Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
мощности печных трансформаторов. Рост мощности трансформаторов ферросплавных печей приводил к тому, что в большей степени
увеличивалась сила тока электродаи диаметры самообжигающихся
электродов.При этом возрастание силы токазначительноопережало увеличение рабочего напряжения ферросплавной печи. Поэтому
былоотмеченотакоеявление,каквозрастаниеотношениясилытока
электрода по отношению к рабочему напряжению с увеличением
мощности печных трансформаторов. Причина этого рассмотрена в
п.2.3,главы2,припрочихравныхусловияхведениятехнологическогопроцессавыплавкиферросплавов.
Вконечномитоге,данноеобстоятельство,приводилокснижению
такихпараметроввыплавки, каккоэффициентмощностииэлектрическийКПД. Этонеблагоприятноотражалось навеличинеактивной
и полезной мощности в ванне печи и производительности ферросплавногоагрегата.
С этих позиций были исследованы параметры работы 32-х ферросплавных печей,которыебыли систематизированыиопубликованывработе[14].Печи,мощностьюот7,3до27МВ∙Абезустановки
компенсациивыплавляли45%-ныйферросилиций.Параметрыпечей
былипроанализированыспозицииэнерготехнологическогокритерия
всоответствиисвыражением(3.5).Данныепоизменениюэнерготехнологического критерия работы печи, при выплавке ферросилиция,
от увеличения отношения тока электрода к рабочему напряжению
приведенынарисунке3.1.
Следуетотметить,чтоувеличение такогопараметра, какотношениетокак напряжениюухудшает величину энерготехнологического
критерияпривыплавке 45 %-ногоферросилиция и вцелом не способствуетэффективнойэксплуатациипечей.СповышениемотношенияI/Uотвеличины215–250до400,приблизкойстепениизвлечения
кремниявсплав(0,920–0,940),естественныйкоэффициентмощности
снижается с 0,92–0,94 до значений 0,78–0,79. Электрический КПД
печитакжеуменьшаетсяс0,90–0,92до0,85–0,88.Внекоторыхслучаях,призавышенныхразмерахванныпечи,снижаетсятепловойКПД.
Поэтому,увеличениеотношениятокаэлектродакрабочемунапряжениювдиапазоне215–400,приводиткснижениюэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечиот0,3120–0,3260дозначений0,2520–0,2680иниже.
81
0,35
0,4
Отношение тока электрода к напряжению
Энерготехнологический критерий
0,3
0,25
0,2
200 250 300 350 400
Рисунок3.1–Изменениеэнерготехнологическогокритерияработы
ферросплавныхэлектропечеймощностью7,3–27МВ∙А(32печи)
приувеличенииотношениятокаэлектродакрабочемунапряжению
привыплавке45%-ногоферросилиция(коэффициенткорреляции
Зависимость энерготехнологического критерия работы ферросплавнойпечиот мощностипечныхтрансформаторовпри выплавке
45%-ногоферросилицияприведенанарисунке3.2.
Повышение мощности печных трансформаторов сопровождается снижением величины комплексного параметра. Следовательно,
увеличениемощности печныхтрансформаторов,при выплавкеуглеродотермическим процессом массовых ферросплавов, приводит к
ухудшениюпараметровработыэлектропечейиликснижениюуровня
освоениятехнологиивыплавки.Соответственнонепроисходитэквивалентногоувеличенияпроизводительностиметаллургическогоагрегатаотростамощноститрансформаторапечи.
Энерготехнологический критерий работы печи, как результирующаякомплексапараметров,лишьколичественноотражаетданнуютенденциювэлектрометаллургииферросплавов.Вкакой-тостепениулучшению ситуации способствуют технологические способы, например
использованиевшихтеуглеродистых восстановителей, которыеобла-
82
R=0,762).
y = –0,0004x + 0,412
2
R
= 0,580
даютповышенным удельным электросопротивлением(п.1.2,глава1),
53
атакжеприменениеустановоккомпенсацииреактивноймощности.
0,4
y = –0,004 x + 0,353
2
R
= 0,601
0,35
0,3
0,25
Энерготехнологический критерий
0,2
51015202
Мощность трансформатора, МВА
Рисунок3.2–Изменениеэнерготехнологическогокритерияработы
ферросплавнойэлектропечипривыплавке45%-ногоферросилиция
для32-хпечейсувеличениеммощноститрансформаторовот7,3
до27МВ·АбезУПК(коэффициенткорреляцииR=0,775).
0
С этой позиции представляет интерес оценить увеличение мощностиферросплавнойпечи,которая выплавляла75%-ный ферросилицийна заводевВаргоне,Швеция (п.1.1, глава1). Врезультатереконструкциипечимощностьтрансформатороввозрослас75до105МВ∙А
(+40%). При этомактивная мощность в ваннепечи увеличиласьс 45
до50 МВт (+11%). Какпоказали расчёты,при прочихравных технологических условиях (извлечение кремния – 0,856), величина энерготехнологического критерия снизилась с 0,2219 до 0,1760. Работа этой
печи,даже с учётом утилизации теплаотходящихгазов, в виде выработки пара для технологических нужд и получения дополнительной
электроэнергии (около5 МВт), оказалась малоэффективной. Поэтому,
в последствии, одна из самых мощных ферросплавных печей в мире,
была переведена на выплавку углеродистого феррохрома. Активное
сопротивление ванны печи для выплавки феррохрома выше, чем для
83
выплавки ферросилиция. Благодаря этому удалось поднять активную
мощностьвваннепечидоуровня69МВт.Приэтомэнерготехнологическийкритерий работыферросплавной печиувеличилсяот 0,1760(при
выплавке75%-ногоферросилиция) дозначений0,2554(при выплавке
углеродистого феррохрома).Таким образом,удалось повысить эффективностьработывесьмамощнойферросплавнойэлектропечи.
Производительность электропечи зависит от удельного расхода
электроэнергии и времени использования промышленногоагрегата,
с учётом времени простоя и техническогоремонта, при работе непрерывнымпроцессом.Удельный расходэлектроэнергии, наряду со
степеньюизвлеченияведущегоэлементавсплав,являетсяосновным
параметромвсистемеэнергоресурсосбережения.
При освоенном уровне технологии выплавки ферросплавов на
удельныйрасходэлектроэнергиивлияетдостаточномногофакторов.
Ктакимфакторамтехнологическогопроцессаотносятся:
–составшихтовыхматериалов;
–содержаниеведущегоэлементавруднойчастишихты;
–использованиеразличныхвидовуглеродистыхвосстановителей;
–сушкаиподогревшихты;
–максимальноеиспользованиемощноститрансформатора;
–положениеэлектродавваннепечи;
–культурапроизводства;
– квалификация плавильщиков и инженерно-технических работников;
–фактическаяпродолжительностьработыпечиидругиефакторы.
Наибольшаядолявобщемобъёмеферросплавов,которыевыплавляютсяназаводахвРоссийскойФедерации,этокремнистыесплавы.
Значительный спрос, в том числе для импортных операций, имеет
75 %-ный ферросилиций. Технология выплавки высококремнистых
марок ферросилиция более сложная и требует больших расходов
электроэнергиии шихтовыхматериалов,в томчислеиспользование
различныхвидов углеродистых восстановителейивосстановителейразрыхлителей,врасчётена1баз.т.сплава.
84
С учётом этого с позиции энерготехнологического критерия ра-
5
боты ферросплавной электропечи был проведён анализ работы 27
отечественных и зарубежных печей с мощностью трансформатора
10,5–49,5МВ·А привыплавке75%-ного ферросилиция [130].Печи
имеликруглуюваннуитрадиционныйраспадэлектродов.Вкачестве
основныхпараметровпроцессаиспользовалиудельныйрасход электроэнергии,извлечениекремниявсплав,мощностьтрансформатора,
активную мощность печи, полезное фазное напряжение, силу тока
электрода,коэффициентмощности,остальныепараметрыбылисправочными или рассчитывались. Изменение энерготехнологического
критерия работыферросплавной печииудельного расходаэлектроэнергиипривыплавке75%-ногоферросилицияприведенонарисунке3.3,арезультатыисследованийопубликованывработе[130].
0,35
y = –0,035 x + 0,615
2
R
0,3
= 0,680
0,25
Энерготехнологический критерий
0,2
7,5 8,59,5 10,5 11,
Удельный расход электроэнергии, МВт ч/т
Рисунок3.3–Изменениеэнерготехнологическогокритерияработы
ферросплавнойэлектропечиприразличныхвеличинахудельного
расходаэлектроэнергиидля27-миотечественныхизарубежныхпечей
мощностью10–49,5МВ∙Апривыплавке75%-ногоферросилиция
(коэффициенткорреляцииR=0,825)
Каквидноизрисунка3.3 длявыплавки75 %-ногоферросилиция
в печах различной мощности наблюдается зависимость увеличения
85
энерготехнологическогокритерия работыпечипри сниженииудельногорасходаэлектроэнергиина1баз.тсплаваинаоборот.Электропечи выплавляли ферросилиций в основном с использованием традиционных шихтовых материалов. При этом имели место разный
уровень освоения технологии, электрический режим выплавки, некотороеотличиевкачествешихтовыхматериаловитехнологических
приёмов (использование восстановителей-разрыхлителей, полукоксов,газовыхуглейидругихматериалов).Соответственностепеньизвлечениекремниявсплавизменялосьпределахот0,805до0,918.
Ктому жедиаметрсамобжигающихсяэлектродов,рассматриваемогоспектрапечейсоставлялот900до1550ммисилетокаэлектродаот35до100кА,чтоуказывалонаснижениеактивногосопротивленияванны.Полезноефазноенапряжениевозрасталосувеличением
мощностис65–67до79–96В.Активнаямощностьпечейизменялась
от8,1–8,3МВтдо23,7–32,0МВт.
Естественный коэффициент мощности печей снижался от 0,83–
0,86 до 0,75. Электрический КПД имел сравнительно высокие значенияот0,833–0,890 до 0,916–0,918. Следуетотметить, чтоэксплуатация некоторых печей на повышенном напряжении приводила
к ухудшению теплового КПД печи, который снижался до уровня
0,390–0,410.При наиболееправильновыбранномэлектрическом режимеи достаточнохорошемзаглублениемэлектродовв шихтумаксимальныйтепловойКПДсоставлял0,502–0,522.Именноэтотпараметр, характеризующий тепловые потери при выплавке, оказывает
наибольшеевлияние наудельныйрасходэлектродовприполучении
высококремнистыхферросплавов.
Наоснованиипроведённогоанализаследует,чтоснижениеудельногорасходаэлектроэнергиинавыплавкусплава,соответствуетувеличению энерготехнологического критерия работы ферросплавной
печи. Поэтому данная величина может рассматриваться в качестве
комплексногорезультирующегопараметрапроцессавыплавкиферросплавовспозицииэнергоресурсосбережения.
1.Выявлено,чтоприрассмотренииикритериальныхвеличин,ранееиспользуемыхдляоценкиэффективностиработыферросплавных
печей,какмощныхпотребителейэлектроэнергииибольшогоколиче-
86
ствашихтовыхматериалов,небыловыработаноединогоподходадля
комплексногоанализатехнологическогоагрегата.
2.Наоснованиианализакомплексапараметроввыплавкивферросплавнойпечиистатистическойвыборкеполученабезразмернаякритериальная величина, которая характеризует электрический режим,
тепловуюработупечиитехнологиювыплавкиферросплава.
3. 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.
4. При проведении комплексного анализа параметров выплавки
ферросилиция (бесшлаковый процесс) и выплавки углеродистого
феррохрома(шлаковыйпроцесс)показано,чтоповышениевеличины
энерготехнологическогокритерияработы ферросплавной печисоответствуетснижениюудельногорасходаэлектроэнергии.Впротивоположномслучае–снижениевеличиныэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечисоответствуетувеличениюудельного
расходаэлектроэнергии.
5.Показано,что повышение мощности печныхтрансформаторов
ферросплавных печей сопровождается снижением величины энерготехнологического критерия работы ферросплавной печи, так как
ухудшаются показатели выплавки. Следовательно,энерготехнологический критерий работы ферросплавной печи, как результирующая
величина комплекса параметров, количественно отражает данную
тенденциювэлектрометаллургииферросплавов.
87
Степеньвосстановленияведущегоэлементаипереходеговсплав
являетсяосновнойтехнологическойвеличинойуглеродотермическогопроцесса полученияферросплавов. Данный параметр определяет
эффективность технологиивыплавки из определённого металлургического сырья (рудных материалов, углеродистых восстановителей,
восстановителей-разрыхлителей ифлюсующих).Однимизнаиболее
основных факторов,которыевлияют настепень извлечения,является максимальновозможное содержание ведущегоэлемента в шихте
электропечиприминимальномсодержаниивредныхпримесей.
Извлечение кремния. Привыплавкеферросилицияикремнияос-
новным сырьем для производства в электропечах является кварцит
крупностью20–80мм в зависимости отмощностипечии диаметра
электродов.Кварцитыдолжнысодержатьнеменее97–98%SiO
более1,5 %Al
дляэтого ихподвергают дроблению,промывкеи
2O3
сортировке.Другимисточником поступления кремнияв сплав –это
углеродистыевосстановителиисамобжигающиесяэлектроды,ввиде
золы,котораяобразуетсявпроцессевыплавки.
Выплавка ферросилиция и кремния относится к бесшлаковым
процессам,таккакколичествообразующегосяшлаканеболее3–5%
от массы сплава. Поэтому, считается, что основное распределение
ведущегоэлементавпроцессевосстановленияпроисходитвсплави
в газовую фазу. Теоретическая температура начала восстановления
кремнезёмауглеродомдостаточновысока1942К.Введениевшихту
железа,выводиткремнийизреакционнойзонывпродуктвыплавкии
облегчаетпроцесс восстановления иполученияферросилиция.Температурасплава навыпускеиз печисоставляет около 1650–1750ºС.
Принормальномходепечи,температураотходящихгазовоколо500–
700ºС.Принарушенииходапечиинебольшомзаглубленииэлектродоввшихтутемпературагазовможетдостигать1000–1200ºС.Поэтому,значительноеколичествокремниятеряетсясотходящимигазами
ине
2
88
в виде оксида SiO, который образуется в процессе восстановления
кремнезёма,последующейсхеме:
SiO
2SiO
SiO
+Cт=SiOг↑+СO↑
2
+SiCт=3SiOг↑+СO↑
2
+[Si]
2
=2SiOг↑
Fe
В результате извлечениекремния в сплав снижается, увеличиваетсяудельныйрасходэлектроэнергиина выплавку1 баз.т сплаваи
ухудшаютсятехнико-экономическиепоказателиработыпечи.
Наосновании данныхработпо исследованиютехнологическихи
электроэнергетическихипараметров выплавкиферросилициямарок
ФС20 – ФС65 [74, 131, 132] в печах с мощностью трансформатора
22,5 МВ·А рассмотрен комплекс параметров с позиции изменения
извлечениякремниявсплав. Параметры выплавкис учётомэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойэлектропечиприведенывтаблице4.1.
Таблица 4.1
Используемаямощность,МВ∙А 21,5 20,1 21,8 20,8
Полезнаямощность,МВт 16,1 16,5 17,2 15,4
Диаметрэлектродов,мм 1200 1200 1200 1200
Силатокаэлектрода,кА 62,5 60,8 66,9 62,9
Коэффициентмощности 0,825 0,876 0,804 0,827
ЭлектрическийКПД 0,904 0,930 0,924 0,950
Коэфф.загрузкитрансформатора 0,956 0,893 0,969 0,924
БазовоесодержаниеSiвсплаве,% 20,0 25,0 45,0 65,0
Расходшихтына1баз.т.,кг:
кварцита
коксика
железнойстружки
ИзвлечениеSiвсплав 0,943 0,985 0,979 0,921
ТепловойКПД 0,474 0,467 0,472 0,461
Расходэлектроэнергии,кВт·ч/т 2185 2750 4880 7410
370
200
810
0,3380 0,3347 0,3326 0,3290
552
280
780
1015
438
558
1930
845
250
89
Из данных таблицы 4.1. следует, что при выплавке ферросилицияФС20–ФС65, напрактическиблизкихисопоставимыхрежимах
работы печи, наблюдается некоторое снижение степени извлеченияведущегоэлемента всплав с увеличением содержаниякремния
вферросилиции.Данноеобстоятельствоприводиткснижениюэнерготехнологическогокритерияработыферросплавнойпечи.
В соответствии с литературнымиданными, можно отметить,что
выплавка высококремнистых марок ферросилиция сопровождается
нестабильными значениями извлечения ведущегоэлемента в сплав.
Ктомужеимеетсятенденцияснижениястепениизвлеченияведущегоэлементасповышениемсодержаниякремниявсплаве.
Наоснованииданныхработ [132–145] был проведёнанализтехнологии выплавки ферросилиция марок ФС20–ФС90 и технического кремния в 34-х рудовосстановительных печах. В результате
обобщения, систематизации и статистической обработки получена
зависимость(4.1)извлечениякремнияотсодержанияеговпродукте
выплавкииопубликованавработе[146]:
η
где:η
–извлечениекремниявсплав;
si
=–0,0062[Si]2+0,392[Si]+91,09, (4.1)
si
[Si]–содержаниекремниявсплаве,%.
Зависимость степени извлечения кремния от его содержания в
сплавеприведенанарисунке4.1.Полученныерезультатыболееполно подтверждают энерготехнологические параметры таблицы 4.1.
Степеньизвлеченияведущегоэлементавсплавснижаетсясповышениемсодержаниекремния.
Приэтом учитывалисьстатьипоступлениякремния из кварцита,
золы электродов, золы различных видов углеродистых восстановителей, а также золы восстановителей-разрыхлителей. Как видно из
рисунка4.1.,значительноеснижениеизвлечениякремнияначинается
после 65–70 % Si, из-за большогоулёта SiO
с отходящими газами.
г
Снижениеизвлечениякремниясувеличениемегосодержаниявсплавевконечномитогеуменьшаетэнерготехнологическийкритерийработыэлектропечи.
Например,какпоказалирасчётывработе[146],припереводепечи
мощностью 16,5МВ∙А привыплавке ферросилицияФС45на марку
ФС75,энерготехнологическийкритерийпечиснижаетсяотвеличины
0,3109до0,2770.Прибольшеймощностипечи29МВ∙Аианалогич-
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]