Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
4,6–5,2разавыше содержание оксидамагния, что увеличиваеттемпературупроцессашлакообразования.Прииспользованиивкачестве
шихты бедной руды обычно получали ферроникель с содержанием
4–6%Ni.
Применениебогатойимпортнойруды,втомчислеместорождения
в Новой Каледонии, ОАТО Франции, позволяет выплавлять в электропечичерновойферроникельссодержанием15–25%Ni[170].Посленагреваиобжигашихты,составогаркапередзагрузкойвэлектропечьследующий:3,0%Ni;6,8%FeO;15,78%Fe
42,33%SiO
;3,60%C;1,05%CaO;0,94%Al2O3.
2
;26,20%MgO;
2O3
Впроцессе плавкивэлектропечиполучалиферроникельследующегосостава:16,86%Ni;74,42%Fe;0,33%Co;3,79%Si;
2,18%C;
1,86%Сr;0,012%Р;0,30%S.Приэтомшлакимеетсостав:0,085%
Ni;6,02%Fe;0,008%CoO;32,45%MgO;54,42%SiO
0,87%CaO;2,12%Al
2O3
.
;1,63%Cr2O3;
2
Таблица 5.3
п/п Параметры
1. Производительностьпечи,т/сут. 106,0 129,0
2. Активнаямощностьпечи,МВт 26,0–26,5 31,0–32,0
3. Удельнаямощностьнаплощадьпода,кВт/м
4. Расходогаркана1тчерновогоферроникеля,т/т 8,60 7,90
5. Расходэлектроэнергиина1тогарка,кВт·ч 690,0 680,0
6. Кратностьшлака 7,33 7,02
7. Извлечениеникелявсплав 0,925 0,948
8. Коэффициентзагрузкитрансформатора 0,563 0,676
9. Коэффициентмощности 0,940 0,945
10. ЭлектрическийКПД 0,931 0,948
11. ТепловойКПД 0,677 0,694
Удельныйрасходэлектроэнергиинавыплавкучерно-
12.
вогоферроникеля,кВт∙ч/т 5930
13.
*Прим.:извлечениекобальтавсплав0,815и0,666соответственно.
2
Электропечь
I II
108,0 130,0
0,3085
131
Рассмотрим углеродотермический процесс выплавки черновогоферроникеляс позиции энерготехнологическогокритерия работы
ферросплавнойэлектропечивсоответствиисвыражением(3.5).Вкачестве объектаисследованиябыла выбрана работа двух шестиэлектродныхпечейРПЗ–40ЦИ1привыплавкечерновогоферроникеляна
различных режимах эксплуатации. Энерготехнологические параметрывыплавкисучетомсправочныхвеличин[112,167],технологическихданных работ[175–177]ирезультатоврасчётаприведеныв таблице5.3.
По сравнению с выплавкой крупнотоннажных ферросплавов в
электропечах, рассматриваемый многошлаковый процесс выплавки
ферроникеля характеризуется большим активным сопротивлением
ванныи соответственно высоким рабочимнапряжением 300–500В,
низкой величиной отношения тока электрода к рабочему напряжению, а также высокими значениями коэффициента мощности и
электрического КПД. При мощности трансформаторов 50,1 МВ∙А
(3х16,7МВ∙А)используетсяневысокийуровеньактивноймощности
печи26–32МВт.
Шлакданногопроцессаимеетвысокоеудельноеэлектросопротивление,таккаксодержитоколо50–54%SiO
и6–14%FeO[112],этим
2
иобусловленаработа печинаповышенномнапряжении.Темне менеекоэффициентзагрузкипечноготрансформатораявляетсяневысоким0,563–0,676.
Также следует отметить, что применение в технологическом процессепредварительногонагреваиобжигашихтызначительноулучшает приходнуючасть тепловогобаланса. Тепловой КПД электропечей
составляет 0,677–0,694, при условии, если загрузка шихты (огарка)
происходит оперативно и без значительного снижения температуры.
Поданнымработы[178]дляэтогопроцессаможнообеспечитьтепловойКПДнауровне0,640ивыше,приэтомтепловойКПДпривыплавке ферросилиция, ферромарганца, феррохрома, без предварительного
подогревашихты,находитсянауровне0,450–0,520.[157].
Работапечейнаразныхрежимахпоказала,чтопечьII,посравнениюспечьюI,имеетвышена20%активнуюмощностьиудельную
мощность на площадь подины.Следовательно, при большейподводимой мощности суточная производительность агрегата на 21,7 %
выше, а удельный расход электроэнергии на выплавку 1 т черновогоферроникелянижена560кВт∙ч/тилина9,4%.ТакжедляпечиII
132
вышеизвлечениеникелявсплав–0,948,посравнениюсизвлечением–0,925дляпечиI.
В целом, при выплавке ферроникеля из окисленных никелевых
руд, энерготехнологический критерий работы ферросплавной электропечи составил для печиII – 0,3984, против значения0,3085 для
печиI. Разницаввеличинеданногокомплексного параметрасоставляет29,1%.
Следуетотметить,чтобольшейвеличинеэнерготехнологического
критерия(таблица5.3)соответствуетменьшийудельныйрасходэлектроэнергиинавыплавкуферроникеля[179].Аналогичноеявлениенаблюдается,какдлябесшлаковогопроцессавыплавкиферросилиция,
такидляшлаковогопроцессавыплавкиферромарганцаиферрохромавэлектропечах.
Для выплавки ферроникеля, при более высоком значении энерготехнологического критерия (0,3984), производительность печи II,
вышена21,7 %,чему печиI,аудельныйрасходэлектроэнергиина
выплавкучерновогоферроникелянижена9,4%.Поэтому,режимработыпечиIIявляетсянаиболеепредпочтительнымирациональным,
с точки зрения энергоресурсосбережения и эффективности работы
печногоагрегата.
Таким образом, на примере выплавки ферроникеля многошлаковым углеродотермическим процессом в электропечи, аналогичновыплавке крупнотоннажныхсплавовкремния, хромаи марганца,
показано, что увеличение энерготехнологического критерия работы ферросплавной печисоответствует снижениюудельного расхода
электроэнергии.
Выплавка высококремнистыхферросплавов и выплавка кремния
углеродотермическим процессом в электропечах, технологически
оченьблизки.Процессвыплавкикремнияотносятсяквесьмаэнергозатратными материалоёмким производствам.Технический кремний
счистотой96–99%Siвыплавляютпечахмощностью6,5–22,5МВ·А.
В качестве шихтовых материалов используют кварцит и углеродистые восстановители (древесный уголь, нефтяной кокс, газовый
угольи другие) с жёсткими требованиями по содержанию вредных
примесей. Удельный расходэлектроэнергии, в зависимости от типа
133
электропечей,составляетот11,2–13,1до14–16МВт∙ч/т,втомчисле
длятрёхэлектродныхпечей,чтов25–35разбольше,чемнавыплавку
1тсталивдуговойпечи.Поэтому,выборрациональногорежимавыплавкивэлектропечахявляютсяактуальнойзадачей.
Основным отличием от выплавки высококремнистого ферросилицияявляется выводиз системыжелеза, так каккремнии технической
чистотыдляразличныхмарокдолженсодержатьнеболее0,4–1,5%Fe.
Данноеобстоятельствозатрудняетпроцесс углеродотермического
восстановления кремния. Вцелом процесс можетбытьпредставлен
ввидеряда стадий, по следующей схеме:1) SiO
2)SiO
+2С =SiC+CO;3)2SiC +SiO2=3Si +2CO.Ктомуже,
г
+C = SiOг+CO;
2
какпоказановглаве4,нарисунке4.1ивсоответствиисвыражением(4.1), увеличение содержаниякремния в сплаве снижаетстепень
извлечения ведущего элемента, вследствие большего улёта SiO
г↑
отходящими газами.Этообстоятельствотакже имеетместопри выплавкекремния.Средняявеличинаизвлечениякремнияпривыплавке
накусковойшихте составляетоколо0,70.При определённыхтехнологияхвыплавкииприиспользованииспециальной,подготовленной
шихты,извлечениекремнияможетдостигатьуровня0,78–0,85.
Теоретическийрасходэнергиинавыплавку1ткремния,наосноведанныххимическихреакцийравен6350кВт∙ч/т,поданнымработы[180],чтосоставляетлишьоколополовиныфактическогорасхода
электроэнергиина1ткремнияпривыплавкевэлектропечи.
Проведённый анализ энерготехнологических параметров работы
печейдля выплавкикремнияуглеродотермическим процессом[181]
показал следующее. Увеличение мощности трансформаторов печей,
выплавляющих кремний, приводит к снижению энерготехнологическогокритерияработыэлектропечи.
Рассмотрим процесс выплавки кремния с позиции энерготехнологическогокритерияработыферросплавнойэлектропечивсоответствиисвыражением(3.5).
В качестве объекта исследования была рассмотрена технология
выплавкикремниявэлектропечиРКО–16,5КрИ1смощностьютрансформатора16,5МВ·Аподвумвариантамрежимаэксплуатации[182].
Длявыбораоптимальногорежимаработыпечипредставляетинтерес,
когдаудельныйрасходэлектроэнергиинавыплавкукремниянесколькобольше(вариантI),чемвтрадиционномвариантесравнения(вариантII),но при этомзначительно вышепроизводительность печного
134
с
агрегата.Параметрывыплавкикремния,согласноданныхработ[182,
183],приведенывтаблице5.4.
Таблица 5.4
п/п Параметры
1. Производительностьпечи,т/сут. 20,40 18,80
2. Рабочеенапряжение,В 178,5 146,5
3. Силатокаэлектрода,кА 48,0 51,0
4. Активнаямощностьпечи,МВт 11,60 10,3
5. Полезнаямощность,МВт 10,20 8,80
6. Отношениетокакнапряжению,А/В 269 348
7. Используемаямощность,МВ·А 14,86 12,96
8. Коэффициентзагрузкитрансформатора 0,901 0,785
9. Коэффициентмощности 0,781 0,795
10. ЭлектрическийКПД 0,879 0,854
11. ТепловойКПД 0,484 0,503
12. Извлечениекремния 0,700 0,700
13. Удельныйрасходэлектроэнергии,МВт∙ч/т 13,10 12,60
14.
Вариант
I II
0,1876
Рассматриваядваразличныхэнерготехнологическихрежимаработыпечипривыплавкекремния,следуетотметить,чтоработапечис
меньшимотношениемтокаэлектродакрабочемунапряжению,позволяетиметьбольшуюпроизводительностьпечина8,51%,нонесколькозавышенныйудельныйрасходэлектроэнергиина1баз.ткремния
на 3,97 % (вариант I), чем по варианту II. При работе на меньшем
напряжениии большейсилы токаэлектрода(вариант II),электроды
глубокосидятвшихте.Какследствие,наблюдаетсяболеевысокийтепловойКПДинижеудельныйрасходэлектроэнергии12,60МВт∙ч/т,
против13,1МВт∙ч/т(–3,97%),чтонаходитсявпределахзонытехническойпогрешности.
135
Ктомуже,ввариантеIIпечьработаетнаменьшейактивнойиполезноймощностиисоответственнонаблюдается снижениепроизводительности печи18,8 т/сут (вариант II),по сравнению с более высокойпроизводительностью печи по варианту I, где она составляет
–20,4т/сут(+8,51%).
В связи с этим можно провести комплексную оценку режимов
выплавки по энерготехнологическому критерию работы электропечи.Вданномслучае повариантуI, величинаэнерготехнологическогокритерия составляет 0,2096, против – 0,1876 (вариант II), что на
10,5%вышеиэффективнее.ПоэтомурежимработыпечиповариантуIнаиболеепредпочтителениявляетсярациональнымсточкизрениякомплекснойоценкиработыпечногоагрегатапривыплавкекремнияуглеродотермическимпроцессомвэлектропечи.
Наоснованиианализа вариантоввыплавкикремния углеродотермическимпроцессомвэлектропечимощностью16,5МВ·Апоказано,
чтооптимальнымрежимомработыявляется режимвыплавкис максимальнойвеличинойэнерготехнологическогокритерияработыпечи
0,2096,против–0,1876,чтона10,5%вышеиболееэффективнее.
1. Анализ технологии выплавки различных марок ферросилиция
ФС45–ФС90 в печах 10,5–81,0 МВ·А, с позиции энерготехнологическогокритерия работыферросплавной печипоказал,что увеличениемощностипечей иповышение содержаниякремниявсплаве не
только увеличиваетсяудельныйрасходэлектроэнергиии уменьшает
извлечениеведущегоэлемента всплав, нои снижаетвеличину комплексногопараметра.
Дляулучшенияэнерготехнологическогокритерияферросплавных
печей,традиционных конструкций, требуетсяповышение активного
сопротивленияванны(использованиеуглеродистыхвосстановителей
сповышеннымэлектросопротивлением),атакжеприменениеустановоккомпенсацииреактивноймощности.
2. Для определения эффективности выплавки крупнотоннажных
ферросплавов, таких какферросилиций иуглеродистыйферрохром,
выявленавзаимосвязь между энерготехнологическим критерием работыэлектропечииудельнымрасходомэлектроэнергии.Повышение
величины энерготехнологического критерия работы ферросплавной
печисоответствуетснижениюудельногорасходаэлектроэнергии.
136
Для выплавки 75 %-ного ферросилиция хороший уровень работы печи соответствует диапазону значений энерготехнологического
критерия:0,300<Sh<0,314,прикоторомудельныйрасходэлектроэнергиисоставляетот9,0до8,6МВт∙ч/тсплава.Менееудовлетворительным вариантом работы печи, соответствует диапазон значений
энерготехнологическогокритерия: 0,272 < Sh < 0,293, при котором
удельный расход электроэнергии составляет от 9,8 до 9,2 МВт∙ч/т
сплава.
Длявыплавки углеродистого феррохромахорошийуровеньработы печи соответствует диапазону значений энерготехнологического
критерия:0,304<Sh<0,326,прикоторомудельныйрасходэлектроэнергиисоставляетот3,6до3,3МВт∙ч/тсплава.Приэтомудовлетворительным,номенееэффективнымвариантомработыпечи,соответствуетдиапазон значенийэнерготехнологическогокритерия: 0,267<
<Sh<0,289,прикоторомудельныйрасходэлектроэнергиисоставляетот4,1до3,8МВт∙ч/тсплава.
3.На основании анализауглеродотермическогопроцесса получения других сплавов шлаковыми бесшлаковым способом получено,
чтовзаимосвязьэнерготехнологическогокритерияработыэлектропечииудельногорасходаэлектроэнергиипривыплавкеферромарганца,
ферроникеляикремния,аналогична выплавкеферросилицияи феррохрома.Приэтомувеличениеэнерготехнологическогокритерия соответствуетснижениюудельногорасходаэлектроэнергиии повышениюэффективностиработыпечи.
4.Спозицииэнергоресурсосбережения,такаякомплекснаявеличина, как энерготехнологический критерий, может рассматриваться как
основной элемент энергетическогои технологического аудита ферросплавногопечногоагрегата,а также для выявления эффективныхрежимовработыпечей,применениеразличныхвидовшихтовыхматериалов(рудногосырья,углеродистыхвосстановителей)иинновационных
технологийполучениясплавовкремния,марганцаихрома.
137
Определениеподэлектродногопромежуткаилирасстоянияотрабочегоконца электрода до подины в ферросплавной печи является
сложной технической задачей. Из практики работы ферросплавных
электропечей, которые работают углеродотермическим процессом,
известно,чтоподэлектродныйпромежуток(электрод–подина)вванне работающей печив основном не превышает величины диаметра
электрода.Данныйпараметрсущественновлияетнаходтехнологического процесса выплавкииможетбытьопределеноченьориентировочно,таккакрабочийконецэлектроданаходитсяподслоемшихты,
вреакционнойплавильной зоне.Такиеизмерениясвязанысопределеннымитрудностямиитребуютотключенияпечинанекотороевремя.Темнеменеевнаучно-техническойлитературеимеетсядостаточноеколичестводанных, которые позволяютсудить обопределённой
величине подэлектродного промежутка, как для бесшлакового процесса (таблица6.1), таки дляшлаковогопроцесса выплавкиферросплавов(таблица6.2).
Наоснованиисобранныхисистематизированныхданныхо величинеподэлектродногопромежутканеобходимоотметитьследующее.
Если величинарасстоянияэлектрод– подина, при выплавкеферросплавов углеродотермическим процессом, определяется в абсолютных,метрическихвеличинах,тотрудновыявитьопределённуюзависимость.Однако,всоответствиистеорией подобия,при выражении
этойвеличины черездиаметрэлектродасоответствующейпечи,выявляетсязакономерность,котораянезависитотмощностипечи,размеровэлектродаидажетехнологиипроцессавыплавки.
138
Таблица 6.1
Мощность
п/п
трансформатора
печи,МВ·А
1. 7,80 ФС45 900 0,60 0,67 [112]
2. 8,55 ФС45 950 0,80 0,84 [110]
3. 11.0 ФС45 900 0,60 0,67 [112]
4. 12,5 ФС45 980 0,80 0,81 [112]
5. 16,5 ФС45 1200 0,80–0,90 0,67–0,75 [112]
6. 16,5 ФС45 1200 1,0 0,83 [112]
7. 16,5 ФС45 1200 0,70–0,86 0,58–0,71 [112]
8. 21,0 ФС45 1200 1,02–1,08 0,85–0,90 [58]
9. 21,0 ФС45 1200 0,80 0,67 [33]
10. 22,5 ФС65 1200 0,90 0,75 [74]
11. 7,80 ФС75 900 0,60 0,67 [112]
12. 8,55 ФС75 950 0,60 0,63 [112]
13. 10,5 ФС75 940 0,75 0,80 [112]
14. 16,5 ФС75 1200 0,72–0,85 0,60–0,71 [112]
15. 16,5 ФС75 1200 0,83–0,86 0,69–0,72 [58]
16. 16,5 ФС75 1100 0,88–0,90 0,80–0,82 [58]
17. 21,3 ФС75 1020 0,68 0,67 [112]
18. 21,0 ФС75 1200 0,96–0,98 0,80–0,82 [58]
19. 23,0 ФС75 1150 0,77 0,67 [58]
20. 7,80 ФС90 950 0,70 0,74 [112]
21. 7,80 ФС90 950 0,50 0,67 [112]
22. 8,55 ФС90 900 0,60 0,45 [112]
23. 5,5 Кр 750 0,55 0,73 [180]
24. 6,5 Кр 750 0,50 0,67 [112]
25. 8,55 Кр 900 0,60 0,45 [112]
Прим.: получаемые продукты выплавки: ФС45–ФС90 – ферросилиций; Кр –
кремний
Сплав
Диаметр
электрода,
мм
Подэлектродный
промежуток
вметрах
вдиаметрах
Источник
электрода
139
Таблица 6.2
Мощностьтранс-
П/п
форматорапечи,
МВ·А
1. 10,0 ФХ 960 0,65 0,68 [19,112]
2. 14,0 ФХ 1000 0,70–0,85 0,70–0,85 [184]
3. 21,0 ФХ 1200 1,20 1,0 [129]
4. 81,0 ФХ 1900 1,47 0,77 [186]
5. 8,55 ФСХ 950 0,68–0,82 0,70–0,90 [187]
6. 14,0 ФСХ 1000 0,67 0,67 [188]
7. 11,15 ФМн 1000 0,70–0,90 0,70–0,90 [44]
8. 38,5–40,0 ФМн 1700 1,00–1,15 0,59–0,68 [189]
9. 49,5 ФМн 1700 1,10–1,20 0,65–0,71 [190]
10. 63,0 ФМн 2800х650* 1,00–1,30 0,66–0,87 [191]
14. 16,5 МнС 1200 0,80–1,00 0,67–0,83 [193]
15. 63,0 МнС 2800х650* 0,90–1,20 0,59–0,79 [194]
16. 63,0 МнС 2800х650* 1,10–1,40 0,72–0,92 [192]
Прим.:получаемыеферросплавы:ФХ–углеродистыйферрохром;ФСХ–ферросиликохром;ФМн – углеродистыйферромарганец; МнС– ферросиликомарганец;*
приведённыйдиаметрсамообжигающегосяэлектрода–1520мм.
Сплав
Диаметр
электрода,
мм
Подэлектродный
промежуток
вметрах
вдиаметрах
Источник
электрода
Например,длявыплавкиразличныхферросплавов,имеетсяследующая закономерность по относительной величине подэлектродного
промежутка,(h/d
):
э
–45%-ныйферросилиций 0,6–0,9
–75%-ныйферросилиций 0,6–0,8
–90%-ныйферросилиций 0,5–0,7
–техническийкремний 0,5–0,7
–углеродистыйферрохром 0,7–1,0
–ферросиликохром 0,7–0,9
–углеродистыйферромарганец 0,6–0,9
–ферросиликомарганец 0,6–0,9
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]