Электросталеплавильное производство

Агрегаты параллельной обработки шихты в нескольких объемах рабочего пространства

Агрегаты параллельной обработки шихты в нескольких объемах рабочего пространства представлены, прежде всего, двухкорпусными электросталеплавильными печами. Практика показала, что двухкорпусные агрегаты гармонично вписываются в технологическую линию высокой производительности типа «кислородный конвертер - слябовая МНЛЗ».

Практика показала, что двухкорпусные агрегаты гармонично вписываются в технологическую линию высокой производительности типа «кислородный конвертер - слябинговая 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.

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 продолжительность включения 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.

Впервые концепция двухкорпусной дуговой печи предложена компанией SKF (печь имела вместимость 2х60т 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 дугой, в другой – проводили рафинирование, выпуск плавки и загружали шихту. Двухкорпусная печь с одним источником питания может иметь два комплекта токоподвода и электродов отдельно для каждого из корпусов, что позволяет еще более сокращать 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, приводит к “двойным” потерям.

Не редко в промышленных электропечах применяют комбинированную конструкцию. Поэтому можно выделить еще одну классификационную группу, существо которой сводится к созданию комбинированных печей.

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

Продолжительность плавки между выпусками, например, на заводе компании «Saldanha Steel» составляет менее 60 мин. Расход электроэнергии составляет не более 310 кВт*ч/т (при загрузке 50% жидкого чугуна и 50 % DRI). Еще одна печь СопагсCS эксплуатируется компанией «Ispat Industries» в Индии.

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.

Известен опыт промышленного применения двухкорпусных печей с подогревом лома:

  • первый способ заключается в подаче технологических газов с целью утилизации тепла из одного корпуса в другой. Например, в Люксембурге, несмотря на уменьшение энергопотребления при плавке, способ запрещен к использованию органами по охране окружающей среды;
  • второй - предусматривает поочередный подогрев лома с помощью топливно-кислородных горелок, установленных в корпусах. Однако от него отказались в связи с низкой эффективностью.

Промышленная эксплуатация двухшахтной дуговой печи позволяет снизить вспомогательное временя плавки. Две шахтные печи устанавлены зеркально одна к другой и обслуживаются одним трансформатором. Своды корпусов соединены патрубками с трехходовым краном дроссельного типа, позволяющим направлять часть отходящих газов от одной печи в другую. При этом сглаживается влияние неравномерности выделения газа и его температуры в различные периоды плавки. Возможен также вариант, когда с подогревом лома проводят не все плавки.

Во всем мире при строительстве металлургических минизаводов, как правило, предпочтение отдают дуговым электропечам трехфазного переменного тока с высоким полным электрическим сопротивлением контура и вторичным напряжением 1000 В и более и дуговым печам постоянного тока (ДППТ) с одним катодом. Как показывает опыт промышленной эксплуатации, печи переменного и постоянного тока не имеют принципиальных отличий в силу одинакового принципа теплогенерации и перераспределения тепла в рабочем пространстве.

Вместе с тем, некоторые особенности применения постоянного тока для плавки стали положительно влияют на технологический процесс. Так, например, под воздействием электродинамических сил, возникающих при прохождении постоянного тока через ванну жидкого металла, происходит достаточно эффективное ее перемешивание. Перемешивание ванны ускоряет плавление, позитивно влияет на процессы окисления углерода в расплаве и его рафинирование. Изменяя положение катода, анода или используя специальные средства можно регулировать характеристики движения металла и интенсивность его перемешивания.

Кроме того, при прохождении постоянного тока через проводник отсутствует поверхностный эффект (скин-эффект), т.е. неравномерное распределение плотности электрического тока по сечению проводника. Такая неравномерность присуща только переменному току, причем степень ее растёт с увеличением площади сечения проводника и его электропроводности, следовательно, проводники электрического тока (жесткие шины, гибкие кабели, электроды) ДППТ могут иметь меньшее сечение при одинаковых тепловых потерях в сравнении с ДСП.

Вместе с тем, короткая сеть ДППТ, по крайней мере, в два раза длиннее одной фазы ДСП, поэтому масса короткой сети ДППТ обычно на 70-80% выше. Наличие проводника, соединяющего анод печи с трансформаторной подстанцией определяет необходимость строительства и обслуживания шинной галереи под ванной печи. Из-за ввода в электрическую цепь тиристорного или диодного преобразователя капитальные затраты на печь постоянного тока увеличиваются и в целом стоимость ДППТ в полтора раза выше, чем аналогичной ДСП.

Сопоставительные исследования свойств электрической дуги постоянного и переменного тока показали, что дуга постоянного тока характеризуется пониженным значением градиента потенциала в столбе, что для обеспечения выделения требуемой мощности вызывает необходимость увеличения ее длины до 0,8-1,0 м. В конце плавления шихты это приводит к росту потоков излучения на стены и свод печи и увеличению тепловых потерь. Поэтому, несмотря на более высокую, чем в трехфазных печах скорость нагрева и плавления металла, дуговая печь постоянного тока не в состоянии обеспечить существенного повышения производительности (табл.).

Установлено, что к.п.д дуги переменного и постоянного тока в зависимости от электрического и шлакового режимов изменяется в пределах 0,55-0,85 и 0,40-0,75 соответственно, чем и объясняется больший, в некоторых случаях, удельный расход электроэнергии в дуговых печах постоянного тока.

Таблица. Показатели работы высокопроизводительных ДСП №1 (Badiche Stahlwerke GmbH), ДСП №2 (Nucor Yamato Steel) и ДППТ (Peiner Trager GmbH)

дсп, дппт, производительность печи

Дуга переменного тока, наоборот, в силу меньшей длины, при горении в колодцах увеличивает вероятность эксплуатационных коротких замыканий, но по окончании плавления шихты работает более эффективно и легко поддается регулированию.

Очевидно, что конструкция некоторых элементов ДППТ, в том числе электрических, является в настоящее время предметом дискуссий и находятся в стадии совершенствования.

Например, германская акционерная компания Badische Stahlwerke GmbH перед установкой новой электропечи провела собственные исследования, на основании которых придерживается традиционных технических решений:

  • в распоряжении пока нет новых технологий с очевидными существенными преимуществами;
  • применение традиционной технологии позволяет ограничить риск, например, запрета органами по охране окружающей среды;
  • изменение технологических режимов процесса плавки, которые влияют на выбросы, должно быть минимальным;
  • нужно свести до минимума любой риск потерь в производстве и появления дополнительных издержек;
  • предпочтение надо отдать тем технологиям, которые уже освоены персоналом завода.

В январе 1997 г. на мини-заводе Badische Stahl-werke GmbH начала работать 80-т ДСП изготовленная компаниями «Concast Standard АG» и «Badische Stahl Engineering GmbH». Замена старой печи на новую заняла четыре недели, а в течение второго года эксплуатации в ДСП выплавили более 10000 плавок.

Сопоставительный анализ количества различных типов печей в мире показывает, что независимо от компании изготовителя, доминирует концепция дуговой электропечи, которая имеет традиционную архитектуру, умеренную степень адаптации и запитана трехфазным переменным либо постоянным током. Технические, технологические и конструктивные характеристики этих печей независимо от компании производителя существенных отличий не имеют.

Производители стали сами выбирают тип печи исходя из условий эксплуатации, наличия или отсутствия мощных электропитающих сетей, обеспеченности металлошихтой различного вида и качества, топливом и кислородом. Однако к числу факторов, определяющих развитие электрометаллургии, прежде всего следует отнести общие тенденции формирования металлургического комплекса того или иного государства.

РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ