Металлургические мини-заводы
  2.2.2 Варианты конструктивного исполнения электропечей с целью снижения энергозатрат

Наблюдающаяся в последние годы жесточайшая конкуренция на рынке металлургической техники и технологии породила разнообразие коммерческих названий процессов и плавильных агрегатов для мини-заводов. Естественно, что все они отражают стремление дальнейшего повышения ценовой конкурентоспособности металлопродукции. На современном этапе развития электропечестроения можно выделить следующие основные направления совершенствования конструкции дуговых печей (рис. 2.2):

  • А. Изменение геометрических параметров рабочего пространства печи.
  • Б. Разделение рабочего пространства печи на зоны, в одной из которых проходит процесс плавления шихты, а в другой или других - нагрев шихтовых материалов с последующей утилизацией тепла в ванне агрегата.
  • В. Предварительный нагрев шихтовых материалов в системе газохода электропечи удаленными из рабочего пространства газами.
  • Г. Агрегаты параллельной обработки шихтовых материалов в нескольких объемах рабочего пространства.
  • Д. Электропечи комбинированной конструкции.

Основные направления совершенствования конструкции дуговых печей

Рис. 2.2. Основные направления совершенствования конструкции дуговых печей

А. Изменение геометрических параметров рабочего пространства печи заключается в адаптации конструкции агрегата к сложившимся устойчивым условиям работы, которые, как правило, отличаются от типовых, и выражается в изменении формы и размеров рабочего пространства. Такое направление совершенствования конструкции дуговых печей позволяет проводить технологический процесс более стабильно, а отклонение его параметров от традиционных не оказывает существенного влияния на качество получаемого полупродукта и технико-экономические показатели плавки.

А1. Адаптация конструкции печи к применению легковесного лома сводится к существенному увеличению объема рабочего пространства за счет увеличения высоты стен. Конструкция 110-тонной электродуговой печи постоянного тока компании «SMS Demag» на заводе «Sailzgitter Stahl AG» (Германия) адаптирована к применению легковесного скрапа с целью устранения потерь тепла, которые были вызваны большим количеством подвалок шихты. Соотношение диаметра кожуха к высоте стен этой печи достигает 1,97. Технические показатели работы ДСП во многом обусловлены возможностью загрузки шихты без подвалок и характеризуются низким уровнем потребления электроэнергии (менее 350 кВт*ч/т), а также высокой производительностью - 1,1 млн. т в год при 36 плавках ежесуточно (максимальный показатель - 41 плавка) [132]. Аналогичную конструкцию и показатели имеет ДСП компании «Danieli» (табл. 2.3) [167].

Таблица 2.3. Сравнительные показатели работы ДСП Danarc Plus

Сравнительные показатели работы ДСП Danarc Plus

А2. Для плавления шихты с высоким содержанием прямовосстановленного железа (DRI или HBI) применяют, например, печи постоянного тока со спаренными электродами, которые по-зволяют создать стабильную горячую зону плавления. Ниже приведены основные параметры печи компании «Danieli», установленной на заводе «Hylsa» (Мексика) [156]:

  • Вместимость печи, т - 200;
  • Масса стали в ковше, т - 135;
  • Электрическая мощность, МВА - 4*52;
  • Номинальная продолжительность плавки, мин - 55;
  • Диаметр кожуха, мм - 7300;
  • Диаметр графитированных электродов, мм - 711;
  • Максимальная сила тока дуги, кА - 190.

Ванна печи имеет высокие стены из-за образования в ходе плавки большого количества вспененного шлака и вмещает в себя немалую массу болота (65 т), что обеспечивает работу электрической дуги на жидкую ванну в течении всей плавки. При этом нагрев и плавление прямовосстановленного железа происходит в том числе за счет тепла печного шлака. Для твердого железа с повышенной пористостью (из-за его низкой теплопроводности) такие условия нагрева более благоприятны с точки зрения повышения выхода годного и эффективности работы печи. Расположение отверстий в своде печи для ввода шихтовых материалов обеспечивает их подачу в область между электродами.

А3. На заводах с полным металлургическим циклом электропечи адаптируют к применению жидкого чугуна в шихте, так как электродуговые печи традиционной конструкции могут экономически эффективно работать при наличии в шихте до 30% жидкого чугуна [168]. Конструкция агрегата адаптируется с учетом специфики технологического процесса и должна обеспечить удобство заливки чугуна, удаление большого количества печного шлака, дополнительные методы обезуглероживания, предотвращение негативных последствий бурной реакции окисления углерода и т.п.

Известны следующие технологические варианты заливки жидкого чугуна:

  • заливка жидкого чугуна с последующей завалкой лома позволяет существенно увеличить степень использования объема ванны и производительность агрегата, так как электропечь работает с полным выпуском плавки (без болота);
  • порционная заливка сверху после проплавления центральной части шихты и образования жидкой ванны; технология позволяет быстро заливать весь жидкий чугун, но при этом усиленно изнашивается футеровка подины печи, а в случае протекания бурной реакции - водоохлаждаемые панели;
  • заливка чугуна через рабочее окно с помощью переносного желоба требует дополнительного кранового времени, эту технологию невозможно использовать на ранних стадиях плавки, так как рабочее окно печи может быть свободно только после проплавления некоторой части твердой шихты;
  • технология заливки чугуна в период работы печи с использованием стационарного бокового желоба, установленного в кожухе ДСП; чугун в желоб подают из ковша, помещенного на стационарный опрокидыватель или на наклоняемый чугуновоз.

Высокая производительность электропечи, работающей с применением жидкого чугуна может быть достигнута при обеспечении высокой скорости нагрева и обезуглероживания расплава и организации надежной системы удаления шлака.

Электропечь мини-завода «Huta Czestochowa» (Польша) вместимостью 100 т с трансформатором мощностью 65/78 МВА заключена в герметичную камеру, предотвращающую выделение пыли и значительно снижающую уровень шума. Плавка ведется с применением до 40% жидкого чугуна. Кислород для ускорения процесса подается через две фурмы, размещенные на манипуляторах и фурмы в подине со стороны рабочего окна. Периодически через газокислородные горелки вводится кислород для дожигания оксида углерода в рабочем пространстве печи.

Суммарный расход кислорода достигает 40,0 м3/т стали, природного газа - 4,5 м3/т. По тепловому балансу работы печи поступает тепла, %: 35 - в виде электроэнергии, 28 - от химических реакций, 22 - с жидким чугуном и 15 - от сгорания природного газа. Расход электроэнергии составляет 210-220 кВт*ч/т. Продолжительность плавки (45 мин) позволяет вести разливку непрерывным способом - плавку на плавку [169].

На заводе «Nucor Steel» (США) установлены две 150-тонные ДППТ Unarc мощностью 2*80 МВА конструкции «SMS Demag». Форма рабочего пространства адаптирована под технологию выплавки стали с применением от 25% до 100% жидкого чугуна. Печи имеют купольный свод и увеличенный объем рабочего пространства. Высокие стены обеспечивают глубокий слой шихты, необходимый для эффективного его подогрева печными газами, при этом сохраняется достаточно пространства для интенсивного догорания СО.

Горелочно-фурменная система состоит из восьми кислородных горелок общей мощностью 38 МВт, кислородной и кислородно-углеродной фурм (общий расход кислорода 13 тыс.м3/ч), а также дополнительной углеродной фурмы для вспенивания шлака. Продолжительность плавки не более 42 мин.

«Conarc», являясь наиболее радикальным вариантом адаптации компании «SMS Demag», обеспечивает высокую степень технологической гибкости процесса и позволяет оперативно изменять состав шихты во всем диапазоне - от чисто электродуговой со 100% загружаемого скрапа до чисто кислородно-конвертерной технологии. В электропечах такой конструкции, как правило, выплавляют сталь для производства плоского проката, к которому предъявляют более жесткие требования по содержанию остаточных цветных металлов. Замена скрапа жидким чугуном не только вводит новый источник первичной энергии, но и позволяет регулировать концентрацию остаточных элементов по их максимально допустимому уровню, который задан техническими, технологическими и экономическими требованиями к качеству различных видов продукции [132].

Комбинация конвертера и дуговой печи в одном агрегате дает следующие преимущества по сравнению с обычной дуговой печью: широкий выбор металлошихты; высокая производительность; низкий расход электроэнергии в результате использования химической энергии окисления примесей металлошихты; уменьшение требуемой электрической мощности; снижение удельного расхода электродов; уменьшение фликер-эффекта и возможность работы при маломощных электросетях; снижение затрат на электрооборудование.

А4. Адаптация конструкции электропечи к условиям технологической утилизации тепла отходящих газов заключается в увеличении ее объема и изменении формы рабочего пространства. Причем расположение шихтовых материалов в рабочем пространстве и движение печных газов должно быть организовано таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная продолжительность пребывания и длина пути потока отходящего газа в непосредственном контакте с загруженным ломом.

С точки зрения экономии энергоресурсов весьма заманчивым представляется технологическое использование тепла отходящих печных газов, которые составляют существенную часть теплового баланса электропечи (более 19%) [170].

Шахтные печи конструкции «Fuchs Systemtechnik» были разработаны на базе обычной дуговой печи, объем которой увеличен с помощью так называемой шахты, устанавливаемой над сводом печи [136]. Шахта, через которую загружают в печь до 60% шихты, может отводиться в сторону для обычной завалки бадьей. Поперечное сечение шахты ограничено, поэтому крупногабаритный лом, пакеты и стружка не предназначены для подогрева и загружаются первой бадьей в ванну печи. Последующими бадьями среднегабаритный лом и продукцию шредерной установки загружают через шахту. Лом подогревается в шахте печи за счет тепла отходящих газов и с помощью газокислородных горелок, расположенных в нижней части шахты.

После загрузки первой корзины в шахту начинается процесс плавления шихты и подогрев лома в шахте отходящими газами и горелками. Продолжительность плавки составляет 50-55 мин (35-40 мин под нагрузкой). Опыт работы на шахтных печах в Дании (1988 г.) и Англии (1992 г.) показал, что шихта перед плавкой может нагреваться до 800°С [171]. По данным работы [172], подогрев лома до температуры 800-1000°С в шахтных печах позволяет достигнуть экономию электроэнергии до 100 - 200 кВт*ч/т. В мире насчитывалось восемь шахтных печей, но начиная с 1996 года, печи такого типа практически не строились, а новые агрегаты начали оснащать системой разделения рабочего пространства.

А5. Применение систем утилизации тепла среды, охлаждающей поверхность рабочего пространства. Наряду с подогревом лома широкое распространение получают способы утилизации тепла воды, охлаждающей стены, свод и газоход электропечи.

Современный электросталеплавильный агрегат невозмож-но эксплуатировать без системы охлаждения поверхности рабочего пространства. Тепло, уносимое с охлаждающей средой, составляет около 10% расходной части теплового баланса. К сожалению, в случае применения традиционной системы водяного охлаждения с нагревом воды до 40-50°С процесс утилизации тепла недостаточно эффективен и имеет ограниченное применение [175].

В перспективе наибольший интерес представляет утилизация тепла охлаждающей среды в случае применения испарительного охлаждения. Сущность системы испарительного охлаждения состоит в использовании скрытой теплоты парообразования для отвода тепла от охлаждаемых элементов рабочего пространства в результате применения кипящей оборотной воды. В этом случае тепло, отбираемое охлаждающей средой, затрачивается на ее испарение.

Систему испарительного охлаждения для охлаждения элементов мартеновских и электрических печей успешно применяли в СССР и за рубежом, начиная с 1950 г. [176, 177]. Имеются сведения о том, что система испарительного охлаждения с начала 80-х годов успешно применяется при исключительно высоких тепловых нагрузках в рабочем пространстве дуговых печей на заводах в городах Оберхаузене и Бохуме (Германия) [178, 179]. Так, при производительности дуговой печи, около 70 т/ч количество энергии, получаемой за счет утилизации отходящего тепла системы испарительного охлаждения, составляло 39 кВт*ч/т.

Пароохлаждаемые панели печи работают под высоким давлением и естественно к ним предъявляют более жесткие требования, что повышает их стоимость. В связи с успешными результатами эксплуатации этой системы можно считать, что система испарительного охлаждения прошла техническую проверку в электродуговых печах и является достаточно работоспособной.

Б. Разделение рабочего пространства печи на зоны, в одной из которых проходит процесс плавления шихты, а в другой (или других) нагрев шихтовых материалов с последующей утилизацией тепла в ванне агрегата. Способ требует принципиально новых подходов в части увязки продолжительности и режимов технологических операций в ванне печи с процессом нагрева шихты. Организация зоны предварительного нагрева требует дополнительного пространства. При этом существенно возрастают масса электропечи, ее габариты, растет сопротивление газоотводящего тракта и, как следствие, цена печного оборудования и даже здания цеха, возрастают затраты на организацию тщательной подготовки лома, эксплуатацию газоочистных сооружений.

Основная причина ограниченного применения данного способа в развитых странах – ужесточение экологических норма-тивов и возрастающий риск запрета эксплуатации плавильного агрегата.

Б1. Порционный нагрев лома в рабочем пространстве электропечи с последующей его передачей в ванну решает проблему “грязной” завалки. В агрегатах такой конструкции камера подогрева отделена от ванны специальными устройствами: толкателями или удерживающими пальцами, которые позволяют проходить печным газам и регулируют подачу шихты в зону плавления.

Компаниями «IHI» (Япония) и «ABB» (Швеция) разработана шахтная печь с толкателями шихты. Первая такая печь введена в эксплуатацию на заводе «Tokyo Steel» (Япония) в 1996 г. и имеет вместимость 250 т (мощность трансформатора 100 МВА, производительность 0,8 млн. т/год). Рабочее пространство печи состоит из двух основных элементов - овальной ванны и шахтного подогревателя. Последний имеет криволинейную форму и загрузочное устройство с двумя толкателями, расположенными на разных уровнях. Лом нагревается в шахте технологическими газами до температуры около 800°С.

Для обеспечения постоянства условий плавления лома печь работает с чрезмерно большой массой болота (110 т при массе выпускаемой плавки 140 т) [136]. Преимущества такой печи заключаются в следующем: расход электроэнергии 260 кВт*ч/т при расходе вдуваемого углерода 25 кг/т и кислорода 33 м3/т; уменьшение уровня шума (на 15-20 дБ в сравнении с обычной дуговой печью постоянного тока); снижение уровня фликера на 50-60% по сравнению с одноэлектродной дуговой печью постоянного тока; уменьшение пылевыделения и т.п.

Шахтная дуговая печь с удерживающими пальцами компании «Fuchs Systemtechnik» устраняет один из недостатков шахтных печей – начало плавки с проплавления первой порции холодной шихты. Для этого шахта электропечи в нижней части оборудована специальным фиксатором (водоохлаждаемыми пальцами), которые удерживают лом в зоне подогрева шихты. После выпуска плавки стали пальцы "открываются" и нагретый лом загружается в болото, после чего в шахту загружается вторая порция лома. Сравнительные показатели работы шахтной дуговой печи с удерживающими пальцами представлены в табл. 2.4. Экономия от применения печей такой конструкции выражается в снижении расхода электрической энергии и повышении производительности.

Таблица 2.4. Сравнительные показатели работы ДСП завода ЗАО «ММЗ «ISTIL» (Украина)» [180] и шахтной печи с удерживающими пальцами ОАО «Северсталь» [133]

Сравнительные показатели работы ДСП завода ЗАО «ММЗ «ISTIL» (Украина)» [180] и шахтной печи с удерживающими пальцами ОАО «Северсталь»

На действующих печах такой конструкции используют две схемы эвакуации печных газов: по первой схеме дымовые газы отводятся непосредственно на газоочистку (система без рециркуляции газов); по второй схеме газы возвращаются в камеру дожигания (система с рециркуляцией газов).

При использовании тепла всего потока отходящих газов система предварительного нагрева лома без рециркуляции имеет более высокую тепловую эффективность и меньшие энергетические затраты [181].

Наряду с указанными преимуществами системы без рециркуляции газов имеют принципиальный недостаток, который выражается в применении только чистого лома, не содержащего масел, пластмасс и других веществ. В противном случае, печные газы отравляют атмосферу цеха и, поступая в газоотводящий тракт без дожигания, могут создать взрывоопасную ситуацию. Наличие в отходящих газах масел и других примесей ухудшает также эффективность работы газоочистных устройств.

Вместе с тем, следует отметить, что в процессе предварительного нагрева лома до 300-1000°С в печных газах наблюдается появление токсичных летучих органических соединений - диоксинов и фуранов. Так, например, в продуктах шредерной обработки корпусов автомобилей (после снятия сидений и шин) содержится до 2% углеводородов. При их нагреве в сочетании с поливинилхлоридными материалами образуются токсичные соединения, которые отрицательно воздействуют на иммунную систему человека и вызывают ряд серьезных заболеваний [136].

Необходимо подчеркнуть, что законодательство об охране окружающей среды стран Европы ограничивает концентрацию диоксинов и фуранов величиной, равной 0,5 нг/м3. В Люксембурге эта норма еще жестче, что привело к отказу некоторых заводов от агрегатов с подогревом лома. Современное оборудование ДСП для термического разложения диоксинов и фуранов предусматривает в системе газоотвода наличие блока газокислородных горелок, а затем камеры быстрого охлаждения газов, в которой подавляется синтез диоксинов и фуранов.

Кроме того, для очистки технологических газов от диоксинов и фуранов применяют дорогостоящее оборудование, обеспечивающее дожигание и очистку печного газа от аэрозолей и пыли, на которых адсорбируются диоксины, например, в скрубберах типа «Airfine» [145]. Один из самых дорогих способов очистки заключается во вдувании адсорбента в отходящие печные газы, что обеспечивает снижение содержания диоксинов до уровня менее 0,1 нг/м3.

Несмотря на проблемы, связанные с подготовкой и загрузкой шихты через шахту, усложнение конструкции печи, в мире работают более 40 шахтных печей такого типа [15]. При этом применяют различные варианты подачи печных газов (сверху или снизу шахты), ввода нагретой шихты (толкателями, по транспортной трубе, пальцевыми захватами и т.п.).

Электродуговая печь с одинарным (SSP) и многоразовым (MSP) подогревом скрапа является результатом развития идеи разделения рабочего пространства печи. Аналогичные печи построены компанией «Daido» по лицензии «SMS Demag» и успешно работают на заводах «Yamato» (130т DC) и «Odzi» (110т DC). Для системы MSP характерными величинами расхода топливно-энергетических носителей при 100%-ной загрузке скрапом являются: расход электроэнергии - 290 кВт*ч/т; расход кислорода - 30м3/т; природного газа - 3 м3/т [132].

Б 2. Идея непрерывного нагрева лома в рабочем пространстве электропечи реализована в двух вариантах конструктивного использования электропечи.

Дуговая печь «Contiarc» конструкции компании «SMS Demag» представляет стационарную шахтную печь постоянного тока с одним электродом и кольцевой шахтой. Загрузка лома осуществляется в кольцевую шахту, а электрод вводится в отделенную от рабочего пространства центральную цилиндрическую полость. По мере опускания лома в нижнюю часть шахты происходит его подогрев за счет тепла восходящих технологических газов. Жидкий металл выпускают сифонным способом непрерывно по ходу процесса или периодически [173]. Расход электроэнергии печи «Contiarc» планируется обеспечить на уровне 260 кВт*ч/т [174]. Пилотная установка «Contiarc» построена в 1997 г. на заводе компании «American Cast Iron Pipe Co» (США).

В 2000 г. на заводе Kishiwada Steel Co (Япония) введена в эксплуатацию первая промышленная электропечь «ECOARC» (разработка компании «NKK-SE») [367,368]. Печь имеет шахтный подогреватель с вертикальной перегородкой в зоне действия электрической дуги. Перегородка, по сути, является продолжением шахты и обеспечивает компактный ввод шихты в расплав, где лом находится в постоянном контакте с жидким металлом. Некоторые технико-экономические показатели плавки «ECOARC» приведены ниже:

  • Масса плавки, т - 70;
  • Мощность трансформатора, МВА - 41.

Расход энергии 233 кВт*ч/т при вводе 36 м3 кислорода на тонну стали и 196 кВт*ч/т при вводе 40 м3 кислорода на тонну стали.

Необходимо отметить, что печи с шахтными подогревателями сложны в эксплуатации и требуют специальной подготовки лома.

Общие технологические недостатки концепции предварительного нагрева лома: дисбаланс термической нагрузки в объеме рабочего пространства печи и повышенные потери тепла при асимметричной или овальной форме ванны; повышенное окисление лома и уменьшение выхода годного; тяжелые термические условия работы разделительных устройств; вероятность взрыва газа в зоне дожигания.

В. Предварительный нагрев шихтовых материалов в системе газохода электропечи удаленными из рабочего пространства газами принципиально не изменяет конструкцию рабочего пространства электропечи, но отличается сложностью технической и технологической реализации, что, как правило, неизбежно приводит к снижению темпов плавки.

Известно два варианта реализации идеи:

  • порционный нагрев лома в загрузочных бадьях с последующей завалкой шихты традиционным способом;
  • непрерывная подача лома в ванну печи через зону предварительного подогрева.

В1. Порционный нагрев лома в загрузочных бадьях известен с начала 80-х годов. Разработали технику и технологию использования тепла отходящих из дуговой печи газов в период энергетического кризиса и, например, в Японии построили около 50 таких установок. Реализация способа позволяет снизить потери тепла с отходящими газами и, в определенной степени, способствует энергосбережению. Так, согласно оценке, удельный расход электроэнергии в результате применения технологии снижается на 20-40 кВт*ч/т. Однако подогретый лом в период загрузки в печь выделяет дым, загрязняя атмосферу в цехе, а выделение вредных веществ на выходе из системы газоочистки создает условия для загрязнения окружающей среды. Решение этой проблемы найдено не было, и большинство установок подогрева лома перестали эксплуатировать.

В известных современных технических решениях [133, 182] применяют загрузочные бадьи из жаропрочной антикоррозионной стали без существенных изменений их конструкции. Надежные уплотнители на входе горячих газов в загрузочную бадью должны обеспечить проход газов только через слой лома и предотвратить обходное их движение по стенам камеры нагрева. Для улучшения прохода дымовых газов и удаления собирающихся на дне масел и других жидких продуктов, образующихся при нагреве лома, бадьи в нижней части имеют отверстия. Установки оснащены средствами измерения и контроля параметров газа. Регулирование расхода дымовых газов осуществляется автоматически в зависимости от их температуры на выходе из камеры нагрева. Установки оснащены регулирующими и отсечными клапанами, работающими в условиях запыленных газов при температуре до 800-850 °С.

Установлено, что при подогреве лома в специальной бадье 45% тепла отходящих газов расходуется на нагрев лома и бадьи, 37 % - теряется с водой охлаждаемых элементов и 18 % - с удаляемым газом [15]. Нагревают лом обычно до среднемассовой температуры 250-350°С при температуре газа на входе 400-800°С.

В табл. 2.5 приведены показатели работы электропечи с подогревателем лома в бадье «Danarc Plus» (металлургический завод компании «ABS»).

Таблица 2.5. Показатели работы ДСП Danarc Plus [133]

Показатели работы ДСП Danarc Plus

В2. Направление нагрева лома с непрерывой подачей его в ванну печи через зону предварительного подогрева получило промышленное воплощение в процессе «Consteel». Дуговая печь «Consteel» с непрерывной загрузкой металлошихты, подогретой в газоотходе печи отходящими газами, впервые была введена в эксплуатацию в 1990 г. на заводе «Florida Steel» (США) и представляет разработку компании «Intersteel Technology Inc.», в настоящее время входящей в консорциум «Techint Group».

Преимуществами печи «Consteel» [137] являются снижение шумовыделения до 75-85 дБ, выбросов пыли на 40%, полное дожигание монооксида углерода и значительное снижение издержек производства. К недостаткам этой печи следует отнести необходимость тщательной подготовки металлошихты к загрузке по размерам кусков и большую протяженность эстакады загрузочного конвейера, техническая реализация которого требует значительных площадей.

Дуговые печи, работающие с подогревом лома, характеризуются меньшим выделением пыли с технологическими газами, что связано в основном с фильтрующим действием подогреваемого лома. На печах типа «Consteel» завода «Florida Steel» выделение пыли уменьшилось на 30%. Более высокие результаты получены при просасывании газов через слой лома, как это реализовано на печи «Consteel» компании «Nippon Steel Plai & Machinery Division» (Япония), а не при пpопyскании газов над ломом, как в первых печах этого типа. В 2000 г. в мире работало пять электропечей типа «Consteel», четыре находились в стадии строительства. Некоторые показатели работы данного типа печей приведены в табл.2.6.

Г. Агрегаты параллельной обработки шихты в нескольких объемах рабочего пространства представлены, прежде всего, двухкорпусными электросталеплавильными печами, хотя известно применение для производства стали и трехкорпусных электродуговых печей с двумя трансформаторами на заводе «Hucie Zawiercie» (Польша). Практика показала, что двухкорпусные агрегаты гармонично вписываются в технологическую линию высокой производительности типа «кислородный конвертер - слябовая МНЛЗ». Так, если обычная дуговая печь производит выпуск, например, через 60 мин или ей требуется 120 мин на две плавки, то для двухкорпусной печи после примерно 58 мин первой плавки на вторую потребуется 79 мин, что соответствует средней длительности плавки от выпуска до выпуска примерно 40 мин. В результате достигается высокая производительность, соответствующая требованиям, которые предъявляются к конвертеру [141].

Таблица 2.6. Показатели работы дуговой электропечи типа «Consteel»

Показатели работы дуговой электропечи типа «Consteel»

Анализ продолжительности включений и отключений печного трансформатора дуговой печи показал, что примерно 72% времени трансформатор включен, а в течение 28% времени выключен. Двухкорпусной агрегат позволяет повысить степень использования печного трансформатора до 92%.

Двухкорпусная печь в сравнении с двумя печами той же вместимости обеспечивает экономию 35% капитальных затрат без учета расходов на сооружение подстанции, а также сокращение времени от выпуска до выпуска на 30 % и расхода электроэнергии на 40-60 кВт*ч/т [121].

Впервые концепция двухкорпусной дуговой печи предложена компанией «SKF» (печь имела вместимость 2*60 т и производительность 30 т/ч или 160 тыс.т/год). Две ванны печи были оборудованы одним источником питания и короткой сетью. В то время когда в одном из корпусов печи происходило плавление металлошихты электрической дугой, в другой – проводили рафи-нирование, выпуск плавки и загрузку шихты. Двухкорпусная печь с одним источником питания может иметь два комплекта токоподвода и электродов отдельно для каждого из корпусов, что позволяет до минимума сократить бестоковое время работы печи. Момент начала и продолжительность всех технологических операций при ведении плавки в двухкорпусном агрегате должны быть строго регламетированы, сдвинуты во времени и жестко увязаны между собой. Незапланированные изменения в работе шихтового участка или МНЛЗ, как правило, приводят к “двойным” потерям. В табл. 2.7 приведены некоторые сравнительные технические показатели работы двухкорпусной печи [20, 183].

Таблица 2.7. Показатели работы двухкорпусной печи

Показатели работы двухкорпусной печи

Д. Электропечи комбинированной конструкции. Наряду с рассмотренными конструктивными особенностями электродуговых печей следует выделить еще одну классификационную группу, существо которой сводится к созданию комбинированных печей.

В двухкорпусных печах с подогревом лома применяется три технологических варианта реализации технологии:

  • первый способ заключается в подаче технологических газов из находящегося под нагрузкой корпуса в "отключенный". Этот способ, несмотря на уменьшение энергопотребления при плавке, запрещен к использованию органами по охране окружающей среды, например, в Люксембурге;
  • второй способ предусматривает поочередный подогрев лома с помощью топливно-кислородных горелок, установленных в корпусах. Однако от него отказались в связи с низкой эффективностью;
  • третий способ состоит в применении двухшахтной дуговой печи. Две шахтные печи устанавливают зеркально одна с другой и обслуживаются одним трансформатором. Своды корпусов соединены патрубками с трехходовым краном дроссельного типа, позволяющим направлять часть отходящих газов от одной шахты в другую [136]. Влияние неравномерности выделения газа и его температуры в различные периоды плавки сглаживается, когда нагреватель шихты связан не с одной, а с несколькими печами. Возможен также вариант, когда с подогревом лома проводят не все плавки [184].

Технологический вариант СопаrсCS в двухкорпусном агрегате, разработанный компанией «SMS Demag», объединяет технику плавки стали в электродуговой печи с традиционным конвертерным процессом, т.е. корпус адаптирован для работы с применением жидкого чугуна. Печь оборудована одним комплектом электродов, которые соединены с трансформатором и могут быть развернуты к любому из двух корпусов. Кислород вдувается через водоохлаждаемую сводовую фурму, которая также может быть направлена к любой ванне.

Процесс можно разделить на две стадии:

  • обезуглероживание идкого чугуна за счет вдуания кислорода через сводовую фурму;
  • плавление с помощью электрической дуги твердой части шихты (железо прямого восстановления DRI или скрап) и нагрев ванны до температуры выпуска.

Процесс начинается с загрузки чугуна в небольшую часть предыдущего расплава, оставленного в печи. После перевода сводовой фурмы в рабочее положение начинается продувка кислородом. После завершения процесса обезуглероживания сводовую фурму отворачивают в сторону и в рабочее положение переводятся электроды. Во время дуговой фазы в ванну загружается твердая шихта. Продолжительность плавки между выпусками, например, на заводе компании «Saldanha Steel» составляет менее 60 мин. Расход электроэнергии не превышет 310 кВт*ч/т (при загрузке 50% жидкого чугуна и 50% DRI).

Еще одна печь «СопаrсCS» эксплуатируется компанией «Ispat Industries» в Индии и применяет жидкий чугун из доменной печи, DRI и скрап как сырьевые материалы.

«Arcon-процесс», разработанный компанией «Concast Standard AG» также сочетает преимущества конвертерного и электросталеплавильного производства. «Arcon» представляет двухкорпусный агрегат, состоящий из конвертера с верхней кислородной продувкой и одноэлектродной дуговой печи постоянного тока. В каждом из корпусов кислородная фурма может быть заменена общим графитированным электродом и наоборот. Размеры корпуса отвечают размерам типового конвертера. Днище каждого корпуса выполнено из электропроводных периклазографитовых огнеупоров и имеет подовый пластинчатый медный электрод. Выпускное отверстие расположено в периферийной части токопроводящей подины. Чугун заливают через горловину корпуса или с помощью желоба через боковое окно. Общий для обоих корпусов графитированный электрод крепится на электрододержателе, расположенном между корпусами со стороны выпускного отверстия. Кислородные фурмы, отдельные для каждого из корпусов, имеют дополнительные боковые сопла для дожигания монооксида углерода технологических газов.

Агрегат «Arcon» имеет производительность 1,6 млн.т/год. В качестве металлошихты используют жидкий чугун (40%), гранулированный чугун (5%) и HBI (55%). Масса выпускаемой плавки - 170 т, продолжительность работы агрегата 7300 ч в год. Цикл работы каждого корпуса агрегата составляет 92 мин. Плавка проводится с «болотом» массой 50 т, то есть каждый корпус имеет вместимость 220 т жидкой стали [136].

  2.2.2 Варианты конструктивного исполнения электропечей с целью снижения энергозатрат
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ