Инновационные технологии и оборудование для электрометаллургических производств: дуговые сталеплавильные, вакуумные, электрошлаковые и руднотермические печи

Дуговые, руднотермические и электрошлаковые печи являются крупными и массовыми потребителями электроэнергии и минеральных ресурсов. От их эффективности в значительной степени зависят конкурентоспособность стратегически важных металлургических и машиностроительных производств, а также экологическая обстановка в районах их сосредоточения.

Производственно-инжиниринговая компания ООО «НПФ КОМТЕРМ», создана на базе отдела дуговых печей ВНИИ Электро Термического Оборудования (ВНИИЭТО) и ведет свою историю с 1992 года.«КОМТЕРМ»разрабатывает, изготавливает, поставляет и вводит в действие конструкции электрометаллургических печей и комплексов, в которых основные технические решения прошли практическую проверку положительным опытом промышленной эксплуатации. При этом, предлагаемое оборудование обладает значительным инновационным потенциалом, дающим потребителям конкурентные преимущества благодаря экономии энергии и материалов при производстве стали, цветных металлов, ферросплавов и литых заготовок.

Простая интенсификация технологических процессов за счет увеличения мощности агрегатов сталкивается с проблемой роста удельных издержек производства. Более привлекательно направление на повышение эффективности усвоения введенной в электропечь энергии, при которомвыигрывают все основные показатели их работы, включая удельный расход электроэнергии, степень извлечения из сырья полезных компонентов, качество получаемой продукции, уменьшение нагрузки на окружающую среду.

Для руднотермических печей перспективным направлением развития является использование постоянного тока в печах с проводящей подиной, а также использование гарнисажной футеровки дающее следующие преимущества по сравнению с традиционными печами переменного тока:

• наибольшую концентрацию мощности под электродами;
• наибольшую эффективность для энергоемких процессов РВП (выплавки кремнистых сплавов);
• более высокую равномерность распределения мощности на поверхности шлак-металл, что важно для многошлаковых процессов (FeMn, SiMn, штейны);
• наибольшее сопротивление ванны печи;
• рост электрического сопротивления при сближении электродов ванны (в то время как при других схемах оно снижается);
• позволяет уменьшить размеры ванны печи (сократив ее весогабариты) и соответственно повысить концентрацию мощности, снизить удельный расход электроэнергии;
• создает условия для применения более чистых восстановителей и повышения качества конечных продуктов
• увеличивает срок службы футеровки и конструкций ванны.

Промышленная эксплуатация печи постоянного тока мощностью 6,4 МВт подтвердила преимущества данного решения для одного из самых тяжелых процессов рудной термии – выплавки металлургического кремния. Проверенные в условиях промышленной эксплуатации технические решения позволяют рекомендовать подобные печи для самых разнообразных процессов: восстановительной и обеднительной плавки, утилизации разнообразных промышленных отходов.

Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока удачно сочетаются факторы, определяющие высокую энергетическую и технологическую эффективность. Отсутствие ограничений мощности (связанных в ДСП с большой индуктивностью короткой сети и ее несимметрией по электродам), высокий коэффициент мощности выпрямителя, возможность глубокого двух – четырехкратного регулирования рабочего напряжения и тока, позволяют выбрать оптимальные условия теплообмена между дугой и металлом при постоянной мощности, отбираемой из сети. Энергичная циркуляция металла в зоне анодного пятна дуги, а также макроциркуляция жидкого металла во всем объеме ванны печи, обеспечивают усвоение тепла металлом при его нагреве и плавлении.

Указанные выше решения обеспечивают известные преимущества печей ДПС малой и средней емкостью по сравнению с аналогичными ДСП:

• снижение угара шихты на 5-7%;
• снижение расхода ферросплавов на 15-20% при использовании в шихте легированных отходов;
• уменьшение расхода графитированных электродов на 5-6 кг на тонну выплавленной стали;
• уменьшение пылевыбросов в 5-8 раз;
• снижение уровня шума до санитарных норм;
• снижение фликкер-эффекта не менее, чем в 2 раза.

Обратим внимание на трисущественно новых аспекта, связанных с конструкцией дуговых печей постоянного тока, выпускаемых компанией «КОМТЕРМ».

Первый связан с реализацией новых технологических процессов, которые ранее не осуществлялись в дуговых печах переменного тока. Примерами могут служить плавка алюминия (см. рис.1), феррованадия, отсевов феррохрома и ферромарганца в дуговых печах постоянного тока емкостью от 0,3 до 12 тонн. Низкий угар ведущих элементов (на уровне 1 %) и высокая производительность, обеспечивает высокую экономическую эффективность указанных переплавных процессов, а эксплуатационное удобство и гибкость дуговых печей постоянного тока позволяет их легко встраивать в разнообразные производственные линии, выплавлять медь и ее сплавы, кобальт, никель, безуглеродистый марганец и ферросплавы, драгоценные металлы, силикокальций, карбид кальция, огнеупоры, абразивные материалы, проводить обжиг и графитацию углеродистых материалов.

Вторым,заслуживающем внимания моментом, является выпуск на рынок дуговых печей постоянного тока с выпрямителями, выполненными на IGBT-транзисторах. Более двух лет эксплуатации такой печи (рис.2) емкостью 2 тонны (ДПС-2) в условиях литейного производства показали высокую надежность и эффективность данного решения. Сохранив все известные преимущества дуговых печей постоянного тока (низкий угар электродов и шихты, МГД-перемешивание металлической ванны, экологичность процесса) данное решение позволяет полностью интегрировать системы управления печи и источника питания. Полностью автоматизированный процесс управления величиной и распределением мощности в рабочем пространстве печи, позволяет исключить необходимость вмешательства сталевара в управление электрическим режимом независимо от характера загруженной металлошихты.

Третьим важным обстоятельством является детальное инжиниринговое сопровождение проекта от разработки концепции, с учетом реальной производственной ситуации (см.рис.3) до пуска в эксплуатацию, а также разработка и поставка смежного с печами оборудованием, технологическое сопровождение.

Агрегаты ковш-печь для доводки по химическому составу металла в ковше после слива из печи создают дополнительные технологические возможности комплекса металлургического оборудования.
Благодаря использованию оригинальных технических решений, разработанных компанией, эффективные агрегаты данного типа применяются не только в составе крупных металлургических комплексов, но и с печами емкостью 10-15 т.

Печи электрошлакового переплава, выпускаемые компанией, предназначены для получения сплошных и полых заготовок ответственного назначения с улучшенной структурой металла, которые используются в энергетическом, металлургическом и химическом машиностроении, а также в судостроении.

Для производства заготовок из стали массой 15-30 тонн, а в перспективе массой до 120 тонн был сформирован инвестиционный проект. В результате его реализации была создана многоцелевая печь ЭШП, представленная на рис.4, для выплавки высококачественных сплошных и полых заготовок из высоколегированных, в том числе, высокохромистых, ферритных и ферритомартенситных сталей.

Основным способом, обеспечивающим высокое качество металла, полученного в процессе переплава, является создание возможности влияния на конфигурацию жидкометаллической ванны. В процессе разработки новой печи ЭШП в её идеологию закладывались принципиально новые возможностями управления качеством выплавляемых заготовок. Это относилось как непосредственно к конструкции печи, так и к входящим в её состав агрегатам и системам.

Технические решения, разработанные при создании оборудования новой печи, обеспечивают:

• реализацию монофилярной (электрод-поддон») и бифилярной («электрод-электрод») электрических схем процесса переплава;
• использование современного источника питания, позволяющего регулировать частоту переменного тока в диапазоне 0,1 - 10 Гц, а также вести процесс переплава на постоянном токе "прямой" и "обратной" полярности;
• надёжную систему контроля процесса взаимного перемещения расходуемого электрода, выплавляемой заготовки и/или кристаллизатора;
• управление скоростью перемещения расходуемого электрода, за счёт использования интеллектуального регулятора, для поддержания требуемых по технологическим показаниям значений рабочего тока и напряжения на шлаковой ванне и наиболее эффективного распределения выделяющейся в ней мощности;
• экспрессный контроль и возможность корректировать состав шлака, металла и защитной атмосферы в ходе переплава.

Проект создания крупнейшей в России электрошлаковой печи в объеме от технического задания до пуска был реализован за 27 месяцев.

Вакуумные дуговые печи, которые разрабатывает и поставляет компания «КОМТЕРМ», предназначены для выплавки наиболее ответственных слитков, используемых преимущественно в авиационном машиностроении и судостроении, а также для получения специальных сплавов.

Конструкция вакуумных дуговых печей и их компьютерные системы управления обеспечивают полный контроль и автоматическое ведение плавки, начиная с теста натекания, наведения жидкой ванны и кончая выведением усадочной раковины. Обеспечивается непрерывный видеоконтроль рабочего процесса и компьютерная регистрация необходимых параметров плавки, отвечающие самым строгим международным стандартам.

Для удобства потребителей и сокращения срока монтажа, вакуумные дуговые печи полностью собираются вместе с рабочими площадками на заводе изготовителе и поставляются на монтажную площадку в частично разобранном виде.

Дуговые сталеплавильные и руднотермические печи переменного тока поставляются компанией в соответствии с пожеланиями потребителей. Печи комплектуются высокоэффективными системами управления, высоковольтным, трансформаторным, гидравлическим и другим необходимым оборудованием, выпускаемым ведущими отечественными и зарубежными производителями.
Модернизация действующего электрометаллургического оборудованиявыполняется по индивидуальным проектам, разрабатываемым в соответствии требованиями потребителей. Высокий профессионализм специалистов компании «КОМТЕРМ» позволяет находить оптимальное решение по модернизации производств в сложных нестандартных ситуациях.
Поставка автоматизированных систем управления и видеоконтроля с монтажом и пуско-наладкой «под ключ» позволяет потребителям быстро и с минимальными затратами повысит эксплуатационные характеристики имеющегося оборудования.

E-mail: comterm@comterm.ru 

Опубликовано: ИТБ "Литье Украины", №06 (154) 2013 г.