ДСП Consteel постоянного тока с непрерывной загрузкой

металлошихты,подогретой в тоннельной печи отходящими газами (рис. 5), впер­вые была введена в эксплуатацию в 1990г. на заводе фирмы Florida Steel, США. Емкость печи 74т, производи­тельность 54 т/ч при мощности транс­форматора 24 МВ·А. За время работы процесс был значительно усовершен­ствован: исключены топливно-кислородные горелки для подогрева лома в тоннельной печи, изменена система охлаждения конвейера, расходуемые кислородные фурмы заменены на водоохлаждаемые, введен свод над за­грузочной частью нагревательной печи. В результате в 1995 г. средний удельный расход электроэнергии со­ставил 389 кВт·ч/т, кислорода — 22 м³/т (без использования природно­го газа), электродов—1,7 кг/т. При подогреве лома до 540 °С получена экономия расхода электроэнергии 109 кВт·ч/т стальной заготовки.

Аналогичные печи введены в эксп­луатацию на заводах Kyoei Stell, Япо­ния (печь постоянного тока с транс­форматором мощностью 51 МВт, ем­костью 192т), Nucor Steel, США (печь постоянного тока с трансформатором мощностью 39 МВт) и Jersey Steel, США (печь переменного тока с транс­форматором мощностью 35 МВт).

Производительность этих печей соста­вила соответственно 120; 92 и 82 т/ч при удельных расходах на 1 т стали: электроэнергии 320; 351 и 390 кВт·ч, кислорода 34; 33,4 и 23 м³ и электро­дов 1,2; 1,3 и 1,75кг.

На установке фирмы Nippon Steel Plant and Machinery Division (Япония) усовершенствован нагрев лома на конвейере. Горячие отходящие газы проходят сквозь слой лома, а не над ним, как в первых печах Consteel, что повышает эффективность нагрева лома.

Преимуществами печи Consteel яв­ляются снижение шумовыделения, выбросов пыли на 40 % и значитель­ное снижение издержек производства. К недостаткам этой печи следует от­нести необходимость тщательной под­готовки металлошихты к загрузке по размерам кусков и большую протя­женность эстакады для загрузочного конвейера.

5. Шахтная дуговая печь с удерживающими пальцамиразработана фирмой Fuchs Systemtechnik, Герма­ния (рис. 6). Шахта этой печи в нижней части оборудована водоохлаждаемыми пальцами, удерживаю­щими лом уже в период рафинирова­ния предыдущей плавки. После вы­пуска стали пальцы «открываются» и горячий лом падает в жидкую массу

Рис 5. ДСП Consteel:

1 — магнитный кран; 2 — загрузочный конвейер; 3~ подогреватель; 4 — печь; 5—сталевоз

Рис. 6.Шахтная ДСП с удерживающими пальцами и непрерывной подачей металло­шихты

металла и шлака, оставшихся от пре­дыдущей плавки, затем сразу в.шахту загружается вторая корзина.

При плавке стали в этой печи в шихту могут входить металлизованные окатыши, твердый или жидкий чугун либо 100 % лома. Показатели работы шахтных печей с удерживающими пальцами очень высоки, поэтому они быстро нашли применение во всем мире; в 1996г. в эксплуатацию введе­ны две такие печи, в 1997г.—три, в 1998 г. — шесть печей и т. д. В августе 1998г. 120-т печь такой конструкции (мощность трансформатора 85 MB·А) пущена в России на комбинате «Се­версталь» (г. Череповец).

В результате дальнейшего развития шахтной дуговой печи с удерживаю­щими пальцами появилась двухкамер­ная шахтная дуговая печь с удержива­ющими пальцами типа MSP (Multi­stage Scrap Preheater — многокамер­ный подогрев лома) конструкции фирмы Mannesmann Demag Metal­lurgy, Германия. Лом в шахте этой печи подогревается в двух камерах, разделенных удерживающими пальца­ми, что гарантирует более полное

использование теплоты дожигания тех­нологических газов. При работе на шихте, состоящей только из лома, рас­ход электроэнергии в такой печи со­ставляет менее 290 кВт·ч/т. Печь рас­считана на использование в шихте жидкого чугуна, что позволит допол­нительно уменьшить расход электро­энергии. На рис. 7 показана схема двухкамерной (двухкорпусной) 135-т печи постоянного тока с удерживаю­щими пальцами с трансформатором мощностью 156 MB·А. Печь установ­лена в Монтеррее (Мексика). В шихте используется до 55 % металлизованных окатышей.

Стремление в максимальной степе­ни использовать мощность трансфор­матора, тепло, аккумулированное кладкой, и тепло отходящих газов привело к созданию серии конструк­ций двухкорпусных и двухшахтных ДСП.

Двухкорпусная дуговая печь с од­ним источником питания, электро­дом-катодом (тремя электродами на печи переменного тока) и короткой сетью имеет две ванны: когда в одной идет расплавление металлошихты ду­гами, другая находится в режиме за­грузки и подогрева шихты. Двухкор­пусная печь с одним источником питания

Рис. 7.Шахтная ДСП (с удерживающи­ми пальцами) постоянного тока:

1— окатыши + известь + углерод; 2 —нагретый лом; 3 — две фурмы; 4— четыре горелки (О₂ + СН₄);

5— охлажденные газы СО₂/О₂

может иметь два комплекта токоподвода и электродов (рис. 8) отдельно для каждого из корпусов, что позволяет еще более сокращать бесто­ковое время работы печи. На установ­ке используют два способа подогрева лома: первый заключается в по­даче технологических газов из находя­щегося под нагрузкой корпуса в «от­ключенный» корпус; при втором способе лом подогревают с помощью топливно-кислородных горелок, уста­новленных в корпусах.

Использование двухкорпусных пе­чей позволяет увеличить производи­тельность при существующей мощно­сти трансформатора или уменьшить мощность трансформатора при суще­ствующей производительности.

Двухкорпусная печь по сравнению с двумя печами той же емкости обес­печивает большую экономию капи­тальных затрат (минимум 35 % без учета расходов на сооружение под­станции), а также сокращение продолжительности плавки на 40 % и сни­жение расхода электроэнергии на 40— 60 кВт·ч/т. Двухкорпусные печи ра­ботают во многих странах (в Японии, США, Франции, Индии и др.). В зави­симости от величины садки, мощнос­ти трансформатора, типа шихты (лом, горячие железосодержащие брикеты, твердый чугун, жидкий чугун и т. п.) производительность таких печей ко­леблется в пределах 1,0—1,6 млн. т/год.

Разновидностью двухкорпусных ДСП являются двухшахтные печи. В качестве примера на рис. 17.18 пред­ставлена работа двухшахтной печи за­вода SAM Montereau.

Две зеркально установленные шахт­ные печи емкостью по 90 т обслужива­ются одним трансформатором мощно­стью 96 MB·А с одной системой элек­тродов. Печь оборудована 12 горелка­ми (по 6 на каждый корпус) мощностью по 3 МВт, четырьмя ма­нипуляторами, системами управления дугами, перемешивания аргоном, по дачи извести и углеродсодержащих материалов.

Рис. 8.Двухкорпусная ДСП постоянного тока с диаметром кожуха 7,6 м фирмы Gallatin Steel, США

Рис. 9. Схема работы двухшахтной ДСП

Четыре горелки располо­жены в шахте, одна — в рабочем окне и одна — вблизи выпускного отвер­стия. В подине установлено пять по­ристых вставок для продувки ванны азотом. Своды снабжены соедини­тельными патрубками с трехходовым краном дроссельного типа, позволяю­щим направлять часть отходящих га­зов от одной печи в другую. Последовательность работы двухшахтной печи представлена на рис. 9, а — д.

При выпуске плавки из печи Б электрододержатель перемещается к печи А, где начинается расплавление шихты. На начальной стадии расплав­ления шихты в печи А в печи Б начи­нается загрузка. В этот период в печь Б загружают 75 % завалки. Горелки в печи Б работают на полную мощ­ность. Когда в печи А идет рафиниро­вание металла, отходящий газ направ­ляют в печь Б для подогрева лома на подине и в шахте. В это время в шахту печи Б загружают остаток лома. Когда печь А готова к выпуску плавки, печь Б должна быть полностью загружена ломом, чтобы избежать перерывов в энергоподводе. Время вспомогатель­ных операций при такой работе уменьшается до 3 мин и время под нагрузкой достигает 92 % плавки. В 1995 г. средние удельные расходы на двухшахтной ДСП этой фирмы при массе плавки 95 т составили: электро­энергии 365 кВт·ч, электродов 1,45 кг, кислорода 30,0 м³, природного газа 8,0м³, загружаемого угля 11,5кг, угольного порошка 5,0 кг. Производи­тельность печи составила 105 т/ч.

Появляются все новые варианты конструкций двухкорпусных агрега­тов.

Сочетание преимуществ конвер­терного и электросталеплавильного производств может быть получено при использовании Arcon–процесса, раз­работанного фирмой Concast Standard AG, Швейцария. Arcon (Arc in converter) — двухкорпусной агрегат, состоящий из конвертера с верхней кислородной продувкой и одноэлектродной ДСП постоянного тока (рис. 10). В каждом из корпусов кисло­родная фурма 1 может быть заменена общим графитированным электро­дом 2 и наоборот. Размеры корпусов соответствуют размерам типового конвертера. Днище каждого корпуса выполнено из электропроводных

периклазографитовых огнеупоров и име­ет подовый пластинчатый медный электрод. Для футеровки стен корпуса использованы периклазографитовые огнеупоры. Выпускное отверстие рас­положено в периферийной части токопроводящей подины.

Рис. 10. Двухкорпусной агрегат Аrсоn

Чугун заливают через горловину корпуса или с помощью желоба через боковое окно, являющееся частью фу­теровки корпуса. Окно при работе корпуса по режиму дуговой печи слу­жит для ввода фурм для вдувания из­вести, угля и кислорода, манипулято­ра и спуска шлака. Общий для обоих корпусов графитированный электрод крепится на электрододержателе, рас­положенном между корпусами со сто­роны выпускного отверстия. Кисло­родные фурмы, отдельные для каждо­го из корпусов, имеют дополнитель­ные боковые сопла для вдувания кислорода на дожигание СО техноло­гических газов. Электрическое пита­ние агрегата осуществляют с исполь­зованием шестипульсного выпрями­тельного блока, обеспечивающего подвод тока силой до 80 кА. Подстан­ция с печным трансформатором и выпрямительным блоком расположе­на рядом с агрегатом. Помещение для управления работой корпусов общее, однако каждый корпус оснащен само­стоятельным комплексом контрольно-измерительных приборов.

Агрегат Аrсоn имеет производи­тельность 1,6 млн. т/год. В качестве металлошихты используют жидкий чугун (40 %), гранулированный чугун (5 %) и горячебрикетированное губча­тое железо (55 %). Масса выпускаемой плавки 170т (170т стали выпускают каждые 46 мин), продолжительность работы агрегата 7300 ч в год. Цикл ра­боты агрегата составляет 92 мин. Тех­нология основана на использовании оставленного от предыдущей плавки жидкого расплава массой 50 т, т. е. ем­кость каждого корпуса 220т жидкой стали.

После выпуска плавки (в течение 5 мин) из корпуса № 1 проводят ос­мотр и текущий ремонт шиберного затвора, выпускного отверстия и т. п На оставшуюся от предыдущей плавки жидкую массу стали и шлака загружа­ют ферроалюминий или ферросили­ций для предотвращения вскипания ванны при последующей заливке чугу­на. Затем через желоб заливают 75т чугуна, выводят желоб, закрывают бо­ковое окно, поворачивают кислород­ную фурму, опускают ее в рабочее про­странство и проводят продувку кисло­родом с интенсивностью 12 тыс. м³/ч в течение 27 мин. По ходу продувки че­рез горловину непрерывно загружают горячебрикетированное губчатое же­лезо (35 т), гранулированный чугун (10 т), известь и доломит.

По окончании продувки фурму поднимают, отворачивают в сторону и на ее место поворачивают электрод от корпуса № 2. Электрод опускают в ра­бочее пространство, зажигают дугу и ведут дуговой нагрев ванны в течение 37 мин при подводимой мощности 60 МВт. По ходу дугового нагрева не­прерывно загружают 70 т горячебрикетированного губчатого железа. Че­рез боковое окно с помощью фурм ма­нипулятора вдувают порошкообраз­ные известь, доломит и уголь для формирования вспененного шлака. Затем на 7 мин снижают подводимую мощность до 10 МВт и скачивают шлак. Перед выпуском плавки элект­род поднимают и переводят на корпус № 2, где в это время заканчивается продувка ванны кислородом.

При такой работе удельный расход электроэнергии составляет 225 кВт·ч, кислорода — 45 м³, электродов — 0,7 кг. Токовое время работы двухкорпусного агрегата достигает 95%.

Комбинация конвертера и дуговой печи в одном агрегате дает следующие преимущества по сравнению с обыч­ной дуговой печью: 1) широкий выбор металлошихты; 2) высокая производи­тельность; 3) низкий расход электро­энергии в результате использования химической энергии окисления примесей металлошихты; 4) уменьшение требуемой электрической мощности; 5) снижение удельного расхода элект­родов; 6) меньшее влияние на токоподводящие сети;

7) возможность ра­боты при маломощных электросетях; 8) снижение затрат на электрообору­дование.

Фирма Mannesmann Demag Metallurgy разработала конструкцию двухкорпусной печи переменного тока, подобную печи Аrсоn, назвав ее Conarc (Converter–

arcfurnace) (рис. 11). Эта печь характеризуется гиб­костью в выборе сырья и источников энергии. Часть кислорода (до 85 %) вдувается через многосопловую верх­нюю фурму с интенсивностью до 330 м³/мин. Расход электроэнергии составляет 187—244 кВт·ч/т.

Приведенные примеры показывают, что современные технологии производ­ства стали в ДСП существенно отлича­ются от традиционных. При этом воз­никает ряд проблем и вопросов, на ко­торые пока нет окончательных ответов.

Рис. 11. Двухкорпусный агрегат Conarc