Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
Для более совершенных печей, а также для печей после рекон-
0,4
0,55
Тепловой КПД
Энерготехнологический критерий
струкции(мощностью23–81МВ·А)электрическийКПДсоставляет
0,894–0,931.
Работапечинаповышенномнапряженииулучшаетэлектрический
КПДикоэффициентмощности,ноприэтомможетбытьснижентепловойКПДпечи.
ТепловойКПД низкошахтной ферросплавнойэлектропечи,с учётом тепла отходящих газов, достаточно низок, несмотря на непрерывныйпроцессвыплавки.Приэтомдлязакрытыхпечеймощностью
10–30МВ·АтепловойКПДравен0,42–0,47,адляпечеймощностью
60–75МВ·Асоставляет0,44–0,48[156].Дляшлаковогопроцессавыплавкиферросплавовтепловой КПДдостигаетуровня0,52–0,54для
круглыхпечей,поданным работы[157].Дальнейшее улучшениетепловогобаланса при выплавкеуглеродистого феррохромавозможно
благодаря предварительномуподогревушихтыдо температуры800–
1000ºC.
0,35
0,3
Рисунок5.7–Изменениеэнерготехнологическогокритерияработы
печейитепловогоКПДпривыплавкеуглеродистогоферрохрома
0,25
0,2
0,15
0,1
0,35 0,4 0,45 0,5
(коэффициенткорреляцииR=0,635)
y = 0,720 x – 0,047
2
R
= 0,403
121
Изменение энерготехнологического критерия работы печи при
выплавкеферрохрома от тепловогоКПД приведенона рисунке5.7.
Из составляющих величин энерготехнологического критерия работыферросплавнойпечи,тепловойКПДимеетсамуювесомуюдолю.
Данныйпараметрсущественновлияеткакна удельныйрасходэлектроэнергии,такинаэнерготехнологическийкритерийработыпечив
целом.
Основной задачей технологии выплавки ферросплавов является
повышениеизвлеченияведущегоэлементавсплавприоптимальном
удельном расходе электроэнергии. Извлечение ведущего элемента
при выплавкеферрохромаврассматриваемых вариантах составляет
от0,880до 0,915,ивзначительноймерезависит откачестварудногосырьяиегоподготовки.Основнымфакторомхорошегоизвлечения
является содержание оксидахрома(Cr
) в руде,в соответствии с
2O3
выражением(4.4),поданнымработы[105].
Присодержании врудеоколо50 %Сr
получается достаточно
2O3
стабильноеивысокоеизвлечениехромадо0,90–0,92.Приснижении
содержанияСr
в руднойчасти шихты и нарушениях технологии
2O3
выплавки,извлечениехромавсплав–ниже.
Втакомслучае,при снижениисодержания(Сr
2O3)руд
вруднойчасти шихты(хромовая руда, концентрат, окатыши, брикеты)соответственноуменьшаетсяизвлечениехромавсплавикакследствиениже
значениеэнерготехнологическогокритерияработыпечипривыплавке углеродистого феррохрома. Также дополнительно на извлечение
хромавлияетсодержаниежелеза икремнезёма вруде,коэффициент
избытка углерода в шихте, доля оборотных отходов и содержание
кремнезёмавшлаке.
В качестве основного фактора рассматривалась взаимосвязь
энерготехнологическогокритерия работы печи и удельного расхода
электроэнергиипри выплавкеферрохрома.Изменение комплексного
параметра печи и удельного расхода электроэнергии при выплавке
углеродистогоферрохромаприведенонарисунке5.8.
Каквидноизрисунка5.8, величинаэнерготехнологического критерияработыферросплавнойпечивозрастаетприсниженииудельногорасходаэлектроэнергиипривыплавкеуглеродистогоферрохромаи
наобороткомплекснаявеличинаснижаетсяприувеличенииудельногорасходаэлектроэнергиина1тсплава.
122
Дляпечейсреднеймощности хорошийуровеньработысоответствует диапазонузначений энерготехнологического критерия: 0,304 < Sh <
<0,326,прикоторомудельныйрасходэлектроэнергиисоставляетот3,6
до3,3МВт∙ч/тсплава.
Удовлетворительным, но менее эффективным вариантом работы
печи,соответствуетдиапазонзначенийэнерготехнологическогокритерия:0,267<Sh<0,289,прикоторомудельныйрасходэлектроэнергиисоставляетот4,1до3,8МВт∙ч/тсплава.
0,4
0,3
0,2
y = –0,074 x + 0,57
2
= 0,515
Энерготехнологический критерий
0,1
3 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5
Удельный расход электроэнергии, МВт ч/т
R
Рисунок5.8–Изменениеэнерготехнологическогокритерияработы
ферросплавнойпечиотудельногорасходаэлектроэнергиипри
выплавкеуглеродистогоферрохроманапечах7,5–81МВ·А
(коэффициенткорреляцииR=0,718)
К основным факторам увеличения удельного расхода электроэнергии относится: нарушение технологии ведения процесса и обслуживанияпечи;неоченьоптимальныйэлектрическийрежимиположениерабочегоконцаэлектродав ваннепечи, атакжеизменение
состава шихтовых материалов, в том числе снижение содержания
поведущемуэлементувруднойчасти.
Следует отметить, что взаимосвязь энерготехнологическогокритерия работы электропечи и удельногорасхода электроэнергии при
123
выплавкеферрохрома,аналогична какпри выплавке ферросилиция,
когда увеличение энерготехнологического критерия соответствует
снижениюудельногорасходаэлектроэнергии.
С этих позиций такаякомплексная величина, как энерготехнологический критерий, может рассматриваться как основной элемент
энергетическогои технологического аудита ферросплавногопечного
агрегата,атакжедлявыявленияэффективныхрежимовработыпечи,
применениеразличныхвидовшихтовыхматериалов(рудногосырья,
углеродистыхвосстановителей)ипримененияинновационныхтехнологийвыплавки.
Таким образом, с позиции энерготехнологического критерия работы ферросплавной печи, проведён анализ работы электропечей,
выплавляющих углеродистый феррохром. Показано, что численные
значения энерготехнологического критерия характеризуют уровень
эффективностиработыпечи, при этомих увеличение соответствует
снижениюудельного расхода электроэнергиинавыплавкууглеродистогоферрохрома.
ПроизводствоуглеродистогоферромарганцавРоссийскойФедерацииосуществляетсянаимпортноммарганецсодержащемсырьевдоменныхпечахнаСаткинскомчугуноплавильномзаводе(объёмпечей:
224и350м
чей:462;740и1066м
Производительностьоднойдоменнойпечиобъёмом1000м
плавкеферромарганцаэквивалентнапроизводительноститрёхэлектропечейсмощностьютрансформатора27МВ·Акаждая(3х27МВ·А),в
соответствиисданнымиработы[170].Следуетотметить,чтосучётом
некондиционности отечественных марганцевых руд по содержанию
кремнезёма, фосфора и особенно по ведущему элементу, выплавка
углеродистогоферромарганцавэлектропечахмалоосвоенаипроизводитсявограниченныхобъёмах.
Всвязи с этим,рассмотрим технологиювыплавкиуглеродистого
ферромарганцанапримереработызарубежныхэлектропечейподаннымработ[15,105,170–172].
Выплавкууглеродистогоферромарганцавэлектропечахтакжеотносят к весьма энергозатратным и материалоёмким производствам.
3
)инаКосогорском металлургическомзаводе(объёмпе-
3
).
3
привы-
124
Расход шихты на 1 т ферромарганца в электропечах составляет:
марганецсодержащеесырьё – 2100–2950 кг/т; углеродистый восстановитель– 470–600кг/т; известняк (дляфлюсовогоспособа) –400–
700кг/т.
Удельный расход электроэнергиина1тферромарганцасоставляет3900–4300кВт∙ч/тдляфлюсовогоспособаи3400–3850кВт∙ч/тдля
бесфлюсового способа выплавки. Поэтому, рациональные режимы
работыферромарганцевых электропечей,как мощных потребителей
электроэнергииишихтовыхматериалов,весьмаактуальны.
Рассмотримуглеродотермическийпроцессвыплавкиуглеродистогоферромарганцаспозицииэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойэлектропечивсоответствиисвыражением(3.5).
Структурасоставляющихкомплексногопараметранапримереработы типовой печи мощностью 22,5 МВ∙А при выплавке углеродистогоферромарганцаприведенанарисунке5.9.
Коэффициент
загрузки
трансформатора
–24,54%
ИзвлечениеMn
всплав–16,02%
ТепловойКПД
–13,88%
Рисунок5.9–Составляющиевеличиныэнерготехнологического
критерияработыферросплавнойпечимощностью22,5МВ∙А
привыплавкеуглеродистогоферромарганцабесфлюсовымспособом
(значениеэнерготехнологическогокритерия–0,2081)
Коэффициент
мощности
–21,63%
Электрический
КПД–23,95%
Сравнивая значения энерготехнологического критерия работы
печей мощностью 22,5 МВ·А при выплавке углеродистого ферромарганца (0,2081), с аналогичными величинами при выплавке ферросилиция ФС75 (0,2797) и феррохрома (0,2519–0,2596), следует
отметить,чтопроцессвыплавки ферромарганцахарактеризуетсясамыминизкимизначениями.
125
Основная причина этого состоит в невысоком извлечении веду-
щегоэлементавсплав(η
=0,60–0,65)инизкимактивнымсопро-
Мn
тивлениемванны печи длявыплавкиферромарганца 1,37–1,57 мОм
[105],дажедлябесфлюсовогоспособа.
Именнонизкоеактивноесопротивлениеваннынепозволяетработатьна болеевысокомрабочемнапряжении,чтохарактеризуетпроцессвыплавкиферромарганцаследующимизначениями:рабочеенапряжение– 150–164 В; ток электрода– 61,1–64,9 кА; коэффициент
мощности–0,780–0,840;электрическийКПД–0,896.Среднееотношение токаэлектрода к напряжению составляет около400 и выше,
чтодовольномногодляпечи22,5МВ·А.
Рассматриваяпараметры работызарубежныхпечей(Япония) для
выплавки ферромарганца наблюдается аналогичная ситуация [15].
Так, для печей с трансформаторами 36,4–40 МВ·А, активная мощностьвваннепечинепревышает62,5–65,0%отустановленноймощноститрансформатора.
НаиболеемногофакторноеобследованиепечейНикопольскогозавода ферросплавов (Республика Украина) для выплавки ферромарганцаприведено вработах [171, 172].На основании этихданных,с
позиции энерготехнологического критерия, была проанализирована
работапечиРПЗ–48 (мощность трансформаторов63МВ·А) длявыплавки углеродистого ферромарганца. Дополнительно использовались данные работы [122] и справочные cведения работы [98]. Результатыпроведённого анализа с помощью энерготехнологического
критерияопубликованывработе[173].Параметрывыплавкиферромарганцаприведенывтаблице5.1.
Рассматриваятриэнерготехнологическихрежимаработыпечипри
выплавкеуглеродистогоферромарганца,следуетотметить,различную
активнуюмощностьпечиисоответственноразнуюсуточнуюпроизводительность.Несмотря,наустановленнуюмощностьтрансформаторов
63МВ·А (3х 21МВА), используемаяактивнаямощностьсоставляла
от30до55,3МВтивыплавкапроводиласьнаразличныхотношениях
токаэлектродакрабочемунапряжению(I/U)от814до535.
Приработепечив режимеIнаблюдается максимальноезначение
I/U и минимальное активное сопротивление ванны, из-за глубокой
посадкиэлектродоввшихтуи работынанизкомнапряжении.Соответственно имелиместо невысокиезначениякоэффициентамощностииэлектрическогоКПД.
126
Таблица 5.1.
Режимработы
п/п Параметры
1 Производительностьпечи,баз.т/сут. 148,0 253,5 357,0
2 Активнаямощностьпечи,МВт 30,0 47,2 55,3
3 Простоипечи,% – 2,3 17,0
4 СодержаниеMnвсырье,% 42,8 48,5 52,8
5 Доляотходоввшихте(переплав),% – 8,2 18,2
6 ОтношениеС
7 Кратностьшлака,т/т 0,71 1,34 3,60
8 Основностьшлака(CaO+MgO)/SiO
9 СодержаниеМnвшлаке,% 20,7 12,2 6,3
10 ИзвлечениеМnвсплав 0,538 0,745 0,780
11 СодержаниеMnвсплаве,% 76,0 78,5 81,0
12 СодержаниеSiвсплаве,% 0,10 0,79 3,50
13 СодержаниеPвсплаве,% 0,39 0,44 0,55
14 Расходэлектроэнергиина1тшихты,кВт·ч/т 1102 1502 1742
15 ПотериMnвшлаке,кг/т 51 167 325
16 Коэффициентраспределениямарганца 3,03 4,99 9,35
17 Отношениетокакнапряжению 814 733 535
18 Коэффициентмощностипечи 0,600 0,863 0,935
19 ЭлектрическийКПД 0,825 0,842 0,880
20 ТепловойКПД 0,552 0,524 0,464
21 Расходэлектроэнергии,кВт·ч/тсплава 3735 4418 5486
22
/Mnвшихте 0,302 0,358 0,438
тв
2
I
(min)II(среднее)
0,89 1,23 1,55
0,1120
(max)
III
Присодержаниимарганцавшихте(42,8% Mn),прималойвели-
чинеотношенияС
/Mnвшихте,из-заневысокойосновностишлака,
тв
имеетместонизкаястепень извлеченияведущего элементавсплав.
Видимо, невысокое рабочее напряжение – около 137 В и менее,
с учётомсправочным данных [98], приводитк работе печи в режимесопротивленияилисоченьмалойдолейдугивреакционнойзоне
127
и недостаточной температуре процесса восстановления не только
кремния,ноимарганца.Наэтоуказываетнизкоеизвлечениемарганцаисоответственнокремнияв сплав.Поэтомупри отсутствиидуги
врабочемпространстве,содержаниевсплавенепревышает0,1%Si,
чтоуказываетнанизкуютемпературувпечидляеговосстановления.
ВрежимеIIпринапряжении около 147–152В, сучётомданных работы[98], содержаниекремния в сплаве возрастаетдо 0,7 %, апри
напряженииоколо188–198В–до3,5%Si(режимIII),чтоуказывает
на увеличение доли дуги и повышение температурыв печном пространстве.
Темне менее, в режиме I имеет место самый высокий тепловой
КПД печи и очень низкий удельныйрасходэлектроэнергии, но как
следствиеработынанизкомнапряженииималойактивноймощности
наблюдаетсявесьманевысокаяпроизводительностьпечногоагрегата,
вотличиеотдругихрежимов.Соответственно,режимIимеетсамую
низкую величину энерготехнологического критерия работы ферросплавнойпечи–0,1120.
Лучшиеэлектрическиепоказателиработы печиврежиме III:высокаяактивнаямощность;коэффициентмощности(сУПК);электрическийКПД;низкоеотношениетокаэлектродакрабочемунапряжению. Активная мощность печи достигает уровня 55,3 МВт, против
30МВтприработеврежимеI.Привысокойосновностишлака–1,55
наблюдается значительноеувеличение извлечениемарганцав сплав
до78%имаксимальнаяпроизводительностьпечногоагрегатадостигаетуровня357т/сут,против253,5т/сут(режимII)и148т/сутферромарганца(режимI).
ПриработеврежимеIIIэнерготехнологическийкритерийработы
ферросплавнойпечиимеетзначение– 0,2269,в режимеIIэта величинасоставляетблизкоезначение–0,2162(разницавпределах5%).
Однако,работаврежимеIIIнаповышенномнапряженииувеличивает
долюдугивпечномпространстве.Соответственнорастёттемпературавпечиисоздаютсялучшиеусловиядлявосстановлениянетолько
марганца, но и кремния. Так, коэффициент распределения марганцавозрастает до9,35 (сучётомпереплаваотходов),противобычногозначения4–5.Содержаниекремния вферромарганцеповышается
до3,5 %Si,несмотряна высокуюосновностьшлака–1,55,таккак
повышение основности увеличивает температуру плавления шлака.
Такжеулучшаютсяусловиядлявосстановленияфосфора иувеличи-
128
ваетсяегосодержаниевсплаведо0,55%Р,чтовесьманежелательно.
Рассмотренное повышение примесей потребует перевода полученного ферромарганца в другие марки сплава, которые менее востребованыупотребителей.Поэтомуработапечиврежиме IIIвызывает
сложности.Увеличиваетсядоляпростоевпечидо17%,против2,3%.
Потеримарганцавшлакевозростаютдо325кг/т,посравнениюсрежимомII–167кг/тирежимомI–51кг/т.
Необходимо отметить очень высокую долю переплавляемых отходов – 18,2 %в режиме III,что по сутиискусственно увеличивает
производительностьпечидо357т/сут(режимIII).Еслиучестьдолю
простоевиколичествопереплавляемыхотходов,тофактическаяпроизводительностьпечногоагрегатаврежимеIIIиII–практическисопоставима.Новрежиме IIIсамыйнизкийтепловойКПДпечиикак
следствиеочень высокийудельныйрасходэлектроэнергии на1баз.
тсплава.Расходэлектроэнергиивышена24,2%илина1168кВт·ч/т
относительнорежима II,чтос точкизренияэнергосбережения– недопустимо.Этопроисходит вследствиеработыпечиназавышенном
напряжении,высокойпосадкеэлектродовпри ихмаломотносительном распаде, что приводит к неблагоприятномутокораспределению
вваннепечиибольшойкратностишлака.Такойрежимработыпечи
нельзясчитатьрациональным.
Следовательно,с позиции энергоресурсосбережения, можно считатьрежимIIвыплавкиуглеродистогоферромарганцавэлектропечи
РПЗ–48(мощностью63МВ∙А)болееоптимальным,припрактически
равных величинах энерготехнологического критерия работы ферросплавнойпечи.
Эффективностьтехнологическогопроцессаполученияферросплавов в основном определяется факторами энергоресурсосбережения.
С этих позиций были проанализированы углеродотермические процессывыплавкиферросплавоввэлектропечах:
–бесшлаковыйпроцесс–ферросилиций,вп.5.1(глава5);
– шлаковый процесс – феррохром, в п. 5.2 и ферромарганец в
п.5.3.
Поэтому,спозицииэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи,представляетинтересрассмотретьмногошлаковый,
129
углеродотермическийпроцесс,напримеревыплавкиферроникеляиз
оксидныхникелевыхрудвэлектропечи.
В качестве объекта исследования рассмотрена технология выплавки в электропечах чернового ферроникеля в условиях Побужского ферроникелевого комбината (Республика Украина). В целом
технологическаясхема производстваферроникеля включаетпредварительныйнагревиобжигшихтыизокисленныхникелевыхруд,известняка,углеродистоговосстановителя(антрацит)вовращающихся
наклонных печах при температуре700–850 ºС [170]. Затемгорячий
огарокзагружаютвэлектропечь.Далеепослевыпускаизэлектропечи,полученныйчерновойферроникельрафинируютотсерывковше,
атакжевкислородныхконвертерахскислойфутеровкойоткремния
ихромаисосновнойфутеровкойотфосфора,соответственно.
Выплавкаферроникеля вэлектропечипредставляетсобой только
часть технологическойсхемы. Горячий огарок поступает в электропечь РПЗ–40ЦИ1 [132]. Мощность печных трансформаторов составляет 50,1 МВ·А (3 х 16,7 МВ·А). По сравнению с печами для
выплавки крупнотоннажных ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома), печи для выплавки ферроникеля работают
надостаточновысокомрабочемнапряжении300–500В.Максимальнаясилатокаэлектрода–41,4кА,придиаметреэлектродов1200мм.
В качестве никельсодержащего сырья используют руды различных
месторождений, состав которых, по данным работы [174] приведён
втаблице5.2.
Таблица 5.2
п/п Страна,месторождение Ni Fe SiO2CaO MgO Al2O3Влага
1 Украина,Побужское 0,90 22,36 36,62 1,95 4,50 1,44 28,60
2 НоваяКаледония*,Океания 2,22 14,89 38,77 1,11 20,60 1,74 30,30
3 Индонезия 2,31 15,90 38,50 0,80 21,2 1,40 33,5
4 Гватемала 1,85 15,38 33,01 0,72 23,6 2,90 32,5
*Прим.:ОсобоеадминистративноетерриториальноеобразованиеФранции(ОАТО)
Окисленные никелевыерудыНовой Каледонии, ОАТО Франции,
ИндонезиииГватемалыимеютсодержаниеведущегоэлемента–никеляв 2,1–2,6разавыше, чем руда Побужского месторождения(Республика Украина). Однако в более богатых рудах имеет место в
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]