Измерение температуры свода электросталеплавильных печей (стр. 2 из 7)
Для работы современных ДППТ требуемая величина рабочего тока составляет более 130 КА и напряжения до 750 В. Отличительной особенностью ДППТ нового поколения от ДСП переменного тока является использование только одного верхнего - главного электрода (ГЭ) - катода, расположенного вдоль вертикальной оси печи. Подовые электроды (ПЭ) - аноды вставляются в подину или используется токопроводящая подина. Стойкость подины при проведении в течение компании печи текущих «горячих» ремонтов составляет до 5 тысяч плавок.
Одним из основных элементов подины ДППТ является подовый электрод (реже токопроводящая подина) который подсоединяется к плюсу выпрямителя источника питания ДППТ. В случае использования ПЭ нижний конец его соединяется с токопроводом, выше которого расположены каналы охлаждения. Каналы охлаждения расположены вне защитного металлического кожуха печи. Основная часть подового электрода расположена в нижней трети толщины огнеупорной футеровки подины печи.
Сам электрод представляет собой стальную трубу, заполненную медью, к боковой поверхности трубы приварены стальные листы, соединяющие электрод с расплавленным металлом. Внутри электрода расположены датчики температуры, связанные с системами сигнализации, блокировки и аварийной защиты.
Подовый электрод такой конструкции имеет неограниченный ресурс работы, поскольку заменяются только стальные листы при смене огнеупорной футеровки через 2-3 года (имеются данные и через 5 лет).
В ДППТ используется главный электрод без специальных требований к прочностным свойствам материала. Расход электродов при этом составляет 0,8-1,5 кг/т по сравнению с 4-5,5 кг/т в ДСП переменного тока.
Причиной такого малого удельного расхода дорогостоящих электродов в ДППТ являются следующие факторы:
• сокращение количество используемых электродов в три раза;
• продолжительная работа ДППТ на пониженном токе при высоком напряжении;
• отсутствие поломок при обрушении металлической шихты.
Последнее объясняется изменением формы проплавляемого в шихте колодца. В период расплавления шихты, который проводится при высоком напряжении и малом рабочем токе дуги (небольшой плотности тока), в шихте образуется не узкий колодец, в который погружается электрод (что характерно для ДСП переменного тока), а широкая воронка, внутри которой металлическая шихта на электрод не обрушается.
Дополнительным преимуществом ДППТ является наличие естественного перемешивания расплава за счет взаимодействия электрического тока, протекающего через него и электромагнитным полем. Для реализации естественного перемешивания устанавливается не менее двух подовых электродов, смещенных от оси симметрии подины.
Важным преимуществом ДППТ является значительное (в 7-9 раз) уменьшение выбросов газов при заметном уменьшении угара металла по сравнению с ДСП переменного тока. И в будущем это будет очевидно иметь решающее значение при ужесточении экологических требований.
Несмотря на установку дополнительного электрооборудования (дросселя и выпрямителя) при использовании ДППТ достигается достаточно ощутимая экономии электроэнергии за счет следующих факторов:
• использование одного электрода вместо трех и, следовательно, одного отверстия в своде, что уменьшает тепловые потери;
• у постоянного тока отсутствуют значительные индукционные потери;
• электрическая энергия подводится к ДППТ с более высоким напряжением;
• передача тепла от электрической дуги к металлу, благодаря естественному перемешиванию расплава, более эффективна.
Следует отметить, что стоимость ДППТ в 1,8-2,5 раза превышает стоимость ДСП переменного тока одинаковой производительности и это является пока сдерживающим фактором для их широкого применения.
Начиная с 1962 года особое распространение получила вначале в США, Японии, а затем и в Западной Европе технология СВМ (сверхвысокой мощности).
Именно благодаря этой технологии ДСП стали более эффективными, чем мартеновские печи. Основным преимуществом ДСП высокой и сверхвысокой мощности является значительная концентрация электрической мощности в рабочем пространстве печи.
Так, если для печей емкостью 100 т и больше обычно удельная мощность в энергетический период расплавления составляет 150-250 КВт/т, то для печей СВМ этот показатель равен 300- 650 КВт/т. Это приводит к значительному сокращению продолжительности периода расплавления шихты. Так, если на печи емкостью 100т повышенной мощности (мощность трансформатора около 30 МВА) длительность расплавления составляет до 2,5 часов, то на 140 т печи СВМ (мощность трансформатора 80 МВА) длительность периода расплавления составляет всего 1 час.
Использование СВМ делает необходимость разработки и применения методов оптимизации энергетического режима работы ДСП еще более очевидной и актуальной.
При применении печей СВМ работа происходит на более коротких дугах, которые эффективнее отдают тепловую энергию ванне, обеспечивают длительный срок службы огнеупорной кладки рабочего пространства. Это дополнительно способствует меньшим потерям тепла, особенно после обнажения электрических дуг в технологические периоды плавки. Для устранения этого нежелательного явления требуется установка на печах дорогостоящих компенсирующих устройств, что влияет на стоимость печей, делая её более высокой.
Обычно стоимость ДСП СВМ на 10-25% больше чем в ДСП обычного типа. Это в основном дополнительные затраты на печные трансформаторы и токоподводящие системы с низкой стороны. Дополнительные затраты сравнительно быстро (2-3 года) окупаются за счет повышения производительности печи, снижения расхода огнеупоров и электродов. Ощутимая экономия получается за счет уменьшения удельного количества затраченной электроэнергии до 450-490 КВт/т, что в современных условиях имеет иногда решающее значение.
Дуговая сталеплавильная печь ДСП – 180
Рис. 1. 1 – механизм наклона печи; 2 – фиксатор; 3 – насосно-аккумуляторная станция; 4 – механизм поворота портала; 5 – механизм перемещения электродов; 6 – печной трансформатор; 7 – вторичный токоподвод; 8 – электрододержатель; 9 – графитированный электрод; 10 – свод водоохлаждаемый; 11 – механизм подъема свода; 12 – полупортал; 13 – патрубок газоотсоса сводовый; 14 – стеновые водоохлаждаемые панели; 15 – корпус печи; 16 – люлька; 17 – сливной носок; 18 – фундаментная балка; 19 – фундамент.
Основные технические характеристики, устройство и особенности технологического процесса в современных ДСП рассмотрим на примере ДСП - 180 ЭСПЦ ОАО «ММК», введенного в эксплуатацию в 2006 г.
Две дуговые сталеплавильные печи с номинальной емкостью 180 тонн каждая предназначены для расплавления и нагрева до заданной температуры жидкого расплава металла. Печи оснащены практически всеми современными устройствами для обеспечения ведения высокопроизводительного технологического процесса. Управление устройствами осуществляется автоматическими системами известных фирм VAI – FUCHS и SIEMENS.
Основные элементы оборудования ДСП-180 представлены на рис. 1.
Выплавку стали осуществляют в рабочем пространстве ограниченном водоохлаждаемым сводом, водоохлаждаемыми панелями, стенами и подиной из огнеупорного материала.
Куполообразный водоохлаждаемый свод несет наибольшую функциональную нагрузку. В своде предусмотрены технологические отверстия для отвода плавильных газов, подачи сыпучих, ввода трех электродов и отбора импульса давления в рабочем пространстве.
Огнеупорная футеровка подины и стен выполняется из основных огнеупоров (магнезитохромитовых и хромомагнезитовых). Огнеупорная кладка подины и стен заключена в металлический защитный кожух, имеющий сферическое днище и небольшой выступ (эркер) на стороне сталевыпускного отверстия имеющего шиберный затвор. При выплавке стали в ДСП-180 используется различное сырье и материалы. Фракция используемых ферросплавов должна составлять 20-50 мм. В качестве шлакообразующих материалов используется обожженная известь собственного производства, известняк, сырой доломит, обожженный или ожелезненный доломит. Фракция извести должна составлять 10-40 мм. Содержание Са2 в плавиковом шпате должно быть не меньше 75%.
В качестве углеродосодержащих материалов используются:
• для науглероживания металла коксовая мелочь фракций 10-60 мм, с содержанием углерода не менее 85% и серы не более 0,7%;
• для вспенивания и раскисления шлака в нем графит и (или) антрацит фракций: 0,1-1 мм не более 10%, 1-3 мм - 90% при содержании серы не более 0,3%.
Основные технические и эксплуатационные характеристики ДСП-180 представлены в таблице1 Комбинированные газокислородные фурмы-горелоки RСВ («RefiningCombinedBurners») используются в качестве эффективных дополнительных источников тепловой энергии и в качестве фурм для продувки кислородом.
Мощность каждой комбинированной горелки - 3500 кВт. Газокислородная горелка КСВ имеет два режима работы:
• в режиме «горелка» расход кислорода до 800 м3/ч при расходе природного газа до 350 м3/ч;
• в режиме «фурма» расход кислорода составляет до 2800 м3/ч при расходе природного газа до 120 м3/ч.
Комбинированные фурмы-горелки устанавливаются в специальных отверстиях третьей, четвертой, шестой, тринадцатой, пятнадцатой и шестнадцатой водоохлаждаемых панелей печи.
Размещение и выбор направления факелов горелок определяется наличием холодных зон в печи. Горелки ориентируются в направлении холодных зон и по касательной относительно электродов для предотвращения их окисления.
Принцип работы газокислородных комбинированных фурм-горелок заключается в регулирования конфигурации факела горелки в различные периоды расплавления и нагрева. Основной поток кислорода направлен в ванну расплава. Однако одной высокой кинетической энергии струи вдуваемого газа не достаточно для поддержания когерентного потока на требуемой длине. Для формирования высокоскоростной когерентной струи необходимо направлять поток кислорода другой газовой струей. Это обеспечивается газовым потоком, который окружает кислородный поток и поступает по внешнему контуру сопла. Благодаря такой комбинации окружающий поток кислорода природный газ действует как «рубашка». Поэтому основной поток кислорода остается сосредоточенным на требуемой расчетной длине.