Интенсификация электроплавки

Жидкий старт. Под этим термином понимают начало плавки, в которой используется остаток расплава от предыдущего цикла. Для осмотра и ремонта подины или в случае перехода на выплавку стали другой марки, несовместимой с предыдущей, печь опорожняют полностью. Работа с остатком металла позволяет заметно увеличить среднюю потребляемую мощность при устранении ограничений начального периода плавления.

Особое значение жидкий старт имеет для технологии плавки стали с использованием металлизованной шихты. Наличие жидкой ванны резко увеличивает скорость плавления окатышей, непрерывно загружаемых в жидкую ванну со вспененным шлаком. Большинство трудностей снимается, если окатыши с регламентированной скоростью непрерывно подаются в жидкую ванну, оставленную от предыдущей плавки.

Вдувание газов через подину осуществляется для активизации перемешивания жидкой ванны аргоном или азотом. При этом снижается градиент температуры по высоте ванны, улучшается взаимодействие металла со шлаком, снижается расход электроэнергии и время плавки.

Вдувание кислорода. В настоящее время суммарный расход кислорода в электросталеплавильном производстве составляет от 15 до 30 м³/т, а для электропечей-рекордсменов с производительностью более 1 млн. т стали в год расход доходит до 40 м³/т. Это обеспечивает поступление около 30 – 40 % энергии, необходимой для плавления шихты. Интенсивность подачи кислорода в крупных печах составляет 0,7 - 0,85 м³/мин на 1 т. Использование 1 м³ кислорода позволяет сэкономить 3,0 - 3,5 кВт^.ч. электроэнергии.

Применение жидкого чугуна. Связано с дефицитом лома, его высокой стоимостью, наличием избытка чугуна на некоторых металлургических заводах. Кроме того, высокое содержание цветных неудаляемых примесей в ломе ограничивает область использования электростали для производства листа. Добавление жидкого чугуна позволяет решить эту задачу.

Использование чугуна целесообразно в электропечах с небольшой удельной мощностью трансформатора (300 - 400 кВ^.А/т). На мини-заводах, оснащенных сверхмощными печами, возможно использование чушкового чугуна для получения кондиционной стали по примесям цветных металлов.

Применение топливно-кислородных горелок (ТКГ). В настоящее время ТКГ являются эффективным способом ускорения электроплавки. В ТКГ происходит сжигание газообразного, жидкого или твердого топлива непосредственно в рабочем пространстве печи с получением высокотемпературного факела. ТКГ используют для ускорения расплавления шихты (окислительное плавление), для нагрева шихты и подрезки лома в холодных участках плавильного пространства.

Топливо и кислород, расходуемые в горелках, частично замещают потребную электроэнергию. Число горелок варьируют от 1 до 9; удельная мощность до 200 кВт/т. Суммарная мощность для электропечей вместимостью до 10 МВт, от 50 до 120 т – 10 - 20 МВт и от 120 до 150 т – 20 - 25 МВт. Время работы ТКГ около 15 - 20 мин. Использование ТКГ позволяет выбрать режим, соответствующий минимальным энергозатратам, в зависимости от конкретных местных условий (стоимости электроэнергии, ее доступности, наличия природного газа, керосина и т. п.).

Работа со вспененными шлаками и вдувание углеродсодержащих материалов. Давно известное сталеплавильщикам отрицательное явление вспенивания шлака, затрудняющее теплопередачу в мартеновских печах и создающее опасность выбросов металла в кислородных конвертерах, в дуговых печах оказалось тем важнейшим технологическим элементом, благодаря которому окончательно утвердилась концепция скоростной плавки.

На образование вспененного шлака влияют газовая фаза и шлаковая ванна, поэтому в печь вводят повышенное количество кислорода и вдувают угольный порошок. Экономия энергии достигает 10 - 30 кВт^.ч/т жидкой стали. Идеальным для поддержания вспененных шлаков является использование металлизированных окатышей, содержащих и углерод, и кислород.

Перемешивание ванны. При перемешивании ванны в дуговых печах ускоряется расплавление лома, усреднение температуры и состава ванны, активизируются реакции между шлаком и металлом в зоне. Особенно сильно влияние перемешивания сказывается при плавке стали с использованием металлизованной шихты, когда могут образовываться «айсберги» из металлизованных окатышей.

В трехфазных дуговых печах перемешивание проводят путем донного вдувания аргона или азота. Донное газовое перемешивание повышает производительность печей на 3 – 6 %, снижает расход электроэнергии на 1 – 7 %, и огнеупоров на 10 %.

Дожигание технологических газов. Анализ теплового баланса работы дуговых печей показывает, что до 20 % энергии, введенной в печь, теряется с отходящими газами, что соответствует потерям электроэнергии до 200 кВт^.ч/т. Потери энергии складываются из физической теплоты газов (50 - 65 кВт^.ч/т) и химической теплоты, которая может быть выделена при их дожигании (окисление монооксида углерода и водорода).

Существуют различные системы дожигания: в объеме печи, в шахте, в подогревателях шихты, состоящие из системы отбора и анализа отходящих газов, фурмы для вдувания кислорода, системы клапанов и системы компьютерного управления печью. Расположение, количество и конструкции фурм для дожигания весьма разнообразны и определяются характеристиками дуг печи, видом шихты и технологией плавки.

Обобщенные показатели эффективности использования вышеперечисленных альтернативных источников энергии в сверхмощных электропечах приведены ниже: