Технико-экономическая эффективность внедрения тигельной индукционной печи средней частоты фирмы JUNKER на одном из литейных заводов Польши

  Кобусинский В.,  Станек Е. (Польша)

Введение

В 1996 г. после анализа перспективы развития литейного завода, а также в результате возрастающих цен на электроэнергию, было принято решение о покупке тигельных индукционных печей средней частоты как наиболее оптимального варианта, обеспечивающего увеличение объема выпускаемой продукции и снижение затрат путем уменьшения расхода электроэнергии.

Представить свои проекты были приглашены признанные лидеры и "авторитеты" в области проектирования и производства печей для плавки чугуна:

• INDUCTOTHERM EUROPE LTD.

• ABB INDUSTRY

• OTTO JUNKER GmbH

Технико-экономические предпосылки инвестиций

Потенциальным поставщикам печей в технических заданиях были указаны следующие требования, которым должен отвечать комплекс печей:

1. Технологические параметры:

• производительность плавильного комплекса: 4 т/ч;

• эффективное время работы комплекса: 18 ч/сутки;

• расход электроэнергии: не более 530(+5%) кВтч/т на плавку шихты и перегрев ванны до температуры 1500°С;

• стойкость футеровки тигля: свыше 3000 т жидкого чугуна на одну футеровку.

2. Шихта и технология плавки:

• структура шихты: чугунная стружка - до 70%, чугун и стальной лом - около 30%;

• максимально допустимые размеры элементов шихты: 500х200х200 мм;

• отбор металла: ковш вместимостью 2 т;

• время спектрального анализа: 5-8 мин (максимально 2 раза за плавку);

• марки выплавляемого чугуна: серый, низколегированный;

• количество смен марок чугуна за рабочую смену: не менее 5-7;

• средняя температура выпуска металла: 1450 - 1480°С;

• максимальная температура перегрева сплава: 1550°С;

• науглероживание: время на повышение содержания углерода в ванне на 0,01% - не более 5 мин.

3. Составные элементы комплекса печей:

• 2 плавильных тигля с одной общей силовой установкой;

• взвешивающая система;

• система обеспыливания (современная, эффективная, энергоэкономная);

• устройство для замены отработанной футеровки тигля;

• устройство для механического удаления шлака,

• устройство, дозирующее шихтовые материалы для печи;

• контрольно-измерительное оборудование, компьютерный командо-контроллер с соответствующим программным обеспечением для эффективной плавки;

• периферийные устройства;

• охлаждающий агрегат;

• автоматическая система аварийного охлаждения индуктора;

• другие элементы либо устройства по усмотрению поставщика, например система аварийного наклона печи.

4. Дополнительные требования:

• межфазное напряжение линии электроснабжения (на входе в трансформатор печи): 15 кВ, частота 50 Гц,

• максимальная мощность печной установки: 4 МВт.

После подробного и тщательного технико-экономического анализа представленных проектов и на основе имеющегося опыта эксплуатации этого типа печей на различных зарубежных и польских литейных заводах, оказалось, что наилучшие условия поставки представила фирма Junker на печь MFTGe 6000/4000/250, то есть на печь вместимостью 6000 кг, мощностью 4000 кВт и частотой 250 Гц, с автоматической системой переменного приложения мощности в зависимости от наполне-ния тигля металлом и возможностью концентрации мощности в верхнем сегменте катушки для интенсификации перемешивания ванны.

Капиталовложения и их возмещение на примере 2000 и 2001 гг.

Капитальные затраты на монтаж печной установки Junker, состоящей из одной силовой установки и двух тиглей, со-ставили всего 5 млн. польских злотых, из которых 60% - это стоимость печи, а 40% - это затраты на монтаж оборудования вместе с расходами на околопечное оборудование. Конечно, для каждого литейного завода объем капитальных затрат будет разным, с учетом объема работ и дополнительного оснащения печей.

В представленном ниже экономическом обосновании окупаемость капиталовложений, затраченных на реализацию этого проекта, не учтены все затраты, которые необходимо принять во внимание при полном расчете окупаемости капиталовложений. Авторы этой работы уделяют основное внимание экономии расхода электроэнергии, так как это является одним из основных факторов, влияющих на стоимость производства жидкого чугуна.

В 2000 г. на одном из литейных заводов Польши было изготовлено 47 тыс.т годного литья, что потребовало выплавки более 49 тыс. т жидкого чугуна. Из этого количества в печах Junker было выплавлено около 27,5 тыс. т чугуна, что составляет около 56% продукции всего плавильного цеха (рис. 1).

Рис. 1. Количество годного литья, изготовленного в 2000 г., и выплавленного жидкого чугуна в 2000 г: 1 - количество хорошего литья; 2 - общее количество выплавленного чугуна; 3 - количество выплавленного чугуна в печи Junker	Рис.2. Расход электроэнергии на выплавку 1 тонны жидкого чугуна в печах Junker и в печах промышленной частоты (данные 2000 г.): 1 - печи Junker; 2 - печи промышленной частоты

Средний расход электроэнергии на выплавку 1 т жидкого чугуна в печах Junker в 2000 г. Составил 560 кВтч/т, а в печах промышленной частоты расход в среднем составил 980 кВтч/т (рис. 2).

В 2001 г. на заводе было изготовлено 44,3 тыс. т годного литья, при этом было выплавлено более 46,5 тыс. т жидкого чугуна. Из этого количества жидкого чугуна в печах Junker было выплавлено около 26 тыс. т чугуна, что составляет также 56% продукции всего плавильного цеха (рис.3).

Рис. 3. Количество годного литья, изготовленного в 2001 г., и выплавленного жидкого чугуна в 2001 г: 1 - количество хорошего литья; 2 - общее количество выплавленного чугуна; 3 - количество выплавленного чугуна в печи Junker	Рис.4. Расход электроэнергии на выплавку 1 тонны жидкого чугуна в печах Junker и в печах промышленной частоты (данные 2001 г.): 1 - печи Junker; 2 - печи промышленной частоты

Средний расход электроэнергии на выплавку 1 т жидкого чугуна в печах Junker в 2001 г. составил также 560 кВтч/т, а в печах промышленной частоты расход в среднем составил 980 кВтч/т, то есть аналогично данным 2000 г. (рис. 4).

Разница в расходе энергии на выплавку 1 тонны жидкого чугуна в печах промышленной и средней частоты составляет 420 кВтч.

Таким образом, можно предположить, что если бы в это время для выплавки чугуна не применяли печи Junker, то для производства такого количества чугуна потребовалось бы как в 2000 г., так и в 2001 г. на 32% электроэнергии больше.

Принимая во внимание, что в 2000 г. средняя цена 1 кВтч энергии в Польше составляла 0,140 польских злотых, а в 2001 г. - 0,159 польских злотых, можно определить, что применение печей Junker обеспечило в эти годы экономию на электроэнергию около 3,4 млн. польских злотых.

Другим, очень значимым в эксплуатационных расходах, преимуществом печей средней частоты, является большая стойкость керамической футеровки. Смонтированный комплекс печей средней частоты (2 тигля вместимостью 6 т) обладает такой же производительностью, как 4 печи промышленной частоты вместимостью 6 т и мощностью 1400 кВт. Полная стоимость футеровки печей промышленной частоты (материалы, стоимость рабочей силы, технологическое содержание футеровки), используемой для выплавки 53,5 тыс. т (объем выплавленного жидкого чугуна в печах Junker в 2000 и 2001 гг.) на 330 000 польских злотых выше расходов, затраченных на футеровку печей Junker для выплавки аналогичного количества жидкого металла.

Таким образом, суммарная экономия, полученная в результате эксплуатации комплекса печей Junker составила за этот период 3,7 млн. польских злотых.

Продолжая экономический расчет необходимо отметить, что использование плавильного комплекса, состоящего из двух тиглей и одной силовой установки, дает возможность для:

• выплавки в одном и поддерживания (автоматически) заданной температуры в другом тигле;

• эксплуатации одного тигля при ремонте футеровки другого, что влияет на эффективность использования этих печей и на снижение уровня затрат в результате устранения простоев для футеровки тигля, текущих ремонтов элементов печи, осмотров и регулировки.

Печи средней частоты обладают многими существенными достоинствами, среди которых необходимо отметить следующие:

• высокое качество металла, благодаря автоматическому управлению процессом, которое охватывает:

• контроль за дозированием шихты,

• расчет и потребление оптимального количества энергии для плавки, контроль температур на всех стадиях процесса,

• эффективное использование мощности при заполнении тигля, благодаря сегментному питанию индуктора,

• концентрацию мощности в верхней части катушки индуктора для эффективного науглероживания металла в тигле,

• контроль за подвижными элементами печи с системой оповещения оператора,

• визуализацию и документирование параметров процесса,

• автоматическое спекание и выведение футеровки тигля,

• высокую технико-организационная гибкость, обусловленную исключением необходимости применения "болота",

• высокую надежность работы устройств и безопасность работы обслуживающего персонала, а также соблюдение экологических норм.

Выводы

С учетом данных, приведенных выше, следует, что затраты могут окупиться в течение 3 лет. Получаемая экономия в эксплуатационных расходах комплекса печей фирмы Junker позволяет снизить стоимость отливок, благодаря чему повышается конкурентоспособность изделий на рынке. Необходимая скорость плавки позволяет синхронизировать готовность к заливке новой марки чугуна в заливочное устройство с временем окончания замены литейной оснастки для производства нового ассортимента отливок. Это гарантирует минимизацию простоев смежного оборудования, а также быструю и гибкую реализацию производства малых серий изделий или прототипов, что, в результате, сокращает время передачи отливок в цех механической обработки и получения готового изделия.

По всем интересующим вопросам обращайтесь в представительство компании OTTO JUNKER в Украине - ООО "УКРЛИТМАШ".

Опубликовано: ИТБ "Литьё Украины", №4 (80) 2007 г.