Источник: Новости черной металлургии за рубежом №1 2007 С.36
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время внедряются технологии электросталеплавильного производства, позволяющие значительно снизить затраты за счет экономии энергии при нагреве лома теплом отходящих газов. Прежде всего это установки Consteel с горизонтальной схемой подачи шихты навстречу потоку отходящих газов, а также печи фирмы "Fuchs", в которых реали¬зована вертикальная схема противотока шихты и отходящих газов
Система Consteel в настоящее время эксплуатируется или находится в состоянии пуска в 16 сталеплавильных цехах: "Ameristeel" (Чарлотт, США), "Nucor" (Дарлингтон, США), "Kyoei" (Нагоя, Япония), "CoSteel" (Сейеревилл, США), NSM (Бовин, Таиланд). "ORI Martin" (Брешиа, Италия), "Xining" (Китай), "Guiang" (Китай), "Ameristeel" (Ноксвилл, США), "Nucor" (Хертфорд, США), "Shaoguan" (Китай), "Wuhi" (Китай), "Shiheng" (Китай), "Echeng" (Китай), "Tonghua" (Китай) и "Wheeling Pittsburg" (США). На стадии проектирования и строительства находятся еще три новых цеха: "Hengly" (Китай), "Jiaxing" (Китай) и "Sonasid" (Марокко).
Характерная особенность системы Consteel — непрерывная загрузка лома в дуговую печь с помощью конвейерной системы, соединяющей склад лома с дуговой печью. На некотором расстоянии от дуговой печи лом входит в зону предварительного подогрева, через которую во встречном направлении проходят горячие отходящие газы. В зоне подогрева СО отходящих газов дожигается при помощи вдуваемого воздуха, подача которого регулируется автоматически. Ванна металла в дуговой печи постоянно поддерживается в жидком состоянии, и лом, поступающий в печь, расплавляется при погружении в нее. Дуга, таким образом, всегда работает в стабильных условиях, над плоской ванной, закрытой вспененным шлаком. Свод печи постоянно закрыт. Система управления дуговой печью автоматически регулирует скорость конвейера для поддержания уровня металла и его заданной температуры, а также регулирует подачу кислорода и вдувание углерода, для поддержания вспененного шлака в необходимом состоянии. Величина сэкономленной энергии — это функция температуры подогрева и эффективности расплавления. Опыт эксплуатации действующих систем Consteel показал, что если среднюю температуру подогрева поддерживать на уровне 400-600°С, то экономия энергии составит от 80 до 120 кВтч на 1 т выпущенной жидкой стали. Время работы под током составляет 90—95 % от всего времени от выпуска до выпуска. Снижается содержание в стали азота и водорода, уменьшается количество выбрасываемой пыли, примерно на 30-40 % по сравнению с печами порционной загрузки и выбросы СО2 — на 10-30 %. Система Consteel обеспечивает работу с более низким уровнем шума (в среднем ниже 90 дБ). На 60-70 % уменьшается воздействие на питающую электрическую сеть (фликкер-эффект). Предварительный подогрев металлошихты и непрерывная загрузка обеспечивают такие важные преимущества процесса как низкая стоимость производства, высокая производительность, гибкость технологии, снижение нагрузки на окружающую среду и повышение безопасности условий работы.Обычно дуговая печь, оборудованная системой Consteel, может загружаться жидким чугуном с помощью ковша, куда чугун подают из чугуновозного миксера. Один ковш используется для двух последовательных заливок. Жидкий чугун в течение всей плавки поступает в рабочее пространство печи через футерованный желоб в боковой стенке. Скорость подачи чугуна регулируется автоматически. Оператор управляет только начальной подвалкой ковша, до момента начала поступления чугуна через желоб. Первый цех с системой Consteel и загрузкой жидкого чугуна был пущен в строй в декабре 2000 г. в Shaoguan (Китай). Всего через 6 месяцев работы проектные задачи были достигнуты. В настоящее время цех работает на полную мощность. Обращает на себя внимание то, что расход электроэнергии в 260 кВтч/т был достигнут при 25 % жидкого чугуна. Суточная производительность установки при использовании жидкого чугуна достигает 31 плавки массой 100 т. В 2001 г. был пущен в строй новый электросталеплавильный цех на фирме "Wuxi Xuefeng I&S" (Китай). Через год непрерывной эксплуатации печь Consteel номинальной вместимостью 70 т достигла уровня годовой производительности в 500 тыс. т. Были проведены успешные испытания с загрузкой 80 % жидкого чугуна, которые доказали, что возможно расплавление лома без использования электроэнергии. Крупнейшая дуговая печь с использованием системы Consteel, вместимостью 225 т при номинальной мощности трансформатора 140 МВА, работает на заводе фирмы "Wheeling Pittsburg", США. Использование в загрузке 40 % жидкого чугуна позволяет увеличить производительность печи до 295 т/ч, по сравнению с 225 т/ч при использовании 100 % лома .
Фирма "VAI Fuchs" разработала электродуговую печь вместимостью 120 т, годовая производительность которой достигает 2 млн т, благодаря сокращению продолжительности плавки до 30 минут. Печь относится к агрегатам нового поколения (серия Ultimate). Кроме изменений основной конструкции электродуговой печи усовершенствовано механическое оборудование, системы электроснабжения, водоохлаждаемых устройств, робототехнических систем, измерительных приборов, систем для вдувания кислорода и углерода, систем автоматизации и управления, а также оборудования для улавливания пыли и защиты окружающей среды. Для электродуговой печи нового поколения серии Ultimate вместимостью 120 т масса лома в одной бадье достигает 130 т при плотности лома 0,8 т/м3. Для загрузки используется система автоматической установки бадьи с ломом. Измерение температуры ванны металла осуществляется бесконтактным методом. Выпуск стали регулируется расположенной на основном пульте управления электродуговой печью системой автоматического управления с использованием видеокамеры. Кроме этого, для автоматического обнаружения шлака при выпуске используется устройство с инфракрасной системой идентификации. Очистка выпускного отверстия производится роботом, что обеспечивает не только сокращение времени очистки, но и повышает безопасность работы обслуживающего печь персонала. Для быстрой замены электродов кран оснащен двумя дополнительными крюками. Электродный стенд охлаждается при помощи разбрызгиваемой воды.
Условия работы позволяют сократить количество операторов электродуговой печи нового поколения Ultimate до трех человек в одной смене: оператора пульта управления, оператора напольного оборудования и оператора крана.
За счет оптимизации физических и химических факторов, связанных с технологическим процессом, сокращается время отключения цепи электроснабжения, снижаются расходные показатели и возрастает уровень производительности агрегата. При оптимальном режиме работы на 1 т выпускаемой жидкой стали расходуется: 340 кВт-ч электроэнергии, 1,2 кг электродов, 35 м3 кислорода, 5 м3 природного газа, 10 кг угольной шихты, 7 кг угольного порошка для вспенивания шлака и 40 кг извести [2].
Технология плавки в дуговых печах внесла крупный вклад в сталеплавильное производство и сделала успешной работу мини-заводов по всему миру. Термин "мини-завод" в настоящее время можно было бы заменить другим, лучше отражающим нынешнюю ситуацию, например, "рыночные заводы" (market mills). С точки зрения производственной мощности термин "мини" уже непригоден, так как некоторые фирмы с мини-заводами имеют масштаб производства несколько миллионов т/год. Шахтная печь с удерживающими «пальцами», разработанная фирмой "Fuchs", представляет собой результат развития систем подогрева лома. Экономическая эффективность утилизации энергии многократно подтверждена на шахтных печах, построенных на нескольких заводах по всему миру в течение последних восьми лет или находящихся на стадии строительства.