Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
НаиболеекрупныеферросплавныепредприятиявРоссииимеютследующиеединичныемощностиэлектропечейдлявыплавкиуглеродотермическимпроцессоммассовыхсплавовкремния,хромаимарганца:
–Челябинскийэлектрометаллургическийкомбинат–3,5–40МВ·А
(ферросилиций, феррохром, ферросиликохром, ферросиликомарганец,ограниченнымипартиями–ферромарганец);
– Серовский завод ферросплавов – 16,5–23 МВ·А (феррохром,
ферросиликохром,ферросиликомарганец);
–Кузнецкийзаводферросплавов–20–29МВ·А(ферросилиций);
–Братскийзаводферросплавов–25МВ·А(ферросилиций);
– Новолипецкий металлургический комбинат, ферросплавный
цех–10,5–16,5МВ·А(ферросилиций);
–Тихвинскийзаводферросплавов–16,5/22,5МВ·А(феррохром).
Следуетотметить, что углеродистыйферромарганец выплавляют
вдоменныхпечахнаКосогорскомметаллургическомзаводеинаСаткинскомчугуноплавильномзаводенаимпортномрудномсырье.
В целомснижение качестварудного сырья по ведущемуэлементуотрицательновлияетнаэнерготехнологическиепараметрыпечейи
технико-экономическиепоказателипроизводстваферросплавов.
Встранахближнегозарубежьянаиболеекрупныеферросплавные
электропечитрадиционныхконструкцийнаходятсянаАксускомзаводеферросплавов(РеспубликаКазахстан).Мощность крупныхпечей
составляет 40–81 МВ·А (ферросилиций, феррохром,ферросиликохром и ферросиликомарганец). Также мощные печи 63–81 МВ·А на
Никопольском заводеферросплавов(РеспубликаУкраина)используютсядлявыплавкиферромарганцаиферросиликомарганца[6].
За рубежом наиболее крупные ферросплавные печи имели мощность трансформаторов для выплавки ферросилиция (75–105 МВ·А),
дляуглеродистогоферрохрома(81–105МВ·А),дляферромарганца(72–
81МВ·А)иферроникеля(51–120МВ·А),согласноданнымработ[6–10].
Например, для выплавки 75 %-ного ферросилиция эксплуатировалась ферросплавная печь мощностью 75 МВ·А (45 МВт) в Варгоне, Швеция. Печь была оборудована тремя трансформаторами
по25МВ·Акаждый.Силатокаэлектродасоставляладо140кА.Впоследствиипечьбылареконструирована.Мощностьпечныхтрансформаторовсоставила 105 МВ·А (3х 35 МВ·А). Активнаямощностьв
ваннепечиувеличиласьлишьот45до50МВт,присилетокаэлектрода150–160кА.Врезультатекоэффициентмощностиснизилсясо0,60
до0,46–0,47[6].В дальнейшемоднаизсамыхмощных ферросплав-
11
ныхпечей,из-занеэффективнойработы,былапереведенасвыплавкиферросилициянавыплавкууглеродистогоферрохромаиактивная
мощностьпечиувеличиласьот50до69МВт[7–10].
Для выплавки углеродистого ферромарганца эксплуатировалась закрытаятрехэлектроднаяпечьмощностью72 МВ·А(3х 24МВт)на заводекомпании«UnionCarbideCanadaСorp.»(«ЮнионкарбайдКэнэда»)
в Бохарнуа, Квебек, Канада [9–11]. Печной трансформатор был оборудован 32 ступенями напряжения. Рабочее напряжение на электродах
составляло до 285 В, при силе тока электрода 133 кА и естественном
коэффициентемощности0,489–0,502.Привыплавкеферромарганцаактивнаямощностьвваннепечибыланевысокойинаходиласьнауровне
33МВт.Придополнительномоборудованиипечиустановкойкомпенсации(54МВАр),коэффициентмощностиможетбытьувеличендо0,90.
Рассмотримпараметрыферросплавныхпечейсувеличениеммощноститрансформаторовнапримеребесшлаковогопроцесса–выплавка ферросилиция и шлакового процесса – выплавка углеродистого
ферромарганца.
Параметрыферросплавныхэлектропечейсмощностьютрансформаторов 7,5–105 МВ·А для выплавки ферросилиция на основании
данныхработ[6–14]приведенывтаблице1.1.
Таблица 1.1.
Мощность
печи,МВ·А
7,5 750 32,0 120–130 0,90–0,92 6,6
10,5 900 40,0 144 0,87 8,6
14,0 1000 46,0 156 0,85 10,9
16,5 1200 55–57 175 0,84 13,3–14,4
22,5 1200 60–67 185–189 0,78–0,81 14,2–15,3
27,6* 1400 72–84 195–219 0,70 19,5–20,6
40,0* 1500 92–103 224–231 0,65 31,4–33,0
75,0 1800 140 Н.св. 0,62–0,64 45,0
81,0* 1900 140–160 235–256 0,50–0,53 46,0–51,7
105,0 2000 160–170 Н.св. 0,46 50,0
Прим.:*установкакомпенсацииреактивноймощностиповышаеткоэффициентмощностидо0,92–0,94
12
Диаметр
электродов,
мм
Силатока
электрода,
кА
Рабочее
напряжение,В
Коэффициент
мощности
(естественный)
Активная
мощность,
МВт
Какследуетизданныхтаблицы1.1увеличениемощноститрансформаторовпечейдлявыплавкиферросилицияот7,5до105,0МВ·Априводиткувеличениюсилытокаэлектродаот32до160кАикснижению
естественногокоэффициентамощностиот0,90–0,92до0,46–0,50.Диаметрысамообжигающихсяэлектродовувеличиваютсяот750–900ммдо
1900–2000мм,чтоусложняетнетолькотехнологиюспеканияиобслуживания электрода,но и требует увеличение массы металлоконструкцийплавильногоцехадляудержанияэлектроднойсвечи.
Параметрыферросплавныхэлектропечейсмощностьютрансформаторов7,8–81МВ·Адлявыплавкиуглеродистогоферромарганцапо
даннымработ[6,11–17]приведенывтаблице1.2.
Таблица 1.2.
Мощность
печи,МВ·А
7,8 800–1000 32,0 120–130 0,85 6,2
11,15 1000 44,0 141 0,79 7,8–8,5
12,8 1000 40,0 144 0,90 8,9
22,5 1200 61–65 150–164 0,78–0,84 13,9
38,5 1700 102 218 0,65 25,0
63,0* 650х2800 100–110 145–210 0,45 37–39
72,0 2000 140–160 213–285 0,49–0,50 33,0
81,0* 750х3000 110–120 188–219 0,40 37–41
Прим.:*установкакомпенсацииреактивноймощностиповышаеткоэффициентмощностидо0,92–0,94;печиимеютпрямоугольныеэлектроды
Диаметр
электродов,
мм
Силатока
электрода,
кА
Рабочее
напряжение,В
Коэффициент
мощности
(естественный)
Активная
мощность,
МВт
Аналогичная картина ухудшения энерготехнологических параметров отмечается для печей при выплавке ферромарганца (таблица 1.2), где при повышении мощности трансформаторов печей в
диапазоне7,8–81 МВ·А,естественный коэффициентмощности снижается от 0,85 до 0,40, при возрастании силы тока электродаот32
до120–160кА.Дляпечейсредней ибольшоймощностиотношение
активноймощности кноминальной мощности трансформатораснижаетсядоуровня0,46–0,65.
Необходимо отметить, что на ферросплавных заводах в Японии
длявыплавкиферромарганцаиспользуютпечи,мощностьтрансфор-
13
маторовкоторых не превышает 40 МВ·А [15]. Активная мощность
печи в ванне составляет 25–26 МВт. Основное совершенствование
производстванаправленона подготовкушихты,использованиемарганцевой руды высокого качества и стабильной влажности руды и
коксика.
Приэтом,как следуетизтаблиц1.1и 1.2,увеличениемощности
трансформатораферросплавной печи далеконе эквивалентно повышениюактивноймощностив ваннепечиисоответственноувеличениюпроизводительностиагрегата.Врезультатетакойростмощности
ферросплавных печей нельзя считать рациональным. Поэтому для
выплавки крупнотоннажных ферросплавов дальнейшее увеличение
единичноймощности традиционныхконструкцийпечейи ихвводв
эксплуатациювпоследниедесятилетиянепроисходит.
Ктомуже,наблюдаетсяэнергетическиневыгодноеявление,когда
с ростоммощности трансформаторовпечей в указанномдиапазоне,
увеличивается отношение тока электрода к рабочему напряжению.
Этоотношениедля выплавки углеродистогоферромарганцаизменяетсяот246до560–750иболеенапечах7,8–81МВ·А,адлявыплавки
ферросилициядо610–650иболеенапечах7,5–105МВ·А.
Посути, увеличениеотношения токаэлектродак рабочемунапряжению указывает на снижение сопротивления печного контура ферросплавнойэлектропечи.Основную долювданной величинепечного
контурасоставляетактивное сопротивлениеванны.Данный параметр
снижаетсяс повышением мощности трансформаторовиувеличением
габаритовпечи[18].Ктомужеувеличениеотношениетокаэлектродак
напряжениюпривыплавкеферросплавовприводиткдополнительным
активнымииндуктивнымпотерямэлектроэнергиивкороткойсети,что
ухудшаеткоэффициентмощностииэлектрическийКПДпечи.
По данным работы [19] считается, что для повышения активногосопротивленияванны ферросплавной печивозможныследующие
технологическиеспособы:применениенаиболееэффективногоуглеродистого восстановителя с определённым фракционным составом
иудельнымэлектросопротивлением;работаснезначительнымнедостаткомвосстановителя;выборсоставашлака,дляшлаковыхпроцессовпроизводстваферросплавовивозможноеустановлениеоптимальногосоотношениятокаэлектродаирабочегонапряжения.
Наибольшее распространение для выплавки ферросплавов получилоприменение различныхвидовуглеродистыхвосстановителей с
14
повышеннымудельнымэлектросопротивлениемв смесискоксиком,
которыенесколько улучшаюттехнико-экономические показателипечейвопределённыхпределах.
Таким образом, повышение мощности электропечей, для увеличения производства крупнотоннажных ферросплавов показало, что
с ростом мощности печных трансформаторов увеличиваются диаметры электродов до 1800–2000 мм, наблюдается такое негативное
явление,как увеличивающийсяразрывмежду активной мощностью
вваннепечииустановленноймощностью трансформатора,чтовлияетнапроизводительностьагрегата.Рост силытокаэлектродовопережаетувеличениерабочегонапряжения.Приэтомухудшаютсяэнерготехнологическиепараметрыпечей,чтонепозволяетдостичьболее
высоких технико-экономических показателей и ограничивает мощностьферросплавногоагрегата.
Однимизнаиболеераспространённыхтехнологическихспособов
улучшениятехнико-экономических показателейработы ферросплавнойпечииповышенияактивногосопротивленияванныявляетсяприменениеразличныхвидовуглеродистыхвосстановителейсповышеннымудельнымэлектросопротивлением.
Значительный период времени в электрометаллургии ферросплавов практически основным видом углеродистогосырья являлся
коксик-орешек, в виде отсевов доменного кокса фракции 6–25 мм.
Данный вид восстановителя является основным электропроводным
материаломшихты,нарядусжелезнойстружкой.Металлургический
коксик получилширокоераспространение длявыплавкиферросплавов.Однако,онимеетсравнительномалыевеличиныудельногоэлектросопротивления и относительно среднюю реакционную способность,атакжесущественнуютоварнуюстоимость.
Высоким удельным электросопротивлением и реакционной способностью обладаетдревесный уголь.Первые ферросплавные электропечивРоссииработалиименнонадревесномугле[20].Применениетакоговосстановителяуменьшаетспеканиешихтынаколошнике,
15
чтоособенно важнопривыплавке высококремнистыхсплавов в закрытыхпечах.Приэтомонимеетсравнительномалуюмеханическую
прочность.Всвязистем, чтодревесныйугольоченьдорог,его,как
правило, применяют лишь для производства кремния технической
чистоты,силикоалюминияи силикокальцияпри выплавкеуглеродотермическимпроцессом.Поэтойпричинедревесныйугольстремятся частично заменить различными восстановителями, в том числе
древесными отходами (брикетированными древесными опилками,
стружкой,щепой,лигниномидругимианалогичнымиматериалами).
Такиетехнологическиеприёмыспособствуютуменьшениюспекания
шихты,улучшениюеегазопроницаемостиинекоторомуповышению
активногосопротивленияванныпечи.
Всвязисопределённымдефицитом,значительнойстоимостиметаллургическогококса, а также экологическими аспектами его производства,проведено большое количестворабот по замене данного
углеродистого восстановителя другими сравнительно недорогими
и менее дефицитными углеродсодержащими материалами. Поэтому,
большинство исследований в области металлургии ферросплавов
икремниясвязаносиспользованиемразличныхвидоввосстановителейиихсмесей.Вкачестветакихматериаловприменяли:полукоксы,
получаемые из некоксующихся углей низкотемпературным пиролизом;нефтекоксы, какпродуктдвойногопиролизанефти; длиннопламенные угли; кусковой и брикетированный торф, торфококс, в том
числевсмесимелкихфракцийкокса,полукокса,угольныхшламови
отходовабразивногопроизводства.Такжебылиопробованыбрикетированныйгидролизныйлигнин,целлолигнин,шунгит,материалысодержащиекарбидкремнияидругие.
Наиболееэффективнопривыплавкеферросплавовиспользование
различныхвидоввосстановителейсповышеннымудельнымэлектросопротивлением. Высокое удельное электросопротивление восстановителяобеспечиваетболееглубокуюпосадкуэлектродоввшихте,
уменьшаетулётведущихэлементовсотходящимигазами иснижает
удельный расход электроэнергии. Это позволяет работать на большемрабочемнапряженииприповышенныхзначенияхкоэффициента
мощности,электрического КПДи иметьдополнительнуюмощность
вванне печи.В результатеулучшаютсятехнологические параметры
процесса выплавкиитехнико-экономические показателиработы печей.
16
Обычноуглеродистыйвосстановитель,свысокимудельнымэлектросопротивлением, обладает и наибольшей реакционной способностью, что в приводит к лучшему извлечениюведущегоэлемента
всплав.Таккакобаэтисвойствавосстановителя, удельноеэлектросопротивлениеиреакционнаяспособностьзависятотмногихобщих
причин[21],а именноотстадииметаморфизмауглейиспользуемых
длякоксования.В работе[22] отмечается,чтонаибольшие значения
этихпоказателейсвойственныкоксамиполукоксам,которыеполученыизнекоторыхуглей,такихкакбурые,длиннопламенныеигазовые
угли. Они являются наиболее реакционно-способными и обладают
высоким удельным электросопротивлением. Данные угли не коксуютсяобычным способом,неявляются дефицитнымии имеютхорошиеперспективывкачествевосстановителей[23,24].
Удельноеэлектросопротивлениетощих каменныхуглей притемпературе900ºCв8–10разбольше,чемукоксикаив4–6разбольше,
чемуполукокса.Применениетакоговосстановителявпечисмощностьютрансформатора14 МВ·А, привыплавкеферрохромаувеличилоактивнуюмощностьна0,8%иснизилоудельныйрасходэлектроэнергиина1,24%[25].
Вопытнойкампаниипривыплавке75%-ногоферросилициясиспользованиемвкачествевосстановителядо60%газовыхуглейпривело к увеличению активного сопротивления ванны и вторичного
напряженияна1,5%ипроизводительностипечина10%.Удельный
расходэлектроэнергииснизилсяна4,4%[26].
Восстановители для ферросилиция.Нарядеферросплавныхзаводов широкое распространение при выплавке кремнистых ферросплавов получил ангарский полукокс. Удельное электросопротивлениеполукоксапритемпературахдо900ºСвтысячуразбольше,чему
обычныхкоксов,ноприболеевысокихтемпературахданнаявеличинаприближаетсякудельномуэлектросопротивлениютрадиционного
восстановителя– коксика. Темне менеевыплавка75%-ногоферросилициявпромышленной открытойпечисприменениемангарского
полукокса позволила работать на повышенном напряжении (183 В,
против173В)исущественнона6% увеличитьпроизводительность
агрегата, а также на 400 кВт·ч/т снизить удельный расходэлектроэнергиина1баз.тсплава[27].
Дальнейшее применение такого полукокса (до 50 % от общего
количества восстановителя) при выплавке45 %-ного ферросилиция
17
взакрытых печахмощностью22,5МВ·А увеличилорабочеенапряжениесо174,2до189В, акоэффициентмощностис0,774до0,832.
Производительностьпечивозрослана11%иудельныйрасходэлектроэнергиина1 баз.т сплаваснизилсяна9,5%.При этомизвлечениекремниявсплавувеличилосьс 92,7до96,7 %.Отмечено,что в
целомдиапазонрабочихнапряженийпривыплавкеферросилицияна
рядеработающихпечейсиспользованиемполукоксасоставил182,5–
188,5В, против 166,5–171,5В при работенакоксике[28]. Следовательно,технологиявыплавкиферросилициясиспользованиемангарского полукоксаобеспечиваетсущественное (на16,7 %)повышение
активногосопротивленияванныферросплавнойпечи.
Максимальное значение удельного сопротивления кокса и полукоксавпроизводственныхусловияхцеханаблюдаетсяпринебольшой
влажностиуглеродистоговосстановителя2,5и5,0%соответственно.
На печи Кузнецкого завода ферросплавов, мощностью 22,5 МВ·А,
проводилась выплавка 45 % и 65 %-ного ферросилиция на восстановителях с повышенной влажностью. Были улучшены техникоэкономические показатели выплавки: снижение удельного расхода
электроэнергиина1баз.тсплавана1,7–4,0%;повышениепроизводительности печина1,8–3,8 % иснижение температурыколошника
печивсреднемна50ºС[29].Совершенствованиетехнологиивыплавкина коксике спостояннойповышенной влажностью,при одинаковомэлектрическомрежиме:рабочеенапряжение–199,6В;силатока
электрода–69,7кА;активнаямощностьпечи–18,5МВт,позволило
получитьнаилучшие результаты прирасходеводы 16,7%от массы
углеродистоговосстановителя.Вподсводовомпространствепечинаблюдалось сокращение накоплениевозгонов. Настыли у бортов колошникапроплавлялись. Колошникпечи былровнымс чётковыраженнымиконусамишихтывокругэлектродов.Содержаниеводорода
вотходящихгазахпрактическинеизменилось.Отмеченастабильная
иглубокаяпосадкаэлектродоввшихту.Привыплавке45%-ногоферросилицияпроизводительность печиувеличилась на4,6% с85,3до
89,2т/сут.иудельный расход электроэнергиина1баз.тснизился на
4,5%с5110до4890кВт·ч/т[30].
Нааналогичномрежимеработыпривыплавке65%-ногоферросилицияпроизводительностьпечиувеличиласьлишьна1,7%с60,4до
61,4т/сут.иудельный расход электроэнергиина1баз.тснизился на
1,7%с7388до7267кВт·ч/т[31].Следуетотметить,чтоработапечи
18
на дополнительно увлажнённом углеродистом восстановителе (коксик и полукокс)улучшает условия трудаплавильщиков, вследствие
болееглубокойпосадкиэлектродовипониженнойтемпературыотходящихгазов.
В практике производства ферросплавов имеется опыт использованиябурыхуглейв качествечастичнойзамены коксика,кактрадиционноговосстановителя.Так,дляусловийАксускогозаводаферросплавов (Республика Казахстан) разработана технология выплавки
ферросилиция с использованием бурого угля Майкюбенского бассейна,месторождениякоторогорасположеныв200кмотзавода.При
этомполучаемыйбурыйугользначительнодешевле,чемкоксик.Положительнымисвойствамибурогоугля,какуглеродистого восстановителя,являетсявысокаяреакционнаяспособность(в13,4разабольше, чем у коксика) и повышенное удельное электросопротивление
притемпературахдо 1000ºС,но приневысокомсодержаниитвердогоуглерода около45,5% С
[32].При выплавке75%-ногоферроси-
тв
лициянапечимощностью16,5 МВ·Ас использованиемвшихтедо
37%бурогоуглявзаменкоксика,активнаямощностьувеличиласьна
2,4%,суточнаяпроизводительностьвырослана3,4%,удельныйрасходэлектроэнергииснизилсяна1,6%.Вместестемувеличилосьсодержаниеалюминиявсплавес1,85до2,22%Al.Данноеобстоятельство, потребовало проведения операций внепечного рафинирования
ферросилиция сидеритом (минерал состава FeCO
), для получения
3
стандартногосплава,чтоснизилосодержаниеалюминияна9–19%.
ТакженаАксускомзаводеферросплавовбыларазработанатехнологиявыплавки45%и 65%-ногоферросилициявпечахРКЗ–63И1
(мощность трансформаторов – 81 МВ·А) с использованием бурого
угля.Частичная заменакоксиканабурыйугольсоставляла16–30%
отнавескипотвердомууглероду.Привыплавке45%-ногоферросилиция: используемая мощность печи возросла на 11,8 %; суточная
производительностьпрактическинеизмениласьисоставиласоответственно 259 и 258 т/сут.Удельный расходэлектроэнергии снизился
на0,8 % с5081 до 5014кВт·ч/т[31]. Степеньизвлеченияведущего
элементавсплавосталасьнапрежнемуровне.
При выплавке 65 %-ного ферросилиция на этой печи получены следующие результаты: используемаямощность увеличилась на
11,8%; суточнаяпроизводительность возросла со 168 до 175 т/сут.
(+4,2 %); нопри этомудельныйрасходэлектроэнергии увеличился
19
с7491до 7687кВт·ч/т(+2,6%). Степеньизвлеченияведущегоэлементавсплавмалоизменилась87и88%соответственно[31].Отмеченоболеечастоеавтоматическоеотключениепечиипростои(более
12 %), из-за превышения содержания водорода в подсводовомпространстве.
ВусловияхКузнецкогозаводаферросплавоввкачествевосстановителейдлявыплавкиферросилицияопробованоиспользованиеслабоспекающихся углей месторождений Кузбасса. При температурах
до1000ºСслабоспекающийсяугольпиролизуетсяиполученныйкоксовыйостатокимееттонкопористуюструктурусходнуюсангарским
полукоксом.Былоопределеноудельноеэлектросопротивлениесмеси,
состоящейиз70%коксикаи30%слабоспекающегоугля,котороесоставило8,6Ом·см,против2,8Ом∙смдлякоксовогоорешка[32].Благодаряэтомуобеспечиваласьповышенноесопротивлениеванныпечи
иболееглубокаяпосадкаэлектродоввшихту.Этопозволилоподнять
уровеньколошникаиувеличитьтепловойКПДпечи.
Вдальнейшейвыплавку75%-ногоферросилицияпроводиливоткрытой печи с мощностью трансформатора 29 МВ·А. Применение
смеси восстановителей из коксика и слабоспекающихся углей позволило:несколько увеличитьиспользуемуюмощностьпечис17,36
до 17,46 МВт (+ 0,6 %) и производительность с 41,7 до 46,6 т/cут.
(+11,8%).Приэтомудельныйрасходэлектроэнергииснизилсяс9897
до8851кВт·ч/т(–10,6%).Содержаниеалюминиявсплавенеизменилось[32].При работепотакойтехнологиинеобходимохорошееобслуживаниеколошникапечиииспользованиевкачестверазрыхлителейдревеснойщепы.
Древесную щепу, опилы и другие отходыдеревопереработки использоваливкачествевосстановителей-разрыхлителейпривыплавке
высокопроцентного ферросилиция и кремния технической чистоты
[24]. Так,по опыту Челябинскогоэлектрометаллургическогокомбината [33] использование древесной щепы при выплавке 65 %-ного
ферросилиция в количестве 80–90 кг/т сплава снижает удельный
расход электроэнергии на 4–5 %. Такжеулучшаются другие технико-экономические показатели работы печи. Введениев шихтуотходовдубильногопроизводстваснижаетрасходэлектроэнергиина200
кВт·ч/тсплава. В зарубежнойпрактикедля выплавки ферросплавов
используютвкачестведобавокщепу,кору,опилыдревесины,отходы
производствакукурузыипрочиеотходы.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]