Пути улучшения технико-экономических показателей
Теплотехническое (плавка стали в водоохлаждаемом кристаллизаторе с очень низким ηт) и электротехническое (работа на низком напряжении и токах в десятки килоампер с невысоким ηэ) несовершенство печей ЭШП, несмотря на особовысокое качество переплавляемого металла, является причиной большого удельного расхода электроэнергии, стоимость которой составляет до 30 %расходов по переделу при ЭШП. На промышленных печах ЭШП Wусоставляет 1...2 МВт∙ч/т, изменяясь в зависимости от физических свойств шлака различного химического состава (рис. 78, а), удельного электросопротивления (рис. 78, б), технологических (рис. 78, в), электрических (рис. 78, г) и конструкционных (рис. 78, д) факторов, определяющих токораспределение, теплогенерацию и температурное поле шлаковой ванны. Влияние этих факторов на величину Wуобъясняется изменением условий теплообмена (см. § 2) и теплового КПД ηт.
Рис. 78. Изменение удельного расхода электроэнергии в зависимости от химического состава шлака (а), УЭС (б), межэлектродного расстояния (в), силы тока (г) и коэффициента заполнения кристаллизатора kз.к (д)
Снижение удельного расхода электроэнергии, согласно выражению (19), возможно повышением ηэ, ηт и уменьшением Wу.т,что достигают:
1) при переходе с одноэлектродной на двух- и многоэлектродные схемы ЭШП, при которых Wyснижается на 30...40 %;
2) интенсификацией теплопередачи «шлаковая ванна – расходуемый электрод», например, за счет принудительного ЭМП шлака магнитным полем соленоида, что повышает массовую скорость ЭШП Qm на 25...30 %, сокращает время плавки τпл и удельный расход электроэнергии Wyна 15...20 %;
3) предварительным подогревом расходуемого электрода до температуры не выше 900 К (чтобы не вызвать интенсивного окисления его поверхности и ухудшения качества выплавляемого слитка);
4) теплоизоляцией шлаковой надставки подвижного кристаллизатора (при наличии соответствующих огнеупорных материалов);
5)последовательным соединением двух одинаковых печей ЭШП (предложение ВНИИЭТО), что улучшает электротехнические показатели: повышение активной нагрузки на электропечной трансформатор, работа на более высокой ступени вторичного напряжения, увеличение электрического КПД, снижение удельного расхода электроэнергии на 5 %.
Годовую производительность печей ЭШП определяют по формуле (11), в которой цикл переплава τпдг складывается из продолжительности τп подготовительно-заключительных операций (подготовка кристаллизатора и поддона, установка расходуемых электродов, засыпка при «твердом» или заливка шлака при «жидком» старте, выдержка слитка в кристаллизаторе и выгрузка готового слитка) и длительности плавления электродов τэн. Время τэн необходимо для наведения шлаковой ванны τнш, формирования жидкометаллической ванны τнм (период I на рис. 77), наплавления слитка массой тос массовой скоростью Qm за время τр = mо/Qm (период II на рис. 77) и выведения усадочной раковины τвыв (период III на рис. 77).
Массовая скорость плавления Qm (т/ч) зависит от условий кристаллизации слитка, определяющего размера кристаллизатора lопр.кл (м) (рис. 79) и теплофизических свойств переплавляемого металла:
, (139)
где k – теплофизический параметр, зависящий от химического состава металла и принимаемый, по данным Ю.М. Миронова,
для железа ~2,6;
для стали ШХ15 ~1,2;
для стали 12X13 ~1 т/(ч·м);
kфр – коэффициент, характеризующий положение фронта кри- сталлизации относительно оси цилиндрического слитка, в виде отношения радиуса зеркала металлической ванны 0,5Dсл к глубине конической части ванны hкн, т.е.
kфр = 0,5Dсл/hкн = tg (0,5γ), γ – угол конуса (оптимальное значение γ = 90°).
Рис. 79. Зависимость массовой скорости
процесса ЭШП от определяющего линейного размера
кристаллизатора (по данным ИЭС)
Глава V
Индукционные печи