Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
Приработенавысокомрабочемнапряжениидо750–850Вимеют
место большие величины электрического КПД печи. Тем не менее,
именнооткрытая,длиннаядугаврудовосстановительномпроцессе,с
большимколичествомотходящихгазов,приводиткснижениютепловогоКПДпечипостоянноготокана10–12%.
Какследствие,низкийтепловойКПДпечиспособствуетувеличениюудельногорасходаэлектроэнергии.Так,привыплавкеуглеродистогоферрохромавпечипостоянноготокаудельныйрасходэлектроэнергиивышевсреднемна800–1100кВт·ч/т(+20…28%),чемпри
выплавкеферрохромавпечипеременноготокасзакрытойдугой,при
сопоставимойактивноймощности.Соответственноэнерготехнологическийкритерий работыферросплавнойпечидлявыплавкиферрохроманапостоянномтокесоставляет(0,1109–0,1320),чтозначительно
ниже,чемдлявыплавкинапеременномтоке(0,2185–0,2381),приосвоенномуровнетехнологии.
Какбылоотмеченов п. 1.3, главы1, для печипостоянноготока
мощностью 60 МВт (102 МВ·А) в ЮАР, которая работала аналогичным процессом, одним из лимитирующих факторов повышения
активной мощности свыше 44 МВт являлась стойкость футеровки
ванныпечи.Толькоприменениеспециальныхкомбинированныхспособов охлаждения футеровки позволило решить данную проблему.
Поэтому,длявыплавкиферрохроманапроектноймощностидляпечи
72МВт(110 МВ·А), котораяэксплуатируетсябез стеновых водоохлаждаемыхпанелей и дополнительногокомбинированногоохлаждения футеровки, необходимо решения задач по совершенствованию
тепловойработыванныпечипостоянноготока.
Следовательно, рассмотренный вариант выплавки феррохромас открытойдугойв печипостоянноготока,потребуетсовершенствования уровня технологии и конструкции печи. Исходя из данных энерготехнологического критерия работы ферросплавной печи
поуровнюосвоениятехнологии,выплавкавпечипостоянноготока,
покауступаетвыплавкевпечахпеременноготокааналогичнойактивноймощности.
Основным преимуществом технологии получения феррохрома в
печипостоянноготокасоткрытойдугойявляетсявовлечениевпередел ииспользованиемелких фракций хромовой руды без окомкования,так какданный видрудногосырья значительнодешевлекусковойхромовойруды.
181
Один из путей улучшения энерготехнологических параметров
выплавки ферросплавов является применение плазменных печей.
Поданнойтехнологииможновыделитьдванаправления:
– применение для выплавки ферросплавов шахтныхплазменных
печей,типадоменныхпечей,снесколькимиструйнымиплазматронами;
–использованиепечейпостоянноготокасполымэлектродомпри
вдуваниивдугуплазмообразующегогаза.
Какбылоотмеченов п.1.3,главы1,длявыплавкиуглеродистого
ферромарганцаэксплуатироваласьплазменнаяшахтнаяпечьназаводе компании SFPO (СФПО) в Булонь-сюр-Мер, Франция. Шахтная
печьимела шестьструйныхплазматронов.Общаямощностьсоставляла9МВт(6х1,5МВт).Печьвыплавлялауглеродистыйферромарганецссодержанием65–85%Mn[89].
Рассмотримпроцессвыплавкиуглеродистогоферромарганцаспозицииэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи
для плазменной печи шахтного типа со струйными плазматронами,
всоответствиисвыражением(7.1)идля обычнойэлектропечипечи
переменноготокавсоответствиисвыражением(3.5),присопоставимыхзначенияхактивноймощности.
Энерготехнологические параметры выплавки ферромарганца в
шахтнойплазменнойпечии вобычной ферросплавной электропечи
привыплавкеуглеродотермическимпроцессомподаннымработ[79,
103,193]приведенывтаблице7.9.
Какследуетиз данныхтаблицы7.9,шахтнаяплазменнаяпечьсо
струйнымиплазматронамипостоянноготока,имеет следующиепреимущества перед традиционной ферросплавной электропечью. Например, высокие значения извлечения марганца в сплав, а также
увеличенныйтепловой иэлектрический КПД печи.Благодаряболее
высокойшахтепечиотмечаетсялучшеераспределениеведущегоэлементавсплавименьшийулётмарганца.
Плазменнаяпечьимеет на 10–15% выше извлечениемарганцав
сплав, но уступает обычной электропечи в использовании мощности трансформатора. Рассматриваяв комплексе выплавку углеродистого ферромарганца следует отметить, что плазменная печь имеет
182
более высокие значения энерготехнологического критерия работы
печи (0,3050–0,3229), чем традиционная низкошахтная электропечь
(0,2178).Вслучаевыплавкиферромарганцавпечипеременноготока
бесфлюсовым способом, извлечение марганца в сплав ниже 0,60–
0,62.Следовательно,энерготехнологическийкритерийобычнойпечи
переменноготокадополнительно уменьшается до значений0,1743–
0,1801[223].
Таблица 7.9.
Параметры
Мощностьтрансформаторов,МВА 15,0 12,80
Количествоплазматронов 6 –
Количествоэлектродов – 3
Активнаямощность,МВт 9,0 8,89
СодержаниеMnвсплаве,% 65–85 75
Коэффициентзагрузкитрансформатора – 0,874
Коэффициентпреобразователятока 0,600 –
Коэффициентмощности – 0,795
ЭлектрическийКПД 0,920 0,836
ТепловойКПД 0,650 0,500
ИзвлечениеMnизруды 0,850–0,900 0,750
Вариант
I II
0,2178
Какбылоотмеченов п. 4.1 (глава4) элемент марганец обладает
высокойупругостью параипри уменьшениифильтрационногослоя
шихтынадреакционной зоной,при выплавкеферромарганца,существенно возрастает улёт ведущегоэлемента с отходящими газами в
печипеременноготока.Поэтомуувеличениевысотышахтыпечидля
выплавкиферромарганца,втомчиследлярассматриваемойплазменнойпечи,являетсянаиболеепредпочтительным.Ктомужеприэтом
плавкиферромарганцав шахтнойплазменной печиследует отнести
то,чтоструйныеплазматроныимеютдостаточносложнуюконструкцию,неоченьвысокий эксплуатационныйресурсиявляются достаточнодорогимэлектрооборудованием.
183
Вторым направлениемплазменнойтехнологии в производстве ферросплавов является использование печей постоянного тока с полыми
электродамидлявдуванияплазмообразующегогаза.Например,какбыло
отмеченов п.1.3, главы1, плазменнаяпечьпостоянноготока сполым
электродомдлявыплавкиуглеродистогоферрохромаэксплуатировалась
на заводев Крюгерсдорпе, ЮАР. Активная мощность печисоставляла
14МВтпри мощности трансформатораисточника– 16МВ·А. Подвод
токаосуществлялсяк подовомуэлектроду(аноду)икграфитовомуполомуэлектроду(катоду)свнешнимдиаметров560мм.Поцентральному
отверстиюпологоэлектродавдувалиплазмообразующийгаз–азот.
Рассмотрим процесс выплавки углеродистого феррохрома с позиции энерготехнологического критерия работы ферросплавной печи
дляплазменнойпечисполымэлектродом.Дляпечипостоянноготока
эффективностьвыплавкиопределялась, всоответствиис выражением
(7.1)идляобычнойэлектропечипечипеременноготока,согласновыражения(3.5),присопоставимыхзначенияхактивноймощностипечей.
Параметрывыплавкиферрохромавплазменнойпечиcполымграфитовымэлектродомсвдуваниемазотаивобычной ферросплавной
электропечипеременноготокаподаннымработ[79,223]приведены
втаблице7.10.
Таблица 7.10.
Параметры
Мощностьтрансформатора,МВА 16 20
Активнаямощность,МВт 14 15,3
СодержаниеCrвсплаве,% 53 52
Общеесодержаниевсплаве(C+Si),% 9,4 11
Кратностьшлака 0,8 1,3
СодержаниеCr
ИзвлечениеCrвсплав 0,90–0,93 0,75–0,80
вшлаке,%
2O3
2,0–6,0 11,0–13,0
Вариант
I II
0,2582–0,2754
Привыплавке феррохромавплазменнойпечина однихи тех же
шихтовыхматериалахприотношениивхромовойруде(Cr:Fe=1,5),
184
атакжепри близкомсодержаниихрома всплаве (52–53 %Cr), значительноулучшилосьизвлечениеведущегоэлемента,посравнениюс
выплавкойвпечипеременноготока.
Отмечено,чтопривыплавкевплазменнойпечитолькооколо50%
содержаниясерыифосфорашихтыпереходитвферрохром.
ВдальнейшемнаферросплавномзаводевКрюгерсдорпе,ЮАР,эксплуатироваласьболеемощнаяплазменнаяпечьаналогичнойконструкции. При выплавкеуглеродистогоферрохроманоминальная активная
мощностьпечисоставляла32МВт.Общаямощностьтрансформаторов
источников тока была 40МВ·А(2 х 20 МВ·А) и максимальной силе
токаэлектродаоколо60кА.
На основании расчёта, в соответствии с выражением (7.1), для
плазменной печи мощностью 32 МВт и извлечении хрома в сплав
0,90–0,93,энерготехнологическийкритерийработысоставил0,3240–
0,3348,что значительновыше, чемдлявыплавки в обычнойферросплавнойпечипеременноготока.
На основании проведённого анализа технических решений в области производства ферросплавов для совершенствования энерготехнологических параметров выплавкив электропечах,всоответствии с
данными п. 7.1–7.6 (глава7), можно отметить следующее.Далеконе
всегдановаятехнологиявыплавки ферросплавовили возможныеперспективныетехническиерешениявконструкциипечейпозволяютполучитьпланируемыйтехническийэффектврезультате апробацииили
внедрениянапроизводстве.Врядеслучаевэтосоответствуетнесовершенству конструктивных изменений печного агрегата или большим
сложностямвосвоенииновыхтехнологийвыплавкиферросплавов.
Рассмотрим10техническихрешенийнаоснованииданныхтаблиц
7.1–7.10,поотносительномуизменениювеличиныэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечивсравнениистрадиционнойвыплавкойаналогичногосплава.
Изменениеэнерготехнологическогокритерияферросплавнойпечи
сзависимостиотэффективноститехническогорешения,которыерассмотренывп.7.1–7.6иприведенывтаблице7.11.
185
Таблица 7.11.
п/п Техническоерешение
ПрименениеполукоксапривыплавкеФС45впечи
1.
22,5МВ·А(16,2МВт)
Применениебурогоуглявсмесискоксикомпривыплавке
2.
ФС45впечи81МВ·А(57МВт)
Заменачастикоксанаантрацитпривыплавке
3.
ФМн78впечи63МВ·А(31МВт)
ВыплавкаФС65впечи27,6МВ·А(22,3МВт)сразряжени-
4.
емподсводом(–3…–8)Па
ВыплавкаФС45впечи24МВ·А(17,1МВт)
5.
спониженнойчастотойтока12,5Гц
Увеличениераспадаэлектродовиподэлектродногопро-
6.
межуткапривыплавкеФС45впечи16,5МВ·А(расчёт)на
основанииполупромышленнойвыплавки
Выплавкакремниявпечипостоянноготока6,4МВт
7.
(9МВ·А)потехнологиисзакрытойдугой
ВыплавкаФХ800впечипостоянноготоканауровне45–50
8.
МВтпримощностипечи72МВт(110МВ·А)потехнологиисоткрытойдугой
ВыплавкаФМн80вплазменнойпечишахтноготипасо
9.
струйнымиплазматронами9МВт(6х1,5МВт)потехнологиисзакрытойдугой
Выплавкаферрохрома(53%Cr)вплазменнойпечи
10.
14МВт(20МВ·А)сполымиэлектродами
Изменение
критерия,%
+19,8
+17,3
+0,3
+13,8
+0,6
+24,9
–17,7
–42,2…–51,4
+40,0…+48,3
+32,8…+37,3
Наибольшее увеличение энерготехнологического критерия работы
ферросплавной печи отмечается в плазменной шахтной печи типа доменнойсоструйнымиплазматронами(+40,0…+48,3 %)привыплавке
углеродистого ферромарганца, по сравнению с традиционной электропечью,аналогичнойактивноймощности,привыплавкеферромарганца.
Следуетотметить, что сочетание, таких факторов шахтной печи,
какувеличенныйтепловойКПДивысокотемпературныйплазменный
нагрев,которыйспособствовал болеевысокомуизвлечениюмарганца, привели к максимальному повышению энерготехнологического
критерияработыпечи,посравнениюстрадиционнойферросплавной
печьюаналогичноймощностипривыплавкеферромарганца.
186
Кнедостаткамразвитияиширокогораспространениятакойтехнологиипроизводстваферросплавовпокаявляетсянизкийресурсплазматроновидороговизнаэлектротехническогооборудования.
Вкачестведругойплазменной технологиирассмотрена выплавка
углеродистогоферрохромасотрытойдугойвпечисполымиграфитовымиэлектродамиивдуваниемплазмообразующегогаза.Даннаясхема менее затратная,чем использование струйных плазматроновдля
выплавкиферросплавови ограниченатипомсплава.Приэтомизмененияэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи
(+32,8…+37,3%)весьмазначительны.
Выплавка ферросплавов с увеличенным подэлектродным промежуткомираспадомэлектродовимеетбольшойпотенциалпоувеличениюактивногосопротивления ванны,напряженияи мощности печи
в2,0–2,6раза,безувеличениясилытокаэлектродовиихдиаметров.
Это значительно повышает энерготехнологический критерий работыпечи(+24,9%), из-заулучшениякоэффициентамощности, электрическогои тепловогоКПД. Какпоказали полупромышленныеиспытаниятакойтехнологии,увеличениеподэлектродногопромежутка
приводиткповышениюглубиныванныв2,0–2,5раза,чтопереводит
агрегатизнизкошахтныхпечей,в разрядсреднешахтныхпечей.Соответственноувеличиваетсявысотаванныпокожухупечи,чтопотребуетповышенияуровнярабочейплощадкивпечномпролётеферросплавногоцеха.
Применение различных видов полукоксов в смеси с традиционнымвосстановителем, привыплавке кремнистыхферросплавов,позволяетувеличитьактивноесопротивлениеванны,рабочеенапряжение,коэффициентмощности,электрическийКПД,атакжеповысить
извлечениеведущегоэлементавсплав.
Наилучшие результаты получены при использовании ангарского
полукокса.Врезультатеэнерготехнологическийкритерий печизначительно увеличился (+19,8 %). Близкие результаты получены при частичной замене коксика на бурый угольпри выплавке ферросилиция
(+17,3%).Использованиечастичной заменыкоксиканаантрацит,при
выплавкеуглеродистогоферромарганца,практическинеотразилосьна
энерготехнологическом критерии работы печи. Изменения комплексногопараметрасоставили+0,3%.Однако,следуетотметить,чтодаже
частичнаязаменакоксика,наменеедефицитныйидешёвыйуглеродистыйвосстановитель,приводитксущественнойэкономии.
187
Интересным техническимрешением являетсявыплавкаферросилицияФС65сразряжениемподсводомзакрытойпечи,чтопозволяет
увеличитьизвлечениекремниявсплав,активноесопротивлениеванныимощностьвваннепечи,атакжеулучшитькоэффициентмощности и электрический КПД. При этомизменение энерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечисоставило+13,8%.
Выплавкаферросилициянатокепониженнойчастоты12,5Гцпоказалаувеличениекоэффициента мощности печи, ноприснижении
активной мощности в ванне. Увеличение энерготехнологического
критерия при таком техническом решении составило +0,6 %. При
этомдляснижениячастотытокаиспользуютсятиристорныепреобразователитока.Ониимеютблизкуюстоимость,саналогичнымитиристорнымиисточникамидляпечейпостоянноготока,втомчиследля
плазменныхпечей.
Измененияэнерготехнологическогокритерия длявыплавкикремния технической чистоты в печи постоянного тока с закрытой дугой составляют (–17,7 %), а для выплавки феррохрома из мелких
хромовых руд в печи постоянного тока с открытой дугой находятся в пределах (–42,2…–51,4 %). Данное обстоятельство указывает
на то, что уровень таких технологий выплавки в печах постоянного тока необходимо совершенствовать, так как энерготехнологический критерий работы традиционной печи переменного токавыше,
чем при выплавке на постоянном токе. Также желательно повысить коэффициент преобразователя тока, который имеет невысокие
значения.
Данная методика определения эффективности выплавки ферросплавовуглеродотермическимпроцессомвэлектропечахможетбыть
использовананетолькодляразличныхвидоввосстановителейвшихте, но и для применения новых типов рудного сырья. Такими рудными материалами могут быть кварциты, хромовые и марганцевые
руды новых источниковсырья и месторождений. Таким образом, в
результатесравненияразличныхтехнологийвыплавкиферросплавов
икремния углеродотермическимпроцессом,на основе энерготехнологическогокритерия работыэлектропечи,какпеременномтак ина
постоянномтоке,показаныпреимуществаинедостаткитехнических
решений в электрометаллургии ферросплавов и кремния для повышенияэффективностипроизводства.
188
Наоснованиивеличиныэнерготехнологическогокритерияработы
ферросплавнойэлектропечибылпроведенанализтехническихрешенийпосовершенствованиютехнологиииконструкцииэлектропечей.
1. Наибольшее увеличение энерготехнологического критерия работыферросплавнойпечиотмечаетсядляплазменнойшахтнойпечи
типадоменнойсоструйнымиплазматронами(+40,0…+48,3%)при
выплавкеуглеродистогоферромарганца,по сравнениюстрадиционной электропечью, аналогичной активной мощности, при выплавке
ферромарганца.Кнедостаткамразвитияиширокогораспространения
такойтехнологиипроизводстваферросплавовпокаявляетсявысокая
стоимостьинизкийресурсплазматронов.
2.Вкачестведругойплазменнойтехнологиирассмотренавыплавкауглеродистогоферрохромасотрытойдугойв печисполымиграфитовымиэлектродамиивдуваниемплазмообразующегогаза.Повышениеэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи
составляет (+ 32,8…+ 37,3%), по сравнению с обычной печьюпри
выплавке углеродистого феррохрома. Данное техническое решение
менеезатратное,чемиспользованиеструйныхплазматроновдлявыплавкиферросплавовиограничена толькотипомферросплавас небольшимулётомведущегоэлемента.
3.Технологиявыплавкакремнистыхимарганцевыхферросплавов
с увеличенным подэлектродным промежутком в печи переменного
токасувеличеннымраспадомэлектродовимеет большойпотенциал
поувеличениюактивногосопротивленияванны,напряженияимощностипечив2,0–2,6раза,безувеличениясилытокаэлектродовиих
диаметров. Это значительноповышает энерготехнологический критерийработыпечи (+24,9%), благодаряулучшениюкоэффициента
мощности,электрическогоитепловогоКПД.
Как показали полупромышленные испытания такой технологии,
увеличение подэлектродного промежутка приводит к повышению
глубины ванны в 2,0–2,5 раза, что переводитагрегат из низкошахтныхпечей,вразрядсреднешахтныхпечей.Этопотребуетповышения
уровнярабочейплощадкивпечномпролётецехаилистроительство
новогоцеха.
4. Применение различных видов углеродистых восстановителей
при выплавке ферросплавов показало, что наилучшие результаты
189
получены при использовании ангарского полукокса для выплавки
ферросилиция. Энерготехнологический критерий печи значительно
увеличился(+19,8%).Близкиерезультатыполученыпричастичной
заменекоксиканабурыйуголь(+17,3%).
5.Интереснымтехническимрешениемявляетсявыплавкасразряжениемподсводомзакрытойпечи,чтопозволяетувеличитьизвлечение кремния в сплав, активное сопротивлениеванны и мощность в
ваннепечи, атакжеулучшитькоэффициентмощности иэлектрическийКПД.Приэтомизменениеэнерготехнологичекогокритерияработыферросплавнойпечисоставило(+13,8%).
6. Выплавкаферросилиция на токепониженной частоты12,5Гц
показала увеличение коэффициента мощности печи, но некоторое
снижение активной мощности в ванне. Увеличение энерготехнологического критерия при таком техническом решении составило
(+0,6%).
7. Изменения энерготехнологического критерия для выплавки
кремния технической чистоты в печи постоянного тока с закрытой
дугойсоставляет(–17,7%),адлявыплавкиуглеродистогоферрохромаизмелкиххромовыхрудв печипостоянноготокасоткрытойдугойнаходятсявпределах(–42,2…–51,4%).Уровеньосвоениятаких
технологий выплавки в печах постоянного тока необходимо совершенствовать,таккакэнерготехнологическийкритерийработытрадиционнойпечипеременноготокавыше,чемпривыплавкенапостоянномтоке.
8.Методикаоценкиэффективностивыплавкиферросплавовуглеродотермическим процессом на основе энерготехнологического
критерия работы ферросплавной печи может быть использована не
толькодляразличныхвидоввосстановителейвшихте,ноидляпримененияновых типоврудногосырья. Такимируднымиматериалами
могутбытькварциты,хромовыеимарганцевыерудыновыхисточниковсырьяиместорождений.
190
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]