Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
5. Электрический КПД печи, в основном зависит от совершенствованияпараметровкороткойсетииактивногосопротивленияванны. Благодаря относительно высоким значениям, данный параметр
вменьшейстепенивлияетнаэнерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечи.
6.Коэффициентзагрузкитрансформаторадляпечеймалойисреднеймощности имеетотносительновысокие значения.При повышении мощности ферросплавных печей до 40–81 МВ·А, коэффициент
загрузки трансформатора снижается до значений 0,70–0,80 и ниже,
что ухудшает энерготехнологический критерий работы ферросплавнойпечи.Этообусловленотем,чтоиз-завысокогосоотношениятока
электрода и напряжения, создаются условия, при которых электропечь, как мощный токоприёмник, не может в полной мере забрать
электроэнергиюизэнергосистемы.
7. Таким образом, для современных мощных ферросплавных
электропечейс более совершенными конструкциями короткой сети,
существенноевлияниена энерготехнологическийкритерий оказываеттепловойКПДпечи,коэффициентмощностиистепеньизвлечения
ведущегоэлемента всплав приработенасравнительнобедномрудномсырье.
111
По объёмам производства кремнистые ферросплавы занимают
первоеместовРоссийскойФедерации.ВосновномэтовыплавкаферросилициямарокФС20–ФС90.Значительнуюдолюобъёмов,которые
выплавляют в электропечах мощностью 10,5–40 МВ∙А, являются
сплавыФС45–ФС75. Ферросилиций ФС75 наиболеевостребованне
толькодлявнутреннегорынкапотребления,ноидляэкспортныхопераций.Для выплавкиферросилицияиспользуютшихтовыематериалыиз отечественногосырья. Углеродотермическийпроцесс выплавки вэлектропечахявляется весьма материалоёмкимиэнергоёмким.
Взависимостиот выплавляемогосплаваудельныйрасходосновных
компонентов кусковой шихты составляет: кварцита от 950–1050
до2250кг/т; углеродистоговосстановителя(коксик,полукокс,уголь
и другие) от 440–490 до 980 кг/т и более. Соответственно, удельныйрасходэлектроэнергиина выплавкуферросилиция ФС45–ФС75
находится в пределах от 4650–4900 до 8600–8900 кВт·ч/т и выше.
Структуразатратнавыплавку1тферросилицияследующая:рудное
сырьё – 5–15 %; электроэнергия – 43–55 %; углеродистый восстановитель – 20–25 % и остальное прочие затраты.Рассмотрим углеродотермическийпроцесс выплавки ферросилиция с позиции энерготехнологического критерия работы ферросплавной электропечи в
соответствиисвыражением(3.5).
Извлечениекремния всплав для выплавкиосновныхмарокферросилициядостаточновысокот96–98%до85%.Сувеличениемсодержаниякремниявсплаве,степеньизвлечениякремнияснижается,
выражение(4.1),вследствиеповышенногоулётакремнияввидеSiO
сотходящимигазами,чтопроиллюстрированонарисунке4.1.
г
112
Теоретическийрасходэнергии, на основехимическихреакций,в
расчётенаполучение1тсплава,поданнымработы[152]составляет:
для45%-ногоферросилиция–2520кВт·ч/тидля75%-ногоферросилиция–4210кВт·ч/т.Фактическиеудельныерасходыэлектроэнергии на выплавку ферросилиция углеродотермическим процессом в
низкошахтнойэлектропечипрактическив2разавыше.
ТепловойКПД ферросплавной печи, как было показано, в п. 4.2
(глава4),привыплавкеферросилициявосновномнаходитсявпределах0,40–0,50.Онявляетсянаименьшейвеличинойсредисоставляющих энерготехнологического критерия работы ферросплавной печи.
Приоптимальномрабочемнапряжениии глубокойпосадкеэлектродоввшихту,неплохаяработаванныпечихарактеризуетсятепловым
КПД в диапазоне0,45–0,48 и более. Данный параметр в значительноймере влияетна удельныйрасходэлектроэнергии. При выплавке
ферросилиция изменение энерготехнологическогокритерия печи от
тепловогоКПДприведенонарисунке4.2.
Взаимосвязь энерготехнологического критерия работы печи и
удельногорасходаэлектроэнергиипривыплавкеферросилицияФС75
представленанарисунке3.3.Показано,чтоснижениеудельногорасхода электроэнергии соответствует повышению энерготехнологического критерия работы ферросплавной электропечи по следующему
выражению:
Sh=–0,035W+0,615, (5.1)
где:W–удельныйрасходэлектроэнергиинавыплавкуферросилиция
ФС75,МВт·ч/т.
Для печей средней мощности хороший уровень работы соответствуетдиапазонузначенийэнерготехнологическогокритерия:0,300<
Sh < 0,314, при котором удельныйрасходэлектроэнергии составляетот9,0 до 8,6 МВт∙ч/тсплава.Удовлетворительным,номенее эффективнымвариантомработыпечи,соответствуетдиапазонзначений
энерготехнологическогокритерия: 0,272 < Sh < 0,293, при котором
удельный расход электроэнергии составляет от 9,8 до 9,2 МВт∙ч/т
сплава. При выплавке ферросилиция ФС75, с целью дальнейшего
снижения удельного расхода электроэнергии, менее 8,6 МВт∙ч/т и
увеличениеэнерготехнологическогокритерияработыферросплавной
печиSh>0,3140,возможносприменениемразличныхвидовкомбинированныхуглеродистыхвосстановителей.
113
Перспективнымивосстановителями,могутбытьматериалы,которые содержаткарбид кремния. Такжеразработка новых технологий
выплавкинаокомкованной илибрикетированнойшихтеипредварительныйподогревомшихты,способствуютснижениюудельногорасхода электроэнергии.Ктомужебольшоезначениеимеетподготовка
шихтыперед плавкой,квалификация персонала, оптимальный электрическийрежимисокращениевременипростоевэлектропечи.
Увеличениесодержаниякремниявсплавеприводиткснижениюизвлеченияведущегоэлементаизкварцита,золыкоксаиэлектродов,при
работепечейнакусковойшихте(рисунок4.1).Всвязисэтим,рассмотренывариантывыплавкиразличныхмароксплававпечахсувеличениеммощноститрансформаторов10,5–81МВ∙А.Изменениевеличиныэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечипри
выплавкеферросилицияФС45–ФС90приведенонарисунке5.1.
0,4
0,35
y = 0,755 x
R2 = 0,943
0,3
0,25
0,2
Энерготехнологический критерий
0,15
0,1
525456585
Мощность трансформатора, МВА
Рисунок5.1–Изменениеэнерготехнологическогокритериявыплавки
ферросилицияФС45–ФС90для20-типечеймощностью
10,5–81,0МВ∙А
114
–0,34
ФС45
ФС65
ФС75
ФС90
Какбылоотмеченовп. 2.3.иопубликовановработах [167,168],
увеличениемощноститрансформаторовпечейдля выплавки ферросилиция приводит к ухудшению электротехнических параметров. К
томуже с повышением содержания кремния снижается степень извлечения ведущего элемента в сплав. Данные факторы в конечном
итоге дополнительно приводят к увеличению удельного расхода
электроэнергиии снижаютэнерготехнологическийкритерийработы
печи.Печималойисреднеймощностидо22,5МВ∙А,благодарясравнительно высоким значениям энерготехнологических параметров
(коэффициентмощности,электрическийКПД,коэффициентзагрузки
трансформатора,тепловойКПД),лучшеприспособленыдлявыплавкивысококремнистыхферросплавов.
Отечественный опыт показал, что печи с мощностью трансформатора 8,5–16,5 МВ∙А могут эффективно выплавлять широкий сортамент ферросилиция от ФС20 до ФС90. При мощности печейдо
40 МВ∙А эффективна выплавка ферросилиция марок ФС45–ФС75.
Примощностипечидо81МВ∙АосвоениетехнологиивыплавкиферросплавовограничиваетсямаркамиФС45–ФС65.
Рассмотрим структуру составляющих комплексного параметра на
примереработытиповойпечимощностью16,5МВ∙Апривыплавкеферросилиция ФС45. Диаграмма составляющих энерготехнологического
критерияработыферросплавнойэлектропечиприведенанарисунке5.2.
Коэффициент
Коэффициент
загрузки
трансформатора
–24,65%
ИзвлечениеSi
всплав–21,92%
Рисунок5.2–Составляющиевеличиныэнерготехнологического
критерияработыферросплавнойпечимощностью16,5МВ∙А
привыплавке45%-ногоферросилиция,безпримененияУПК
(значениеэнерготехнологическогокритерия–0,3089)
ТепловойКПД
мощности
–19,96%
Электрический
КПД–20,53%
–12,94%
115
Каквариантсравнения,типовая печьмощностью 16,5МВ∙А при
выплавкеферросилицияможетработатькакскомпенсациейреактивноймощности,такибезнеё,тоестьсестественнымкоэффициентом
мощности.ПрименениеУПК(мощностью2,5–3,2МВАр)дляданной
печипозволяетувеличитькоэффициентмощностис0,868до0,935и
соответственно повысить энерготехнологический критерий работы
ферросплавнойпечис0,3089до0,3377.
Для выплавки ферросилиция было отмечено, что с увеличением
мощности печных трансформаторов, снижается коэффициент мощности печи (рисунок 4.3). Поэтому для повышения коэффициента мощности до уровня 0,92 ивыше,для печей с трансформатором
22,5МВ∙Аиболее,компенсацияреактивноймощностинеобходима.
Дальнейшее увеличение мощности трансформаторов печей до
27,6МВ∙Аснижаетестественныйкоэффициентмощностидоуровня
0,78. Поэтому, установка компенсацииреактивной мощности (12,4–
18,6МВАр)наэтихпечах,позволяетувеличитькоэффициентмощностиисоответственно энерготехнологическийкритерий работы печи
с0,2338до0,3129.Однако,этопрактическисоответствуетэффективностиработыпечи16,5 МВ∙АбезУПКпозначениюэнерготехнологическогокритерия.
Так, для печи с трансформатором мощностью 40 МВ∙А при выплавкеферросилицияФС45энерготехнологическийкритерийсоставил0,2357(безУПК)из-занизкогокоэффициентамощностии0,3336
(сУПК).ПрипереводеэтойпечинавыплавкуФС75энерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечиснизилсяисоставил
0,2100(безУПК)и0,2972(сУПК),соответственно.
Следовательно,анализ выплавкиферросилицияразличныхмарок
показал, чтоувеличение мощности печейи выплавкасплавов с болеевысокимсодержаниемкремниянетолькоувеличиваютудельный
расходэлектроэнергиииуменьшаютизвлечениеведущегоэлементав
сплав,ноиснижаютэнерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечи.Поэтомувыплавкавысококремнистыхсплавоввэлектропечахмалойисреднеймощностибылаболееэффективной.
На производство в электропечах массовых ферросплавов, в том
числе сплавов хрома, также существенное влияние оказываетэнер-
116
гетический фактор. По объёмам выплавки сплавы хрома занимают
второеместов РоссийскойФедерации.В качестверудных материалов используется импортное и отечественное сырьё. Эффективная
выплавкауглеродистого феррохроманевозможнабез технологиибережливогопроизводства,аименнобезучётаосновныхэлементовсистемыэнергоресурсосбережения.Так, структуразатратна выплавку
1т углеродистогоферрохромав электропечахследующая:хромовая
руда–около50%;электроэнергия–20–30%;углеродистыйвосстановитель–17–20%иостальноепрочиезатраты.
Расход основных компонентов шихты на выплавку на 1 т углеродистого феррохромасоставляет: хромовая руда– 1800–2100 кг/т;
углеродистый восстановитель–420–500кг/т.Удельныйрасходэлектроэнергиисоставляет3600–4100кВт∙ч/т.
Поэтому,углеродотермическийпроцессвыплавкиферрохромаотносяткэнергозатратнымиматериалоёмкимпроизводствам.Следовательно, анализ и выявление рациональных факторов работы ферросплавныхэлектропечей,какмощныхпотребителейэлектроэнергиии
материалов,являетсяактуальнойзадачей.
Рассмотримуглеродотермический шлаковыйпроцесс,на примере
выплавки углеродистого феррохрома с позиции энерготехнологическогокритерияработыферросплавнойэлектропечивсоответствиис
выражением(3.5).
Коэффициент
загрузки
трансформатора–
23,89%
Коэффициент
мощности–21,00%
ЭлектрическийКПД
ИзвлечениеCr
всплав–21,03%
ТепловойКПД
–12,43%
Рисунок5.3–Составляющиевеличиныэнерготехнологического
критерияработыферросплавнойпечимощностью
16,5МВ∙Апривыплавкеуглеродистогоферрохрома
(значениеэнерготехнологическогокритерия–0,3584)
–21,65%
117
Структурасоставляющихкомплексногопараметранапримерера-
585
боты типовой печи мощностью 16,5 МВ∙А при выплавке углеродистогоферрохромаприведенанарисунке5.3.
Исходяизопытаработыпечейразличноймощности,длявыплавки углеродистого феррохрома, был проведен анализ электрических,
теплотехническихитехнологическихпараметровдлявыявленияэффективностипроизводства,рузультатыкоторогоопубликованывработе[128,169].
Вкачествеобъектаисследования,быларассмотренаэксплуатация
трехэлектродных ферросплавных печей с круглой ванной при выплавке углеродистого феррохрома. Энерготехнологические параметры 15-ти печей были обобщены и систематизированы. Мощность
трансформаторовпечейсоставлялаот7,5до81МВ·А.Диаметрэлектродовот850до1900мм.
0,4
0,3
0,2
y = 0,42 x
Энерготехнологический критерий
0,1
525456
Мощность трансформатора, МВА
Рисунок5.4–Изменениеэнерготехнологическогокритерияработы
15-типечейдлявыплавкиуглеродистогоферрохромаприувеличении
мощноститрансформаторов(коэффициенткорреляцииR=0,624)
118
R2 = 0,389
–0,14
Сравниваявеличиныэнерготехнологическогокритерияработыпечей,
следуетотметить,чтокомплексныйпараметрснижаетсясувеличением
мощности печныхтрансформаторов.Изменениеэнерготехнологического критерия работы печи с увеличением мощности трансформаторов
приведенонарисунке5.4.Например,какотмечаетсявработе[105],опыт
эксплуатацииферросплавныхпечеймощностьюот16,5до63МВ·Апоказал,чточембольшеразмерыимощностьтрансформаторовпечи,тем
относительнонижеуровеньеёпрактическогоосвоенияихужетехникоэкономическиепоказателиработы.Приэтомповышаетсяудельныйрасходэлектроэнергиинавыплавку1баз.тсплава.
Вкакой-то степениподтверждаетсяопытферросплавщиков-практиков,чтозначительноеувеличениемощноститрансформаторовприводитк ухудшению параметров работы печей. Следовательно,печи
малойисреднеймощностиработаютэффективнее,чем электропечи
большойединичноймощности.
Изэксплуатацииферросплавныхпечейнебольшоймощностиизвестно, что коэффициент загрузки трансформатора был близок к 1,
ипринекоторыхрежимахперегрузкиК
≥1превышалэтувеличину,
ит
чтоследуетизданныхрисунка5.5.Однакосувеличениеммощности
печныхтрансформаторовзначенияданногопараметраснижаютсядо
уровня0,60–0,70.
С ростом мощности печных трансформаторовпроисходит существенное снижение естественного коэффициентамощности печи до
значений 0,55–0,60. Изменение коэффициента мощности печей для
выплавкиферрохромаприведенонарисунке5.6.Дляувеличениякоэффициентамощностипечидоуровня0,92ивышеиспользуютустановкипродольно-ёмкостнойкомпенсацииреактивноймощности,что
даётположительныерезультаты.
Вэтом случаеприменение УПК реактивной мощности улучшает
коэффициентмощностипечиисглаживаетснижениеэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи.
Темне менее,следуетотметить, чтомощность установоккомпенсацииприближаетсякмощностипечноготрансформатора,аэтоприводит
ксущественномуувеличениюкапитальныхиэксплуатационныхзатрат.
Электрический КПД ферросплавной печи учитывает потери активноймощностивкороткой сети иэлектродах.Диапазонзначений
электрическогоКПДсоставляет0,860–0,931врассматриваемойгруппепечей.Разработкаэффективныхконструкцийкороткихсетейзначительноулучшилоданныйпараметр.
119
1,2
585
585
Мощность трансформатора, МВА
1
y = 1,50 x
–0,18
R2 = 0,744
0,8
0,6
Коэффициент загрузки трансформатора
0,4
525456
Мощность трансформатора, МВА
Рисунок5.5–Изменениекоэффициентазагрузкитрансформатора
15-типечейпривыплавкеуглеродистогоферрохрома
(коэффициенткорреляцииR=0,863)
1
0,8
0,6
мощности печи
Естественный коэффициент
0,4
Рисунок5.6–Изменениеестественногокоэффициентамощности
15-типечейдлявыплавкиуглеродистогоферрохромасувеличением
мощностипечи(коэффициенткорреляцииR=0,971)
120
y = –0,005 x + 0,919
2
= 0,943
R
525456
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]