Научно—техническая фирма Экта
Универсальные дуговые печи постоянного
тока нового поколения ДППТУ-НП
+7 (495) 679-49-63
ekta2@yandex.ru
info@stf-ecta.ru
www.ntfecta.ru
На главную Карта сайта Контакты
О компании Плавильные печи и миксеры Назначение Публикации Фотогалерея Наш симпозиум Отзывы
Контакты
РусскийEnglish

Публикации

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ДУГОВОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДППТУ-20, ЕМКОСТЬЮ 20 Т НО АООТ «ТЯЖПРЕССМАШ», Г.РЯЗАНЬ.


Н Володин A.M., ген. директор АООТ «Тяжпрессмаш»

Богдановский А.С, гл. металлург АООТ «Тяжпрессмаш»

Малиновский B.C., президент ООО «НТФ «ЭКТА»

АООТ «Тяжпрессмаш», г. Рязань методом перевода на питание постоян­ным током дуговой печи переменного тока ДСВ-20 совместно с ООО «НТФ «ЭК­ТА» в начале 2004 года была создана и введена в промышленную эксплуатацию универсальная дуговая печь постоянного тока емкостью 20 т (ДППТУ-20).

Печь ДСВ-20 эксплуатировалась на предприятии более 30 лет и в процессе эксплуатации многократно реконструировалась. К моменту реконструкции меха­ническая часть печи имела выкатную ванну, водоохлаждаемый свод, механизмы выката ванны, наклона печи, подъема свода и перемещения электродов. На печи был установлен водоохлаждаемый свод, через который проходили три графитиро-ванных электрода диаметром 400 мм. Питание печи осуществлялось от печного трансформатора мощностью 8,5 MBА, печь была оснащена пультами и щитами управления, регулятором мощности.

Мощность печи ограничивалась условиями электроснабжения, и это ограни­чение сохранилось при выборе источника электропитания новой печи.

Печь реализовывала классическую технологию выплавки стали с рудным кипом и с полным циклом обработки стали, плавила без «болота». Кислород, на­грев шихты другими источниками тепла на печи не применялись. Металл разлива­ли в ковши, в которых осуществляли донную продувку аргоном.

Пылегазоочистка печных газов была недостаточна по производительности, и цеховые помещения были сильно задымлены.

Перед принятием решения о направлении реконструкции специалисты АООТ «Тяжпрессмаш» изучили предложения ряда фирм. Ими предлагались стан­дартные решения, в которых для ускорения процесса плавки необходимо было ос­настить печь мощными фурмами для подачи кислорода, для нагрева шихты уста­новить газокислородные горелки, перейти на плавку со вспененным шлаком и ра­боту с «болотом», перенести технологические операции в ковш, оснастив его для этого дуговой установкой, т.е. оснастить цех установкой печь-ковш. Для реализа­ции проекта требовалось построить газокислородную станцию, подвести к печи мощные газовые коммуникации, установить остро необходимую в этом случае сис­тему пылегазоочистки.

Реализация данного проекта требовала больших затрат на основные фонды, а дополнительное оборудование на существующих площадях не размещалось.

Сомнительной являлась и экономия на эксплуатационных расходах. Ведение процесса по предлагаемой технологии, которая предусматривает реализацию в нем только окислительного процесса, приводит к угару шихты 9-12 % и потере всех ос­новных легирующих элементов при переплаве возврата собственного производст­ва, который на литейных заводах достигает 40-60 %. При средневзвешенной цене лома 150 USD за тонну, сгоревшая шихта стоит 15 USD на тонну и при цене одного киловатт-часа 0,03 USD соответствует стоимости 500 кВт-ч. Работа установки печь-ковш и системы пылегазоочистки требует также дополнительного расхода электроэнергии порядка 200 кВт-ч/т и эти затраты нужно компенсировать. Для peaлизации процесса требуются дополнительные материалы - чугун, известь, карбю­ризаторы, кислород, природный газ, ферросплавы, компенсирующие сгоревшие в процессе переплава отходов собственного производства, что увеличивает расходы на производство стали и требует тщательного анализа экономичности реконструк­ции. Кроме прочего, нет уверенности в достижении необходимых показателей ка­чества литых заготовок после обработки металла в установке печь-ковш. Если в металлургическом производстве металл подвергается обработке давлением и мно­гие пороки в структуре стали исправляются, то литые заготовки, как правило, об­работке давлением не подвергаются и их качество можно обеспечить только высо­ким качеством выпускаемого из печей металла.

Рассмотрев и другие предложения проведения реконструкции ОАО «Тяж-прессмаш» остановился на реализации проекта ООО «НТФ «ЭКТА», предусматривающий создание дуговой печи постоянного тока нового поколения, разработанной и запатентованной специалистами ООО «НТФ «ЭКТА».

Проект предусматривал сохранение без увеличения пропускной способности системы электроснабжения, сохранение всех основных элементов механической части печи, замену источников электропитания, пультов и щитов управления с размещением их на существующих площадях, сохранение существующих техноло­гического процесса плавки без использования кислорода, газокислородных горе­лок, установки печь-ковш, вспененного шлака и «болота». Уменьшение пылегазо-выбросов после реконструкции позволяло сохранить существующую систему эва­куации газов.

Система энергоснабжения не позволила установить мощный источник элек­тропитания необходимый для быстрого расплавления шихты, но отсутствие резко-переменного характера нагрузки ДППТ дало возможность использовать запас сис­темы энергоснабжения на динамические нагрузки ДСВ-20 и установить источник электропитания мощностью 10,5 МВА вместо ранее установленного 8,5 МВА, не внося никаких изменений в систему электропитания. Источник питания был разра­ботан по нашим техническим требованиям совместно ОАО «Уралэлектротяж-маш», ОАО «Российская электротехническая компания», Estel Plus для печей ДППТУ-12, емкостью 12 т конструкции НТФ «ЭКТА». Трансформатор печи имеет четыре трехфазных обмотки, подключенные к четырем секциям тиристорного пре­образователя, снабженных тиристорными переключателями для последовательно­го, последовательно-параллельно го и параллельного включения секций. В цепи по­стоянного тока установлены сглаживающие реакторы. Тиристорный преобразова­тель оснащен теплообменником для охлаждения тиристоров. Источник выполнен в компактном исполнении, что позволяет размещать его на существующих террито­риях предприятий, в т.ч. и при реконструкции ДСП. Система управления источни­ком питания позволяет вести управление и стабилизацию тока, осуществлять управление перемешиванием расплава, вести подавление «паразитных дуг», пре­дотвращать значительные колебания электрической мощности во все периоды плавки, предотвращать локальные перегревы шихты и расплава, подавлять пылега-зовыбросы из печи до минимума снижать угары шихтовых материалов. Она также защищает подовые электроды и подину от разрушений, и токопроводящие части печи и ошиновку от электрических пробоев. Эти технические решения запатенто­ваны специалистами ООО «НТФ «ЭКТА» и используются фирмой во всех проек­тах печей, предназначенных для плавки стали, чугуна, сплавов на основе алюми­ния, меди, никеля, кобальта и др. [1, 2, 3]. Источник питания позволяет вести peaлизацию режимов: ток 9 кА. Напряжение до 1200 В; ток 18 кА, напряжение 600 В (режимов расплавления шихты) и ток 36 кА, напряжение 300 В - режим нагрева расплава, ведения скоростных технологических операций - дефосфорации, десульфурации, рудного кипа, науглероживания, расплавления легирующих добавок, формирования шлака, рафинирования.

Отрицательные выводы источника электропитания подключены к сводовому электроду. Его диаметр был сохранен - 400 мм, положительные выводы подключе­ны к двум подовым электродам конструкции ООО «НТФ «ЭКТА», на которых сле­дует остановиться особо. Специалисты ООО «НТФ «ЭКТА» ранее принимали уча­стие в программе создания плазменных и далее дуговых печей постоянного тока [4, 5, 6, 7], для которых ими были разработаны подовые электроды, отвечающие требованиям безопасной и надежной эксплуатации при работе с полным и частич­ным сливом расплава. Все электроды имели медный стержень, введенный в ниж­нюю часть футеровки подины, торец которого сваркой или методом электрошлако­вого литья крепился к стальному стержню, проходящему через рабочую часть фу­теровки подины и контактирующему с расплавом. Охлаждение подовых электро­дов всегда вынесено за кожух печи, а в теле подовых электродов установлены сна­чала датчики давления, а затем термопары, контролирующие состояние подовых электродов и подины печи. Такие электроды были установлены на плазменных и дуговых печах емкостью 6 и 12 тонн ЧМЗ, теперь ОАО «МИЧЕЛ», печи емкостью 30 т ПО «Ижсталь», других печах, на которых эксплуатируются с небольшими до­работками конструкции в течение десятилетий, показывая высокий ресурс - 2-5 лет. Наиболее совершенная конструкция подового электрода этой серии НТФ «ЭКТА» была разработана и установлена на печи емкостью 25 тонн в Индии [8].

В дуговых печах постоянного тока нового поколения НТФ «ЭКТА» было введено мощное МГД перемешивание расплава, широко используется рудный кип и кислородная продувка, поэтому требования к конструкции подового электрода выросли, было обращено внимание на их ремонтопригодность. Современный по­довый электрод выполнен в виде стальной трубы, изнутри методом электрошлако­вого литья заполненной медью. К стальной трубе приварены стальные листы, про­ходящие через рабочую часть подины. Охлаждение вынесено за кожух печи, внут­ри электрода установлены термопары. При замене подины стальные листы обреза­ются и привариваются новые. Отработана методика горячего ремонта подины, приемы эксплуатации подовых электродов, система подавления вихревых потоков расплава над подовыми электродами [9, 10]. Обращено внимание на то, что значе­ние правильного обслуживания подины с подовыми электродами выше выбора той или иной конструкции подовых электродов, которые можно сравнивать между со­бой только после грамотного обучения обслуживающего персонала печи. Важным этапом дальнейшего освоения печи явился отказ от электрошлакового литья при производстве подовых электродов. Это резко увеличило количество предприятий, на которых можно производить подовые электроды, в том числе силами Заказчи­ков печей.

При выборе направления реконструкции учитывались также результаты, по­лученные после перевода ДСП в ДППТНП на других предприятиях, на которых кроме существенной экономии электроэнергии, шихты, ферросплавов, графитиро-ванных электродов, улучшения экологии и условий труда, повышения производи­тельности был получен значительный рост качества отливок из различных марок стали и чугуна [11].

После реконструкции печи переменного тока (ДСВ-20) совместно с НТФ «ЭКТА» был произведен перевод агрегата на постоянный ток (ДППТУ-20). С на­чала 2004 года к концу августа выплавлено более 500 плавок фасонного литья и слитков различных марок сталей (углеродистых, легированных, инструменталь­ных) и чугуна. Общий выпуск составил более 12 тыс. тонн, что превысило прежний годовой выпуск до реконструкции, несмотря на проводившиеся работы с частыми остановками печи при ее освоении.


Ожидания улучшения показателей работы сталелитейного цеха полностью оправдали себя. В сравнительной таблице (табл.1) показателей печей до и после реконструкции наглядно видны преимущества печи постоянного тока.


Сравнительная таблица показателей печей ДСВ-20 до и после модернизации ДППТУ-20 на Рязанском ОАО «Тяжпрессмаш»

Таблица 1

Показатели ДСВ-20 ДППТУ-20
Пыль, мг/м 27,2 9,9
Шум, дБ (общий уровень) 98 84
Расход электроэнергии на 1 тн жидкой стали, кВт-час 890 710
Производительность по жидкому, тн/час 4,54 7,16
Средняя продолжительность по плавкам, час 4,92 3,0
Средняя продолжительность плавления по плавкам, час 2,75 1,93
Угар металла общий, % 5 3
Расход, кг/тн жидкого:

Графитированных электродов 14,0 2,12
FeSi 13,8 11,2
FeMn 6,3 5,1
FeCr (инстр.ст.) 14,6 12,0
FeV (инстр.ст.) 2,4 1,1
FeMo (инстр.ст.) 2,1
Извести 48,0 20,7
Шамота 12,1 2,7
Раскислительной смеси (известь, FeSi 45, кокс) 272, 78, 22 192,46, 18
Количество проб в течение плавки, ед. 4-5 3-4
Снижение отклонений по химсоставу, % 0 35
Количество шлака на плавку, тн 1,31 0,46

Наилучшие показатели достигаются при большей, чем номинальная емкости печи и непрерывной работе плавильного участка. Так при плавках с загрузкой 23-30 тн шихты в горячей печи расход электроэнергии на всю плавку составляет около 620 кВт-ч/т, расплавление шихты - 430-470 кВт-ч/т.

Преимущества ДППТУ-20, реализованные проектом перевода, позволили значительно повысить качество выпускаемой продукции. Стабильность в результа­тах мехсвойств, химсостава позволили осваивать новые марки стали, также стали с суженными пределами по элементам (С, Mn, P, S, Сг и др.), заданными мехсвойствами по требованию Заказчика. Результаты анализа ЦЗЛ, а также независимой экс­пертизы в Maurepas (Франция) показывают, что механические свойства литой ста-


ли и поковок практически по всему ряду освоенных марок сталей повысились на 15-35 %, возрос уровень соответствия исследуемой стали по ультразвуковой де­фектоскопии по ГОСТ 24507-80 гр4п - ан 15 %, по SEP 1921 - на 45 %, что позво­ляет получать соответствие кл. Е/Е.

Сравнение макро- и микроструктуры металла, выплавленного до и после ре­конструкции показывает.

До реконструкции было: точечная неоднородность по ГОСТ 10243-75 3-4 балл, ликвационные зоны, рыхлота осевая, неметаллические включения в виде ско­плений, микроструктура по ГОСТ 5639-82 4-5 балл.

После реконструкции стало: точечная неоднородность - 1 балл, ликвации - нет, рыхлоты - нет, неметаллические включения - разрозненные, не выше 1,5 балл, стабильная микроструктура 6-7 балл.

Таким образом, реконструкция обеспечила повышение качества металла до уровня, который трудно реализовать на оборудовании других типов и отказ от дуп­лекс процесса с использованием установки печь-ковш оказалось оправданным по всем технико-экономическим показателям. ДППТУ-20 обеспечила производство качественной стали при использовании дешевого материала с произвольным хим­составом. Этот результат нельзя получить, например, на индукционных печах, для которых требуется дорогая шихта с заданным химсоставом.

В результате сократились претензии Заказчиков, несоответствия по контро­лируемым показателям: предел текучести - на 90 %, пределу прочности - на 60 %, относительному удлинению - на 45 %, ударной вязкости - на 80 %. Перемешива­ние расплава положительно влияет на его однородность структуры, на удаление газов и неметаллических включений из металла. Кроме того, отмечается ускорение технологических процессов переплава, рудного кипа, науглероживания, раскисле­ния и доводки. Эту тенденцию необходимо изучить в ходе дальнейшей эксплуата­ции. При переплаве удается практически полностью сохранить легирующие эле­менты стального лома, сократить его потери. Без потерь на новой печи ведется пе­реплав возврата собственного производства.

Более чем полгода эксплуатации печи постоянного тока показали, что улуч­шилась цеховая экология и культура производства (запыленность, шум, полностью отсутствуют поломанные графитовые электроды, сократилось количество ферро­сплавов, шлака после каждой плавки). На плавильном участке появилась компью­терная техника, позволяющая проводить операции дальнейшей автоматизации процессов плавки, ее оптимизации. На постоянных местах работы сталеваров уровни напряженности и магнитного полей не превышают установленных норм для полного рабочего дня при номинальной мощности установки.

Анализ показателей промышленной эксплуатации ДППТУ-20 указывает на значительные резервы их повышения, которые связаны с организацией производ­ства. Из таблицы 1 следует, что средняя продолжительность расплавления состав­ляет 1,93 часа (116 минут). При этом средний расход электроэнергии составляет 450 кВт-ч/т и при активной мощности дуги 7500-8000 кВт, продолжительность расплавления под током садки 20 т составляет 80-85 минут, т.е. ускорив операции подзавалки шихты, устранив простои, длительность расплавления можно умень­шить до 90 минут. При этом удельный расход электроэнергии на расплавление уменьшался до 430 кВт-ч/т. Если сравнить полученные показатели ДППТУ-20 с показателями дуговой печи постоянного тока емкостью 85 т (с болотом 115 т) раз­работанной фирмой Маннесман Демаг хюттентехник [12]  в веденной в эксплуатацию на заводе фирмы Юзин Гюстав Боэль (Бельгия) и подключенной к источнику питания мощностью 95 МВА, то становятся ясны преимущества выбранной нами схемы питания и управления печью. При значительно большей емкости и удельной активной энергии 0,82 кВт/кг, которая более чем в два раза превышает удельную энергию ДППТУ-20 0,32 кВт/кг - 0,25 кВт/кг, использование кислорода при рас­плавлении, удельный расход электроэнергии на расплавление на печах одинаков, а время расплавление на ДППТУ-20 под током больше всего в 1,5 раза. Печь емко­стью  80 т работает в дуплекс процессе с установкой печь-ковш, на ней, по-видимому, проводится только окислительный процесс, требующий из-за большего количества первичного шлака вести его отсечку методом донного слива. А этих ус­ловиях нижнюю часть ванны заменяют каждые 10 дней. Технология ДППТ-20 с низкими угарами шихты позволяет всю плавку иметь шлак высокого качества, обеспечивающий дополнительное рафинирование металла и в ковше. Потому на печи применен слив металла и шлака через сливной носок при наклоне печи сохра­ненный при реконструкции ДСВ-20. Чистое время ведения технологических опе­раций составляло: нагрев расплава на 100 °С - 8-10 минут, формирование шлака -3-4 минуты, растворение легирующих элементов - 4-5 минут, науглероживание че­рез расплав - 0,1 % за 1,5 минуты, обезуглероживание при рудном кипе - 0,1 % за 3-4 минуты, т.е. в зависимости от марки стали и качества шихты время технологи­ческих операций могло составить 25-30 минут, а среднее время плавки - 120 ми­нут. Учитывая, что технологические операции проводятся при средней мощности дуги 7000 кВт, удельный расход электроэнергии может быть уменьшен до 580 кВт-ч/т. Расход графитированных электродов также должен сократиться до 1,4-1,5 кг/т. Этот резерв может быть реализован за счет ускорения вспомогательных работ на печи - механизации подготовки шихтовых и вспомогательных материалов, ус­корения проведения химических анализов, улучшения организации работ в шихто­вом пролете и т.д., т.е. без значительных затрат на основные фонды.

С начала эксплуатации ДППТУ-20 предприятие прекратило получать пре­тензии от поставщика электроэнергии по качеству эксплуатации плавильного обо­рудования. Полностью отсутствуют броски, скачки напряжений при коммутациях на печи.

Это подтвердило возможность увеличения мощности печи без реконструк­ции системы энергоснабжения, которая была увеличена с 8,5 МВА до 10,5 МВА. Таким образом, ДППТУ-20 работает в «медленном режиме» с удельной мощно­стью около 500 кВА/т. В печах НТФ «ЭКТА» обычно выбирается удельная мощ­ность 800-900 кВА/т, обеспечивающая время расплавления 35-40 минут, т.е. рекон­струкция системы электроснабжения могла сократить общее время плавки на 40 минут и уменьшить удельный расход электроэнергии на расплавление до 410 кВт-ч/т и на все плавку до 520 кВт-ч/т. Эти параметры существенны для предпри­ятий, оснащенных МНЛЗ, но избыточны для условий ОАО «Тяжпрессмаш».

В процессе работы совершенствуется технологическая дисциплина со сторо­ны обслуживающего персонала. Повышается уровень квалификации рабочих и мастерского состава, сокращаются непроизводительные, организационные про­стои, что также влияет на улучшение показателей работы.

Перевод плавильного агрегата по проекту НТФ «ЭКТА» позволяет сегодня успешно использовать во до охлаждаемый свод, а в перспективе установить стено­вые панели. Положительно решаются проблемы с шихтой, все больше используется легированный лом с минимальными подшихтовками, лом разной степени за­грязненности и габаритов.

На основании результатов промышленной эксплуатации ДППТУ-20 можно сделать вывод о том, что новое оборудование практически по всем технико-экономическим показателям, критериям качества выплавляемой стали, экологии, энергосбережению соответствует или превышает мировой уровень, что подтвер­ждает правильность выбора направления реконструкции устаревшего оборудова­ния.

В настоящее время прорабатывается техническое задание на перевод печи ДС-6Н1 на постоянный ток с учетом всех возможных изменений, учитывающих современные требования.


Список литературы:

  1. Малиновский B.C. "Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществле­ния". Патент РФ № 2104450.

  2. Малиновский B.C. и др. "Способ электроплавки и дуговая печь для его осущест­вления". Патент РФ № 2048662.

  3. Малиновский B.C. и др. "Дуговая печь постоянного тока". Патент РФ № 2045826.

  4. Малиновский B.C. «Исследование и разработка мощных плазматронов постоянного тока для плазменных плавильных печей с керамической футеровкой». Диссертация
    на соискание ученой степени к.т.н., Москва, 1980 г.

  5. Малиновский B.C. и др. «Устройство для контроля состояния подового электро­да». А.с. 438368, 1973 г.

  6. Малиновский B.C. «Подовый электрод». А.с. по заявке 2543436/07, 1977 г.

  7. Малиновский B.C. и др. «Способ охлаждения подового электрода плазменно-
    дуговой печи». А.с. 379062, 1970 г.

  8. Малиновский B.C. и др. «Подовый электрод электропечи». Патент РФ №2022490, 1992 г.

  9. Малиновский B.C. «Способ плавки металла в дуговой печи постоянного тока».
    Патент РФ № 2109073, 1998 г.

  10. Малиновский B.C. «Подовый электрод электропечи. Патент РФ № 2112187,
    1996 г.

  11. Афонаскин А.В. и др. Результаты первого этапа освоения дугового плавильного
    агрегата постоянного тока нового поколения на ОАО "Курганмашзавод". Литейное произ­водство, № 11,2000г.

  12. Петер Майерлинг и др. « Повышение производительности в электросталеплавильном производстве». Сообщение на Дне металлурга общества немецких металлургов.
    Дюссельдорф. 11.11.1993 г.  

Дополнительная информация