Regolazione dell'aggiunta di coke nella fusione del ferrosilicio: cinque regole di controllo

Perché l'aggiunta di coke controlla il forno di ferrosilicio

Il coke è il riducente nella fusione del ferrosilicio e la fonte di carbonio per la reazione che estrae il silicio dal quarzo. La riduzione segue il percorso complessivo SiO2 + 2C=Si + 2CO, quindi la domanda teorica di carbonio è di circa 0,40 kg di carbonio fisso per ogni chilogrammo di silice caricata. Con un coke che analizza circa l’85% di carbonio fisso, ciò corrisponde a circa 0,47 kg di coke per chilogrammo di silice, prima di tenere conto del carbonio consumato dalla riduzione dell’ossido di ferro, del carbonio perso come polvere e del carbonio bruciato sulla superficie di carica. I forni reali quindi funzionano al di sopra del valore teorico e l'impostazione esatta non è un numero fisso: deve essere adattata continuamente al variare delle condizioni del forno, dei parametri elettrici e della geometria della carica.

Ottenere la giusta regolazione è ciò che distingue una fornace stabile da una instabile. Troppo poco carbonio lascia la silice non ridotta, aumenta la perdita di silicio nelle scorie e spinge l'elettrodo in profondità nella carica. Troppo carbonio accumula carburo di silicio e grafite nel crogiolo, disturba la discesa della carica e alla fine forza una riduzione del carico. Le regole seguenti stabiliscono la direzione dell'adeguamento per le situazioni che gli operatori incontrano più spesso.

Regola uno: adattare l'aggiunta di coke alle condizioni del forno

Il primo segnale è lo stato stesso del forno. Quando la condizione è appiccicosa, la carica scende lentamente, le scorie diventano viscose e gli elettrodi tendono a posizionarsi più in alto del normale, la quantità di coke aggiunta deve essere aumentata in modo appropriato. Il carbonio extra ripristina il tasso di riduzione, assottiglia la carica e consente al forno di riprendere il carico. Quando la condizione del forno mostra un eccesso di carbonio, i segni sono invertiti: una parte superiore del forno lucida, un accumulo di carbonio attorno agli elettrodi e una carica che scivola o scivola, e in quel caso la quantità di coke aggiunta dovrebbe essere opportunamente ridotta. Lavorare sulla condizione osservata piuttosto che su una ricetta fissa è il modo più veloce per mantenere il crogiolo in equilibrio.

Regole da due a quattro: inserimento dell'elettrodo, dimensioni del forno e tensione secondaria

Tre ulteriori variabili modificano la corretta impostazione del coke anche quando le condizioni del forno sembrano normali.

Profondità di inserimento dell'elettrodo: quando l'elettrodo viene inserito poco nella carica, la quantità di coke aggiunta può essere ridotta opportunamente, poiché nella zona calda è già disponibile più carbonio e il carico di riduzione è inferiore.

Capacità del forno: un forno di capacità inferiore ha una temperatura della bocca del forno più bassa e il coke in superficie brucia meno completamente, quindi la quantità di coke aggiunta dovrebbe essere opportunamente ridotta. In un piccolo forno, il carbonio che lascia la carica sotto forma di anidride carbonica prima di raggiungere la zona di reazione costituisce una quota elevata del totale.

Voltaggio secondario: sullo stesso forno, la fusione con un voltaggio secondario più alto richiede una minore aggiunta di coke, mentre una tensione secondaria più bassa ne richiede di più. Aumentando la tensione si allunga l'arco, si concentra più calore nella parte superiore della carica e si aumenta il carbonio bruciato in prossimità della superficie.

Regola cinque: diametro del cerchio primitivo dell'elettrodo

La geometria del forno è importante tanto quanto l'impostazione elettrica. Per forni della stessa capacità, un diametro maggiore tra gli elettrodi nel cerchio centrale del passo significa che la quantità di coke aggiunta dovrebbe essere maggiore, mentre un diametro del cerchio centrale del passo più piccolo significa che la quantità di coke aggiunta dovrebbe essere inferiore. Il diametro del cerchio primitivo determina la quantità di carica che si trova all'interno della zona ad alta temperatura tra gli elettrodi. Un cerchio ampio lascia una zona fredda più ampia e un percorso più lungo per la carica, quindi è necessaria più carbonio per portare a termine la riduzione; un cerchio stretto concentra la reazione e consente un'impostazione del carbonio più snella.

Trasformare le regole in una pratica controllata

Le regole direzionali sono la base, ma sono affidabili solo quando sono legate alla misurazione. Il bilancio del carbonio di un forno di ferrosilicio ad arco sommerso è chiuso da tre serie di dati: il contenuto fisso di carbonio e la classificazione dimensionale di ciascun lotto di coke, il contenuto di silice del quarzo e delle aggiunte di cuscinetti di ferro e la registrazione elettrica del forno. Un coke con un elevato contenuto volatile porta anche umidità e sostanze volatili che consumano calore senza ridurre la silice, quindi un cambiamento della fonte di coke normalmente richiede una modifica delle impostazioni anche quando il dosaggio del carbonio è invariato.

Il ciclo di controllo pratico è breve. Gli operatori registrano la posizione degli elettrodi, il carico, la corrente e la tensione insieme a qualsiasi cambiamento nell'aggiunta di coke, campionano la lega prelevata per il silicio e le scorie per la perdita di silicio e confrontano i due con la domanda di carbonio calcolata della carica. Se il silicio della lega diminuisce e il silicio delle scorie aumenta, la riduzione viene ridotta e l'aggiunta di coke dovrebbe essere aumentata; se nel crogiolo compare carburo di silicio o il forno rifiuta il carico, l'aggiunta deve essere ridotta. Regolare a piccoli passi e dare ad ogni passo il tempo da mostrare nell'analisi del rubinetto impedisce al forno di oscillare da un estremo all'altro, il che è molto più dannoso di un livello di carbonio leggermente sbagliato.

Domande frequenti

D: Qual è lo scopo principale del coke nella fusione del ferrosilicio?
La coca cola fornisce il carbonio che riduce la silice in silicio. La reazione complessiva SiO2 + 2C=Si + 2CO richiede circa 0,40 kg di carbonio fisso per chilogrammo di silice e l'aggiunta pratica è fissata al di sopra di tale cifra.

D: Cosa si dovrebbe fare quando le condizioni del forno diventano appiccicose?
Aumentare opportunamente l'aggiunta di coke. Il carbonio aggiuntivo ripristina la velocità di riduzione, fa scendere nuovamente la carica e lascia che il forno si carichi.

D: In che modo la tensione secondaria influisce sull'impostazione del coke?
Nello stesso forno, una tensione secondaria più alta richiede una minore aggiunta di coke, mentre una tensione secondaria più bassa ne richiede di più, perché un arco più lungo brucia più carbonio nella parte superiore della carica.

D: Perché i piccoli forni necessitano di meno coke?
Un forno più piccolo ha una temperatura della bocca del forno più bassa, quindi il coke brucia meno completamente in superficie e viene perso più carbonio prima che raggiunga la zona di reazione, il che richiede un'aggiunta ridotta.

D: In che modo il diametro primitivo dell'elettrodo modifica l'aggiunta?
Un diametro primitivo maggiore significa una zona fredda più ampia e un percorso di riduzione più lungo, quindi è necessaria più coke; un diametro più piccolo concentra la reazione e consente meno coke.

D: Con quale frequenza è necessario regolare l'aggiunta di coke?
Dovrebbe essere rivisto ogni volta che cambiano le condizioni del forno, la posizione degli elettrodi, il carico, la tensione o l'analisi del coke e del quarzo, con regolazioni effettuate a piccoli passi e confermate rispetto al contenuto di silicio della lega maschiata e alla perdita di silicio nelle scorie.