УДК 669.168.3:621.365.2
СРАВНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧЕЙ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИЦИЯ С РАЗЛИЧНЫМ РАСПАДОМ ЭЛЕКТРОДОВ*
© Шкирмонтов Александр Прокопьевич, канд. техн. наук ИД «Панорама». Россия, Москва. E-mail: aps@panor.ru
Статья поступила 26 апреля 2010 г.
Рассмотрены параметры ферросплавных печей с различной величиной распада электродов. Показаны варианты модернизации типовых ферросплавных печей с традиционным распадом электродов с переходом на увеличенный распад для улучшения энергетических и технико-экономических показателей.
Ключевые слова: ферросплавная печь; диаметр электрода; распад электродов; рабочее напряжение; удельный расход электроэнергии.
Ферросплавная рудовосстановительная печь с увеличенным распадом электродов для выплавки ферросилиция позволяет повысить мощность в ванне и производительность агрегата без увеличения диаметра электродов, силы тока в них и сечения короткой сети относительно показателей печей типовых конструкций с традиционным распадом электродов. Изменяются распад электродов, глубина и габариты ванны в плане, технологический процесс ведется на повышенном напряжении [1, 2]. Это дает возможность увеличить мощность в печи благодаря росту рабочего напряжения, существенно повысить электрический КПД, коэффициент мощности и снизить удельный расход электроэнергии.
Данные по выплавке ферросилиция с различным распадом электродов показали, что при увеличении распада электродов до (4,5-6,0)d3 (d3 - диаметр электрода) и ведении процесса с повышенным подэлек-тродным промежутком сопротивление ванны, напряжение и мощность печи возрастают в 2,0-2,6 раза по сравнению с традиционным вариантом распада электродов (2,18d3) при одинаковых силе тока и диаметрах электродов (см. рисунок).
Использование данного технического решения рассмотрено на примере модернизации типовой ферросплавной печи типа РКО-10,5 [3] с увеличением мощности (с 10,5 до 16,5 МВА) без увеличения диаметра электродов и силы тока в них. Относительный распад электродов необходимо увеличить до 3,6d3, при этом электросопротивление ванны и мощность в печи возрастают в 1,8 раза или на 80% (см. рисунок) относительно базовой величины распада. Технико-экономические показатели печи определяли по методике расчета параметров [4]. Сравнительные параметры печей мощностью 10,5 и 16,5 МВА при различных распадах электродов приведены в табл. 1.
Анализ показателей работы печей мощностью 10,5 МВА с традиционным распадом электродов показывает, что сопротивление ванны находится на уровне 1,770-1,871 мОм на электрод, полезное фазное напряжение 65,5-70,8 В при силе тока в электроде 35-40 кА
(вариант I—III, табл. 1). При этом естественный коэффициент мощности составляет 0,850-0,868, электрический КПД - 0,865-0,917. Удельная мощность на площадь подины достаточно высока и соответствует 398-559 кВт/м2. Использование печи мощностью 16,5 МВА характеризуется ухудшением энерготехнологических параметров [3].
Для улучшения энерготехнологических параметров предложено повысить мощность печи с 10,5 до 16,5 МВА, но не за счет увеличения диаметра электродов и силы тока в них, а благодаря росту рабочего напряжения и электросопротивления ванны. Данный эффект возможен вследствие увеличения распада электродов и технологии выплавки с увеличенным подэлектродным промежутком при неизменной величине заглубления электродов в шихту. В результате возрастают коэффициент мощности, электрический КПД, удельная мощность на площадь подины печи. При таком распаде электродов более рациональным
15 п
О 12-
s я
0J
с и
s о g 9"
с
о и о
05
6 -
3
1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 Распад электродов, в диаметрах электрода
Изменение электросопротивления ванны печи для выплавки ферросилиция с различными значениями распада электродов и подэлектродного промежутка по данным [1]
! Продолжение. Начало в № 10, 2009 г.
Таблица 1. Параметры печей мощностью 10,5-16,5 МВА для выплавки ферросилиция с различным распадом электродов
Варианты* параметров печей Модернизация печи Печь 16,5 МВА,
Параметры мощностью 10,5 МВА 10,5 ^ 16,5 МВА НЛМК (типовой
I II III (расчет) вариант сравнения)
Установленная мощность трансформатора, МВА 10,5 10,5 10,5 16,5 16,5
Используемая мощность трансформатора, МВА 10,29 ft 1 0 10,82 ft £.0 9,35 £ ftft 15,98 1А 30 16,39 1 0 0Q
Полезная мощность, МВт Диаметр электродов d8, мм 8,12 900 О ЛОЛ 8,50 900 О1 ОЛ 6,88 900 О ЛСЛ 14,32 900 "ЭО/1Л 12,29 1200 ОС7 Л
Распад электродов (расстояние между центрами) dp, мм Относительный распад электродов dp/ds 2090 2,32 2180 2,42 2050 2,28 3240 3,60 2570 2,14 rh CCSL
Технология выплавки Электросопротивление ванны, мОм ФС65 1,798 СЛ С 7Л с ФС/5 1,770 7Л Q ФС75 1,871 ££ £ ФС65 3,236 1 0/I ФС65 1,279 70 Л
Полезное фазное напряжение, В Рабочее напряжение, В 67,5-70,5 148-154,5 "ЭО А 70,8 156 Л(\ Л 65,5 154 124,3 240 "ЭО л 72,4 167
Сила тока в электроде, кА Коэффициент мощности cos ф 38,4 0,861 Л 01 7 40,0 0,868 Л олс 35,0 0,850 38,4 0,952 Л 0/11 56,6 0,826 л оло
Электрический КПД г)эл Коэффициент использования трансформаторной 0,917 0,980 0,905 1,031 0,865 0,891 0,941 0,986 0,908 0,993
мощности Кит
Тип ванны печи Количество выпускных леток Круглая 1 Круглая 1 Круглая 1 Треугольная 2-3 Круглая 1
Диаметр или размеры рабочего пространства ванны, мм 5100 4400 4600 6120/5300 6630
Площадь подины печи, м2 20,4 0 17 15,2 О 01 16,6 О СП 25,05 "3 0 Я Я 34,5 1 оо
Относительная глубина ванны Нв/d3 Удельная мощность на площадь подины, кВт/м2 2,1/ 398 7,2'2л ослл 2,21 559 U лп 2,67 415 3,2-3,3 572 700Л 1,92 356 70ЛЛ О/ЮЛ
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т Тепловой КПД г|т (макс.) 7330-8500 0,515 Н.св. 0,515 9530 0,515 АЛЛ/Г 7820 0,628 л со л 7800-9490 0,515 Л AC.Q
Общий КПД печи (г|общ = Пэл'Пт) Критерий ЭП рудовосстановительной печи (в форме ЭП-р = ЭП')-10-3, Ом-см 0,472 161,82 0,466 159,30 0,446 168,39 0,590 291,24 0,468 153,48
Энерготехнологический критерий (Sh) работы 0,3666 0,3837 0,3104 0,5015 0,3529
ферросплавной печи (при r|si = 0,92)
* Варианты параметров печей приведены по данным работ: I - базовый; НЛМК [3]; II - [5]; III - [6].
** Технология выплавки с увеличенным подэлектродным промежутком.
является применение печи с ванной треугольной формы.
Как показали исследования [2], вследствие улучшения схемы токораспределения в ванне ферросплавная рудовосстановительная печь с увеличенным распадом электродов имеет тепловой КПД = 62,8% против 51,5% для печи с традиционной величиной распада электродов. Следует отметить, что при выплавке ферросилиция в печи с увеличенным распадом электродов удельный расход электроэнергии на 8,3-9,6% меньше, чем для печи с обычным распадом электродов аналогичной мощности в ванне.
Сравнение параметров печей проводили по традиционному комплексу энерготехнологических параметров, в том числе по критерию ЭП рудовосстанови-тельной печи [7] в форме (ЭП-р): 5 = ЭП-р = ЭП', (1)
где Яв - электросопротивление ванны печи; йэ - диа-а метр электрода; р - удельное сопротивление ванны • печи; ЭП - критерий электрического подобия печи. | Например, при выплавке ферросилиция с тради-
< ционными величинами распада электродов и подэлек-г тродного промежутка ЭП' = (153,48^168,39)-10-3 Ом-см.
При реконструкции печи величина ЭП' или (ЭП-р) возрастает в 1,7-1,9 раза, при этом увеличивается удельная мощность на площадь подины (см. табл. 1).
Для комплексной оценки параметров рассматриваемых вариантов печей использовали энерготехнологический критерий (Sh) работы ферросплавной печи [8, 9]:
Sh = Кит-cos ф-Пэл-Пт-Пизв, (2)
где Кит - коэффициент использования мощности трансформатора; cos ф - коэффициент мощности печи; Пэл - электрический КПД; пт - тепловой КПД; пизв - величина извлечения ведущего элемента в сплав.
Так, для печей с традиционной схемой распада электродов величина Sh ферросплавной печи находится в диапазоне 0,3104-0,3837. При работе по схеме с увеличенными значениями распада электродов и под-электродного промежутка величина критерия Sh возрастает до 0,5015 в основном благодаря повышению коэффициента мощности, электрического и теплового КПД.
Эффективность использования аналогичного технического решения рассмотрена по затратам на электроэнергию, удельным капитальным и текущим
Таблица 2. Основные технико-экономические показатели печей для выплавки ферросилиция с различными значениями распада электродов
Показатели
Печь
РКЗ-16,5 (Вариант типовой*)
Вариант модернизации (расчет)
Установленная мощность трансформатора, МВА 16,5
Используемая мощность трансформатора, МВА 17,8
Диаметр электродов dw мм 1200
Относительный распад электродов dр/dэ 2,10
Технология выплавки ФС45
Сила тока в электроде, кА 57
Рабочее напряжение, В 180
Полезное фазное напряжение, В 74,6
Электросопротивление ванны печи, мОм 1,309
Коэффициент мощности (без УПК) cos ф 0,807
Электрический КПД г|эл 0,888
Тепловой КПД г|т (макс.) 0,515
Расход электроэнергии на 1 баз. т сплава, кВт-ч 4600-4700
Относительная глубина ванны Нв^э 2,10
Количество выпускных леток 1
Общий КПД печи (г|общ = Пэл'Пт) 0,457
Критерий ЭП рудовосстановительной печи 157,08
(в форме ЭП-р = ЭП')-10-3, Ом-см
Энерготехнологический критерий (Sh) работы 0,3743 ферросплавной печи (при г|а = 0,94)
Годовая производительность, баз. т 25130
Удельные капитальные затраты (без учета УПК), отн. ед. 100
Удельные эксплуатационные затраты (без учета УПК), отн. ед. 100
40,00 32,68 1200 4,90 ФС45** 57 330,7 171,6 3,011 0,947 0,948 0,628 4330 4,50 3
0,595 361,32
0,4330
58735 94,9 93,2
' По заводским данным и данным работы [10].
'* Выплавка по технологии с увеличенным подэлектродным промежутком.
затратам на примере модернизации типовой ферросплавной печи РКЗ-16,5 с увеличением мощности (с 16,5 до 33 МВА) без увеличения диаметра электродов, силы тока в них [4] и без учета затрат на установку продольно-емкостной компенсации (УПК). Относительный распад электродов увеличивается до 4,9d^ а электросопротивление ванны и мощность в ванне печи возрастают в 2,3 раза (см. рис. 1). Параметры печей мощностью 16,5 и 33 МВА с различным распадом электродов при выпла
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.