blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2024-6-660-664blackmet-2803Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESПодэлектродный промежуток и удельное электросопротивление ванны ферросплавной печиSub-electrode gap and specific electrical resistance of a ferroalloy furnace bathШкирмонтовА. П.ShkirmontovA. P.

Александр Прокопьевич Шкирмонтов, д.т.н., директор Центра Редакции научных журналов

Россия, 125167, Москва, Ленинградский пр., 49/2

Aleksandr P. Shkirmontov, Dr. Sci. (Eng.), Director of the Editorial Center of Scientific Journals

49/2 Leningradskii Ave., Moscow 125167, Russian Federation

aps-panor@yandex.ruФинансовый университет при Правительстве Российской ФедерацииРоссияFinancial University under the Government of the Russian FederationRussian Federation202420112024676660664Copyright © Шкирмонтов А.П., 20242024Шкирмонтов А.П.Shkirmontov A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/2803

Для повышения энерготехнологической эффективности работы ферросплавной печи проведены исследования выплавки 45 %-ного ферросилиция углеродотермическим способом. Для исследования технологии выплавки ферросплавов в ряде случаев применяют способы замера и изменения удельного электросопротивления шихтовых материалов при температурах до 1900 К для выплавки марганцевых сплавов из различных руд, углеродистого феррохрома, ферросилиция, ферросиликомарганца и ферросиликоалюминия. Для серии плавок 45 %-ного ферросилиция проводили замеры полезного напряжения, силы тока электрода, коэффициента мощности. По мере выплавки рассчитывали сопротивление ванны и для реакционной плавильной зоны (плавильного тигля) определяли удельное электросопротивление в одноэлектродной печи при различных подэлектродных промежутках. Выплавка по технологии с увеличенным подэлектродным промежутком выполнена в крупномасштабной опытной электропечи мощностью 130 – 290 кВ·А. Увеличение подэлектродного промежутка от (0,6 ÷ 0,9) до 6,0 диаметров электрода приводит к эффекту повышения в 2,5 раза сопротивления, напряжения и мощности в ванне (каждого показателя), но при этом несколько снижается удельное электросопротивление плавильной зоны печи при неизменном диаметре (150 мм) электрода. Определен оптимальный подэлектродный промежуток (расстояние электрод – подина) в ванне одноэлектродной печи по изменению удельного электросопротивления. Оптимальным является значение 3,33 диаметра электрода. При допущении отклонений около ±5 % от этой величины возможно проводить эффективную выплавку 45 %-ного ферросилиция в диапазоне 3,2 – 3,5 диаметров электрода для подэлектродного промежутка при рудовосстановительном процессе с закрытой дугой.

To increase the energy-technological efficiency of a ferroalloy furnace, the author studied the smelting of 45 % ferrosilicon by a carbon-thermal method. In some cases, methods for measuring and changing the specific electrical resistance of charge materials at temperatures up to 1900 K are used to study the technology of smelting ferroalloys for smelting manganese alloys from various ores, carbonaceous ferrochrome, ferrosilicon, ferrosilicon manganese and ferrosilicon aluminum. For a series of heats of 45 % ferrosilicon, measurements of the useful voltage, electrode current, and power factor were carried out. As smelting progressed, the bath resistance was calculated and for the reaction melting zone (melting crucible), the specific electrical resistance in the single-electrode version of the furnace was determined at various sub-electrode gaps. Smelting using technology with an increased sub-electrode gap was performed in a large-scale experimental electric furnace with a capacity of 130 ‒ 290 kV·A. As a result, it was found that an increase in the sub-electrode gap from (0.6 ÷ 0.9) to 6.0 of electrode diameters leads to the effect of a 2.5-fold increase in resistance, voltage and power in the bath (each indicator), but at the same time to a slight decrease in the specific electrical resistance of the melting zone of the furnace with a constant diameter (150 mm) of the electrode. The optimal sub-electrode gap (electrode – substrate distance) in the bath of a single-electrode furnace was determined by changing the specific electrical resistance. The optimal value is 3.33 of the electrode diameter. Assuming deviations of about ±5 % of this value, it is possible to efficiently smelt 45 % ferrosilicon in the range of 3.2 ‒ 3.5 electrode diameters for the sub-electrode gap during the ore recovery process with a closed arc.

ферросплавыэлектропечьподэлектродный промежутоксила тока электродарабочее напряжениесопротивление ванныкоэффициент мощностистепень извлеченияferroalloyselectric furnacesub-electrode gapelectrode currentoperating voltagebath resistancepower factorrecovery rateReferencesSyvachenko V., Yemchytskyy V., Nezhuryn V. Direction of saving energy resources in the technology of electrothermical processes. In: Proceedings of the XIV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XIV. Kiev, Ukraine. 31 May – 4 June 2015. Kiev; 2015:700–702.Syvachenko V., Yemchytskyy V., Nezhuryn V. Direction of saving energy resources in the technology of electrothermical processes. In: Proceedings of the XIV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XIV. Kiev, Ukraine. 31 May – 4 June 2015. Kiev; 2015:700–702.Degel R., Lux T., Joubert H. Furnace integrity of ferroalloy furnaces – synbiosis of process, cooling, refractory lining and furnace design. In: Proceedings of the XV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XV. Cape Town, South Africa. 25-28 February. Cape Town; 2018:269–282.Degel R., Lux T., Joubert H. Furnace integrity of ferroalloy furnaces – synbiosis of process, cooling, refractory lining and furnace design. In: Proceedings of the XV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XV. Cape Town, South Africa. 25-28 February. Cape Town; 2018:269–282.Grishchenko S.G., Kutsin V.S., Kravchenko P.A. Ferroalloy industry of Ukraine: Current status, development trends and future prospects. In: Proceedings of the XIV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XIV. Kiev, Ukraine. 31 May – 4 June 2015. Kiev; 2015:1–5.Grishchenko S.G., Kutsin V.S., Kravchenko P.A. Ferroalloy industry of Ukraine: Current status, development trends and future prospects. In: Proceedings of the XIV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XIV. Kiev, Ukraine. 31 May – 4 June 2015. Kiev; 2015:1–5.Degel R., Frіhling C., Koneke M. History and new milestones in submerged arc furnace technology for ferroalloy and silicon production. In: Proceedings of the XIV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XIV. Kiev, Ukraine. 31 May – 4 June 2015. Kiev; 2015:7–16.Degel R., Frіhling C., Koneke M. History and new milestones in submerged arc furnace technology for ferroalloy and silicon production. In: Proceedings of the XIV Int. Ferroalloys Congress: INFACON XIV. Kiev, Ukraine. 31 May – 4 June 2015. Kiev; 2015:7–16.Gasik M. Handbook of Ferroalloys. Theory and Technology. Elsevier Ltd.; 2013:520. https://doi.org/10.1016/C2011-0-04204-7Gasik M. Handbook of Ferroalloys. Theory and Technology. Elsevier Ltd.; 2013:520. https://doi.org/10.1016/C2011-0-04204-7Gasik M., Dashevskii V., Bizhanov A. Ferroalloys. Theory and Practice. Springer Nature Switzerland; 2020:328. https://doi.org/10.1007/978-3-030-57502-1Gasik M., Dashevskii V., Bizhanov A. Ferroalloys. Theory and Practice. Springer Nature Switzerland; 2020:328. https://doi.org/10.1007/978-3-030-57502-1Шкирмонтов А.П. Роль подэлектродного промежутка в ферросплавной печи в улучшении энерготехнологичес­ких параметров выплавки углеродотермическим процессом. Электрометаллургия. 2017;(6):24–31.Shkirmontov A.P. The role of sub-electrode gap in a ferroalloy furnace in improving the energy-technological parameters of smelting by carbon-thermal process. Elektrometallurgiya. 2017;(6):24–31. (In Russ.).Шкирмонтов А.П. Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Москва: НИТУ МИСиС; 2018:216.Shkirmontov A.P. Energy-Technological Parameters of Ferroalloy Smelting in Electric Furnaces. Moscow: NUST MISiS; 2018:216. (In Russ.).Жунусов А.К., Толымбеков А.Б. Металлургическая переработка марганцевых руд месторождения «ТУР» и Западный Камыс. Павлодар: Кереску; 2016:209.Zhunusov A.K., Tolymbekov A.B. Metallurgical Processing of Manganese Ores from the TUR and Zapadny Kamys Deposits. Pavlodar: Keresku; 2016:209. (In Russ.).Воробьев В.П. Электротермия восстановительных процессов. Екатеринбург: УрО РАН; 2009:370.Vorob’ev V.P. Electrothermy of Restorative Processes. Yeka­terinburg: UB RAS; 2009:370. (In Russ.).Бакиров А.Г., Жунусов А.К., Чекимбаев А.Ф., Шошай Ж. Исследование удельного электрического сопротивления шихтовых смесей для выплавки ферросиликоалюминия. Наука и Техника Казахстана. 2008;(2):14–19.Bakirov A.G., Zhunusov A.K., Chekimbaev A.F. Shoshai Zh. Investigation of the electrical resistivity of charge mixtures for smelting ferrosilicoaluminium. Nauka i Tekhnika Kazakhstana. 2008;(2):14–19. (In Russ.).Кожевников Г.Н., Зайко В.П. Электротермия сплавов хрома. Москва: Наука; 1980:188.Kozhevnikov G.N., Zaiko V.P. Electrothermy of Chromium Alloys. Moscow: Nauka; 1980:188. (In Russ.).Нурмуханбетов Ж.У., Ким В.А., Толымбеков М.Ж. Электро­сопротивление углеродистых восстановителей. Новости науки Казахстана. 2005;(2):35–40.Nurmukhanbetov Zh.U., Kim V.A., Tolymbekov M.Zh. Electrical resistance of carbon reducing agents. Novosti nauki Kazakhstana. 2005;(2):35–40. (In Russ.).Воробьев В.П. Получение и применение карборундсодержащих углеродистых восстановителей в технологии кремния и ферросплавов. Сталь. 2015;(6):22–25.Vorob’ev V.P. Carborundum-bearing carbon reducing agents in silicon and silicon-ferroalloy production. Steel in Translation. 2015;45(6):439–442. https://doi.org/10.3103/S0967091215060157Ульева Г.А. Исследование физико-химических свойств специальных видов кокса и его применения для выплавки высококремнистых сплавов: автореф. дисс. канд. техн. наук. Екатеринбург; 2013:23.Ul’eva G.A. Investigation of the physico-chemical properties of special types of coke and its application for smelting high-silicon alloys: Extended Abstract of Cand. Sci. Diss. Yekaterinburg; 2013:23. (In Russ.).Исин Д.К., Байсанов С.О., Мехтиев А.Д., Байсанов А.С., Исин Б.Д. Технология получения кристаллического кремния с применением нетрадиционных восстановителей. Металлург. 2013;(11):88–93.Isin D.K., Baisanov S.O., Mekhtiev A.D., Baisanov A.S., Isin B.D. Technology for the production of crystalline silicon using non-traditional reducing agents. Metallurg. 2013;(11):88–93. (In Russ.).Ким В.И. Новые виды углеродистых восстановителей для выплавки технического кремния. Сталь. 2017;(2):25–27.Kim V.I. New types of carbon reducing agents for smelting of technical silicon. Stal’. 2017;(2):25–27. (In Russ.).Shkirmontov A.P. Establishing the theoretical foundations and energy parameters for the production of ferroalloys with a larger-than-normal gap under the electrode. Metallurgist. 2009;53(5–6):300–308. https://doi.org/10.3103/s0967091222120117Shkirmontov A.P. Establishing the theoretical foundations and energy parameters for the production of ferroalloys with a larger-than-normal gap under the electrode. Metallurgist. 2009;53(5–6):300–308. https://doi.org/10.3103/s0967091222120117Шкирмонтов А.П. Изменение активного сопротивления ванны и удельного электросопротивления реакционной зоны выплавки ферросилиция при увеличении подэлект­родного промежутка. В кн.: Физико-химические основы металлургических процессов: Международная научная конференция: Сборник трудов. Москва: ИМЕТ РАН; 2019:69.Shkirmontov A.P. Change in active resistance of the bath and electrical resistivity of the reaction zone of ferrosilicon smelting with an increase in sub-electrode gap. In: Physico-Chemical Fundamentals of Metallurgical Processes: Int. Sci. Conf.: Proceedings. Moscow: IMET RAS; 2019:69. (In Russ.).Струнский Б.М. Расчеты руднотермических печей. Москва: Металлургия; 1982:192.Strunskii B.M. Calculations of Ore-Thermal Furnaces. Moscow: Metallurgiya; 1982:192. (In Russ.).Струнский Б.М. Руднотермические плавильные печи. Москва: Металлургия; 1972:368.Strunskii B.M. Ore-Thermal Melting Furnaces. Moscow: Metallurgiya; 1972:368. (In Russ.).Сергеев П.В. Энергетические закономерности руднотермических электропечей, электролиза и электрической дуги. Алма-Ата: Изд-во АН Казахской ССР; 1963:251.Sergeev P.V. Energy Patterns of Ore-Thermal Electric Furnaces, Electrolysis and Electric Arc. Alma-Ata: Izdatel’stvo AS Kazakh SSR; 1963:251. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.