ДСП Consteel постоянного тока с непрерывной загрузкой

металлошихты, подогретой в тоннельной печи отходящими газами (рис. 5), впер­вые была введена в эксплуатацию в 1990г. на заводе фирмы Florida Steel, США. Емкость печи 74т, производи­тельность 54 т/ч при мощности транс­форматора 24 МВ·А. За время работы процесс был значительно усовершен­ствован: исключены топливно-кислородные горелки для подогрева лома в тоннельной печи, изменена система охлаждения конвейера, расходуемые кислородные фурмы заменены на водоохлаждаемые, введен свод над за­грузочной частью нагревательной печи. В результате в 1995 г. средний удельный расход электроэнергии со­ставил 389 кВт·ч/т, кислорода — 22 м³/т (без использования природно­го газа), электродов—1,7 кг/т. При подогреве лома до 540 °С получена экономия расхода электроэнергии 109 кВт·ч/т стальной заготовки.

Аналогичные печи введены в эксп­луатацию на заводах Kyoei Stell, Япо­ния (печь постоянного тока с транс­форматором мощностью 51 МВт, ем­костью 192т), Nucor Steel, США (печь постоянного тока с трансформатором мощностью 39 МВт) и Jersey Steel, США (печь переменного тока с транс­форматором мощностью 35 МВт).

Производительность этих печей соста­вила соответственно 120; 92 и 82 т/ч при удельных расходах на 1 т стали: электроэнергии 320; 351 и 390 кВт·ч, кислорода 34; 33,4 и 23 м³ и электро­дов 1,2; 1,3 и 1,75кг.

На установке фирмы Nippon Steel Plant and Machinery Division (Япония) усовершенствован нагрев лома на конвейере. Горячие отходящие газы проходят сквозь слой лома, а не над ним, как в первых печах Consteel, что повышает эффективность нагрева лома.

Преимуществами печи Consteel яв­ляются снижение шумовыделения, выбросов пыли на 40 % и значитель­ное снижение издержек производства. К недостаткам этой печи следует от­нести необходимость тщательной под­готовки металлошихты к загрузке по размерам кусков и большую протя­женность эстакады для загрузочного конвейера.

6. Шахтная дуговая печь с удерживающими пальцами разработана фирмой Fuchs Systemtechnik, Герма­ния (рис. 6). Шахта этой печи в нижней части оборудована водоохлаждаемыми пальцами, удерживаю­щими лом уже в период рафинирова­ния предыдущей плавки. После вы­пуска стали пальцы «открываются» и горячий лом падает в жидкую массу

Рис 5. ДСП Consteel:

1 — магнитный кран; 2 — загрузочный конвейер; 3~ подогреватель; 4 — печь; 5—сталевоз

Рис. 6. Шахтная ДСП с удерживающими пальцами и непрерывной подачей металло­шихты

металла и шлака, оставшихся от пре­дыдущей плавки, затем сразу в.шахту загружается вторая корзина.

При плавке стали в этой печи в шихту могут входить металлизованные окатыши, твердый или жидкий чугун либо 100 % лома. Показатели работы шахтных печей с удерживающими пальцами очень высоки, поэтому они быстро нашли применение во всем мире; в 1996г. в эксплуатацию введе­ны две такие печи, в 1997г.—три, в 1998 г. — шесть печей и т. д. В августе 1998г. 120-т печь такой конструкции (мощность трансформатора 85 MB·А) пущена в России на комбинате «Се­версталь» (г. Череповец).

В результате дальнейшего развития шахтной дуговой печи с удерживаю­щими пальцами появилась двухкамер­ная шахтная дуговая печь с удержива­ющими пальцами типа MSP (Multi­stage Scrap Preheater — многокамер­ный подогрев лома) конструкции фирмы Mannesmann Demag Metal­lurgy, Германия. Лом в шахте этой печи подогревается в двух камерах, разделенных удерживающими пальца­ми, что гарантирует более полное

использование теплоты дожигания тех­нологических газов. При работе на шихте, состоящей только из лома, рас­ход электроэнергии в такой печи со­ставляет менее 290 кВт·ч/т. Печь рас­считана на использование в шихте жидкого чугуна, что позволит допол­нительно уменьшить расход электро­энергии. На рис. 7 показана схема двухкамерной (двухкорпусной) 135-т печи постоянного тока с удерживаю­щими пальцами с трансформатором мощностью 156 MB·А. Печь установ­лена в Монтеррее (Мексика). В шихте используется до 55 % металлизованных окатышей.

Стремление в максимальной степе­ни использовать мощность трансфор­матора, тепло, аккумулированное кладкой, и тепло отходящих газов привело к созданию серии конструк­ций двухкорпусных и двухшахтных ДСП.

Двухкорпусная дуговая печь с од­ним источником питания, электро­дом-катодом (тремя электродами на печи переменного тока) и короткой сетью имеет две ванны: когда в одной идет расплавление металлошихты ду­гами, другая находится в режиме за­грузки и подогрева шихты. Двухкор­пусная печь с одним источником питания

Рис. 7. Шахтная ДСП (с удерживающи­ми пальцами) постоянного тока:

1— окатыши + известь + углерод; 2 —нагретый лом; 3 — две фурмы; 4— четыре горелки (О₂ + СН₄);

5— охлажденные газы СО₂/О₂

может иметь два комплекта токоподвода и электродов (рис. 8) отдельно для каждого из корпусов, что позволяет еще более сокращать бесто­ковое время работы печи. На установ­ке используют два способа подогрева лома: первый заключается в по­даче технологических газов из находя­щегося под нагрузкой корпуса в «от­ключенный» корпус; при втором способе лом подогревают с помощью топливно-кислородных горелок, уста­новленных в корпусах.

Использование двухкорпусных пе­чей позволяет увеличить производи­тельность при существующей мощно­сти трансформатора или уменьшить мощность трансформатора при суще­ствующей производительности.

Двухкорпусная печь по сравнению с двумя печами той же емкости обес­печивает большую экономию капи­тальных затрат (минимум 35 % без учета расходов на сооружение под­станции), а также сокращение продолжительности плавки на 40 % и сни­жение расхода электроэнергии на 40— 60 кВт·ч/т. Двухкорпусные печи ра­ботают во многих странах (в Японии, США, Франции, Индии и др.). В зави­симости от величины садки, мощнос­ти трансформатора, типа шихты (лом, горячие железосодержащие брикеты, твердый чугун, жидкий чугун и т. п.) производительность таких печей ко­леблется в пределах 1,0—1,6 млн. т/год.

Разновидностью двухкорпусных ДСП являются двухшахтные печи. В качестве примера на рис. 17.18 пред­ставлена работа двухшахтной печи за­вода SAM Montereau.

Две зеркально установленные шахт­ные печи емкостью по 90 т обслужива­ются одним трансформатором мощно­стью 96 MB·А с одной системой элек­тродов. Печь оборудована 12 горелка­ми (по 6 на каждый корпус) мощностью по 3 МВт, четырьмя ма­нипуляторами, системами управления дугами, перемешивания аргоном, по дачи извести и углеродсодержащих материалов.

Рис. 8. Двухкорпусная ДСП постоянного тока с диаметром кожуха 7,6 м фирмы Gallatin Steel, США

Рис. 9. Схема работы двухшахтной ДСП

Четыре горелки располо­жены в шахте, одна — в рабочем окне и одна — вблизи выпускного отвер­стия. В подине установлено пять по­ристых вставок для продувки ванны азотом. Своды снабжены соедини­тельными патрубками с трехходовым краном дроссельного типа, позволяю­щим направлять часть отходящих га­зов от одной печи в другую. Последовательность работы двухшахтной печи представлена на рис. 9, а — д.

При выпуске плавки из печи Б электрододержатель перемещается к печи А, где начинается расплавление шихты. На начальной стадии расплав­ления шихты в печи А в печи Б начи­нается загрузка. В этот период в печь Б загружают 75 % завалки. Горелки в печи Б работают на полную мощ­ность. Когда в печи А идет рафиниро­вание металла, отходящий газ направ­ляют в печь Б для подогрева лома на подине и в шахте. В это время в шахту печи Б загружают остаток лома. Когда печь А готова к выпуску плавки, печь Б должна быть полностью загружена ломом, чтобы избежать перерывов в энергоподводе. Время вспомогатель­ных операций при такой работе уменьшается до 3 мин и время под нагрузкой достигает 92 % плавки. В 1995 г. средние удельные расходы на двухшахтной ДСП этой фирмы при массе плавки 95 т составили: электро­энергии 365 кВт·ч, электродов 1,45 кг, кислорода 30,0 м³, природного газа 8,0м³, загружаемого угля 11,5кг, угольного порошка 5,0 кг. Производи­тельность печи составила 105 т/ч.

Появляются все новые варианты конструкций двухкорпусных агрега­тов.

Сочетание преимуществ конвер­терного и электросталеплавильного производств может быть получено при использовании Arcon–процесса, раз­работанного фирмой Concast Standard AG, Швейцария. Arcon (Arc in converter) — двухкорпусной агрегат, состоящий из конвертера с верхней кислородной продувкой и одноэлектродной ДСП постоянного тока (рис. 10). В каждом из корпусов кисло­родная фурма 1 может быть заменена общим графитированным электро­дом 2 и наоборот. Размеры корпусов соответствуют размерам типового конвертера. Днище каждого корпуса выполнено из электропроводных

периклазографитовых огнеупоров и име­ет подовый пластинчатый медный электрод. Для футеровки стен корпуса использованы периклазографитовые огнеупоры. Выпускное отверстие рас­положено в периферийной части токопроводящей подины.

Рис. 10. Двухкорпусной агрегат Аrсоn

Чугун заливают через горловину корпуса или с помощью желоба через боковое окно, являющееся частью фу­теровки корпуса. Окно при работе корпуса по режиму дуговой печи слу­жит для ввода фурм для вдувания из­вести, угля и кислорода, манипулято­ра и спуска шлака. 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 вдувания кислорода на дожигание СО техноло­гических газов. Электрическое пита­ние агрегата осуществляют с исполь­зованием шестипульсного выпрями­тельного блока, обеспечивающего подвод тока силой до 80 кА. Подстан­ция с печным трансформатором и выпрямительным блоком расположе­на рядом с агрегатом. Помещение для управления работой корпусов общее, однако каждый корпус оснащен само­стоятельным комплексом контрольно-измерительных приборов.

Агрегат Аrсоn имеет производи­тельность 1,6 млн. т/год. В качестве металлошихты используют жидкий чугун (40 %), гранулированный чугун (5 %) и горячебрикетированное губча­тое железо (55 %). Масса выпускаемой плавки 170т (170т стали выпускают каждые 46 мин), продолжительность работы агрегата 7300 ч в год. Цикл ра­боты агрегата составляет 92 мин. Тех­нология основана на использовании оставленного от предыдущей плавки жидкого расплава массой 50 т, т. е. ем­кость каждого корпуса 220т жидкой стали.

После выпуска плавки (в течение 5 мин) из корпуса № 1 проводят ос­мотр и текущий ремонт шиберного затвора, выпускного отверстия и т. п На оставшуюся от предыдущей плавки жидкую массу стали и шлака загружа­ют ферроалюминий или ферросили­ций для предотвращения вскипания ванны при последующей заливке чугу­на. Затем через желоб заливают 75т чугуна, выводят желоб, закрывают бо­ковое окно, поворачивают кислород­ную фурму, опускают ее в рабочее про­странство и проводят продувку кисло­родом с интенсивностью 12 тыс. м³/ч в течение 27 мин. По ходу продувки че­рез горловину непрерывно загружают горячебрикетированное губчатое же­лезо (35 т), гранулированный чугун (10 т), известь и доломит.

По окончании продувки фурму поднимают, отворачивают в сторону и на ее место поворачивают электрод от корпуса № 2. Электрод опускают в ра­бочее пространство, зажигают дугу и ведут дуговой нагрев ванны в течение 37 мин при подводимой мощности 60 МВт. По ходу дугового нагрева не­прерывно загружают 70 т горячебрикетированного губчатого железа. Че­рез боковое окно с помощью фурм ма­нипулятора вдувают порошкообраз­ные известь, доломит и уголь для формирования вспененного шлака. Затем на 7 мин снижают подводимую мощность до 10 МВт и скачивают шлак. Перед выпуском плавки элект­род поднимают и переводят на корпус № 2, где в это время заканчивается продувка ванны кислородом.

При такой работе удельный расход электроэнергии составляет 225 кВт·ч, кислорода — 45 м³, электродов — 0,7 кг. Токовое время работы двухкорпусного агрегата достигает 95%.

Комбинация конвертера и дуговой печи в одном агрегате дает следующие преимущества по сравнению с обыч­ной дуговой печью: 1) широкий выбор металлошихты; 2) высокая производи­тельность; 3) низкий расход электро­энергии в результате использования химической энергии окисления примесей металлошихты; 4) уменьшение требуемой электрической мощности; 5) снижение удельного расхода элект­родов; 6) меньшее влияние на токоподводящие сети;

7) возможность ра­боты при маломощных электросетях; 8) снижение затрат на электрообору­дование.

Фирма Mannesmann Demag Metallurgy разработала конструкцию двухкорпусной печи переменного тока, подобную печи Аrсоn, назвав ее Conarc (Converter–

arcfurnace) (рис. 11). Эта печь характеризуется гиб­костью в выборе сырья и источников энергии. Часть кислорода (до 85 %) вдувается через многосопловую верх­нюю фурму с интенсивностью до 330 м³/мин. Расход электроэнергии составляет 187—244 кВт·ч/т.

Приведенные примеры показывают, что современные технологии производ­ства стали в ДСП существенно отлича­ются от традиционных. При этом воз­никает ряд проблем и вопросов, на ко­торые пока нет окончательных ответов.

Рис. 11. Двухкорпусный агрегат Conarc

7. Пути снижения расхода электроэнер­гии.

Удельный расход электроэнергии при плавке стали в ДСП зависит от та­ких факторов, как: 1) конструкция и емкость печи, мощность трансформа­тора; 2) наличие сырьевых материалов; 3) портфель заказов; 4) технология плавки; 5) дожигание технологических газов; 6) вдувание кислорода; 7) пред­варительный подогрев лома; 8) автома­тизация процесса; 9) использование альтернативных источников энергии и т. д. Удельный расход электроэнергии на печах постоянного или переменного тока (однокорпусных или двухкорпусных) примерно одинаков. Различие вносят только операции дожигания

Глоссарии

Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных технологических механизмов, позволяющих открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл. Регулятор мощности дуги представляет собой механизм перемещения электродов с приводом, управляемый программно-адаптивным регулятором электрического режима.

Синтиком представляет новый класс щихтовых материалов с заранее заданным комплексом свойств, высокой степенью чистоты по вредным и нежелательным элементам, известным и стабильным химическим составом. Применяется в качестве заменителя используемых при производстве стали сырьевых материалов (твердый чугун, скрап, железо прямого восстановления).

Ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным для раскисления образом и легирования стали (напр., феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде примесей (силикокальций, силикомарганец и др.), и некоторые металлы и неметаллы (Mn, Cr, Si) с минимальным содержанием примесей. Получают из руд или концентратов в электропечах или плавильных шахтах (горнах).

Флю́сы — в металлургии — неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы.

известняк, осадочные породы, сформированные на дне теплого моря из остатков живых существ, обитавших в воде. не менее 50% известняка состоит из кальцита (сасо₃). существует много разных типов: известняк каменноугольного периода, мел, оолитовый и доломитизированный известняк. все они содержат окаменелости или фрагменты окаменелостей. благодаря присутствию в них карбоната кальция, известняк растворим и водопроницаем. способствует быстрому высыханию местности. мел - чистый известняк, образует округлые взгорья и отвесные скалы.

Бокситы – руда алюминия, состоящая в основном из гидроокислов алюминия, окислов и гидроокислов железа и глинистых минералов. Главные рудообразующие минералы бокситов - гидроксиды Аl - гиббсит, бёмит и диаспор. В зависимости от химического состава бокситы подразделяются на десять промышленных марок, наиболее высокая из которых обозначается Б–В и содержит не менее 52% Аl₂О₃ (в пересчете на сухое вещество). Наиболее низкая промышленная марка Б–8 содержит Аl₂О₃ не менее 28%.

Основное назначение плавильной дуговой печи постоянного тока (ДППТ) – выплавка стали из металлического лома (скрапа). В плавильной дуговой печи постоянного тока получают высоколегированные сорта стали, для которых требуются тщательная очистка металла от вредных примесей (особенно серы), удаление неметаллических включений и обезгаживание.

Плавильные Дуговые печи постоянного тока применяются:
1. Для выплавки сталей высокого качества с возможностью проведения окислительно-восстановительных реакций.
2. Как восстановительный агрегат (руднотермическая дуговая печь) при получении ферросплавов из руд и концентратов, таких как: ферроникель; ферромолибден; феррохром; ферромарганец и т.д.
3. Для выплавки штейнов из концентратов: медный штейн; никелевый штейн.
4. Для выплавки титановых шлаков при производстве титана.
5. Для получения олова из оловянного концентрата.
6. Для получения металлического кремния.
7. Для переработки концентратов, содержащих благородные металлы.
8. Для отработки технологий (лабораторная дуговая печь).

Достоинствами плавильных дуговых печей являются:
1. Время плавки по чугуну в таких плавильных дуговых печах составляет 30-60 минут.
2. Удельный расход электроэнергии для серого чугуна 600-800 кВтч/т, (расплавление и перегрев до 1400 °С).
3. Дуговая печь позволяет проводить окислительно-восстановительные реакции.
4. Пониженное содержание газов в сплавах (исключено насыщение расплава кислородом; удаляется растворенный в металле водород).
5. В дуговой печи восстанавливаются оксиды металла.
6. Возможность плавки цветных и дорогостоящих металлов (дуговая печь постоянного тока позволяет плавить даже шлаки и катализаторы с низким содержанием металлов).
7. Легкий и малозатратный переход на выплавку сплавов различных марок.
8. Используется легковес, в т.ч. стружка и пылевидные материалы (выход годного металла в дуговой печи до 90%), крупногабаритная шихта.
9. Высокая производительность плавильной дуговой печи, низкое потребление электроэнергии, возможность использования разной шихты, низкий угар легирующих элементов.
10. Плавильные дуговые печи взрывобезопасны - каналы водоохлаждения вынесены за корпус.

Контрольне вопросы:

1. Современные приемы организации работы ДСП?

2. Топливно-дуговой сталепла­вильный агрегат?

3. Двухэлектродная дуговая печь постоянного тока?

4. ДСП постоянного тока Comelt с несколькими?

5. ДСП Consteel постоянного тока с непрерывной загрузкой металлошихты?

6. Шахтная дуговая печь с удерживающими пальцами?

7. Пути снижения расхода электроэнер­гии?

Блиц–тест

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: