Дуговые сталеплавильные печи

• использование одного электрода вместо трех и, следовательно, одного отверстия в своде, что  уменьшает тепловые потери;

• у постоянного тока отсутствуют значительные индукционные потери;

• электрическая энергия  подводится к ДППТ с более высоким  напряжением;

• передача тепла от электрической  дуги к металлу, благодаря естественному  перемешиванию расплава, более эффективна.

Следует отметить, что стоимость  ДППТ в 1,8-2,5 раза превышает стоимость  ДСП переменного тока одинаковой производительности и это является пока сдерживающим фактором для их широкого применения.

Начиная с 1962 года особое распространение  получила вначале в США, Японии, а затем и в Западной Европе технология СВМ (сверхвысокой мощности).

Именно благодаря этой технологии ДСП стали более эффективными, чем мартеновские печи. Основным преимуществом  ДСП высокой и сверхвысокой мощности является значительная концентрация электрической  мощности в рабочем пространстве печи.

Так, если для печей емкостью 100 т и больше обычно удельная мощность в энергетический период расплавления составляет 150-250 КВт/т, то для печей  СВМ этот показатель равен 300- 650 КВт/т. Это приводит к значительному  сокращению продолжительности периода  расплавления шихты. Так, если на печи емкостью 100т повышенной мощности (мощность трансформатора около 30 МВА) длительность расплавления составляет до 2,5 часов, то на 140 т печи СВМ (мощность трансформатора 80 МВА) длительность периода расплавления составляет всего 1 час.

Использование СВМ делает необходимость разработки и применения методов оптимизации энергетического  режима работы ДСП еще более очевидной  и актуальной.

При применении печей СВМ  работа происходит на более коротких дугах, которые эффективнее отдают тепловую энергию ванне, обеспечивают длительный срок службы огнеупорной  кладки рабочего пространства. Это  дополнительно способствует меньшим  потерям тепла, особенно после обнажения  электрических дуг в технологические  периоды плавки. Для устранения этого  нежелательного явления требуется  установка на печах дорогостоящих  компенсирующих устройств, что влияет на стоимость печей, делая её более  высокой.

Обычно стоимость ДСП  СВМ на 10-25% больше чем в ДСП  обычного типа. Это в основном дополнительные затраты на печные трансформаторы и  токоподводящие системы с низкой стороны. Дополнительные затраты сравнительно быстро (2-3 года) окупаются за счет повышения  производительности печи, снижения расхода  огнеупоров и электродов. Ощутимая экономия получается за счет уменьшения удельного количества затраченной  электроэнергии до 450-490 КВт/т, что в  современных условиях имеет иногда решающее значение.

 

 

Дуговая сталеплавильная  печь ДСП – 180

Рис. 1. 1 – механизм наклона печи; 2 – фиксатор; 3 – насосно-аккумуляторная станция; 4 – механизм поворота портала; 5 – механизм перемещения электродов; 6 – печной трансформатор; 7 – вторичный токоподвод; 8 – электрододержатель; 9 – графитированный электрод; 10 – свод водоохлаждаемый; 11 – механизм подъема свода; 12 – полупортал; 13 – патрубок газоотсоса сводовый; 14 – стеновые водоохлаждаемые панели; 15 – корпус печи; 16 – люлька; 17 – сливной носок; 18 – фундаментная балка; 19 – фундамент.

Основные технические  характеристики, устройство и особенности  технологического процесса в современных  ДСП рассмотрим на примере ДСП - 180 ЭСПЦ ОАО «ММК», введенного в эксплуатацию в 2006 г.

Две дуговые сталеплавильные  печи с номинальной емкостью 180 тонн каждая предназначены для расплавления и нагрева до заданной температуры  жидкого расплава металла. Печи оснащены практически всеми современными устройствами для обеспечения ведения  высокопроизводительного технологического процесса. Управление устройствами осуществляется автоматическими системами известных  фирм VAI – FUCHS и SIEMENS.

Основные элементы оборудования ДСП-180 представлены на рис. 1.

Выплавку стали осуществляют в рабочем пространстве ограниченном водоохлаждаемым сводом, водоохлаждаемыми панелями, стенами и подиной из огнеупорного материала.

Куполообразный водоохлаждаемый свод несет наибольшую функциональную нагрузку. В своде предусмотрены технологические отверстия для отвода плавильных газов, подачи сыпучих, ввода трех электродов и отбора импульса давления в рабочем пространстве.

Огнеупорная футеровка подины и стен выполняется из основных огнеупоров (магнезитохромитовых и хромомагнезитовых). Огнеупорная кладка подины и стен заключена в металлический защитный кожух, имеющий сферическое днище  и небольшой выступ (эркер) на стороне  сталевыпускного отверстия имеющего шиберный затвор. При выплавке стали  в ДСП-180 используется различное  сырье и материалы. Фракция используемых ферросплавов должна составлять 20-50 мм. В качестве шлакообразующих материалов используется обожженная известь собственного производства, известняк, сырой доломит, обожженный или ожелезненный доломит. Фракция извести должна составлять 10-40 мм. Содержание Са2 в плавиковом шпате должно быть не меньше 75%.

В качестве углеродосодержащих материалов используются:

• для науглероживания  металла коксовая мелочь фракций 10-60 мм, с содержанием углерода не менее 85% и серы не более 0,7%;

• для вспенивания и  раскисления шлака в нем графит и (или) антрацит фракций: 0,1-1 мм не более 10%, 1-3 мм - 90% при содержании серы не более 0,3%.

Основные технические  и эксплуатационные характеристики ДСП-180 представлены в таблице1 Комбинированные газокислородные фурмы-горелоки RСВ («Refining Combined Burners») используются в качестве эффективных дополнительных источников тепловой энергии и в качестве фурм для продувки кислородом.

Мощность каждой комбинированной  горелки - 3500 кВт. Газокислородная горелка  КСВ имеет два режима работы:

• в режиме «горелка»  расход кислорода до 800 м³/ч при расходе природного газа до 350 м³/ч;

• в режиме «фурма» расход кислорода составляет до 2800 м³/ч при расходе природного газа до 120 м³/ч.

Комбинированные фурмы-горелки  устанавливаются в специальных  отверстиях третьей, четвертой, шестой, тринадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой водоохлаждаемых панелей печи.

Размещение и выбор  направления факелов горелок  определяется наличием холодных зон  в печи. Горелки ориентируются  в направлении холодных зон и  по касательной относительно электродов для предотвращения их окисления.

Принцип работы газокислородных  комбинированных фурм-горелок заключается  в регулирования конфигурации факела горелки в различные периоды  расплавления и нагрева. Основной поток  кислорода направлен в ванну  расплава. Однако одной высокой кинетической энергии струи вдуваемого газа не достаточно для поддержания когерентного потока на требуемой длине. Для формирования высокоскоростной когерентной струи  необходимо направлять поток кислорода  другой газовой струей. Это обеспечивается газовым потоком, который окружает кислородный поток и поступает  по внешнему контуру сопла. Благодаря  такой комбинации окружающий поток  кислорода природный газ действует  как «рубашка». Поэтому основной поток кислорода остается сосредоточенным  на требуемой расчетной длине.

Основной задачей кислородных  фурм (инжекторов) РСI («Post Combastion Injector») является вдувание в печь кислорода с целью получения дополнительной тепловой энергии от реакции окисления топлива и дожигания СО отходящих плавильных газов в пределах рабочего пространства ДСП.

Использование фурм РС1 позволяет увеличить производительность сталеплавильного агрегат, уменьшить расход электроэнергии и снизит удельный Расход графитированных электродов.

Система подачи (вдувания) углеродсодержащих  материалов используется для образования  и поддержания вспененного шлака, частичного раскисления печного шлака порошкообразным коксом. Для введения углеродсодержащих материалов в потоке осушенного воздуха используется дозирующее устройство, расположенное вблизи ДСП, в комплекте с расходным бункером, дозирующим и взвешивающим оборудованием в виде автономного узла с автоматической электрической системой управления

Углесодержащие материалы  подаются в псевдосжиженном состоянии. Для вдувания используется два инжектора, установленные в пятой и четырнадцатой охлаждаемых панелях печи. Расход углеродсодержащих материалов регулируется автоматической системой, поддерживающий величину расхода в пределах от 20 до 100 кг/мин при расходе сухого воздуха до 480 м³/ч.

Предусмотрена возможность  донной продувки металла инертным через  три пористые вставки с общим  расходом аргона 1,2-3,6 м³/ч. Для управления подачей инертного газа предусмотрен вентильный стенд. При выплавки марок стали с нерегламентированным содержанием азота, для продувки ванны может использоваться азот. В случае преждевременного выхода из рабочего состояния пористых пробок их засыпают огнеупорной массой, а работа ДСП продолжается без продувки до ближайшего холодного ремонта.

Дуговая сталеплавильная  печь 180 практически оснащена со всеми  современными устройствами для ведения  высоко производительного технологического процесса эти: комбинированные газокислородные  фурмы-горелоки RCB («Refining Combined Burners» 6 шт) используются для сжигания газа в качестве эффективных альтернативных дополнительных источников тепловой энергии и в качестве фурм для продувки кислородом.

Мощность каждой комбинированной  горелки – 3500 кВт. Газокислородная  горелка RCB имеет два режима работы:

· в режиме «горелка» расход кислорода до 800 м³/ч при расходе природного газа до 350 м³/ч;

· в режиме «фурма» расход кислорода составляет до 2800 м³/ч при расходе природного газа до 120 м³/ч.

Комбинированные фурмы-горелки  устанавливаются в специальных  отверстиях третьей, четвертой, шестой, тринадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой водоохлаждаемых панелей печи.

Размещение и выбор  направления факелов горелок  определяется наличием холодных зон  в печи. Горелки ориентируются  в направлении холодных зон и  по касательной относительно электродов для предотвращения их окисления.

Принцип работы газокислородных  комбинированных фурм-горелок заключается  в регулирования конфигурации факела горелки путем изменения соотношения  природный газ - кислород в различные  периоды расплавления и нагрева. Основной поток кислорода при  продувке направлен в ванну расплава.

- двух кислородных фурм (инжекторов) PCI («Post Combastion Injector») является вдувание в печь кислорода с целью получения дополнительной тепловой энергии от реакции окисления топлива и дожигания СО отходящих плавильных газов в пределах рабочего пространства ДСП. Расход кислорода в этом случае составляет до 500 м³/ч.

Использование альтернативных источников тепловой энергии позволяет  увеличить производительность сталеплавильного агрегат, уменьшить расход электроэнергии и снизить удельный расход графитированных электродов за счет интенсификации процесса расплавления шихты.

- два инжектора, установленные  в пятой и четырнадцатой охлаждаемых  панелях печи. Расход углеродсодержащих  материалов регулируется автоматической  системой, поддерживающей величину  расхода в пределах от 20 до 100 кг/мин  при расходе сухого воздуха  до 480 м³/ч.

- три пористые вставки  донной продувки металла инертным  газом с общим расходом аргона 1,2-3,6 м³/ч. Для управления подачей инертного газа предусмотрен вентильный стенд. В случае преждевременного выхода из рабочего состояния пористых пробок их засыпают огнеупорной массой, а работа ДСП продолжается без продувки до ближайшего холодного ремонта.

ДСП-180 может работать в  ручном и автоматическом (система АРКОС) режимах энергопотребления и управление подачи природным газом при различных шихтовках плавки.

В ручном режиме ДСП-180 предусматриваются  два директивно заданных программных  режима работы горелок RCB. При автоматическом (система АРКОС) режиме используются пять директивно заданных программных  режимов (профилей работы), которые  в зависимости от реальных условий  загрузки шихты может выбирать сталевар (технолог-оператор) и которые одновременно определяют программно заданные режимы работы горелок RCB. Программный режим  энергопотребления включает:

· 1-й профиль - «холодная» печь, используется при вводе печи в работу после холодного ремонта;

· 2-й профиль - «горячая»  печь при шихтовке плавки 100% металлического лома;

· 3-й профиль - «горячая»  печь при содержании в шихте 75% металлолома  и 25% жидкого чугуна;

· 4-й профиль - «горячая»  печь при содержании в шихте 60% металлолома  и 40% жидкого чугуна;

· 5-й профиль – программа  работы ДСП без ФКУ (фазокомпенсирующего устройства) при максимальной ступени напряжения не выше 12 для предотвращения колебания напряжения в подводящей сети.

 

 

Технологические периоды

Завалка (загрузка) шихты в печь. Основную часть шихты составляет металлошихта - лом и жидкий чугун. При необходимости, вместе с ломом и чугуном в завалку дают металлические материалы, содержащие легирующие элементы, имеющие низкое сродство к кислороду - N1 и Си, иногда Мо и Со. Вместе с металлошихтой загружают некоторое количество неметаллической шихты: известь (2-3% от садки); твёрдые окислители (агломерат или окатыши (1,0-1,5%)), если требуется обезуглероживание и дефосфорация; углеродосодержащие материалы (коксик, электродный бой) в случаях недостатка углерода в металлошихте. Содержание углерода в шихте должно быть на 0,3—0,5% выше его содержания в стали. Для этого обычно достаточно иметь 5-10% чугуна в металлошихте.