Для восстановления никеля из его закиси с последующим разливом металла в аноды применяют печи с открытой дугой, в значительной степени напоминающие широко используемые сталеплавильные дуговые электропечи.
На рис. 157 изображена печь, имеющая в плане круглое сечение. Цилиндрический стальной кожух печи 10 имеет сферическое дно, внутри кожух футерован теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом. Свод печи 2 выложен из огнеупорного кирпича. Печь имеет загрузочное окно 1 и окно с носком 13 для разлива металла. Загрузочное окно закрывается футерованной дверцей с механизмом для подъема и опускания. Рамы окон для загрузки шихты и выпуска металла имеют водяное охлаждение. Печь установлена на раме 15, опирающейся на четыре подшипника 14 опорных стоек 9. Для наклона печи при сливе металла служит механизм, расположенный под печью. Наклоняют печь посредством двух толкателей 11 приводимых в движение электродвигателем 12. Максимальный угол наклона 35°, скорость наклона 0,3° в секунду. Печь имеет три графитированных электрода 6, закрепляемых в электрододержателях 4. В печь электроды проходят через отверстия в своде, в которых установлены уплотнительные коробки 3. Электрододержатели с электродами прикреплены к кареткам 8, подвешенным стальными тросами 7 на трех стойках 9. Для регулирования силы тока в печи каретки вместе с электрододержателями и электродами могут посредством моторного механизма перемещаться по стойкам вверх и вниз. Бункер 5 дает возможность загружать шихту через свод печи.
Электрододержатели должны обеспечивать хороший электрический контакт с электродом, надежное его закрепление и возможность перемещать электрод вверх и вниз. В то же время закрепление должно позволять легко перепускать электрод, т. е. легко сжимать и разжимать его при перемещении электрододержателя вверх при сгорании части электрода. Срок службы электрододержателя должен быть достаточно длительным, несмотря на тяжелые условия работы (высокая температура и выбивающиеся из печи газы).
На рис. 158 показана конструкция электрододержателя с пружинным зажимом, применяющаяся для графитированных электродов диаметром до 400 мм. Электрод в корпусе 2 закрепляется зажимом 3, на который давит сильная пружина (на рисунке не показана). Ослабляя действие пружины с помощью пневматического цилиндра, управляемого на расстоянии, легко осуществить перепуск электрода. Держатель охлаждается водой с помощью трубки 1. Воду и ток подводят по медным трубкам, закрепленным на электрододержателе 4. Электрододержатель крепится на болтах к поддерживающему устройству, предназначенному для перемещения электрода. В месте крепления электрододержателя к поддерживающей его металлической конструкции необходимо проложить надежную электроизоляцию. Для изоляции применяют шнуровой и листовой асбест и миканитовые прокладки и втулки. Недостаток асбестовой изоляции — ее гигроскопичность и уменьшение электроизоляционных свойств.
Электрододержатели изготавливают из меди и медных сплавов или из стали. Применение цветных металлов обязывает делать водяное охлаждение, стальные электрододержатели иногда делают без охлаждения. Преимуществом цветных металлов является уменьшенное контактное сопротивление между электродом и держателем. Контактное сопротивление резко возрастает при плохом зажиме электрода. Размеры электрододержателя определяются его механической прочностью и необходимой площадью контакта с электродом. Допускается плотность тока в контакте для меди до 2,6 А/см2, для стали 1,5 А/см2.
Для подвода тока к электрододержателю используют водоохлаждаемые медные трубки или медные шины. Применение водоохлаждаемых трубок позволяет значительно снизить расход меди (почти в четыре раза). При креплении трубок и шин к поддерживающим устройствам должна применяться надежная электроизоляция. Ток к шинам или трубам подводится гибким кабелем с хорошей асбестовой изоляцией или водоохлаждаемым кабелем, при этом обеспечивается возможность перемещения электрододержателя вверх и вниз. Электрододержатель прочно закрепляется на передвижной каретке (рис. 159, а) или на подвижной (телескопической) стойке, имеющей Г-образную форму и перемещающейся вверх и вниз (рис. 159,6). Электроды большого диаметра (самоспекающиеся) в стационарных печах подвешиваются на тросах и блоках, закрепленных над печью (рис. 159,в). Механизм перемещения электродов служит для регулирования длины дуги и электрических параметров печи. Он должен обеспечить быстрый подъем электрода при образовании короткого замыкания в печи и опускание — при обрыве дуги. Для передвижения электрода используется электромеханический или гидравлический привод. Скорость передвижения принимается 4—6 м/мин. При электромеханическом приводе трос наматывают на барабан. Для снижения мощности привода используют противогруз, вес которого берется равным весу поднимаемого устройства при минимальной длине электрода. Трос на барабане может иметь жесткое крепление, как это схематически показано на рис. 160, а.
Тогда механизм должен иметь конечные выключатели, чтобы не порвать и не запутать трос на барабане. Преимуществом такого способа закрепления является то, что за счет противовеса при опускании электрода на шихту он испытывает уменьшенное давление от собственной массы и массы механизма перемещения. В печах малого размера используется схема подъемного устройства, показанная на рис. 160, б. Здесь на барабан наматывается 2—3 витка троса, который далее идет к противовесу и месту его жесткого крепления. Передвижение электрода осуществляется за счет создаваемого трения при натяжении троса. Такая система не требует конечных выключателей, так как при опускании электрода на шихту ослабевает натяжение троса, и он пробуксовывает на барабане. То же самое происходит при подъеме электрода в крайнее верхнее положение. Противогруз при этом опускается до упора, и натяжение троса на барабане ослабевает. Ход электрода в печах малого размера 1,0—1,2 м, а в больших до 2,0 м. В последнее время все шире начинает использоваться гидравлический привод для подъема электродов.
Уплотнение электрода при проходе его через свод делается для того, чтобы уменьшить обгорание электрода за счет выбивающихся из печи газов, увеличить срок службы электрододержателя и улучшить санитарные условия при обслуживании печей. На рис. 161 показана одна из конструкций уплотняющего устройства, используемая для графитированных электродов. Сварной или литой водоохлаждаемый корпус 4 устанавливают на своде печи или несколько утапливают в него (80—100 мм). Для уменьшения электрических потерь в металлическом корпусе его делают из немагнитного материала с зазором по образующей 10—20 мм. На конусной поверхности корпуса расположены отдельные секторы 1, изготовленные из магнитного металла. Магнитное поле вокруг электрода притягивает секторы к электроду, создавая хорошее уплотнение. От притяжения секторов к корпусу уплотнительного устройства предохраняют медные прокладки 3. Для удержания секторов при наклоне печи служат специальные крючки 2. Заклинивания электродов в уплотнителе можно избежать, делая в верхней части секторов конусный срез. Срок службы уплотнительных устройств при плавке сернистых материалов может быть увеличен в несколько раз при изготовлении их из титана.
Печь, показанная на рис. 157, имеет емкость около 5 т никеля. Время одного процесса 6 ч. Мощность питающего трансформатора 2250 кВ-А. Удельный расход электроэнергии в печи 1500—2000 кВт-ч на 1 т никелевых анодов. Расход электродов 10—18 кг на 1 т никеля. Разрабатывается печь мощностью 9000 кВ-А. Недостатком рассмотренного типа печи является значительный унос никеля из печи с пылью.
