Способ повышения эффективности работы и расширения технологических возможностей дуговых печей переменного тока

Статьи от автора: Машьянов С.В.

Одним из способов повышения эффективности работы и расширения технологических возможностей дуговых сталеплавильных печей переменного тока является перевод их питания на постоянный ток без применения подового (нижнего) электрода и изменения конструкции печи.

Так, в литейном цехе одного из предприятий (впервые в Украине), в ноябре 2020 г. введена в эксплуатацию дуговая печь постоянного тока емкостью 3 тонны для выплавки различных марок чугунов и сталей, а также отработки новых технологий, созданная на базе печи переменного тока ДСП-3 с применением тиристорного оборудования новой разработки ООО «Струмтех, ЛТД». Особенностью данного проекта являются следующие факторы:

Используется стандартный существующий печной трансформатор от печи ДСП-3 (нет необходимости приобретать новый преобразовательный трансформатор) с возможностью использовать его полную мощность при работе печи на постоянном токе;
Используется без изменений ванна печи ДСП-3 с гидравлическим оборудованием наклона печи, подъема-отворота свода, перемещения сводовых электродов. Единственное изменение – демонтируется один из трех электрододержателей, в работе остаются два. подовый (нижний) электрод не применяется (отсутствуют затраты на его приобретение и обслуживание);
Между печным трансформатором и двумя электродами печи включен тиристорный преобразователь переменного тока в постоянный с токоограничивающим реактором – новая разработка ООО «Струмтех, ЛТД». Микропроцессорная система управления электропечным комплексом и система охлаждения электротехнического оборудования также производства ООО «Струмтех, ЛТД».
План размещения дополнительного оборудования с чертежами шинопроводов и трассами прокладки кабелей выполнен специалистами ООО «Струмтех, ЛТД», монтажные работы выполнены силами Заказчика.
Шинопровод от трансформатора до тиристорного преобразователя выполнен из алюминиевой шины 150х15 мм, а шинопровод постоянного тока (от тиристорного преобразователя через токоограничивающий реактор до кабельной гирлянды электродов) выполнен из водоохлаждаемой алюминиевой шины украинского производства. Данное техническое решение позволило существенно сократить вес и стоимость ошиновки. Ошиновка переменного тока

Ошиновка простоянного тока

Кабельная гирлянда

Т.о. благодаря новой разработке ООО «Струмтех, ЛТД» удалось существенно снизить затраты на создание печи постоянного тока с использованием б/у оборудования печи переменного тока. Созданная по такому принципу печь постоянного тока имеет следующие преимущества перед печью ДСП-3:

- возможность одновременной стабилизации тока и напряжения дуги, а соответственно и активной мощности, вводимой в печь, при равномерной нагрузке фаз питающей сети 6 кВ. В печи типа ДСП стабилизируется лишь один из параметров (ток, напряжение или мощность в каждой из фаз). Напряжение дуги стабилизируется с помощью микропроцессорного регулятора, который воздействует на механизм перемещения электрода (аналогично печи ДСП), а ток дуги стабилизируется с помощью системы управления тиристорного преобразователя;

- фактическое отсутствие технологических коротких замыканий за счет работы двух активных дуг (при коротком замыкании системы один из электродов – шихта сопротивление второй дуги остается, а автоматика восстанавливает горение дуги). В случае замыкания системы электрод – электрод срабатывает быстродействующая защита тиристорного выпрямителя, высоковольтный выключатель при этом не отключается;

- возможность работы печи в режиме повышенного напряжения между электродами (600 В) в начале плавки до достижения стабильной работы дуги, при этом номинальный ток снижается в два раза. В печах типа ДСП максимальное напряжение между электродами печи составляет менее 300 В;

- возможность проведения всей плавки на одной ступени напряжения трансформатора с изменением напряжения между электродами от 600 В до 200 В с помощью бесконтактного изменения режимов работы тиристорного преобразователя;

- возможность управление процессом плавки с пульта управления электропечью с промышленным компьютером, который кроме стандартного набора органов управления, контроля, диагностики и сигнализации аварийных режимов работы электропечного комплекса, обеспечивает:

автоматический режим перемещения сводовых электродов с поджигом дуги и поддержанием заданного напряжения под каждым электродом;
автоматическое поддержание тока электродов на заданном уровне;
автоматическое изменение электрических режимов работы печи по заданному алгоритму (профиль плавки) до полного расплавления шихты;
возможность технологического отключения и последующего включения печи нажатием одной кнопки «старт-стоп» без отключения высоковольтного выключателя с сохранением предыдущего режима работы;
возможность перераспределения мощности между электродами от 0 до 100% как в ручном так и в автоматическом режиме с заданной периодичностью для управляемого перемешивания жидкой ванны металла;

Пульт управления с промышленным компьютером

Экономический эффект от модернизации печей типа ДСП с переводом на питание постоянным током заключается в следующих факторах:

- уменьшение расхода графитированных электродов (примерно в 2 раза), причиной которого является использование двух электродов вместо трех, а также отличие горения стабилизированной дуги постоянного тока от дуги переменного тока;

- уменьшение потребления электроэнергии за плавку (около 5%) за счет перемешивания металла, что выравнивает температуру и химический состав по объему ванны, сокращает время проведения технологических операций;

- уменьшение угара (потери составляют не более 5% от общей массы завалки), за счет отсутствия локальных перегревов и, как следствие, отсутствие испарения и выноса с печными газами частиц металла.

- повышение стойкости футеровки.

Кроме экономического эффекта модернизация приводит к значительному расширению технологических возможностей печей, к которым можно отнести следующие:

- упрощение требований шихте:

возможность использовать в завалке крупногабаритный лом без предварительной подготовки (за счет использования напряжения 600 В между электродами);
возможность переплава токопроводящей шихты мелкой фракции 0-10 мм и стружки без брикетирования с минимальным угаром (за счет свойств дуги постоянного тока);
возможность переплава (восстановления) шихты, имеющей большое сопротивление в холодном состоянии: металлсодержащие шлаки, рудные концентраты, окатыши, отсевы ферросплавов мелкой фракции и т.п. (за счет организации начального токопроводящего слоя между двумя электродами по поверхности шихты).
возможность использования низкосортных шихтовых материалов для получения качественного литья;

- уменьшение выбросов пыли (отсутствие технологических коротких замыканий);

- возможность работы с частичным сливом металла и в режиме миксера;

- возможность подключения к одному источнику питания двух и более ванн печей с поочередной их работой для выплавки различных продуктов.

Опытно-промышленная эксплуатация созданной двухэлектродной печи постоянного тока (проведено более 100 плавок) подтвердила заявленные технические, технологические и экономические преимущества

Вид на печь

Выводы:

Новая разработка ООО «Струмтех, ЛТД» , позволяет использовать б/у оборудование печей переменного тока типа ДСП емкостью 1.5 т; 3.0 т; 6.0 т; 12.0 т (в т.ч. с выкатными ваннами ДС-6Н1 и ДС-5МТ) для создания современных печей постоянного тока с целью экономии ресурсов, повышения качества получаемого продукта и расширения технологических возможностей. Стоимость модернизации печей по такому проекту (а следовательно и срок окупаемости) значительно ниже, чем приобретение новых печей.

Автор: Машьянов С.В.

ООО «Струмтех, ЛТД»

+38-066-740-42-64

sem.mashyanov@gmail.com

Литье Украины, 2021. №2, с.38-41