробництві феросиліцію феросплавні печі працюють на самоспекающіхся і рідше на вугільних електродах. Робоча напруга становить зазвичай 150-210 В (тут і далі, де особливо не обмовляється, мається на увазі лінійне напруга) при силі струму порядку 35 ТОВ-70 ТОВ А і при відносно сили струму до робочій напрузі, що становить зазвичай близько 300.
Розрахунок шихти для виробництва феросиліцію FeSi ведуть з умови розподілу оксидів в процесі плавки, і при цьому допускається, що сірка і фосфор з стружки переходять в сплав, а сірка коксика випаровується.
Виробництво феросиліцію ведуть безперервним процесом. Нормальний хід технологічного процесу характеризується:- рівномірним газовиділенням по всій поверхні колошника;
- відсутністю потемнілих спеклися ділянок і місцевих сильних виділень газу - «свищів»;
- рівномірним сходом шихти у електродів і в трикутнику між ними;
- стійкої глибокою посадкою електродів в шихті (відстань від торця електрода до подини печі має становити 500-700 мм);
- регулярним виходом при кожному випуску сплаву невеликої кількості шлаку;
- стійкої навантаження на електродах і рівномірної переробкою завантажується шихти при нормальному питомій витраті електроенергії.
Мінімальні втрати тепла і ульот кремнію з печі при максимально великій кількості проплавляющей шихти досягаються при досить глибокої (1300-1700 мм) і стійкою посадці електродів і рівномірному виділенні газів по всій поверхні колошника.
Малюнок 1. робочий простір феросплавної печі виплавляє феросиліцій
При виробництві феросиліцію глибину занурення електродів в шихту регулюють зміною електричного опору печі або, що більш бажано, зміною робочої напруги. Для зміни електричного опору печі, в якій виробляють сплави кремнію, збільшують або зменшують провідність шихтових матеріалів, змінюючи склад шихтової суміші або розміри шматків шихти. Збільшення в шихтової суміші кількості вуглецевого відновника або збільшення його крупності збільшують провідність шихти. Заміна частини рядового коксика ангарським напівкоксом з підвищеним електроопору, деревним вугіллям або добавка деревних відходів знижують її провідність, процес плавки відбувається головним чином у електродів, де в цій найбільш гарячій зоні печі під кожним електродом утворюються своєрідні газові порожнини - тиглі, в яких і протікають реакції відновлення кремнезему. При гарячому ході печі нижні частини тиглів з'єднуються, утворюючи загальний тигель.
Нижня частина тигля є газову порожнину. Відстань між торцем електрода і поверхнею розплаву зазвичай становить близько 200 мм. Температура газів, що утворюються внизу, біля дуг, висока, і ці гази, проходячи через вищерозміщені шари шихти, нагрівають їх.
Проходження гарячого газу через більш холодну шихту веде до конденсації пари кремнію. При виробництві феросиліцію для забезпечення рівномірного розподілу по колошника виходять з печі газів, запобігання спікання колошника і зниження втрат кремнію в ульот необхідно обертати ванну печі, а при роботі на високопроцентних сплавах і «прошивати» шихту. Завалку шихти необхідно проводити безперервно або можливо часто невеликими порціями в першу чергу близько електродів. Завантаження зайвої шихти неприпустима, так як збільшення стовпа матеріалів веде до зміщення плавильної зони вгору і порушення теплового режиму в зоні реакції. Недовантаження печі шихтою призводить до збільшення втрат тепла з газами, що і втрат кремнію в ульот.
Для завантаження шихти в відкриті феросплавні печі на вітчизняних заводах застосовують завалочні машини. При переході до печей великої потужності з обертається ванною, мабуть, буде доцільно здійснювати завалку по трубах, проведеним з пічних кишень. Цей метод завалювання стає єдино можливим при переході до закритих печей.
Кількість завалювати за зміну шихти визначають виходячи з витрат електроенергії піччю і витрати на кожну тонну завантаженого з шихтою кварциту 16,6 ГДж (4650 кВт-год) при виплавці феросиліцію маки ФС 45 і 17,28 ГДж (4800 кВт-год) при виплавці марки ФС 75.
У разі порушення шихтовки печі або неправильного ведення технологічного процесу можливий розлад ходу печі.
- закварцеваніе печі веде до нестійкої посадці електродів і коливань навантаження;
- тиглі звужуються;
- відбувається сильне спікання шихти;
- на колошнике спостерігаються часті «свищі»;
- річка сильно Газіт;
- шлак стає густим;
- робочі кінці електродів сильно утоньшается і швидко коротшають.
При надлишку відновника, при якому посадка електрода стає високою, з-під електродів починають бити «свищі», тиглі звужуються, стає чутною робота дуг, шихта круто обвалюється у електродів, з печі припиняється вихід шлаку, внаслідок зниження температури кількість сплаву зменшується і випуск його ускладнюється. Навантаження на електродах при цьому буває спокійною. Тривала робота з надлишком відновника на печі, в якій виплавляють кристалічний кремній, дуже небезпечна, оскільки призводить до заростання ванни карбідом кремнію і до аварійної зупинки печі для чищення ванни.
Робота на коротких електродах як за зовнішніми ознаками, так і за результатами подібна роботі з надлишком відновника.
Робота з надмірно довгими електродами при високій посадці їх веде до збільшення втрат електроенергії в самих електродах, а при глибокій посадці електродів часто призводить до того, що вони сідають в шлак, втрачається дугового режим роботи печі і марно витрачається електроенергія.
Виробництво феросиліцію і кремнію в печах з обертається ванною має ряд технологічних особливостей. У цьому випадку обсяг газової порожнини під електродами зменшується в 3-4 рази в порівнянні з об'ємом при роботі з нерухомою ванній. Газова порожнину формується в основному з набігає боку електрода, а зі збігає боку або зовсім відсутня, або розвивається дуже слабо.
При обертанні ванни печі шихта як би «оре» нерухомими електродами, що спеклися ділянки практично відсутні, що забезпечує збільшення активної зони більш ніж в два рази. Приблизно 65% шихти треба завалювати з набігає боку електрода.
- погіршення роботи колошника,
- нестійкою посадці електродів,
- ускладнень в роботі льотки
- зниження техніко-економічних показників роботи установки при виробництві феросиліцію.
При зменшенні швидкості обертання ванни нижче оптимальної відповідно втрачається ефект, який досягається при застосуванні цього способу.
Оптимальна швидкість обертання ванни становить для печей потужністю 10 МВА приблизно 1 оборот за 70 год при виробництві ФС 75 і 1 оборот за 46 год при виплавці ФС 45 і для печей потужністю 21 МВА приблизно 1 оборот за 90 год при виплавці ФС 45 і 1 оборот за 70 ч при виплавці феросиліцію марок ФС 18, ФС 25, ФС 45 і ФС 65.
Обертання ванни печі, в якій виплавляють кремній і його сплави, має бути реверсивним в межах сектора 80-120 °, так як при цьому забезпечуються руйнування карбідів і розпушення шихти на колошником по всьому перетину ванни, стійка робота льотки і нормальний випуск металу і шлаку, значне поліпшення умов служби електродів.
У закритих печах освоєна виплавка ФС 18, ФС 25, ФС 45, ФС 65 і освоюється виплавка ФС 75. Технологічний процес плавки сплавів кремнію в закритих печах характеризується рядом особливостей.
Правильне обслуговування закритою печі полягає в підтримці необхідної величини тиску під її склепінням, забезпеченні рівномірного сходу шихти в воронках і запобігання забивання подсводового простору і газоходів печі.
Для забезпечення нормальної роботи закритою печі, при виробництві феросиліцію, необхідно всіляко обмежувати надходження в підсклепінному простір газоподібних продуктів, здатних при конденсації утворювати настилу.
Нормальний хід закритою печі характеризується рівномірним освітою навколо електродів невисокого і неяскравого полум'я і рівномірним сходом пухкої шихти в усіх воронках і навколо кожного електрода, стійкої глибокої (1500-1700 мм) посадкою електродів в шихті, повної електричної навантаженням, регулярним виходом шлаку при кожному випуску .
Нормальний хід печі характеризується також виходом графітової заспівали, рясний вихід шлаку при відсутності графітової заспівали служить ознакою подкварцеванія печі. Найбільш часто зустрічаються ненормальності в роботі печі пов'язані із забиванням тракту газоходу і подсводового простору пилом внаслідок роботи з недоліком відновника або на коротких електродах, підсмоктування повітря під звід або ж з порушеннями в подачі води на зрошення газоходу. Звісно шихти в воронках може привести до розкриття колошника, прогару зводу і воронок і до інших негативних наслідків.
Підвищення тиску під склепінням, наявність великого перепаду тиску в різних точках подсводового простору свідчать про його забиванні. освіті в ньому перегородок і скупчення пилу в гирлі газоходу.
Підвищення температури подсводового простору може бути викликано появою розрідження в будь-якій частині його, а також проплавлением колошника печі. викликаним зависанням шихти в воронках.
Феросиліцій випускають з печі періодично по мірі його накопичення. При виплавці ФС 18 і ФС 25 проводять 6-7 випусків, а при виробництві ФС 45, ФС 65, ФС 75 і ФС 90 4-5 випусків в зміну. Занадто часті випуски сплаву призводять до великих втрат тепла і зниження температури в районі випускного отвору, що ускладнює вихід металу і шлаку, а також збільшує втрати при випуску та розливання сплаву.
При занадто рідкісних випусках сповільнюється процес відновлення кремнезему, погіршується посадка електродів і збільшуються втрати кремнію в ульот.