Энергосбережение в электросталеплавильном производстве

Основное направление энергосбережения в электросталеплавильном производстве – это снижение затрат электроэнергии путем использования дополнительных источников тепла: твердого топлива, природного газа, кислорода, химической и тепловой энергии отходящих газов, пенистых шлаков высокоуглеродистых шихтовых материалов, а также оставления части предыдущей плавки в печи.
В настоящее время одним из наиболее эффективных методов в мировой практике сбережения энергоресурсов при плавке электростали является применение печей с предварительным нагревом лома. Данные печи могут быть одно или двухшахтные. На рис. 3.2 показана одношахтная дуговая печь постоянного тока с подогревом лома.
Рис. 3.2. Одношахтная дуговая печь постоянного тока с подогревом лома
Печь (1) снабжается сводовым патрубком (2) и шахтным нагревателем металлического лома (3). В верхней части самого подогревателя (3) имеется шибер (4), а в нижней его части – толкатель с приводом (5) для порционной загрузки подогретого лома из шахты в рабочее пространство внутри дуговой печи (1). В шахтном подогревателе к боковой поверхности закрепляется горелочное устройство (6). В случае необходимости такие устройства (6) могут быть установлены с трех сторон подогревателя в шахте (3). В верхней части горелочного устройства (6) содержится кислородная камера (7) с подведением кислорода (8) и кислородные сопла (9).
Камера с кислородом (7) соединена с шахтным подогревателем (3) с помощью всасывающих патрубков (10). По ним балластные газы из шахт после охлаждения инжектируются в верхнюю смесительную камеру (11), где далее они смешиваются с кислородом.
В горелочном устройстве снизу имеется камера для газового топлива (12) с подводом газа (13) и соплами (14) с подачей газа в нижнюю смесительную камеру (15). Верхняя и нижняя камеры смешения (11 и 15) соединяются между собой инжекторами (16), по которым балластные газы и кислород переходят в нижнюю смесительную камеру (15). Горючая смесь из нижней камеры смешения (15) по патрубкам (17) подается в нижнюю часть шахтного подогревателя (3).
При работающей печи шибер открывается и загружается лом в шахтный подогреватель, далее шибер закрывается. Нагрев металлического лома осуществляется горелочным устройством, путем подачи кислорода в камеру через подводы в верхней его части, который затем проходит по соплам в инжекторы и благодаря создаваемому им разрежению балластные газы из верхней части шахтного подогревателя засасываются в смесительную камеру. Смесь балластных газов и кислорода с помощью эжекторов подается в нижнюю смесительную камеру. Сюда же подается газовое топливо через камеру, подвод и сопла. В нижней камере производится смешивание кислорода, балластных газов и газового топлива.
Образованная смесь подается по патрубкам вниз шахты и там воспламеняется, продукты горения при этом, пройдя через слои лома, отводятся вверх, отдавая тепло. После прохода через слой металлического лома в шахтном подогревателе, охлажденные балластные газы в количестве, равном количеству продуктов горения газообразного топлива, поступающего в горелочное устройство, попадают в рабочее пространство дуговой печи, где смешиваются с технологическими газами и удаляются через свод патрубка в систему очистки газов

.
Остальные балластные газы поступают в верхнюю камеру горелочного устройства, откуда с помощью инжектора инжектируются с кислородом в нижнюю смесительную камеру, смешиваясь с газообразным топливом. Полученная смесь подается в нижнюю часть шахтного подогревателя и процесс нагрева металлического лома продолжается.
Металлический лом, подогретый в нижней части шахты, подается толкателем в рабочее пространство печи, где электрическими дугами происходит его расплавление и нагрев до температуры выпуска. После выпуска очередной плавки (жидкого остатка), составляющей до 40% от общей массы находящегося в печи металла, начинают догрузку нагретого лома из шахты. Одновременно происходит загрузка в шахту новых порций лома и далее нагрев по описанному выше методу. Благодаря тому, что в шахтном подогревателе подогрев металлического лома производится специальной горючей смесью, которая включает в себя газообразное топливо, кислород и балластные продукты горения, подготовленные в горелочных устройствах, обеспечиваются оптимальные условия нагрева металлолома в шахте. Наличие охлажденных балластных газов обеспечивает снижение температуры продуктов горения, поступающих в нижнюю часть шахты. При этом обеспечивается нагрев лома до нужной температуры и исключается оплавление отдельных кусков.
Эжекция охлажденных балластных газов кислородом с помощью инжекторов позволяет обеспечить хорошее смешение балластных газов и кислорода, а также обеспечить подачу балластных газов из шахты в нижнюю смесительную камеру с минимальными затратами.
Затраты на постройку такого типа печей являются более высокими по сравнению с обычными печами аналогичной производительности, но это компенсируется экономией расходов на установки подачи электроэнергии и компенсационное оборудование, очистку отходящих газов, а главное - снижением расхода электроэнергии на более чем на 100 кВт·ч/т.
Сравнение эксплуатации печей приведено в таблице 3.2 [18].
Таблица 3.2
Основные результаты эксплуатации электродуговых печей
Характеристики Обычные однокорпусные печи Печи
Co-Steel Печи САМ Расчет для приведенного решения
на переменном токе на постоянном токе
Расход электроэнергии, кВт·ч/т 390 380 325 345 250
Энергия от горелок,
кВт·ч/т
110 85 80
Тепло химических реакций,
кВт·ч/т
120 140 170
Общий расход энергии,
кВт·ч/т 630 620 555 570 500
Расход электродов
кг/т
г/кВт·ч
2,4
6,5 1,35
3,8 0,8
3
Время между выпусками, мин 55 55 55 55 40
Производительность, т/ч 110 110 93 103 150
При использовании в электросталеплавильном производстве печей большой производительности с дополнительным донным дутьем смеси кислорода и природного газа (с целью дожигания СО и повышения температуры расплава), возможно сокращение времени плавки на 10%, расхода электроэнергии на 20%, расхода материала электродов на 22% [1].
Продолжительность операции может быть сокращена путем интенсификации технологических процессов плавки и организационных мероприятий, которые должны быть направлены на уменьшение периода внутри- и междуплавочных простоев. Так, для оптимизации времени плавления шихты под током широко применяется подача газообразного кислорода в рабочие пространства печей, топливно-кислородные горелки, располагаемые на стенах печей между электродами и в рабочем окне