Главная | Обратная связь

Электротермические установки

Дуговые сталеплавильные печи (ДСП).Эти печи являются одним из самых крупных потребителей электрической энергии. Мощность печных трансформаторов ДСП достигает 100 МВ·А.

Основные направления по экономии электроэнергии в дуговых печах видны из сопоставления нормализованных и фактических энергобалансов печей (таблица 8.1).

 

Таблица 8.1 - Электрические балансы дуговой печи ДЧМ-10 для получения обессеренного чугуна дуплекс-процессом.

Как следует из таблицы 8.1, в расходной части баланса около 40% составляют тепловые и электрические потери и примерно 60% – полезный расход.

На удельные расходы электроэнергии и, соответственно, электропотребление в ДСП влияют следующие факторы:

• производительность печи (количество загружаемой в печь шихты и ее подготовка);

• электрические и тепловые потери;

• простой печи;

• электрические и технологические режимы работы печи.

При снижении производительности ДСП удельный расход энергии возрастает, это объясняется тем, что тепловые потери, не зависящие от производительности, распределяются на меньшее количество металла. Удельные расходы зависят от начальной температуры шихты, уменьшаясь с ее увеличением. Важным фактором, влияющим на производительность ДСП, является удельная мощность S_уд печного трансформатора, приходящаяся на 1 тонну емкости печи; с увеличением S_уд печных трансформаторов от 400 до 750 кВ·А/т t_пл сокращается примерно вдвое, а ω_уд – на 11%. Дальнейшее возрастание S_уд до 1000 кВ·А/т дает значительно меньший эффект: t_пл уменьшается на 28%, а ω_уд – на 3%. Поэтому для каждой ДСП в зависимости от условий эксплуатации следует выбирать оптимальную мощность печных трансформаторов, превышение которой нецелесообразно как по технологическим, так и экономическим соображениям.

Средний цикл плавки в сверхмощных печах состоит из следующих операций:

1) заправка печи (около 20 мин);

2) плавление шихты (около 55 мин);

3) окислительный период: нагрев и обезуглероживание металла (около 15 мин);

4) выпуск металла из печи (около 5 мин).

Продолжительность операций можно сократить интенсификацией технологических периодов плавки и организационных мероприятий, направленных на уменьшение длительности внутри- и межплавочных простоев. Так, для сокращения времени плавления шихты широко используют подачу газообразного кислорода в рабочее пространство печи. Дальнейшее сокращение продолжительности плавления - на 5–10 мин - обеспечивается предварительным подогревом заправки печи (металлического лома) за счет тепла отходящих из печи газов. Технология выплавки стали с оставлением в печи 15–20% жидкого металла позволяет сократить продолжительность межплавочных простоев примерно в 2 раза, выпуск стали через углубленное или расположенное в подине печи отверстие отсекает печной шлак, сокращает время выпуска до 1–3 мин.

Расход электроэнергии в ДСП зависит также от электрических режимов работы печей. Регулировать электрический режим печи можно, изменяя либо питающее напряжение, либо длину дуги, а следовательно, и ее ток. Первый способ регулирования осуществляется переключением обмотки высокого напряжения печных трансформаторов, он применяется только несколько раз за плавку при изменении протекающего в печи процесса. Второй способ позволяет регулировать режим работы печи непрерывно и плавно, поднимая и опуская электроды с помощью системы автоматического управления, поддерживающей на заданном уровне ток и мощность печи.

Снижение тепловых потерь в ДСП можно получить увеличением стойкости футеровки, улучшением качества футеровки, окраской наружных поверхностей кожуха печи алюминиевой краской, снижением потерь тепла с охлаждающей водой, уменьшением потерь тепла с отходящими газами, уменьшением потерь тепла излучением через окна и отверстия печи, сокращением простоев печи.

Стойкость футеровки может быть повышена за счет применения высококачественных футеровочных материалов, осуществления ремонтов теплоизоляции стен.

В энергобалансе ДСП потери тепла с отходящими газами составляют в среднем 15–17%. Кроме того, удаление и очистка газов требуют дополнительных энергетических затрат, увеличивающих расход электроэнергии на выплавку стали на 10–12%. Снижение потерь тепла с уходящими газами может быть получено путем эффективного использования химической энергии оксида углерода и водорода в рабочем пространстве ДСП и сокращения подсосов в него холодного воздуха. (Холодный воздух увеличивает не только потери тепла, но и окисление графитированных электродов.)

Наиболее эффективным является использование тепла отходящих газов для предварительного подогрева металлошихты перед плавкой или в энергетических целях, например для получения перегретого пара.

Основные элементы, влияющие на электрические потери, – печной трансформатор и вторичный токопровод (короткая сеть). Величины потерь зависят от силы тока I_п и конструктивных параметров вторичного токопровода. Участками вторичного токопровода ДСП являются трансформатор с выводами, шинный пакет, гибкие кабели, подвижные башмаки, токоведущие трубошины электродержателей, электродержатели, часть графитированных электродов от верхнего уровня электродержателей до рабочей поверхности свода и контактные соединения между перечисленными элементами. Размеры участков вторичного токопровода зависят от взаимного расположения ДСП и трансформатора, конструкции механизмов поворота свода и наклона печи, а также от диаметра кожуха печи. Для уменьшения потерь электроэнергии необходимо иметь минимальную длину участков вторичного токопровода и рациональную площадь поперечного сечения его элементов при допустимой плотности тока в элементах вторичного токопровода.

Руднотермические печи (РТП).В настоящее время на промышленных предприятиях эксплуатируются РТП мощностью от 1 до 100 МВ·А. Эти печи также являются крупными потребителями электроэнергии. Основные факторы, влияющие на электропотребление РТП, аналогичны приведенным выше для ДСП. Наиболее значащий фактор – выбор оптимальных режимов работы печей, который производится по электрическим и рабочим характеристикам печи. Оптимальный режим работы РТП может выбираться по минимуму стоимости шихты, по минимуму расхода электроэнергии или по максимуму производительности. Выбор этих оптимальных режимов осуществляется с помощью ЭВМ и автоматического регулятора мощности печи.

Индукционные печи и установки. Индукционный нагрев и плавка металлов широко используются в металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности. Индукционный нагрев токами промышленной частоты (50 и 60 Гц) применяется для сквозного нагрева металлов при прокатке, ковке и штамповке. Мощности этих установок достигают 30 МВт. Индукционные установки высокой частоты (от 100 до 1 млн Гц) применяются в термических, прокатных, трубопрокатных производствах для термообработки деталей, сварки труб, выращивания

монокристаллов и т. д. Мощность этих установок достигают 10 МВт. Индукционные печи для плавки металлов по принципу действия делятся на канальные и тигельные. Канальные печиприменяются для плавки меди, латуни, цинка, алюминия. Они имеют мощность до 4000 кВ·А и работают на промышленной частоте (50 и 60 Гц). Тигельные печиприменяются для плавки чугуна, алюминиевых и медных сплавов. Они имеют мощность до 20000 кВ·А и работают как на промышленной, так и на повышенной частотах – 500, 1000 и 2400 Гц. В последние годы наметилась тенденция применения индукционных канальных и тигельных печей для плавки электростали.

На удельные расходы электроэнергии .уд в индукционных печах влияют: производительность, температура загружаемой шихты, температура кладки печи, величина зумпфа (жидкого металла, оставляемого в печи после плавки), тепловые и электрические потери.

При выборе типа индукционных печей следует учитывать, что при одной и той же марке расплавляемого металла .уд индукционных канальных печей в 1,5–2 раза ниже, чем тигельных. Это объясняется значительным снижением тепловых и электрических потерь в канальных печах.

Электропечи сопротивления. По технологическому назначению печи сопротивления

можно разделить на три группы:

1) термические печи для различных видов термической и термохимической обработки черных и цветных металлов, стекла, керамики, металлокерамики, пластмасс и других материалов;

2) плавильные печи для плавки легкоплавких цветных металлов и химически активных тугоплавких металлов и сплавов;

3) сушильные печи для сушки лакокрасочных покрытий, литейных форм, металлокерамических изделий, эмалей и т. п.

По характеру работы печи сопротивления разделяют на печи периодического и непрерывного действия. Мощность печей – от 5 до 10000 кВт.

Основными путями снижения удельных расходов электроэнергии для печей сопротивления являются: снижение тепловых потерь и улучшение теплоизоляции; повышение производительности печей; уменьшение потерь на аккумуляцию тепла и предварительный нагрев изделий; оптимизация и автоматизация электрических и технологических режимов работы печей.

В энергобалансе печи сопротивления основную роль играют тепловые потери, доходящие до 75%, поэтому их снижение является важнейшим фактором экономии электроэнергии. Снизить тепловые потери можно путем улучшения тепловой изоляции, герметичности и уменьшения времени простоя печей. Показателем тепловой изоляции печей служит температура кожуха печи. Тепловую изоляцию считают удовлетворительной, если при рабочей температуре печи 700–800 ºС температура кожуха печи не выше 30–40 ºС и при рабочей температуре 800–1200 ºС – не выше 40– 50 ºС. Печи, работающие периодически, могут полностью остывать между отдельными циклами. Поэтому для таких печей следует применять легкие и эффективные огнеупорные и теплоизоляционные материалы. От 10 до 15% электроэнергии, потребляемой печью, идет на нагрев жароупорных поддерживающих деталей (поддонов, тележек и др.). Необходимо по возможности сокращать массу и размеры этих деталей.

Снизить удельные расходы энергии на 15–20% можно за счет использования теплоты нагретых деталей (рекуперации энергии). Рекуперация энергии достигается установкой рядом с печью рекуперативных футеровочных колодцев или камер, в которые помещают горячую и холодную загрузку и где происходит процесс теплопередачи от горячих изделий к холодным.