Застосування альтернативних джерел тепла

Витрата електроенергії є однією з основних витратних статей при роботі ДСП, тому останнім часом все більше уваги приділяється питанням заміни електроенергії іншими джерелами тепла. Однак, при цьому необхідно об'єктивно враховувати ціни на різні види енергоносіїв. Треба, насамперед, визначитися, що при будь-якому процесі плавки існує об'єктивна складова витрати електроенергії. Вона пов'язана з технологічними особливостями сталі і шлаку, тобто тепло витрачається для створення необхідних фізико-хімічних властивостей металевого і шлакового розплаву, яке уноситься з печі і становить в середньому для технології вищого рівня близько 440 кВт×г/т (рис. 13.18) і для звичайної технології двохшлаковим процесом – порядку 511 кВт×г/т.

Відповідно до балансу (табл. 3.49) стаття приходу енергії складається з електроенергії, яка підводиться у ДСП за допомогою графітованих електродів від пічного трансформатора, енергії альтернативного палива і хімічних реакцій окислення вуглецю, фосфору, кремнію, марганцю і заліза. Основна кількість енергії витрачається на плавлення металу і шлаку та їх нагрів до необхідних температур.

Таблиця 3.49.Енергетичний баланс виплавки сталі за класичною технологією в ДСП

Однак, загальні втрати енергії становлять близько 35%, причому, приблизно 20% з них губиться з газами, що відходять. Інша енергія, яка підводиться, витрачається на компенсацію втрат в електромережі, випромінювання і з охолоджуваною водою. Необхідно, в першу чергу, використовувати тепло газів, що відходять. Поряд з проблемами загального зниження витрати енергії ставиться завдання по можливій заміні, максимальних за вартістю енергоносіїв, альтернативними.

В цьому аспекті в останні 10-15 років розробляються і впроваджуються різні схеми та пристрої по заміні електроенергії іншими видами, по вторинному використанню теплової енергії, яка уноситься пічними газами і водою, по зниженню витрати різних енергоносіїв на електроплавку сталі. З цією метою застосовуються паливно-кисневі пальники, кисневі фурми для вдування кисню в метал, сопла «гострого дуття» кисню для доопалювання СО і Н₂, інжекційні пристрої для вдування вуглецевого пилу. Призначення і використання кожного з видів пристроїв визначається прийнятою технологією і виплавленою маркою сталі.

Застосування в ДСП чистого або в суміші з паливом кисню дозволяє підвищити продуктивність печей і понизити витрату електроенергії. Витрата кисню в ДСП досягає 40 м³/т сталі, що становить 60% від витрати кисню в кисневих конвертерах. За деякими оцінками при витраті кисню 20 м³/т економія електроенергії в ДСП становить 60 кВт×г/т, а частка енергії, внесеної киснем і природним газом, досягає 15-18% від загальної її витрати. Застосування кисню стає особливо вигідним при переході до нового імпульсно-адсорбційного способу його одержання, що у порівнянні з традиційним простіше і дешевше, хоча забезпечує одержання 95%-ого кисню, однак, цілком придатного для одержання сталі. Для подачі газоподібних продуктів в стінах ДСП встановлюють 4-6 паливно-кисневих пальників (ПКП) з комп'ютерним регулюванням режиму подачі кисню, повітря, природного газу залежно від поточного складу атмосфери печі.

Застосування кисню при електроплавці сталі особливо різко зросло в останні 15-20 років, що дозволило значно знизити витрату первинної електроенергії. В дуговій печі існує 3 зони в міжелектродних просторах з порівняно меншим тепловим потенціалом, де швидкість плавлення брухту значно нижче, ніж у приелектродних зонах. Для усунення цих перекосів застосовують стаціонарні або поворот, які можуть працювати на рідкому (гас) і газоподібному паливі.

Існують два варіанти використання ПКП – «одностадійний процес», коли вони працюють паралельно з дугами, і «двохстадійний процес», коли включенню дуг передує тривалий період інтенсивного підігріву шихти потужними ПКП.

Оптимізація процесу плавки в печі місткістю 100 т вимагає 2,5-3,0 кг рідкого палива і 9 м³ кисню на тонну сталі та забезпечує приріст продуктивності від 10 до 30%.

Факельно-дугові сталеплавильні печі відрізняються спеціально підібраними співвідношеннями геометричних розмірів робочого простору з урахуванням переробки шихти з досить малою насипною масою. Працюють ці печі за варіантом «двохстадійний процес», коли включенню дуг передує досить тривалий період інтенсивного підігріву шихти потужними ПКП. Ця конструкція особливо вигідна в порівнянні з великими малопотужними печами, з тривалим періодом плавлення. Надпотужна ДСП місткістю 175 т і потужністю трансформатора 120 МВА, яка виплавляє сталь високої якості, обладнана пальниками з роздільним регулюванням витрати природного газу, повітря, кисню. Три пальники, спрямовані по радіусу, монтуються на болтах на водоохолоджуваних панелях стін у холодних місцях печі на 762 мм вище рівня металу. Водоохолоджувані пальники мають глибокі камери згоряння самоочисного типу. Їх застосування збільшило продуктивність ДСП приблизно на 12%, скоротило витрату електродів на 230-320 г/т сталі.

В табл. 3.50 і 3.51 наведено середню тривалість періодів і плавки в цілому, а також середню витрату енергоносіїв і електродів для надпотужної 80-тонної ДСП, яка працює за технологією вищого рівня (ДСП-АКОС). Піч обладнана трансформатором потужністю 75 МВ×А, сімома паливно-кисневими пальниками по 2,4 МВТ, чотирма соплами для доопалювання газу СО, двома фурмами для введення кисню і інжектором для введення вуглецю.

Таблиця 3.50.Середня тривалість періодів плавки сталі в ДСП-80

Таблиця 3.51.Середня витрата енергоносіїв і електродів на 1 т рідкої сталі, виплавленої в ДСП-80

В Англії працює завод з двох технологічних ліній, кожна з яких включає 70-тонну електропіч, обладнану трансформатором потужністю 68 МВА. Піч має ексцентриковий донний випуск металу, струминне охолодження склепіння, три киснево-паливні пальники, дві фурми для вдування кисню і одну для вугілля з маніпуляторами та дистанційним управлінням. Піч обладнано електродотримачами з алюмінію, застосовано струминне охолодження електродів. Витрата електродів на електропечах – 1,9 кг/т і на АКОС – 0,2 кг/т, витрата електроенергії – 410 кВт×г/т, виробництво на одного працюючого – 1100 т/рік.

З метою більш ефективного перемішування рідкої сталі, прискорення металургійних реакцій між металом і шлаком, вирівнювання температури ванни, скорочення тривалості плавлення брухту і рафінування, зниження витрати електроенергії при виплавці рядової сталі ведуть продувку ванни газом через пористі вставки, розміщені в подині. При цьому по закінченні плавки в печі залишають 10-30% металу, а газ, звичайно азот, вдувають протягом всієї плавки. В подину вставляється до 5 пористих вставок, які мають до 50 каналів діаметром 0,6-1,5 мм. Після завалки брухту при продувці газом під тиском 9 атм рідкий метал спучується на висоту до 1 м, заповнює простір між кусками брухту і прискорює його плавлення, віддаючи своє тепло. При цьому тривалість плавлення і рафінування скорочується на 10-15%, прискорюється рафінування металу від фосфору і сірки. Витрата електроенергії скорочується до 360 кВт×г/т, продуктивність збільшується на 20-25%, вихід придатного становить 90,2% при витраті азоту 1,24 нм³/т.