Электросталеплавильное производство

Особенности технологического процесса выплавки углеродистого полупродукта в ДСП

Уровень энергопотребления процесса производства металла на протяжении всей истории черной металлургии является одним из самых весомых факторов, определяющих появление, совершенствование и смену той или иной металлургической технологии.

Современный период развития металлургии стали характеризуется тем, что металлопроизводители уделяют особое внимание развитию концепции так называемых металлургических мини-заводов, где наиболее энергоемкий технологический этап - выплавка стали осуществляется в электродуговых печах.Не вызывает сомнения, что реализация концепции интегрированного металлургического предприятия (мега-завода) носит глобальный характер и включает добычу и переработку железнорудного сырья и угля, получение агломерата и кокса, производство жидкого передельного чугуна и стали, ее внепечную обработку и разливку, а также систему технологий обработки металлов давлением для получения определенных видов металлопродукции. Следует отметить, что технологическая схема мега-завода предполагает организацию эффективного сочетания ряда разноплановых непрерывных и дискретных производственных процессов, отличающихся пределами допустимой производительности, продолжительностью технологического цикла, стойкостью и стоимостью основных агрегатов. В принципе задача полной остановки такого предприятия не разрешима, а нормальная работа возможна только при организации в технологической цепочке ряда накопительных элементов, коими являются: рудный двор, миксер, склады заготовок и готовой продукции.

Так, известно, на заводе полного цикла, в сравнении с мини-заводом, удельные затраты энергии на производство готовой продукции, например катанки, обычно в два раза выше. Последнее обстоятельство вызывает необходимость организации в условиях мега-завода собственных генерирующих энергию мощностей, а с целью снижения затрат на топливо использовать собственные вторичные энергоносители: доменный и коксовальный газ. Таким образом, система энергообеспечения завода в свою очередь становится более или менее зависима от технологического процесса производства металлопродукции.

Вследствие вышеизложенного для мега-завода характерна явная зависимость затрат по переделу от степени загруженности основных технологических агрегатов. По ряду оценок, снижение производительности металлургического завода на 20% приводит к увеличению удельных затрат на $10-15.

Кроме того, следует отметить, что доля грузов металлургического назначения промышленного железнодорожного транспорта, например, в Российской Федерации составляет более 23%, а для грузового автотранспорта – более 11%. По расчетам, при производстве на уровне 60 млн. т в год общий объем перевозок металлургических грузов только железнодорожным транспортом превышает 180 млн. т при среднем расстоянии около 2 тыс. км.

Оптимальное расположение мини-заводов обеспечивает использование металлолома данного экономического района и исключает нерациональные перевозки на большие расстояния. Это позволяет снизить удельные капиталовложения в 3-4 раза по сравнению с интегрированным заводом и предложить металлопродукцию на рынке по конкурентным ценам, при условии сохранения достаточно высокой рентабельности производства.

По данным некоммерческой организации - Международного института стальной промышленности (International Institute of Steel Industry, IISI), если на американских металлургических предприятиях полного цикла уровень рентабельности в 2000г. составлял 7%, то на мини-заводах он превышал 22%.

Поэтому, только за последние десять лет производство стали в электродуговых печах возросло в 1,5 раза и составило 348 млн. тонн в 2004 г.

При этом металлопроизводители ориентируется на современную технологическую концепцию выплавки жидкого полупродукта в высокопроизводительной дуговой электропечи с последующей доводкой полупродукта в сталеразливочном ковше на участке внепечной обработки. В мировой практике такой технологический подход является общепринятым, так как обладает рядом существенных преимуществ (в сравнении с «классической» дуговой электроплавкой) и позволяет в 1,5 – 2,5 раза увеличить производительность плавильного агрегата.

С целью снижения энергетических затрат на плавку до 350-320 кВт*ч/т общая конфигурация современной ДСП включает:

  • печной трансформатор с возможностью регулирования силы тока дуги на каждой ступени;
  • токопроводящие электрододержатели с системой спреерного охлаждения графитированных электродов;
  • надежные и быстродействующие гидравлические механизмы подъема и поворота свода, перемещения электродов, наклона печи и пр.;
  • водоохлаждаемый свод с экономичными водоохлаждаемыми панелями;
  • каркасную конструкцию кожуха со съемными водоохлаждаемыми элементами стен и модулями для ввода кислорода, природного газа и порошкообразного углеродистого материала, которая обеспечивает возможность проведения планово-предупредительных ремонтов «блочным» способом
  • подину печи с рациональной схемой футеровки разными типами огнеупорных материалов и устройством для перемешивания ванны;
  • эркерную систему выпуска плавки с эффективным механизмом отсечки печного шлака;
  • систему конвейерной подачи шихтовых и шлакообразующих материалов в печь;
  • систему водоохлаждаемого газохода и газоочистку;
  • систему АСУ ТП.

При этом необходимо отметить, что только новая техника и технология плавки в дуговой электропечи позволяет снизить расход электрической энергии более чем на 100-150 кВт*ч/т в сравнении со старыми электропечами, которые даже после существенной модернизации не в состоянии выйти на современный уровень энергосбережения. Так, например, на ДСП-100Н3А (ММЗ «ИСТИЛ (Украина)»), построенной в 1979 г., даже после оснащения ее современными технологическими средствами не удалось достигнуть величины расхода электроэнергии ниже, чем 440 кВт*ч/т при продолжительности плавки 120 мин.

Стоит отметить, что в настоящее время разработаны и проходят широкую промышленную проверку ряд вариантов дуговой электропечи с предварительным подогревом стального лома, конструкция которых позволяет утилизировать тепло отходящих дымовых газов. Однако данные об эффективности их эксплуатации весьма противоречивы. Наряду с информацией о преимуществах эксплуатации печей такого типа на некоторых заводах отказываются от их применения. Например, компания Megasteel (Малайзия) заменила электропечами традиционной конструкции две шахтные печи с удерживающими пальцами, которые проработали на заводе всего четыре года и не оправдали ожиданий.

Организация энергосберегающего цикла производства стали на мини металлургических заводах не ограничивается совершенствованием технологии выплавки полупродукта в электропечи. Современный минизавод представляет единую производственную систему, в которой несогласованность или даже напряжённость в работе одного технологического звена приводит к немалым потерям энергии. Равная мощность производственных агрегатов и высокая степень непрерывности технологического процесса – залог успешной работы.

Поэтому при выборе агрегатов, прежде всего, необходимо учитывать, что величина массы и продолжительности плавки в электропечи тесно взаимосвязаны с допустимой продолжительностью разливки, которая определяется технологическими возможностями МНЛЗ. Важнейшей общей задачей является совмещение дискретного цикла выплавки стали в ДСП с процессом ее разливки на МНЛЗ, что выдвигает на передний план выполнение следующих условий:

  • продолжительность разливки плавки на МНЛЗ должно быть равной циклу поступления плавок от сталеплавильного агрегата;
  • продолжительность подготовки МНЛЗ между сериями плавок должно быть согласовано с простоями сталеплавильного агрегата.

Например, по данным ММЗ «ИСТИЛ (Украина)», несоответствие продолжительности выплавки (74 мин) и разливки металла (70 мин), приводит к существенной разнице величины энергетических показателей внепечной обработки плавок начала и конца разливки. Кроме того, данное обстоятельство приводит к вынужденному ограничению количества разливаемых на МНЛЗ плавок в серии. Так установка «ковш-печь» для обеспечения серийности накапливает металл перед началом разливки серии плавок, что увеличивает время их обработки до 87 мин с расходом электроэнергии до 66 кВт*ч/т. Продолжительность же обработки последних ковшей с металлом составляет 33 мин при расходе электроэнергии в два раза ниже - 33 кВт*ч/т.

С 1985 года, прошли испытания опытно-промышленного комплекса, в котором органично совмещались процесс разливки стали на заготовку и ее горячая прокатка. В последствии в практику создания высокоэффективных технологических систем прочно вошло понятие литейно-прокатный модуль (ЛПМ). За счет сокращения технологической цепочки и исключения дополнительных циклов охлаждения и нагрева заготовки данная инновация обладает значительным энергосберегающим потенциалом. В настоящее время по такой схеме работают около 25 мини-заводов по производству плоского проката. Известно также, что данная идея реализована и при производстве длинномерного проката (завод ABS в Италии), где процесс реализуется по схеме бесконечной разливки-прокатки и сварки-прокатки.

Безусловно, что такая технологическая схема получения проката реализуемая в условиях мини-завода имеет огромный потенциал в части экономии энергетических ресурсов, в связи с тем, что более чем в пять раз снижается расход природного газа для нагрева заготовки перед прокаткой /рис/. При существенном снижении затрат на капитальное строительство данная технологическая схема обеспечивает экономическую мотивацию ее дальнейшего развития и совершенствования.

потребление энергии, технологическая схема, тонкий лист

Рис 1. Потребление энергии (МДж/т) при производстве тонкого листа по различным технологическим схемам: 1 – при разливке стали в слитки с последующей прокаткой; 2 – при разливке стали на слябовой МНЛЗ с охлаждением слитков до нормальной температуры и с последующей прокаткой; 3 - при разливке стали на слябовой МНЛЗ и передачей слябов горячими для последующей прокатки; 4 – при разливке стали на тонкослябовой МНЛЗ (ЛПМ); 5 – при разливке стали непосредственно на тонкий лист на двухвалковой МНЛЗ и холодной прокатке

В связи с вышеизложенным представляется довольно четкая перспектива развития мировой электрометаллургии. Действительно, производство электростали в мире растет и по прогнозам оценивается на уровне 450-460 млн.т в 2010 г.. При этом основное производство электростали сосредоточено в США, КНР, Японии и Южной Корее, а суммарный объем выплавки в этих странах составил в 2004 г. около 148 млн. тонн.

Таблица 1Показатели выплавки стали в ДСП в европейских странах, в том числе на Украине и в Турции, представлен ниже (2004 г.).

показатели выплавки, сталь, дсп, украина

Очевидно системное отставание Украины в части развития электросталеплавильного производства и замены энергоемкого мартеновского (44% от общего объема производства стали в 2004 г.), которое происходит в условиях повышения цены импортируемых энергоносителей. На наш взгляд, в недалекой перспективе это приведет к существенному снижению конкурентоспособности отечественных металлургических заводов и кризисным явлениям в национальной металлургии.

РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ