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

Подождите немного. Документ загружается.

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 131

Наряду с указанными преимуществами системы без ре-

циркуляции 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 предвари-

тельного нагрева лома до 300-1000°С в печных газах наблюдается

появление токсичных летучих органических соединений - диок-

синов и фуранов. Так, например, в продуктах шредерной обра-

ботки корпусов автомобилей (после снятия сидений и шин) со-

держится до 2% углеводородов. При их нагреве в сочетании с по-

ливинилхлоридными материалами образуются токсичные соеди-

нения, которые отрицательно воздействуют на иммунную систе-

му 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/м

. В Люксембур-

ге эта норма еще жестче, что привело к отказу некоторых заводов

от агрегатов с подогревом лома. Современное оборудование ДСП

для термического разложения диоксинов и фуранов предусмат-

ривает в системе газоотвода наличие блока газокислородных го-

релок, а затем камеры быстрого охлаждения газов, в которой по-

давляется синтез диоксинов и

фуранов.

Кроме того, для очистки технологических газов от диокси-

нов и фуранов применяют дорогостоящее оборудование, обеспе-

чивающее дожигание и очистку печного газа от аэрозолей и пы-

ли, на которых адсорбируются диоксины, например, в скрубберах

типа «Airfine» [145]. Один из самых дорогих способов очистки

132 Металлургические мини-заводы

заключается во вдувании адсорбента в отходящие печные газы,

что обеспечивает снижение содержания диоксинов до уровня ме-

нее 0,1 нг/м

Несмотря на проблемы, связанные с подготовкой и загруз-

кой 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 транс-

портной 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 по-

строены компанией «Daido» по лицензии «SMS Demag» и успеш-

но работают на заводах «Yamato» (130т DC) и «Odzi» (110т DC).

Для системы MSP характерными величинами расхода топливно-

энергетических носителей при 100%-ной загрузке скрапом явля-

ются: расход электроэнергии - 290

кВт×ч/т; расход кислорода -

30м

/т; природного газа - 3 м

/т [132].

Б 2. Идея непрерывного нагрева лома в рабочем простран-

стве электропечи реализована в двух вариантах конструктивно-

го 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 отде-

ленную

от рабочего пространства центральную цилиндрическую

полость. По мере опускания лома в нижнюю часть шахты проис-

ходит его подогрев за счет тепла восходящих технологических

газов. Жидкий металл выпускают сифонным способом непре-

рывно по ходу процесса или периодически [173]. Расход электро-

энергии печи «Contiarc» планируется обеспечить на уровне 260

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 133

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 продолжени-

ем шахты и

обеспечивает компактный ввод шихты в расплав, где

лом находится в постоянном контакте с жидким металлом. Неко-

торые технико-экономические показатели плавки «ECOARC»

приведены ниже:

Масса плавки, т 70;

Мощность трансформатора, МВА 41.

Расход энергии 233 кВт×ч/т при вводе 36 м

кислорода на

тонну стали и 196 кВт×ч/т при вводе 40 м

кислорода на тонну

стали.

Необходимо отметить, что печи с шахтными подогревате-

лями сложны в эксплуатации и требуют специальной подготовки

лома.

Общие технологические недостатки концепции предвари-

тельного нагрева лома: дисбаланс термической нагрузки в объеме

рабочего пространства печи и повышенные потери тепла при

асимметричной или овальной форме ванны; повышенное окисле-

ние 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

134 Металлургические мини-заводы

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 извес-

тен

с начала 80-х годов. Разработали технику и технологию ис-

пользования тепла отходящих из дуговой печи газов в период

энергетического кризиса и, например, в Японии построили около

50 таких установок. Реализация способа позволяет снизить поте-

ри тепла с отходящими газами и, в определенной степени, спо-

собствует энергосбережению. Так, согласно оценке, удельный

расход

электроэнергии в результате применения технологии

снижается на 20-40 кВт×ч/т. Однако подогретый лом в период за-

грузки в печь выделяет дым, загрязняя атмосферу в цехе, а выде-

ление вредных веществ на выходе из системы газоочистки созда-

ет 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 антикорро-

зионной стали без существенных изменений их конструкции. На-

дежные уплотнители на входе горячих газов в загрузочную ба-

дью должны обеспечить проход газов только через слой лома и

предотвратить обходное их движение по стенам камеры

нагрева.

Для улучшения прохода дымовых газов и удаления собирающих-

ся 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. Ре-

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 135

гулирование расхода дымовых газов осуществляется автоматиче-

ски в зависимости от их температуры на выходе из камеры нагре-

ва. Установки оснащены регулирующими и отсечными клапана-

ми, 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 уда-

ляемым 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

Холодный

лом

Нагретый

лом

Вместимость печи, т 100 100

Масса плавки, т 90 90

Расход электроэнергии, кВт×ч/т

330 260

Расход кислорода, м

/т 41,6 35

Природный газ, м

/т 8 7

Вдуваемый материал: кг/т

углеродистый порошок

известь

9,8

Удельный расход электродов, кг/т 1,1(DC) 0,9(DC)

Продолжительность плавки, мин 42 39

Время работы под нагрузкой, мин 36 30

Часовая производительность, т/ч 127 138

136 Металлургические мини-заводы

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 пред-

ставляет разработку компании

«Intersteel Technology Inc.», в на-

стоящее время входящей в консорциум «Techint Group».

Преимуществами печи «Consteel» [137] являются сниже-

ние шумовыделения до 75-85 дБ, выбросов пыли на 40%, полное

дожигание монооксида углерода и значительное снижение из-

держек производства. К недостаткам этой печи следует отнести

необходимость тщательной подготовки металлошихты к загрузке

по размерам кусков и большую протяженность эстакады

загру-

зочного конвейера, техническая реализация которого требует

значительных площадей.

Дуговые печи, работающие с подогревом лома, характери-

зуются меньшим выделением пыли с технологическими газами,

что связано в основном с фильтрующим действием подогревае-

мого лома. На печах типа «Consteel» завода «Florida Steel» выде-

ление пыли уменьшилось на 30%. Более высокие результаты по-

лучены при просасывании

газов через слой лома, как это реали-

зовано 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 извест-

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 137

но применение для производства стали и трехкорпусных элек-

тродуговых печей с двумя трансформаторами на заводе «Hucie

Zawiercie» (Польша). Практика показала, что двухкорпусные аг-

регаты гармонично вписываются в технологическую линию вы-

сокой производительности типа «кислородный конвертер - сля-

бовая МНЛЗ». Так, если обычная дуговая печь производит вы-

пуск, например, через 60 мин или ей

требуется 120 мин на две

плавки, то для двухкорпусной печи после примерно 58 мин пер-

вой 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 кон-

вертеру [141].

Таблица 2.6. Показатели работы дуговой электропечи

типа «Consteel»

Показатель

Электропечь

Consteel

Вместимость печи, т 72

Мощность печного трансформатора, МВт 34

Продолжительность плавки, мин 53

Продолжительность плавки под током, мин 45

Удельный расход электроэнергии, кВт×ч/т

354

Удельный расход:

электродов, кг/т

кислорода, м

/т

природного газа, м

/т

порошкообразного углерода, кг/т

1,5

Производительность, т/сут 1400

138 Металлургические мини-заводы

Анализ продолжительности включений и отключений печ-

ного трансформатора дуговой печи показал, что примерно 72%

времени трансформатор включен, а в течение 28% времени вы-

ключен. Двухкорпусной агрегат позволяет повысить степень ис-

пользования 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 сокраще-

ние времени от выпуска до выпуска на 30 % и расхода электро-

энергии на 40-60 кВт×ч/т [121].

Впервые концепция двухкорпусной дуговой печи предло-

жена компанией «SKF» (печь имела вместимость 2×60 т и произ-

водительность 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].

Д. Электропечи комбинированной конструкции. Наряду с

рассмотренными конструктивными особенностями

электродуговых печей следует выделить еще одну

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 139

классификационную группу, существо которой сводится к

созданию комбинированных печей.

Таблица 2.7. Показатели работы двухкорпусной печи

Показатель ДСП Двухкорпусная

Вместимость печи, т 100 100

Мощность печного трансформато-

ра, МВт

60 60

Производительность, тыс.т/год 660 950

Расход электроэнергии, кВт×ч/т

420 400

В двухкорпусных печах с подогревом лома применяется три

технологических варианта реализации технологии:

• первый способ заключается в подаче технологических га-

зов из находящегося под нагрузкой корпуса в "отключен-

ный". Этот способ, несмотря на уменьшение энергопо-

требления при плавке, запрещен к использованию органа-

ми по охране окружающей среды, например, в Люксем-

бурге;

• второй способ предусматривает поочередный подогрев

лома с помощью топливно-кислородных горелок, установ-

ленных 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 отхо-

дящих газов от одной шахты в другую [136]. Влияние не-

равномерности выделения газа и его температуры в раз-

140 Металлургические мини-заводы

ж в

личные периоды плавки сглаживается, когда нагреватель

шихты связан не с одной, а с несколькими печами. Возмо-

жен также вариант, когда с подогревом лома проводят не

все плавки [184].

Технологический вариант Сопаrс

в двухкорпусном агре-

гате, разработанный компанией «SMS Demag», объединяет тех-

нику плавки стали в электродуговой печи с традиционным кон-

вертерным процессом, т.е. корпус адаптирован для работы с при-

менением жидкого чугуна. Печь оборудована одним комплектом

электродов, которые соединены с трансформатором и могут быть

развернуты к любому из двух корпусов. Кислород

вдувается че-

рез водоохлаждаемую сводовую фурму, которая также может

быть направлена к любой ванне.

Процесс можно разделить на две стадии:

• обезуглероживание идкого чугуна за счет вду ания ки-

слорода 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 ки-

слородом. После завершения процесса обезуглероживания сво-

довую фурму отворачивают в сторону и в рабочее положение

переводятся электроды. Во время дуговой фазы в ванну загружа-

ется твердая

шихта. Продолжительность плавки между выпуска-

ми, 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).