Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
ФС65до6800кВт∙ч/т(–4,8%)иувеличениеизвлечениякремнияв
сплавдо94,5%.Однакоприэтомвыходгазаувеличилсяна13%со
3
216до244 м
/МВт∙ч[55,105]. Это вызывает необходимость дополнительныхкапитальныхиэксплуатационныхзатратнаотсосгазаиз
печногопространства болеемощными турбогазодувкамии увеличениярасходовнаэлектроэнергию.
Опытиспользованияэлектропечей,которыеработалинатокахпониженнойчастотыдлявыплавкиферросплавов,имелместовРоссии,
Франции,НорвегиииУкраине,какбыло отмеченовп. 1.3,главы1.
Печиработалинатокес частотой15–25 Гци менее.Основнаяцель
такого технического решения – это снижение индуктивных потерь
электроэнергиивкороткойсетииповышениекоэффициентамощностиикакодинизальтернативныхпутейулучшенияпараметровферросплавныхпечей.
На Запорожском заводе ферросплавов (Республика Украина) на
базеферросплавнойпечимощностью24МВ·Асиспользованиемтиристорныхпреобразователейчастотытока(3х8МВ·А)былапроведенавыплавка45%-ногоферросилициянатокепониженнойчастоты.
Рассмотрим процесс выплавки ферросилиция в печи с пониженнойчастотойтокаспозицииэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи, всоответствии свыражением (3.5).Основные энерготехнологические параметры выплавки ферросилиция с
частотойтока12,5и50Гц,поданнымработы[72]исправочныхданныхдлярасчёта[98,166],приведенывтаблице7.5.
Привыплавкеферросилициянатокесчастотой12,5Гцкоэффициентмощности увеличилсяс 0,820до0,910, посравнению свыплавкойнатокепромышленнойчастотыв50Гц.Однако,прииспользованиитиристорныхпреобразователейуменьшиласьактивнаямощность
печис19,4до17,1МВт(–11,9%).Силатокаэлектродаснизиласьс
72до 62кА [72].Отмечается, чтотокоподводмеждупечнымтрансформатором и тиристорным преобразователемчастотытока оказался оченьгромоздких размеров.Поэтомув нём дополнительно терялосьоколо20% электроэнергии.Внаиболее оптимальныхрежимах
работыудельныйрасходэлектроэнергии навыплавкуферросилиция
ФС45снизилсяна135кВт·ч/тили2,8%.
171
Таблица 7.5
Параметры
Частотатока,Гц 50,0 12,5
Активнаямощностьпечи,МВт 19,40 17,10
Коэффициентмощности 0,820 0,910
Токэлектрода,кА 72,0 62,0
Приведённыйкоэффициентмощности
(сучётомкоэффициентаискажений) 0,710 0,850
Производительностьпечи,т/мес 2810 3100*
Отношениетокаэлектродакнапряжению 413 352
Коэффициентзагрузкитрансформатора 0,907 0,789
ЭлектрическийКПД 0,893 0,908
ТепловойКПД 0,476 0,488
ИзвлечениеSiвсплав 0,940 0,940
Удельныйрасходэлектроэнергии,кВт·ч/т 4760 4625
Прим.:*расчётныеданные
Вариант
I II
0,2972 0,2991
Энерготехнологических критерий работы печи при выплавке
45%-ногоферросилицияувеличилсянетакзначительноотвеличины
0,2972(частота 50 Гц)до0,2991 при частотетока 12,5Гц. В целом
использованиедлявыплавкиферросилицияпечей,спониженнойчастотойтока,уменьшаетиндуктивноепадениенапряжениявкороткой
сети, снижает отношение тока электрода к рабочему напряжению.
В результате улучшается коэффициент мощности ферросплавной
печи.
Для существенного улучшения энерготехнологических параметров при выплавкеферросплавов, благодаряповышению активного
сопротивления ванны печи в 2,2–2,6 раза, разработана технология
172
выплавкис увеличенным(в3–5 раз)подэлектроднымпромежутком,
безуменьшениязаглубленияэлектродоввшихту.Даннаятехнология
опробована, как для бесшлаковогопроцесса (ферросилиций), так и
дляшлаковогопроцесса(ферромарганец)выплавки(п.6.2,глава6).
Какбыло отмечено вп.6.1–6.2 (глава6), данная технология выплавки ферросплавов, для печей с увеличенным распадом электродов, показала повышение сопротивления ванны, напряжения и дополнительноймощностивпечив2,0–2,6разанаопытныхпечахив
полупромышленномварианте.
Результаты исследований и полученные энерготехнологические
параметрывыплавкиферросплавовприведены втаблицах 6.6и 6.7,
атакжебылиопубликованывработах [203,209,214].Принеизменных значенияхсилы тока электродоввозрастает коэффициентмощности,электрическийи тепловойКПДпечи.Какследствиеулучшается токораспределениев ванне печи и снижается удельный расход
электроэнергиинавыплавкуферросплавов.Дополнительнаяэлектрическаямощность вваннупечивводитсянеза счётувеличениясилы
токаэлектродови их диаметров, а благодаряповышению напряжения,чтоэнергетическивыгодноиболееэффективно.Вконечномитогеповышаетсяэнерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечи(п.6.2,глава6).
Наоснованииполученныхрезультатоввыплавки ферросплавов с
увеличенными значениями подэлектродного промежутка и распада
электродов,атакжерасчетапараметровболеемощныхпечейрассмотримвариантыдлявозможнойреконструкциипечейспозицииэнерготехнологическогокритерияработыпечи.
Параметры традиционного базового варианта повышения мощности печи с 10,5 до 16,5 МВ·А, которыйосуществлён в условиях
ферросплавногоцехаНоволипецкогометаллургическогокомбинатав
соответствиисданнымиработы[215],приведенывтаблице7.6(вариантIиIII).Дляповышениямощностипечи,длявыплавки65%-ного
ферросилиция, увеличили диаметр электродов на 33,3 % и уменьшилиотносительныйраспад электродовна 8,6%.Витогесила тока
электродавырослас38,4до56,6кА(+47,4%)иснизилиськоэффициентмощности,электрическийитепловойКПДпечи.Какследствие
увеличилсяудельныйрасходэлектроэнергииисоответственноуменьшилсяэнерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечи
с0,3510до0,3114.
173
Рассмотрим альтернативный путь повышения мощности печи
10,5МВ·А(вариантI)без увеличениядиаметра самообжигающихся
электродовисилытокавних,аименноблагодаряувеличениюраспадаэлектродовивыплавкесувеличеннымподэлектроднымпромежутком(вариантII)таблицы7.6,наоснованиирасчёта.
Таблица 7.6
Вариант
Параметры
I
Мощностьтрансформатора,МВ·А 10,50 16,50 16,50
Используемаямощность,МВ·А 10,29 15,98 16,39
Активнаямощность,МВт 8,86 15,21 13,54
Сопротивлениеванны,мОм 1,798 3,236 1,279
Полезноефазноенапряжение,В 69,0 124,3 72,4
Рабочеенапряжение,В 148–154 240 167
Силатокаэлектрода,кА 38,4 38,4 56,6
Диаметрэлектродов,мм 900 900 1200
Распадэлектродов,d
/d
р
э
2,32 3,60 2,14
Диаметрилиразмерыванны,мм 5100 6120/5300* 6630
Количестволёток 1 2–3 1
Глубинаванны,H/d
Площадьподины,м
э
2
Удельнаямощность,кВт/м
2
2,20 3,3 1,95
20,4 25,1 34,5
398 572 356
Получаемыйсплав ФС65 ФС65 ФС65
Коэфф.загрузкитрансформатора 0,980 0,986 0,993
Коэффициентмощности 0,861 0,952 0,826
ЭлектрическийКПД 0,917 0,941 0,908
ТепловойКПД 0,504 0,494 0,469
ИзвлечениеSiвсплав 0,900 0,900 0,900
Расходэлектроэнергии,МВт·ч/т 7,3–8,5 7,8 7,8–9,4
0,3510
Прим.:*треугольнаяваннапечивплане(основание/высота)
II
(расчёт)
III
0,3144
Согласно исследованиям, которые были опубликованы в работе
[216],увеличениераспадаэлектродовпечис2,32до3,5d
174
позволяет
э
повыситьмощностьвваннепечив1,8раза принеизменнымдиаметрахэлектродов(900мм)исилытокавних(38,4кА).
При этомвеличина подэлектродного промежутка составит около
1,7–1,9d
,всоответствиисвыражением(6.5),аактивнаямощность
э
вваннепечиувеличиваетсяс8,86до15,2МВт.
Для бесшлакового процесса выплавки, при увеличенном распаде
электродов,рекомендованатреугольнаяванна печивсоответствии с
методикойопубликованныхработ[216–218].
Изменениеиндуктивногосопротивленияванныпечисувеличениемраспадаэлектродовучитывалось всоответствиисданнымиработы[219].
Посравнениюсбазовымобъектомвыплавки65%-ногоферросилиция(вариантI),ввариантеII,принеизменныхсилетокаидиаметреэлектродовиблизкойстепениизвлечениякремниявсплав,увеличиваютсяследующиепараметры:
–активноесопротивлениеванны;
–мощностьвваннепечи;
–коэффициентмощности;
–электрическийКПД;
–удельнаямощностьнаплощадьподины.
Энерготехнологический критерий ферросплавной электропечи
привыплавкеферросилицияФС65повышаетсяс0,3510до0,3927.
ПрисравнениивариантаII(увеличенныйраспадэлектродов)свариантомIII(традиционныйраспадэлектродов)таблицы7.6,можноотметить,чтоприодинаковоймощноститрансформатора16,5МВ·Аимеет
местоухудшениеэнерготехнологическихпараметроввыплавки. Всоответствиисвыражением(3.5),энерготехнологическийкритерийработыферросплавнойпечисувеличеннымизначениямираспадаэлектродовиподэлектродногопромежутка составит 0,3927, противзначения
0,3144дляпечистрадиционнымраспадомэлектродов.
Дальнейшееповышениемощностиферросплавныхпечей,сувеличенными значениямираспада электродовиподэлектродногопромежутка,рассмотреновработе[217],аиспользованиеразличныхтипов
печныхванн в работе[218],в том числе с применениемэлектропечей с радиальной ванной и прямоугольными самообжигающимися
электродами[220], большие оси которыхрасположены подуглом в
120град.относительнодругдруга.
Такимобразом,наоснованиивыплавкиферросилициясувеличеннымизначениямираспадаэлектродови подэлетродногопромежутка
175
вопытныхпечахи полупромыленномвариантепечи,атакженаоснованиирасчётовопределеныэнерготехнологическиепараметрыдля
реконструкциипромышленных печей.Показано, чтопри этомулучшаются электрические и технологические параметры выплавки и
весьмазначительно(+24,9%)увеличиваетсяэнерготехнологический
критерийработыферросплавнойпечи.
Однимизперспективныхрешенийиразработоксчитаетсятехнологиявыплавкиферросплавовнапостоянномтоке.Вферросплавных
печахпостоянноготока,исключаетсятакойпараметр,каккоэффициентмощности,впечномконтурепослепреобразователятока.
Ферросплавная печь постоянного тока при снижении стоимости
тиристорныхисточниковтокаимеетпреимущества передпечьюпониженнойчастотытока.Ктомужепечьпостоянноготокаможетбыть
переоборудована в плазменную электропечь, которая тоже работает
напостоянномтокеинаболеевысокомнапряжении.
Ранее в ряде опубликованных работпредполагали,что выплавка
ферросплавовнапостоянномтокепозволитинтенсифицироватьпроцесс плавления шихты, повысит извлечение ведущих элементов в
сплависнизитудельныйрасходэлектроэнергии.
Технологическиуглеродотермическийпроцессвыплавкинапостоянномтокеможноразделитьнадванаправления:навыплавкувпечах
сзакрытойдугойинавыплавкувпечахсоткрытойдугой.
Особый интерес представляет промышленная выплавка кремния
техническойчистотыуглеродотермическимпроцессомсзакрытойдугойвдвухэлектроднойпечипостоянноготокаспроводящейподиной.
ПечьРПО-9-КрВТбылаустановленанаЗапорожскомалюминиевом
комбинате (Республика Украина). Конструкция печи постоянного
токабыларазработанакомпанией«Комтерм»,Россия[81].Мощность
трансформатораисточникатокасоставляла9МВ·Аидиаметрграфитированныхэлектродов–710мм.Подводтокаосуществлялсякверхним графитированным электродам (катод) и к подовому электроду
(анод).
176
Энерготехнологические параметры выплавкикремния в печипостоянноготокапроанализированывп.1.3(глава1).Рассмотримуглеродотермический процесс выплавки кремния в печи переменного
тока,спозицииэнерготехнологическогокритерияработыпечи,всоответствиисвыражением(3.5).
Согласноданным работы [221]дляпечипостоянного токавыражение (3.5), энерготехнологического критерия работы электропечи,
сучётомэлектрическихпараметровисточника,можетбытьпреобразовановвыражение(7.1).Следовательно,дляпечипостоянноготока,
стиристорнымисточником,сучётоммощноститрансформатораиактивноймощностипечи,можетбытьполученаследующаяформавыраженияэнерготехнологическогокритерияработыэлектропечи:
Sh=K
где:K
– коэффициентпреобразователяисточникатока,равный от-
пр
∙ηэл∙ηт∙η
пр
, (7.1)
изв
ношениюактивноймощностипечикмощноститрансформатора.
Основные энерготехнологические параметры выплавки кремния
техническойчистотывпечипостоянноготокапо даннымработ[82,
83]ипараметрывыплавки впечахпеременноготока[180],приведенывтаблице7.7.
Таблица 7.7
Параметры
Мощностьтрансформатора,МВ·А 6,44 6,50 9,0
Количествоэлектродов 2 2 2
Используемаямощность,МВ·А 6,16 6,49 Н.св.
Активнаямощность,МВт 5,60 5,36 6,40
Силатокаэлектрода,кА 36,0 38,0 Н.св.
Коэффициентзагрузкитрансформатора 0,956 0,998 –
Коэффициентпреобразователя – – 0,711
Коэффициентмощности 0,909 0,826 –
ЭлектрическийКПД 0,917 0,903 0,903
ТепловойКПД 0,516 0,508 0,496
Извлечениекремния 0,833 0,833 0,850
Удельныйрасходэлектроэнергии,МВт·ч/т 12,3 12,5 12,8
I II III
Вариант
0,3150 0,2707
177
Выплавкакремниявпечипостоянноготока,посравнениюсаналогичными двухэлектродными печами переменного тока и близкой активноймощности (5,4–5,6МВт)позволяетснизитьрасходэлектродов
на15–20%,уменьшитьрасходкварцитана10%инесколькоувеличить
извлечениекремния.Однако,освоенныйуровень технологиивыплавкивпечипостоянноготокапозволяетиметьудельныйрасходэлектроэнергии на уровне 12,8 МВт·ч/т кремния и выше [84]. При этом для
аналогичных двухэлектродных печей переменного тока, которые выплавляюткремний углеродотермическимпроцессомудельный расход
нижеот12,3–12,5МВт·ч/т[180]до11МВт·ч/ткремния.
Энерготехнологический критерий работы печи при выплавке
кремния на переменном токе выше и составляет 0,3150–0,3425, по
сравнениюс 0,2707при выплавкекремния напостоянномтоке.Поэтомунеобходимоповышатьуровеньосвоениятехнологиивыплавки
кремниявпечипостоянноготокаиучитыватьзатратынаотводтепла
черезтеплообменникпреобразователятокаипараметрытепловойработыванныпечи.
Преимуществовыплавки ферросплавовв печахпостоянноготока
соткрытойдугойсостоитвтом,чтотакаятехнологияпозволяетзначительноувеличить активноесопротивлениеванныпечи иработать
на более высоком рабочем напряжении. Подвод постоянного тока
осуществляется к верхнему графитированному электроду (катоду)
иподовомуэлектроду(аноду)печи.При этомпроцесс выплавкихарактеризуетсянизкими значениямиотношении токаэлектродак напряжению, по сравнению с печами с закрытой дугой, в том числе
дляпечей переменноготока привыплавке одногоитогожесплава.
Однако, фактором, который ограничивает применение данной технологии,должнабытьнизкаястепень улётаведущегоэлементаферросплава в газовую фазу. Среди крупнотоннажных ферросплавов
технология выплавки с открытой дугой применима для получения
феррохрома.
Какбылорассмотреновп.1.3.(главы1),однойизнаиболеекрупных печей постоянного тока является электропечь с номинальной
мощностью 60 МВт (мощность трансформаторов источника тока –
102 МВ·А) при выплавке углеродистого феррохрома на заводе в
178
ЮАР.Основнымтехнологическимпреимуществомпечипостоянного
токаявляется то,что она позволяетнапрямую использовать хромовуюрудумелкихфракций(менее6мм)безокомкования.
Ктомужевыплавкаферрохромасоткрытойдугойдля этойпечи
характеризуютсявысокимактивнымсопротивлениемваннынауровне8–10мОм,чтов10–15развыше,чемдляпечейпеременноготока
аналогичноймощностиприработесзакрытойдугой.Приэтомрабочеенапряжениедостигаетуровня750–850В,чтов2,5–3,0разавыше,
чемдляпечейпеременноготокассопоставимымизначениямиактивноймощности.
Аналогичные печипостоянноготокавведеныв эксплуатациюна
Актюбинскомзаводеферросплавов(РеспубликаКазахстан)дляпереработки мелких хромовых руд. Единичная номинальная мощность
печипопроектусоставляет72МВт,примощноститрансформаторов
источникатока – 110 МВ·А. Активное сопротивление ванны находится в пределах6,8–14 мОм в зависимости от уровня мощности в
электропечи.Диапазонрабочихнапряженийсоставляет450–1050 В.
ОтношениетокаэлектродакнапряжениюоколоI/U=60–123(п.1.3,
глава1).
Рассмотримпроцесс выплавки углеродистого феррохромав печи
постоянного тока 72 МВт (110 МВ·А) с позиции энерготехнологического критерия работы ферросплавной печи, в соответствии с
выражением (7.1) и переменного тока в соответствии с выражени-
ем(3.5).
Основныеэнерготехнологическиепараметрывыплавкиферрохромана постоянномтоке(вариантI иII), всравнениис выплавкойна
переменномтоке(вариантIIIи IV),поданнымработ[128,129,222]
и(п.5.2,глава5),приведенывтаблице7.8.
ДляусловийАктюбинскогозаводаферросплавовосновнымтехнологическим преимуществомпечипостоянноготока являетсято,что
онапозволяетнапрямуюиспользоватьхромовуюруду мелкихфракций,котораязначительнодешевле кусковойхромовойруды.Ктому
жемощностьпечипостоянноготокасоткрытойдугойнезависитот
состава и электропроводности шихты, по сравнению с печьюпеременноготокасзакрытойдугой.
Однако, в рассматриваемой технологии выплавки феррохрома в
печахпостоянноготока,извлечениеведущегоэлементавсплавниже
на7–12%,чемпривыплавкенапеременномтокесзакрытойдугой.
179
Таблица 7.8
Вариантывыплавки
Параметры
Мощностьтрансформаторов,МВ·А 110,0 110,0 81,0 81,0
Активнаямощность,МВт 45,0 50,0 47,4 48,6
Количествоэлектродов 1 1 3 3
Диаметрэлектрода,мм 750 750 1900 1900
СодержаниеCr
Содержание[Cr]всплаве,% 68,80 69,78 69,10 69,50
Содержание[C]всплаве,% 8,10 7,80 8,40 8,49
Кратностьшлака 0,806 0,881 0,984 0,990
–(Cr
–(SiO
ИзвлечениеCrизруды 0,782 0,844 0,902 0,912
Коэфф.загрузкитрансформатора – – 0,609 0,681
Коэффициентпреобразователятока 0,409 0,455 – –
КоэффициентмощностисУПК – – 0,960 0,881
ЭлектрическийКПД 0,988 0,988 0,931 0,924
ТепловойКПД 0,351 0,348 0,445 0,471
Расходэлектроэнергии,кВт·ч/физ.т 4865 4905
)вшлаке,% 3,80 3,40 5,13 4,51
2O3
)вшлаке,% 19,80 21,90 32,10 32,80
2
вруднойчасти,% 52,30 51,90 47,83 49,48
2O3
Постоянныйток Переменныйток
I II III IV
0,1109 0,1320
Ктомужеприсоставешлака:3,4–3,8 %Cr2O3;19,8–21,9% SiO2;
45,6–48,3%MgO;0,5–2,9%CaO;24,6–26,6%Al
отмечаетсязани-
2O3
женнаякратностьшлакаменее1.Видимо,значительнаячастьмелких
фракций хромовойрудыи частичновосстановленных хроморудных
материаловуносятсяизпечногопространствасотходящими газами,
несмотрянаувеличеннуювысотушахты.Данноеобстоятельствоотражаетсянаснижениистепениизвлеченияхромавсплав.
Температураферрохроманавыпускеизпечипостоянноготокасоставляет 1650–1720 ºС, а для печи переменного тока 1680–1700 ºС.
Приэтомвпечипостоянноготокатемпературашлакаферрохромадостаточновысока1790–1820ºС,из-загорениянашлакоткрытойдуги
большойэлектрическоймощности.
180
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]