Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
ветствующейпечи.Наоснованииисследованийэлектрическогополя
намоделипечиипрактическихданныхполучено,чтооптимальным
являетсяподэлектроднымпромежутоксвеличиной0,67d
или2/3от
э
диаметра электрода. Отмечается, что это является наиболее благоприятнымкак длятехнологических особенностях выплавкисплавов
(ферросилиция,ферросиликохрома,ферросиликомарганца),такидля
электрического режимаферросплавной печи,при которомобеспечиваютсянаилучшиетехнико-экономическиепоказатели.
Активное сопротивление ванны. В связи стем,что при увеличениимощностипечейпотрансформатору,ростсилытокаэлектрода
опережаетувеличениерабочегонапряжения,тодляоценкиработыи
ходаферросплавныхпечейориентируютсянавеличинуактивногосопротивленияванныпривыплавкеоднотипныхсплавов.Активноесопротивлениеванныопределяетсяследующимобразом:
R
где:U
–рабочеенапряжениенаступенитрансформатора,В;
раб
=(U
в
·cosφ):1,73·Iэ, (3.4.)
раб
cosφ–коэффициентмощностипечи;
–силатокаэлектрода,кА.
I
э
Снижение активного сопротивления ванны отрицательно отражается наэнергетическихитехнологических параметрах выплавки.
Одним из наиболее широко известных технологических способов
увеличения данного параметра является применение углеродистых
восстановителей с повышенным удельным электросопротивлением
привыплавкеферросплавов(п.1.2,глава1).
Следовательно, для комплексной оценки эффективности работы
ферросплавных печей, как мощных потребителей электроэнергии
и большого количествашихтовых материалов, не было выработано
единогоподхода,какдля шлаковых,так идлябесшлаковыхпроцессов,что позволилобыв комплексехарактеризоватьработутехнологическогоагрегата.
Ферросплавные печи, работающие углеродотермическим процессом,являютсянетолькомощнымипотребителямиэлектроэнергии,но
ибольшогоколичествапредварительноподготовленныхрудныхмате-
71
риалов, углеродистых восстановителей, флюсующих и металлодобавок.Приэтомучётэффективногоиспользованияпечейпоэлектроэнергетическим, технологическим и теплотехническим параметрам очень
актуален,сучётомувеличенияихмощности,основныхположенийбережливогопроизводстваивопросовэнергоресурсосбережения.
Работаферросплавной печихарактеризуетсязначительным количествомэнергетических,технологическихиконструктивныхпараметровпривыплавкеразличныхферросплавов.Дляпроведенияанализа
комплекса параметров предварительнобыли выбраныдва основных
показателя,которыехарактерныдляработылюбоготехнологического,втомчисле,металлургическогоагрегата,ихарактеризуютэффективностьегоработыприследующемусловии:
–производительность–max;
–удельныйрасходэлектроэнергии–min.
Данныепараметрыбыливыведеныизобщейсистемыпоказателей
работыферросплавногоагрегата.Далееизобщегоспектраоставшихсяпоказателейбылиполученычетырекомплексавеличин:
–Комплекс1.Электроэнергетическиепараметры;
–Комплекс2.Технологическиепараметры;
–Комплекс3.Теплотехническиепараметры;
–Комплекс4.Параметрыконструкциипечи.
Следуетотметить,чтонарядусабсолютнымивеличинамирассматриваемыхпараметров,относительныевеличины–этообобщающие
параметры, которые выражают меру количественных соотношений
присущихконкретнымпроцессамиобъектам[119].Например,коэффициентмощностипечиэтоотношениеактивноймощностикполной
используемоймощности.Такжетакойтехнологическийпараметр,как
извлечениеведущегоэлементавсплав,являетсяотношениемколичестваведущегоэлементав сплаве к количествуведущего элементав
шихтепечивпроцессевыплавки.
Вдальнейшем,в соответствиисметодикойработы[119],которая
используется для обработки большого массива данных в макроэкономическихисследованиях,вкаждойгруппепоказателейпроводили
выборкупараметровпоследующейсхеме:
–Группа1–абсолютные(вт.ч.удельные)иотносительныевеличины;
–Группа2–относительныеиудельныевеличины;
–Группа3–относительныевеличины.
72
В процессе выборки в каждомкомплексепараметров рассматривались абсолютные величины и их взаимосвязи с относительными
величинами.Вкаждомконкретномслучае,выявлялисьвзаимосвязи,
когдаабсолютныевеличиныпараметровмогутбытьвыраженычерез
относительныевеличины.Врезультатевыборкитакиепараметрыисключалисьизсистемыилигруппыкомплекса.
Рассмотрим схему преобразований энерготехнологических параметроввыплавкиферросплавоввэлектропечах.
Электроэнергетические параметры выплавки ферросплавов
1.Установленнаямощностьтрансформатора,S
2.Используемаямощностьтрансформатора,S
3.Рабочеенапряжение,U
4.Полезноефазноенапряжение,U
раб
,В
,В
пф
уст,
исп,
МВ·А
МВ∙А
5.Коэффициентмощности,cosφ
6.Активнаямощностьпечи,Р
7.Полезнаямощность,Р
8.Силатокаэлектрода,I
9.ЭлектрическийКПД,η
пол
,кА
э
эл
10.Коэффициентзагрузкитрансформатора,К
акт
,МВт
,МВт
ит
11.Активноесопротивлениеванны,Rв,мОм
12.Активноесопротивлениекороткойсети,R
13.Индуктивноесопротивлениекороткойсети,X
14.Индуктивноесопротивлениеванны,X
мОм
в,
,мОм
кс
мОм
кс,
Электроэнергетические параметры выплавки ферросплавов
1.Коэффициентзагрузкитрансформатора,К
ит
Прим.:величиныиспользуемыедлявыраженияКит:
S
,S
,U
уст
исп
,Iэ–изсистемыисключаются.
раб
2.Коэффициентмощности,cosφ:
Прим.:величиныиспользуемыедлявыраженияcosφ:
S
,Р
,U
исп
акт
3.ЭлектрическийКПД,η
Прим.:величиныиспользуемыедлявыраженияη
Р
,Р
пол
акт
,Iэ,Rкс,Xкс,Rв,Xв–изсистемыисключаются.
раб
,Uпф,U
,Iэ,Rкс,Rв–изсистемыисключаются.
раб
:
эл
:
эл
73
Электроэнергетические параметры выплавки ферросплавов
Резюме:наоснованиипроведённойвыборкивданномкомплексе
выделеныследующиепараметры:
1.Коэффициентзагрузкитрансформатора,К
ит;
2.Коэффициентмощности,cosφ;
3.ЭлектрическийКПД,η
эл.
Технологические параметры выплавки ферросплавов.
1.Удельныйрасходна1баз.тсплава,М
ших
,кг/т
2.Составшихты,%
3.Содержаниеведущегоэлементавшихте,%
4.Количествометалла,т
5.Общийсоставметалла,%
6.Количествошлака,т
7.Общийсоставшлака,%
8.Кратностьшлака(Кр
9.Основностьшлака(В
10.Отношениеуглеродакведущемуэлементувшихте,(С/В.э.
шл
шл
)
)
)
ших
11.Распределениеэлементовпривыплавке(сплав–шлак–улёти
потери),
В.э.→[Me]–(MeO)
–улётипотери
шл
12.Содержаниеведущегоэлементавсплаве,[В.э.],%
13.Содержаниеведущегоэлементавшлаке,(В.э.),%
14.Извлечениеведущегоэлементавсплав,η
изв.вэ
,
Технологические параметры выплавки
Наоснованииразличныхметодиксоставленияматериальногобаланса технологии выплавки ферросплавов [120–122] можно заключить,чтопараметрып.1–13имеютвзаимосвязиспараметромп.14,
которыйможет рассматриваться,какрезультирующая величина технологиирудовосстановительногопроцесса.
Технологические параметры выплавки ферросплавов
Резюме:наоснованиипроведённойвыборкивданномкомплексе
выделенследующийпараметр:
1.Извлечениеведущегоэлементавсплав,η
74
изв.вэ
.
Теплотехнические параметры выплавки ферросплавов
1.Температурашихтыпризагрузкевпечь,ºС
2.Температурасплава,ºС
3.Температурашлака,ºС
4.Температурафутеровкистен,ºС
5.Температурафутеровкиподины,ºС
6.Температурафутеровкисводапечи,ºС
7.Температураохлаждающейводытокоподводов,ºС
8.Температуракожухастенпечи,ºС
9.Температуракожухаднищапечи,ºС
9.Температураотходящихгазов,ºС
10.Составотходящихгазов,%
11.Количествоотходящихгазов,м
3
/час
12.Составляющиестатьиприходатепла(тепловносимоеэлектро-
энергией,теплоэкзотермическихреакций)
13. Составляющие статьи расхода тепла (нагрев шихты, восстановлениеоксидов,теплосплаваишлака,теплосотходящимигазами,
теплочерезкожухиднище,теплочерезэлектродыитокоподвод;теплочерезколошникидругиеохлаждающиеэлементы)
14.ТепловойКПДпечи.
Теплотехнические параметры выплавки
На основании методики составления теплового баланса выплавкиферросплавов[120,121]можнозаключить,чтопараметрып.1–13
являютсяосновой статейрасходаиприходатепла, сучётомданных
материальногобаланса.Статьитепловогобалансаплавкиимеютпрямуювзаимосвязьспараметромп.14.ТепловойКПД,в данномслучае,можетрассматриваться,какрезультирующаявеличинатепловой
работыферросплавногоагрегата.
Теплотехнические параметры выплавки
Резюме: на основании проведённой выборки по взаимосвязям
вданномкомплексевыделенследующийпараметр:
1.ТепловойКПДпечи,η
т.
75
Параметры конструкции печи
Вкачествепараметровконструкцииферросплавнойпечибылавыбрана типовая печь с верхним расположением круглых электродов
(повершинамравностороннеготреугольника)икруглойванной.Числотакихпечейсоставляетболее95%отобщегоколичества.Вкачествепараметровпечныхваннрассматривалисьследующиегеометрическиеразмеры:
мм
в,
мм
мм
р,
1.Диаметрванныпечи,D
2.Глубинаванны,h
в,
3.Диаметрраспадаэлектродов,D
4. Расстояние между центрами электродов (распад электродов),
мм
d
р,
5.Расстояниеотэлектродадостенкиванны,а,мм
6.Диаметрэлектрода,d
мм
э,
Параметры конструкции печи
Геометрические размеры ванны печи, в соответствии с теорией
подобия,быливыраженычерездиаметрэлектродасоответствующей
печи[6,109,123]ибылиполученыследующиеотносительныевеличины:
1.Диаметрванныпечи,D
2.Глубинаванны,h
/dэ=2,0–2,3 (сред.2,15)
в
3.Диаметрраспадаэлектродов,D
4.Распадэлектродов,d
/dэ=5,2–5,6 (сред.5,4)
в
=2,4–2,6 (сред.2,5)
=2,1–2,3 (сред.2,2)
р/dэ
р/dэ
5.Расстояниеотэлектродадостенкиванны:
=0,9–1,0 (сред.0,95)бесшлаковыйпроцесс;
–а/d
э
=1,0–1,2 (сред.1,1)шлаковыйпроцесс.
–а/d
э
Относительныевеличиныпараметровпечискруглойваннойимеютнебольшойотклонениеотсреднейвеличины.Поэтому,какправило, при повышении мощности печей, увеличиваются размеры ванн
пропорционально росту диаметра электродов. Увеличенное относительноерасстояниеотэлектродадостенкиванныдляшлаковогопроцесса,посравнениюсбесшлаковымпроцессомвыплавки,обусловленоповышениемстойкостифутеровкипечи.
Рассматривая относительные параметры ванн печей различной
мощности для выплавки крупнотоннажных ферросплавов, следует
76
отметить,чтоонипрактическиподобныинесодержатсущественных
отличительныхпризнаков.
Параметры конструкции печи
Резюме:на основаниипроведённогоанализа вданномкомплексе
параметрневыделен.
Соответственно,вдальнейшемрассматривалиотносительные параметрыКомплекса1(группа3),Комплекса2(группа3)иКомплекса3(группа3).
По данным методики работы [124], выделенные относительные
величины могут образовывать систему взаимосвязанных комплексных показателей, такие как комплексная относительная величина
сравнения.
Следовательно,наоснованиианализаэнерготехнологическихпараметроввыплавкиферросплавовможетбытьполученабезразмерная
величина,какпараметрсравнения,которыйвкомплексехарактеризуетработуферросплавногоэлектропечногоагрегатаивключаетследующиепараметры:
–коэффициентзагрузкитрансформатора;
–коэффициентмощностипечи;
–электрическийКПД;
–тепловойКПДпечи;
–извлечениеведущегоэлементавсплав.
Такимобразом,дляоценкиработыферросплавнойпечиполучена
безразмернаявеличина,котораяхарактеризуетэлектрическийрежим,
тепловуюработупечиитехнологиювыплавкиферросплава.Рассматриваемаябезразмернаявеличина–энерготехнологическийкритерий
работыферросплавнойэлектропечи[125,126]в общейформеимеет
следующийвид:
Sh=К
где:К
–коэффициентзагрузкитрансформатора;
ит
·cosφ·η
ит
cosφ–коэффициентмощностипечи;
–электрическийКПД;
η
эл
–тепловойКПД;
η
т
–извлечениеведущегоэлементавсплав.
η
изв
·ηт·η
эл
изв,
(3.5)
77
Физический смысл энерготехнологического критерия работы
ферросплавной электропечисостоит в том,что он определяетдолю
энергииотисточникатока,а именноеё полезнуючасть, пошедшую
на рудовосстановительный процесс получения ферросплава (ферросилиция,феррохрома,ферромарганца,ферроникеля),сучётомтепловыхпотерьистепениизвлеченияведущегоэлементавсплав.
Рассмотримклассическийпример эксплуатациикруглыхтрехэлектродныхферросплавных печей одинаковой мощности по данным работы[127]наразныхрежимахвыплавки75%-ногоферросилиция.Параметрывыплавкиферросилицияивеличиныэнерготехнологического
критерияработыферросплавныхпечейприведенывтаблице3.1.
Величинаизвлеченияведущегоэлементавсплавзависитнетолькоот технологических особенностей выплавки и состава шихтовых
материалов, но и от электрических параметров, которыевлияют на
положениеэлектродавваннепечи.Увеличениерабочегонапряжения
приводиткуменьшениюзаглубленияэлектродавшихту,чтовызываетповышенныйулеткремниявгазовуюфазуввидеSiO
,которыйоб-
г
разуетсяиучаствуетвстадияхвосстановлениякремнезёмауглеродом
привыплавкеферросилиция.
Таблица 3.1
Параметры
Мощностьтрансформатора,МВ·А 10,50 10,50
Используемаямощностьтрансформатора,МВ·А 10,01 10,04
Рабочеенапряжение,В 148 160
Силатокаэлектрода,кА 39,0 36,2
Отношениетокаэлектродакнапряжению,А/В 264 226
Коэффициентмощностипечи 0,810 0,830
ЭлектрическийКПД 0,833 0,852
ТепловойКПД 0,525 0,496
ИзвлечениеSiвсплав 0,890 0,863
Коэффициентзагрузкитрансформатора 0,953 0,956
Удельныйрасходэлектроэнергии,кВт∙ч/т
78
Вариант
I II
0,2893
9278
Вследствиеуменьшенияфильтрационногослояшихтывозрастает
улётSiO
исоответственноснижаетсяизвлечениекремниявсплав с
г
0,890 до 0,863. Такжеуменьшениезаглубленияэлектродов в шихту
увеличиваетдолю ответвлениятокамежду электродамии приводит
кразогревуколошника печи. Вконечномитогеснижаетсятепловой
КПДпечи с0,525 до 0,496и повышается удельныйрасход электроэнергиина553кВт∙ч/т,несмотрянаболеевысокиеэлектроэнергетические параметры (коэффициента мощности, электрического КПД
и коэффициента загрузки печного трансформатора). При этом снижение энерготехнологического критерия работы ферросплавной
электропечиот величины 0,3005 до 0,2893 приводит к повышению
удельногорасходаэлектроэнергиис8725до9278кВт∙ч/тпривыплавке75%-ногоферросилиция.Наоборот,наибольшаявеличинаэнерготехнологического критерия соответствует наименьшему удельному
расходу электроэнергии при выплавки ферросилиция, на примере
бесшлакового,углеродотермическогопроцесса.
Аналогично,в качествепримера шлакового процесса, рассмотрены параметры выплавки углеродистого феррохромав печахс сопоставимой мощности трансформаторов с установкой компенсации
реактивноймощностии безУПК на Аксускомзаводеферросплавов
(РеспубликаКазахстан),сучётомданныхработ[128,129].Сравнение
энерготехнологическихпараметров выплавкиуглеродистогоферрохромаприведеновтаблице3.2.
Выплавка углеродистого феррохрома в печах с близкой мощностьюпечныхтрансформаторов21и23МВ·АбезиспользованияУПК
(печь I) и с использованием УПК (печь II), показала существенное
различие в работе по энерготехнологическому критерию электропечи0,2262 и0,2519 соответственно.Так, припрактическиблизких
параметрах, использование УПК компенсировало индуктивное падение напряжение на вторичной стороне трансформатора. Это позволилоработатьнаболеевысокихступеняхнапряженияисилетока
электрода.ВрезультатедляпечиIIсущественноулучшилсякоэффициентмощностиизначенияэнерготехнологическогокритериявыше,
аудельныйрасходэлектроэнергиинижена580кВт∙ч/т(–13,3%),по
сравнениюс печьюI(без УПК).Следовательно,увеличениеэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечисоответствуетснижениюудельногорасходаэлектроэнергии,втомчиследляшлаковогопроцессавыплавки.
79
Таблица 3.2
Параметры
Мощностьтрансформатора,МВ·А 21,0 23,0
Используемаямощностьтрансформатора,МВ·А 15,83 18,19
Активнаямощностьпечи,МВт 13,77 17,01
Рабочеенапряжение,В 180,0 185,0
Силатокаэлектрода,кА 50,7 56,7
Отношениетокаэлектродакнапряжению,А/В 286 307
ОбщеесодержаниеCr
СодержаниеCrвсплаве,% 69,7 70,3
Содержаниеуглеродавсплаве,% 7,70 8,08
Кратностьшлака 1,1–1,2 1,0–1,1
СодержаниеCr
СодержаниеSiO
Коэффициентмощностипечи 0,870 0,935*
ЭлектрическийКПД 0,882 0,881
ТепловойКПД 0,433 0,423
ИзвлечениеCrвсплав 0,903 0,914
Коэффициентзагрузкитрансформатора 0,754 0,791
Удельныйрасходэлектроэнергии,кВт∙ч/т 4350
Прим.:*использованиеустановкикомпенсацииреактивноймощностиУПК
2O3
2
(вхроморудномсырье),% 46,97 48,89
2O3
вшлаке,% 2,62 2,52
вшлаке,% 30,80 29,70
Печи
I II
0,2262
Таким образом, на примере выплавки ферросилиция (бесшлаковыйпроцесс)ивыплавкиуглеродистогоферрохрома(шлаковыйпроцесс) показано, что повышение энерготехнологического критерия
работыферросплавнойпечисоответствуетснижениюудельногорасходаэлектроэнергии.
Стремление к увеличению производительности ферросплавных
печейпривыплавкемассовыхферросплавов(ферросилиция,феррохрома,ферромарганцаидругих), вызвало необходимость повышения
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]