Электродуговая печь с флюсом для производства фосфора - Submerged-arc furnace for phosphorus production
.svg)
Погруженный-дуговая печь для производства фосфора является частным подтипа электрической дуговой печи , используемой для получения фосфора и других продуктов. Печи с погруженной дугой используются в основном для производства ферросплавов . Термин « погружение» означает, что электроды печи глубоко погружены в шихту печи . Реакция восстановления происходит вблизи вершины электродов , чтобы облегчить процесс печи в.
Основная реакция
В крупномасштабном производстве фосфора используется процесс Велера. В этом процессе апатиты (почти всегда фторапатит) восстанавливаются в присутствии углерода ( кокс ) и кремнезема (гравий). Это выполняется в печи с погруженной дугой при температуре от 1150 до 1400 ° C. Основная внутренняя реакция описана ниже:
- Ca 10 (PO 4 ) 6 F 2 + 15C + 9SiO 2 → 3P 2 (г) + 9 [(CaO • SiO 2 )] + CaF 2 + 15CO (г)
Эта основная реакция дает жидкий силикатный шлак кальция , газообразный оксид углерода и желаемый продукт, газообразный фосфор.
Этот процесс также имеет промежуточные реакции, и поэтому образовавшаяся фосфатная порода содержит примеси. Одна из таких примесей - и самая важная - оксид железа . Примеси оксида железа восстанавливаются и образуют фосфиды железа . Образующийся второй жидкий продукт называется феррофосфором . Железо считается примесью и нежелательно, потому что для его восстановления требуется дополнительный углерод и энергия. Таким образом, он удерживает определенный процент фосфора.
Еще одна примесь - оксид алюминия - он увеличивает объем шлака, но снижает температуру плавления.
Конструкция печи, компоненты и особенности
Конструкция печи и отдельные компоненты
Кожух или кожух дуговой печи изготавливают из стали. Нижняя часть облицована твердыми блоками из сильно кальцинированного углерода, а верхняя часть - огнеупорным кирпичом. Пол и нижняя часть печи имеют водяное охлаждение. Три электрода размещены под углами равностороннего треугольника со скругленными углами. Эти печи могут быть оснащены предварительно обожженными электродами или электродами Седерберга . Электроды Седерберга нагреваются электрическим током и теплом печи, а затем спекаются в области контактных зажимов. Электрод должен затвердеть по всему сечению (внутри шихты) при подаче вниз, чтобы компенсировать его расход в печи (который составляет несколько сантиметров в час).
Если электроды не полностью обожжены, существует опасность их поломки, особенно с длинными электродами. Электроды Сёдерберга имеют более высокую долю органических примесей по сравнению с предварительно обожженными электродами. Таким образом, печи Söderberg, оборудованные электродами, производят желтый фосфор, а предварительно обожженные электроды производят белый фосфор .
Управление печью
Электродный ток поддерживается постоянным во время работы за счет автоматического подъема и опускания электродов. Когда ток увеличивается, электроды поднимаются, увеличивая электрическое сопротивление между электродами и дном печи. Следовательно, уменьшение тока дает противоположный эффект, когда напряжение остается постоянным.
Некоторые печи также управляются постоянным напряжением или мощностью. Из одной печи с флюсом можно производить несколько ферросплавов. Выбор напряжения трансформатора основан на будущем изменении производства ферросплавов.
Материальный поток
Под действием силы тяжести апатитовая руда, углерод (кокс) и кремнезем (гравий) поступает в печь с погруженной дугой через загрузочные лотки, расположенные в своде печи. Это обеспечивает постоянный объем уплотненного слоя. Газообразный продукт, смесь оксида углерода и газообразного фосфора, выходит из печи через два симметрично расположенных выпускных отверстия, расположенных над леткой для феррофосфора в своде печи. Феррофосфор удаляют, как правило, один раз в день. Однако шлак непрерывно выпускается через два чередующихся водоохлаждаемых летка, расположенных на высоте 400 мм над дном печи. Исходный материал формирует основное электрическое сопротивление и гидравлическое сопротивление контура плавильной печи. По мере того, как исходные материалы опускаются к горячей зоне в печи, они начинают размягчаться и плавиться, что значительно снижает электрическое сопротивление . Таким образом, между электродами создается токопроводящий путь, в котором выделяется джоулева нагрев для достижения высоких температур и уровней энергии, необходимых для осуществления основных эндотермических реакций.
Потребление энергии
Энергия в промышленной фосфорной печи распределяется между нагревом и плавлением материала (≈ 40%) и химическими реакциями (≈ 45%). Остальное приходится на потери охлаждения (охлаждающая вода), электрические потери (джоулева нагрев) и радиационные тепловые потери (≈ 15%).
Обслуживание и безопасность
Срок службы фосфорной печи коррелирует с долговечностью ее углеродной футеровки. Однако новое состояние футеровки не требует отключения печи и полного ее опорожнения, чтобы контролировать состояние футеровки. Вместо этого мониторинг достигается путем включения радиоактивных источников в точках, где, как известно, происходит эрозия.
Кроме того, в угольные кирпичи на разной глубине вставляются специальные термопары для непрерывного измерения температуры стен. Показания температуры стены также служат инструментом обслуживания, предупреждая систему о любых нарушениях. Крайне важно следить за положением линии износа, чтобы избежать прорыва горячего металла или шлака через футеровку и причинения вреда операторам, печи и близлежащему оборудованию.
Кроме того, газообразный продукт, выходящий из печи, в основном состоит из тетраэдра фосфора (P4) и монооксида углерода. Он по-прежнему нуждается в очистке от пыли и обычно отправляется в систему электростатической очистки газов.