Смирнов А.Н., Сафонов В.М. и др. Металлургические мини-заводы

Подождите немного. Документ загружается.

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 101

EdelStahlwerke» в Виттене в 1979 г. [122], однако она не оправда-

ла ожиданий и, по нашим данным, больше нигде не использова-

лась.

В начале 1983 г. на заводе «Frederiksvaerk» (Дания) была

введена в эксплуатацию 100-тонная печь с эксцентрично распо-

ложенной (эркерной) системой выпуска плавки [123]. Требования

завода к конструкции эркерного устройства учитывали предыду-

щий опыт

и заключались в следующем:

• необходимо выпускать сталь с надежным предотвращени-

ем попадания в ковш печного шлака;

• все работы по обслуживанию сталевыпускного отверстия

должны выполняться с наружной стороны печи;

• должен быть обеспечен режим работы с оставлением части

жидкой стали в ванне печи;

• необходимо уменьшить расход огнеупоров.

целом конструкция оказалась удачной, что и обеспечило

ей быстрое повсеместное распространение. Эркерный выпуск

стал неотъемлемой частью конструкции современной дуговой

сталеплавильной печи.

Преодоление ограничения вводимой в рабочее пространст-

во электропечи энергии внесло изменения и в электрическую

схему ДСП, а именно [121]:

• получили распространение компенсирующие устройства с

тиристорным управлением, когда параллельно с печью

конденсаторной батареей в каждую фазу вводят регули-

руемое индуктивное сопротивление (реактор), которое ав-

томатически включается в цепь управления и регулирует

силу тока в реакторе в зависимости от нагрузки печи;

• по мере увеличения мощности печных трансформаторов

(удельная мощность некоторых электропечей достигла 1

МВА/т) возрастает вторичное напряжение высшей ступе-

102 Металлургические мини-заводы

ни, значение которого для 100 - 200 т ДСП составляет 750 -

830 В.

В середине 80-х годов ХХ века становится общепринятым

использование следующих технических и технологических прие-

мов ведения плавки [121]:

• применение установок для предварительного подогрева

стального лома перед завалкой;

• начало плавления лома с остатком порции металла преды-

дущей плавки - «болота»;

• применение топливокислородных

горелок не столько как

альтернативного источника энергии, сколько для ускорен-

ного плавления лома в «холодных» зонах рабочего про-

странства печи;

• стремление работать с короткими дугами при максималь-

ном их заглублении под уровень шлака;

• широкое применение технического кислорода (удельный

расход достиг 30 м

/т);

• эркерный выпуск стали;

• применение высококачественных периклазоуглеродистых

огнеупоров для кладки нижней части стен печи.

Опыт эксплуатации дуговых печей в этот период показал,

что сверхмощная дуговая сталеплавильная печь не требует

больших расходов по переделу, и наряду с конвертером, может

стать одним из основных сталеплавильных агрегатов по

производству полупродукта для

ковшевой доводки.

Действительно, с 1960 по 1984 гг. доля мирового производства

стали, выплавляемой в электропечах, выросла более, чем в 4,5

раза и составляла 163 млн.т. При этом количество мини-заводов

во всем мире достигло 330 с общим объемом производства 61

млн.т стали в год. Производительность дуговой сталеплавильной

печи практически удвоилась и достигла 91-93 т/ч, при

этом

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 103

количество выпускаемых в год плавок увеличилось с 2500 до

5000 [123].

Четвертый этап начинается в середине 80-х годов ХХ

века и совпадает с разгаром энергетического кризиса. Развитие

черной металлургии сопровождается снижением темпов роста,

некоторым сокращением объемов производства в основных про-

мышленно развитых странах, заметными колебаниями потребно-

сти мирового рынка и ужесточением требований к

качеству ме-

таллопродукции в условиях снижения ее себестоимости

[124,125].

Несмотря на то, что в создавшихся условиях в

распоряжении конструкторов и технологов продолжает

оставаться довольно ограниченный набор технологических и

конструктивных вариантов плавления стального лома с помощью

электрической дуги, можно выделить следующие новые

направления развития электропечестроения:

• совершенствование техники и технологии переплава лома

в дуговой сталеплавильной печи (высокоимпедансные

печи с вторичным фазным напряжением 1000 В и более,

новые способы и режимы вдувания в ванну и рабочее

пространство печи кислорода, карбонизатора,

перемешивания ванны инертным газом и пр.) [126 - 128];

• развитие и распространение мощных дуговых печей

постоянного тока, разработка конструкции некоторых

узлов которых продолжается до сих пор (количество

электродов-катодов, количество и тип подовых

электродов, система стабилизации дуги, электрическое

оборудование и пр.) [129 - 132];

• увеличение объема рабочего пространства агрегата

(независимо от того переменный или постоянный

электрический ток применяют для выплавки стали) за счет

104 Металлургические мини-заводы

дополнительной камеры для подогрева стального лома

теплом отходящих газов [67, 133];

• различные способы подогрева лома печными газами в

бадьях и в ходе непрерывной загрузки [134 - 139];

• применение двухкорпусных агрегатов на переменном или

постоянном электрическом токе [20, 139 - 141];

• применение различных видов шихтовых материалов, в том

числе жидкого чугуна, и разработка сталеплавильных

агрегатов переменного или постоянного

тока для их

эффективной плавки [67, 135, 142];

• поиск путей достижения приемлемых экологических

показателей процесса [136, 143 - 145].

В период с 1990 по 1999 годы средняя масса электроплав-

ки увеличилась с 86 т до 110 т, а ее продолжительность от выпус-

ка до выпуска сократилась со 105 до 70 минут [14]. При этом на

ведущих металлургических предприятиях мира эти показатели

имеют, как

правило, более высокий уровень, который непрерыв-

но повышается [146 - 148].

Немалую роль в этом процессе играет существенное по-

вышение надежности и готовности к работе механизмов и

элементов конструкции печи, что наряду со стандартизацией тех-

ники, технологии выплавки и требований к жидкому металлу в

ковше позволило стабилизировать технико-экономические

показатели плавки в довольно узких

пределах [14, 149]. Это

обстоятельство приобретает особое значение, так как опреде-

ляющей тенденцией в области совершенствования технологии

плавки и конструкции электродуговой печи, является стремление

к построению режима работы мини-завода по “конвейерной” схе-

ме. Согласно такой схеме, жидкая сталь передается от одного

технологического агрегата к другому, а роль ДСП заключается в

том,

чтобы в полной мере обеспечить максимальную эффектив-

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 105

ность плавления стального лома и ритмичную подачу расплав-

ленного полупродукта заданной кондиции.

Работу любой современной ДСП обеспечивает система ав-

томатизации энерготехнологического режима плавки. В послед-

ние годы из-за существенного сокращения продолжительности

плавки и дефицита времени на принятие оперативных технологи-

ческих решений требования к качеству автоматизации значительно

повысились. Действительно, если в

80-е годы ошибка оператора аг-

регата была причиной аварий лишь в 20% случаев, то в 90-х ее доля

возросла до 80% [150].

В настоящее время дуговая электропечь представляет со-

бой сталеплавильный агрегат, который сочетает широкий набор

технических и технологических средств ведения плавки, что

обеспечивает возможность достаточно быстро и легко адаптиро-

вать её в

самых разных географических районах с отличающими-

ся экономическими и национальными условиями.

К важнейшим в развитии техники и технологии

дуговой электроплавки стали следует отнести следующие

события [62, 88, 90, 120, 151 - 153, 298 - 300]:

• 1900 г. – ввод в эксплуатацию первой дуговой сталеплавиль-

ной печи конструкции Поля Эру;

• 1905 г. – разработка российским ученым В.С. Миткевичем

теории электрической дуги

;

• 1906 г. – ввод в эксплуатацию первой в США дуговой стале-

плавильной печи системы П. Эру на заводе «Halcomb Steel

Co» в г. Сиракузы штата Нью-Йорк (это была четырехтонная

однофазная электропечь прямоугольной формы);

• 1909 г. – создание на заводе «South Work of Illinois Steel Co» в

г. Чикаго самой крупной в мире в то время печи (трехфазная

дуговая сталеплавильная печь системы П. Эру вместимостью

15 т);

106 Металлургические мини-заводы

п с х

• 1910 г. – ввод в эксплуатацию первой в России дуговой стале-

плавильной печи системы П. Эру вместимостью 3,5 т на Обу-

ховском заводе в Петербурге;

• 1911 г. – началась эксплуатация первой американской дуговой

сталеплавильной ечи Снайдера (однофазная печь водоо -

лаждаемым подовым электродом);

• 1916 г. ассистентом Горного института в г. Екатеринославле

(Днепропетровске

) С.И. Тельным запатентована «дуговая

печь с вращающейся дугой»;

• 1916 г. – введена в эксплуатацию печь системы «Fiat» в Тури-

не (Италия), относящаяся к группе электропечей с проводя-

щим подом (впервые были применены мощные трансформа-

торы, обеспечившие высокую производительность и резкое

сокращение продолжительности плавки);

• 1916 г. Мур построил печь, которая

была названа «быстродей-

ствующей» электроплавильной печью (в дальнейшем печи

этой системы строились компанией «Lektromelt» в г. Питсбур-

ге (США) и получили широкое распространение);

• 1917 г. – пуск первого электросталеплавильного завода «Элек-

тросталь» в г. Богородске (г. Электросталь, Россия) на заводе

работали четыре английских печи системы

П. Эру вместимо-

стью по 1,5 т;

• 1922-1925 гг. – разработка и организация производства дуго-

вых сталеплавильных электропечей с механизированной за-

грузкой сверху (печи с поворотным сводом, отъезжающим

корпусом и отъезжающим сводом);

• 1925 г. – создание первой в СССР дуговой сталеплавильной

печи конструкции Л.И. Аронова и А.П. Ионова мощностью

200 кВт, вместимостью 250

кг, изготовленной на заводе

«Электросила» в г. Харькове;

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 107

• 1927 г. – на заводе «Tirnken Roller Bering» была введена в экс-

плуатацию уникальная печь вместимостью 100 т с эллиптиче-

ской формой ванны и шестью электродами, которая работала

недостаточно успешно и в 60-х годах была демонтирована и

заменена стандартной трехэлектродной печью;

• 1936 г. – на заводе «Запорожсталь» выдали первые плавки

стали самые крупные в СССР

две 30-ти тонные ДСП (позднее

цех вошел в состав электрометаллургического завода «Днеп-

роспецсталь»);

• 1940 г. – Днепровский электродный завод (г. Запорожье) вы-

пустил первую партию заготовок для производства графити-

рованных электродов;

• 1947 г. – промышленное применение компанией «АSЕА»

(Швеция) первых устройств для электромагнитного переме-

шивания жидкой стали в дуговых сталеплавильных

печах на

заводе «Udeholm» в г. Хагефорс (ДСП-15) и на заводе

«Surahammar Bruks» (ДСП-10);

• 1959 г. – на 1,5-тонной электропечи Красногорского завода

цементного машиностроения был установлен водоохлаждае-

мый свод конструкции Московского вечернего металлургиче-

ского института;

• 1959 – 1963 гг. – проведение на заводе «Northwestern Steel &

Iron» (США) производственных испытаний высокомощных

135-т электропечей. При увеличении мощности

печного

трансформатора с 25 до 48 МВА суточная производитель-

ность каждой печи возросла с 770 до 1000 т;

• 1958 г. – начало широкого промышленного применения тех-

нического кислорода для обезуглероживания расплава в ДСП;

• 1961 г. – организация в СССР Всесоюзного научно-

исследовательского проектно-конструкторского и технологи-

108 Металлургические мини-заводы

ческого института электротермического оборудования

(ВНИИЭТО) - крупнейшего в мире института такого профиля;

• 1963–1964 гг. – продолжение производственных испытаний

сверхмощных 135-т электропечей на заводе «Northwestern

Steel & Iron» (США). После второй реконструкции мощность

печных трансформаторов увеличена с 48 до 74-82 МВА, су-

точная производительность каждой печи возросла с 1000 до

1300 т;

• 1964 г. – В. Швабе и К.

Робинсон на съезде электрометаллур-

гов США впервые сформулировали концепцию сверхмощной

дуговой сталеплавильной печи;

• 1964-1965 гг. – началась разработка новых технологических

вариантов плавки стали в ДСП в связи с созданием компания-

ми АSЕА и SKF (Швеция) первых установок для комплексной

обработки стали типа «ковш-печь»;

• 1971 г. – на заводе «Northwestern Steel & Iron» (США) введена

в эксплуатацию первая 360-т ДСП с внутренним диаметром

кожуха 9,75 м, вторая печь этого цеха с диаметром кожуха

11,6 м была рассчитана как 720-тонная, но ее садку уменьши-

ли в два раза. Для плавки впервые применили высококачест-

венные графитированные электроды, созданные компанией

«Union Carbide» (плотность тока до 35 А/см

);

• 1974 г. – разработка и промышленное опробование первых

водоохлаждаемых элементов стен ДСП;

• 1975 г. – начало применения технического кислорода для со-

кращения продолжительности плавления в ДСП;

• 1975-1976 гг. – применение первых устройств подогрева ме-

таллического лома в бадьях вне печи за счет дополнительного

топлива («Электросталь», Россия) и комбинированно с при-

менением тепла

отходящих газов («Villadossola», Италия);

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 109

• 1977-1978 гг. – разработка и применение первых промышлен-

ных систем компьютерного управления технологическим про-

цессом плавки стали в ДСП в режиме «on-line», а также

автоматизированных систем управления электросталепла-

вильным цехом;

• 1978 г. – начало применения техники и технологии вспенива-

ния шлака во время плавки в ДСП;

• 1979 г. – ввод в эксплуатацию

электросталеплавильного цеха

Донецкого металлургического завода с двумя дуговыми печа-

ми ДСП-100 Н3А;

• 1979 г. – промышленное применение водоохлаждаемых пане-

лей свода ДСП и топливно-кислородных горелок;

• 1979 г. – на 50-тонной электропечи завода компании «Thyssen

EdelStahlwerke» в г. Виттене прошла промышленное опробо-

вание схема центрального выпуска плавки;

• 1979-1980 гг. – начало широкого

внедрения установок «ковш-

печь» в технологический процесс электросталеплавильных

цехов, работающих по схеме мини металлургического завода;

• 1981 г. – промышленное применение установок подогрева ло-

ма за счет энергии отходящих газов (компания «NIKKO», Япо-

ния);

• 1983 г. – на мини-заводе «Det Danske» в г. Фредериксверк

(Дания) ыла введена в эксплуатацию 100-тонная печь с

экс-

центричной (эркерной) системой выпуска плавки;

• 1983 г. – начало промышленного опробования шахтных элек-

тропечей;

• 1984 - 1986 гг. – ввод в эксплуатацию ЭСПЦ №2 Оскольского

металлургического комбината, оснащенного: четырьмя 150-т

электропечами, участком внепечной обработки и четырьмя

блюмовыми МНЛЗ;

110 Металлургические мини-заводы

• 1985 г. – начало промышленной эксплуатации одноэлектрод-

ной дуговой печи постоянного тока ДППТ-30 конструкции

компаний «BBC» и «GHH» (США), а также трехэлектродной

ДППТ-75 конструкции «CLECIM» и «Jeumont-Schneider»

(Франция);

• 1985 г. – совершенствование техники и технологии плавки пу-

тем применения манипуляторов, токопроводящих электродо-

держателей и перемешивания расплава в печи продувкой

инертным газом

через подину;

• 1987 г. – пуск мини-завода «Завод утяжеленных бурильных и

ведущих труб», г. Сумы;

• 1987 г. – организация Белорусского мини металлургического

завода, г. Жлобин;

• 1990 г. – внедрение технологии непрерывного подогрева лома,

при плавке в электропечи;

• 1996 г. – ввод в эксплуатацию шахтных печей с разделенным

рабочим пространством различной конструкции;

• 2002 г. – ввод в эксплуатацию современной высокопроизводи-

тельной ДСП на ЗАО «ММЗ «Istil (Украина)», г. Донецк;

• 2003 г. – Новокраматорским машиностроительным заводом

разработана базовая концепция современной 120-тонной

ДСП.

2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ДУГОВЫХ

ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

Практика работы металлургических мини-заводов выносит

на передний план совершенствование тех элементов техники и

технологии электроплавки, которые

в наибольшей степени опре-

деляют эффективность работы технологического модуля в целом.