Сравнение эффективности процессов СЭМ. Технико-экономические показатели

В целом, технико-экономическая эффективность того или иного метода плавки может быть оценена относительной себестоимостью одной тонны жидкого чугуна, которая учитывает такие статьи затрат, как стоимость шихтового материала, стоимость огнеупоров и электродов, стоимость энергозатрат, стоимость содержания и эксплуатации оборудования, удельные капвложения. В таблице 1 приведена себестоимость 1 т жидкого чугуна для различных плавильных агрегатов относительно себестоимости плавки в газовой вагранке, а также расход энергии на тонну выплавляемого чугуна [2].

Таблица 1

Индукционные печи средней частоты получили широкое распространение не только в технологических процессах плавки, но и выдержки, а также разливки металла. Стремительно расширяется применение среднечастотных в производстве жаропрочных и высоколегированных сталей, прецизионных сплавов, в производстве цветных и драгоценных металлов. Это объясняется технологическими особенностями, которые делают применение ИПСЧ особенно эффективными.

Еще в большей степени технико-экономическая эффективность индукционной плавки на средней частоте проявляется при использовании ИПСЧ в «дуплекс-процессах». Особенность дуплексной плавки в том, что ИПСЧ служит в качестве печи ожидания, в которой производится выдержка металла и доведение его до нужных параметров, а плавка металла может осуществляться в печах другого типа.

На рисунке 1 показана теплоэнергетическая эффективность печей разного типа на стадии плавки и выдержки чугуна в печах разного типа.

Рисунок 1

Как видно из приведенной гистограммы, на этапе плавки эффективность коксовой вагранки и индукционной печи (ИПСЧ) примерно одинакова и несколько ниже, чем в электродуговой печи постоянного типа (ДППТ). На этапе выдержки металла эффективность ИПСЧ намного выше, чем в вагранках и дуговых печах, поэтому в дуплексных процессах наиболее экономичным является использование в качестве второго плавильного агрегата индукционных печей.

Дуплекс-процесс плавки чугуна может быть организован комбинацией плавильных агрегатов различного типа.

На рисунке 2 приведена гистограмма энергетических расходов различных видов плавильных агрегатов относительно энергозатрат коксовой вагранки.

Рисунок 2

Как видно из рисунка 2, самой дешевой плавкой по энергозатратам является одиночная плавка в индукционной печи средней частоты со средним расходом электроэнергии 560 кВт×ч/т. Далее идет дуплексная плавка КВ + ИПСЧ. В коксовой вагранке производится разогрев и плавка чугуна до температуры 1370 °С с удельным расходом кокса 13,3%, а затем металл переливается в ИПСЧ и догревается в температурном диапазоне 1300 – 1550 °С с удельным расходом 106 кВт×ч/т. Энергозатраты при такой комбинации оборудования на 25% ниже, чем при одиночной плавке в КВ. Примерно на том же уровне по энергозатратам находится дуплексная плавка ДППТ + ИПСЧ. При этом дуговая печь расходует 544 кВт×ч/т для получения расплава чугуна с температурой

1370 °С, а в индукционной печи производится догрев и выдержка металла (1300 ¸1500 °С) с расходом энергии 106 кВт×ч/т [3].

В литейном производстве сегодня наиболее распространены коксовые вагранки, однако по экономическим соображениям, техническим возможностям и экологической безопасности КВ не отвечают современным требованиям. Альтернативой КВ является газовая вагранка. Современные тенденции по ценам на газ (100 $ за 1000 м3) и кокс (200 $ за 1 тонну) во всем мире в пользу газа. Следовательно, ГВ по затратам на энергоносители более экономичны, чем КВ. К тому же, газ используется полностью, а кокс сгорает при образовании 10% СО и имеет меньшую теплотворную способность. Поэтому затраты на получение равного количества теплоты из газа почти вдвое ниже. Однако затраты на огнеупоры выше в ГВ, чем в КВ примерно в 1,6 раза, а приведенная себестоимость чугуна лишь на 10% ниже по сравнению с КВ. В связи с этим, совершенно очевидно, что наибольшую технико-экономическую эффективность и экологическую безопасность для организации дуплекс-процесса плавки и выдержки чугуна имеет комбинация плавильных агрегатов ГВ + ИПСЧ.

Комплекс плавильных агрегатов дуговая печь + индукционная печь реализует технологию дуплексной плавки металла, в котором дуговая печь используется в качестве плавильной, а индукционная печь – в качестве теплосохраняющей. Электродуговая печь позволяет плавить шихту низкого качества, плохо отсортированную, содержащую в больших количествах ржавый стальной лом большими кусками. Однако в электродуговой печи трудно регулировать химический состав металла и сочетать теплосодержание и непрерывную плавку. В дуплексной плавке при использовании индукционной печи в качестве второго агрегата решается задача уравновешивания противоречия между количеством производимого металла и потребляемого литейными цехами, а также завершается процесс рафинирования и модификации чугуна.

Из всего вышеизложенного следует, что при организации дуплексной плавки любой комбинацией плавильных агрегатов самым экономичным является использование в качестве второго плавильного агрегата для догрева и теплосохранения металла индукционной печи средней частоты.