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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 1. Общие тенденции развития современных … 81

окружающей среды, смогут обеспечить рынок сбыта своей про-

дукцией [72].

Таблица 1.18. Динамика удельного веса (в %) основных спосо-

бов производства стали в промышленно развитых

странах

Год

Страна

Способ

производства

1980 1985 1990 1995 1997 2000

Конвертерный 78,4 81,5 82,2 76,0 75,0 60,3

Страны

ЕС

Электростале-

плавильный

14,9 18,5 17,8 24,0 25,0 39,7

Мартеновский 11,6 7,0 3,6 - -

Конвертерный 61,2 60,0 59,6 60,0 57,0 53,2

США

Электростале-

плавильный

27,2 33,0 36,8 40,0 43,0 46,8

Мартеновский *** *** 53,0 42,0 33,0 27,4

Конвертерный *** *** 32,0 45,0 53,5 58

Россия

Электростале-

плавильный

*** *** 11,0 11,0 13,5 14,6

Мартеновский *** 55,7 53,0 51,0 49,0 50

Конвертерный *** 42,8 40,0 43,0 44,5 46,9

Украина

Электростале-

плавильный

*** 1,5 7,0 6,0 6,5 3,1

*** - данные отсутствуют; « - » - способ не применяется.

Стоит отметить, что жесткая позиция западных стран по

отношению к процессу экологизации металлургического произ-

водства в странах СНГ обусловлена общепринятыми принципами

«честной конкуренции» на мировом рынке стали. Основные ме-

ханизмы создания национальных систем для оценки уровня вы-

82 Металлургические мини - заводы

бросов и поглощения парниковых газов, а также системы торгов-

ли единицами сокращения выбросов парниковых газов, как на

международном, так и на национальном уровнях определяет Ки-

отский протокол.

Важным преимуществом осуществления проектов в рамках

механизма чистого развития является то, что сертифицированные

сокращения выбросов, достигнутые в период с 2000 года до нача-

ла первого

периода действия обязательств, могут использоваться

для обеспечения исполнения обязательств в первый период –

2008-2012 гг. При этом в проектах могут участвовать как госу-

дарственные, так и частные организации. В настоящее время тре-

бования Киотского протокола для его вступления в силу по коли-

честву стран-участниц соблюдены – протокол ратифицирован

113 странами.

Киотский протокол

к Рамочной конвенции ООН об изме-

нении климата является международно-правовым документом,

закрепляющим количественные обязательства стран-участниц,

включая Россию, по ограничению и снижению выбросов парни-

ковых газов в атмосферу в период 2008-2012 гг.

Дальнейшее развитие в рамках Киотского протокола полу-

чили, в частности, вопросы, касающиеся следующих проблем.

1. Сокращения и устранения фискальных

и админист-

ративных методов регулирования и замены их рыночными инст-

рументами в секторах экономики, в которых существуют источ-

ники выбросов парниковых газов

2. Необходимости повышения энергоэффективности

национальных экономик.

3. Содействия разработке и обмену технологиями по-

глощения диоксида углерода и экологически безопасных техно-

Глава 1. Общие тенденции развития современных … 83

логий, а также информацией и опытом для повышения совокуп-

ной энергоэффективности и энергосбережения.

4. Использования в национальных системах единых

стандартов на основе методологии, принятой Межправительст-

венной группой экспертов по изменению климата, учрежденной

совместно Всемирной метеорологической организацией и Про-

граммой Организации Объединенных Наций по окружающей

среде в 1988 году и одобренной Конференцией сторон

Конвенции

[304].

Система стандартизации ISO 14038 предлагает использо-

вать в качестве экологических показателей следующие характе-

ристики (отнесенные на единицу выпускаемой продукции):

• количество сырья и потребленной электроэнергии;

• выбросы пыли токсичных и парниковых газов;

• образование отходов;

• процент утилизации отходов;

• количество аварийных выбросов и сбросов;

• количество километров, пройденных транспортным сред

ством на единицу продукции;

• капиталовложения в охрану окружающей среды;

• число судебных преследований по нарушению

законодательства природопользования [73, 74].

Примером экологически чистого металлургического пред-

приятия может служить мини металлургический завод «Stahl

Gerlafingen», Швейцария. Утвержденная на нем в 1997 году про-

грамма модернизации систем защиты окружающей среды стои-

мостью в 15 млн. долл. способствовала снижению

выбросов в ат-

мосферу, почву и воду, а также уменьшила уровень шума. Созда-

на система пыле-газоочистки, снабженная устройствами разру-

шения и улавливания токсичных органических соединений.

84 Металлургические мини - заводы

Электросталеплавильный комплекс в составе шахтной электро-

печи переменного тока (масса плавки 70 т) с удерживающими

пальцами, агрегата ковш-печь и двух МНЛЗ производит 630 тыс.т

сортовой стали в год, половину из которой потребляет строи-

тельный рынок, а оставшаяся идет на экспорт [40].

На современном металлургическом мини-заводе «Marien-

hutte», Австрия производящем 270 тыс.т/

год сортовых литых за-

готовок и 160 тыс.т сортового проката, установлена система газо-

отсоса и газоочистки печных газов и неорганизованных выбро-

сов, система дожигания отходящих газов и непрерывного газово-

го анализа.

Мини металлургический завод ЗАО «ММЗ «Istееl (Украи-

на)» имеет относительно современную систему пылеочистки, ко-

торая обеспечивает достаточную экологическую безопасность

плавки. Система очистки отходящих газов сухого типа с ткане-

выми рукавными фильтрами обеспечивает содержание пыли не

более 15 мг/м

, хотя Европейские нормы установлены на уровне

10 мг/м

[75, 76].

Таким образом, на сегодняшний день соблюдение экологи-

ческих норм является важнейшим фактором экономической эф-

фективности металлургического производства с точки зрения ук-

репления и расширения конкурентоспособности металлопродук-

ции заводов и возможности привлечения инвестиций.

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 85

ГЛАВА 2. ДУГОВАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ – АГРЕГАТ ДЛЯ

ВЫПЛАВКИ ПОЛУПРОДУКТА

2.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ

ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ СТАЛИ

Начало развитию электродуговой плавки положил россий-

ский ученый В.В. Петров, который в 1802 году открыл явление

электрической дуги, применив для исследований крупнейшую в

то время в мире гальваническую батарею [86]. Несколько позже -

в 1812 г. исследовал и описал электрическую дугу английский

химик и физик Гемфри

(Хамфри) Дэви (Дейви) [87]. Вплоть до

начала ХХ века применение электрической дуги для плавления

железа ограничивалось исследовательскими целями, так как

единственным источником электрической энергии были гальва-

нические батареи. Несмотря на отсутствие в то время условий

для развития промышленной электроплавки, 16 марта 1853 г.

Пишон получил первый патент на «применение электрического

тепла в металлургии

вообще и металлургии железа в частности»,

а на протяжении следующей четверти века были запатентованы

свыше 20 вариантов конструкций электрических печей для плав-

ки чугуна и стали [88].

Перспектива развития промышленной электрометаллургии

открылась несколько позже. В 1879 г. немецкий промышленник

В. Сименс предложил два типа электрических дуговых печей для

плавки стали и сплавов, которые демонстрировались

на Между-

народной электротехнической выставке. Примечательным было

то, что эти печи запитывались электрическим током от электро-

машинного генератора, разработанного Эрнстом Вернером Си-

менсом, а генератор приводила в действие паровая машина.

86 Металлургические мини-заводы

В 1891 г. в России получил патент на изобретение «Способ

и аппараты для

электрической отливки металлов» горный инже-

нер Н.Г.Славянов, который в своей книге «Электрическая отлив-

ка металлов», изданной в С.-Петербурге в 1892 г., указывал, что

«при современной стоимости электрического тока нечего и ду-

мать о том, чтобы электрическая отливка целых вещей могла

конкурировать с обычной отливкой из печей. Но, в

некоторых

исключительных случаях, электрическая отливка может оказать

большую услугу в применении к отливке целых вещей…» [89].

Важным событием ХIХ века в области освоения промыш-

ленной дуговой плавки стал выход классического труда заведую-

щего кафедрой металловедения и электрометаллургии высшей

технической школы в Аахене (Германия) В. Борхерса «Развитие

конструкций и применение электрических печей

» (1897 г.) [88].

Становление техники и технологии промышленной дуго-

вой плавки можно условно разделить на четыре основных этапа.

Первый этап (1890 – конец 30-х гг.) характеризуется раз-

работкой и применением разнообразных альтернативных направ-

лений конструктивного оформления агрегата для промышленной

электродуговой плавки стали, что в конечном итоге, привело к

созданию «классической» дуговой сталеплавильной печи. Про

цесс в значительной степени определялся бурным развитием

электроэнергетики и назревшей потребностью выплавлять в мас-

совом количестве разработанные к тому времени легированные

марки стали.

Первенство введения в эксплуатацию промышленной дуго-

вой печи и выплавки электростали принадлежит французскому

металлургу Полю Эру (Геру). 12 декабря 1900 г. П.Эру «отгрузил

первый вагон стали, выплавленной при

помощи электричества». В

скором времени (1906 г.) компания «Demag» начала производство

печей системы П.Эру в Германии. Первые промышленные дуго-

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 87

вые сталеплавильные печи системы П.Эру имели вместимость от

0,5 до 3,0 т и электрическую мощность до 450 кВт и работали на

постоянном или однофазном переменном токе напряжением до 45

В. Удельный расход электроэнергии в трехтонной печи при работе

на твердой завалке составлял около 780 кВт×ч/т [90].

С целью повышения производительности электропечей их,

как

правило, применяли в качестве агрегатов доводки стали и они

работали дуплекс-процессом с мартеновской печью, бессемеров-

ским или томасовским конвертерами.

Положение в корне изменилось после перехода печей на

переменный ток более высокого напряжения. Введенная в экс-

плуатацию в 1909 г. в США на заводе «Illinois steel» печь систе-

мы П. Эру вместимостью 15 т

выгодно отличалась от предыду-

щих. Она имела цилиндрический кожух, три круглых электрода,

и работала на трехфазном переменном токе [90].

Резкое увеличение спроса на качественную сталь для про-

изводства вооружений произошло в период первой мировой вой-

ны. Так, к началу 1916 г. общее количество печей П. Эру в мире

выросло до 145 и составило:

в США – 40, Англии – 72, Германии

– 19, Франции – 11, Австро-Венгрии – 10, России – 3 [88].

Примечательно, что до конца 20-х годов наряду с электро-

печами системы П.Эру (около 40% от общего количества печей в

мире) строились печи, которые имели иную конструкцию и рабо-

тали на одно-, двух-, трехфазном переменном электрическом то-

ке. К ним, в частности, относятся

печи системы Чапле (1904 г.),

Келлера (1905 г.), Жиро (1906 г.), Натузиуса (1908 г.) и др. [88].

К 1933 г. промышленники полностью отказались от строи-

тельства печей постоянного тока, так как наряду со сложностью

обслуживания, изготовление мощных выпрямителей создавало

технические трудности, кроме того, увеличение в два раза длины

короткой сети повышало стоимость оборудования [88].

88 Металлургические мини-заводы

Р. Тауссиг, автор книги «Электроплавильные печи», отме-

чал: «успех печей типа П.Эру основан не столько на их конструк-

тивных достоинствах, сколько на применении последовательно

включенных дуг и на защите металлической ванны слоем шлака,

благодаря чему устраняется соприкосновение угольных электро-

дов с ванной» [90].

К началу 30-х годов ХХ века дуговая электропечь

оформи-

лась конструктивно и благодаря своим широким технологиче-

ским возможностям заняла доминирующее положение в произ-

водстве легированной стали. Так, в 1931 г. 650 дуговых печей

США выплавили 1 млн.т стали, что составляло около 90% быст-

рорежущей и 14% от общего объема производства всего легиро-

ванного металла [90].

К середине 30-х годов ХХ века печестроительные компа-

нии, такие как «Demag», «Siemens» (Германия), «Lectromelt»

(США) и некоторые другие разработали и начали производство

«быстродействующих» дуговых электропечей, которые имели

механизированную загрузку шихты сверху корзинами или в про-

волочных сетках. Решение проблемы загрузки лома явилось од-

ним из важнейших событий в развитии ДСП и позволило: ради-

кально (в 5-10 раз) сократить

продолжительность завалки [91];

значительно сократить расход электроэнергии (ДСП-5 с загруз-

кой сверху начинает расходовать около 500 кВт×ч/т) [92]; сни-

зить расход электродов и огнеупоров; полнее использовать объем

рабочего пространства печи, в сравнении с мульдовой или руч-

ной завалкой.

Помимо вышеперечисленных, «быстродействующим» ду-

говым электропечам свойственны и другие общие прогрессивные

технические решения:

несколько рабочих ступеней напряжения;

повышенная удельная мощность трансформатора (300 - 400

кВА/т); высокий фундамент и поднятая над уровнем пола цеха

лава 2. Д

говая электропечь – агрегат для выплавки… 89

рабочая площадка; наличие механизма наклона печи в сторону

завалочного окна для быстрого скачивания шлака; применение

механизма поворота ванны вокруг вертикальной оси (на 60°) для

эффективного проведения периода плавления; применение гра-

фитированных электродов и наращивание звеньев с помощью

ниппелей; водяное охлаждение короткой сети (трубошины, го-

ловки электрододержателей), арки и заслонки загрузочных окон

печи; автоматическое перемещение и регулирование положения

электродов [90, 93, 94].

Вместе с тем, конструктивное исполнение некоторых ме-

ханизмов электропечи принципиально отличалось. Например,

механизм открытия рабочего пространства печи под загрузку вы-

полняли трех типов: откат свода; выкатывание ванны из под сво-

да; поворот свода. Кроме того, отличия проявлялись в конфигу-

рации поверхности качения сегментов

люльки, выполнении элек-

тродонесущей конструкции (кареточной, Г-образной, системы

«Fiat» и Натузиуса). Так как печи не были оборудованы системой

газоотсоса из рабочего пространства, требовалось тщательное

уплотнение электродных зазоров и было разработано большое

количество конструкций экономайзеров для повышения стойко-

сти электродов и надсводового оборудования [90, 93, 95].

Говоря о развитии электросталеплавильного производства

в этот

период времени, следует отметить непрерывный рост объ-

ема выплавки электростали в мире с одновременным увеличени-

ем размеров и мощности электропечей (рис.2.1) [96]. Так, боль-

шинство ДСП для производства стали в слитках в 1918 г. имели

вместимость 6 -8 т, а для фасонного литья – 3 - 6 т. Но уже в 1920

г. в США были установлены две печи вместимостью

по 40 т, в

1922 г. на заводе «Ford» в Детройте - печь вместимостью 65 т, а в

1927 г. на заводе «Tirnken Roller Bering» введена в эксплуатацию

90 Металлургические мини-заводы

3,5

4,5

5,5

6,5

7,5

1915 1925 1935 1945 1955

год

Диаметр кожуха, м

1915 1925 1935 1945 1955

год

Мощность печного трансформатора,

МВА

Рис. 2.1. Динамика роста размеров и мощности элек-

тропечей в мире (1916-1955 гг.)