Предлагаемая структура системы управления позволяет конфигурировать любые комплекты систем управления в зависимости от требований заказчика. Электропечное оборудование комплекса может поставляться в комплекте с системой пылегазоочистки, обеспечивающей выполнение требований по защите окружающей среды, в том числе от токсичных диоксиновых выбросов. В комплекте с электропечным оборудованием поставляются также сталевозы, стальковши и другое оборудование. Технологическая линия электросталеплавильного комплекса должна включать сортовую или слябовую МНЛЗ на годовой объем производства до 1,2 млн т литой заготовки и соответствующее прокатное и термическое оборудование.
Анализ энергетической cоставляющей сталеплавильного производства
На конкурентоспособность процессов производства стали значительное влияние оказывает эффективность использования энергии. При сравнении энергетической эффективности Ээф различных сталеплавильных переделов наиболее объективным и наглядным показателем можно считать отношение энтальпии продуктов плавки — жидкой стали и шлака (ж'с, ш) — к затратам первичной энергии на выплавку стали. Эти затраты первичной энергии включают тепловую энергию, использованную как в собственно сталеплавильном производстве, так и на всех предшествующих этапах получения материалов, применяемых при выплавке, в том числе энергоносители (топливо, электроэнергия), а также затраты энергии на добычу сырья, его транспортировку, подготовку производства (Зп.э): Ээф=іс.ш*100/3пэ, %.
Для расчета Ээф приведенные в таблице при іс.ш = 450 кВт*ч/т.
Как и следовало ожидать, минимальная энергетическая эффективность характерна для процессов с высокой долей чугуна в шихте (конвертерный, мартеновский); при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), работающей на 100 % лома, она в 1,7 - 2,3 раза выше и приближается к сквозному коэффициенту полезного использования первичного топлива при работе по схеме ТЭЦ — ДСП, составляющему 20-30%.
Из таблицы видно, что в электросталеплавильном процессе имеются большие возможности для повышения Ээф. Так, эффективный подогрев лома теплом отходящих газов позволил при выплавке стали в шахтных печах конструкции "фукс Системтехник" не только повысить Ээф, но и сократить долю электроэнергии в общем приходе тепла с 60 до 51 %. Снижение затрат первичной энергии по сравнению с обычными печами в 1,5 - 1,6 раза может быть достигнуто двухстадийным процессом в топливно-дуговом сталеплавильном агрегате (ТДСА) конструкции НИИМ [I]. Экономию энергии обеспечивают также донная продувка жидкого металла в ДСП, сокращение продолжительности плавки и другие мероприятия.
| Энергетнческвя эффективность способов производства стали М | ||
| Процесс, агрегат | Доля лома в шихте, % | Ээф,% |
| Конвертерный | 25-30 | 7.4 |
| Мартеновский: | ||
| скрап-рудныи | 40-50 | 8.7 |
| скрап-процесс | 65 | 9,7 |
| Элсктросталсплавильный: | ||
| ДСП | 100 | 17 |
| ДСП с шахтным подогревом лома | 100 | 23 |
| ("Фукс Системтехник") | ||
| Топливно-дуговой сталеплавильный агрегат | 100 | 27 |
Приведенные данные не позволяют согласиться с мнением о расточительном использовании энергии в электрометаллургии, а также об отсутствии серьезных перспектив на будущее у электрометаллургических процессов получения стали и ферросплавов. Следует также учитывать, что доля стали, выплавленная тем или иным способом, определяется не только энергетикой, но и другими факторами, в числе которых производительность агрегатов, содержание примесей в готовом металле, баланс лома в стране и мире и др.
При выборе варианта выплавки стали важное значение имеют экологические проблемы. Так, суммарное пылегазовое выделение с учетом всех процессов подготовки и переработки 1 т лома составляет 0,79 кг/т (при эквивалентной замене 1 т чугуна 1,25 т подготовленного лома — 0,99 кг/т), а при производстве 1 т чугуна — 27,3 кг/т. Повышенные в связи с этим пылегазовые выделения при производстве конвертерной стали по сравнению с электросталью — соответственно в сумме 10,5 и 2,06 кг/т — обусловливают увеличение суммарных затрат на улавливающие системы и очистные устройства.
Полный сбор и использование лома необходимы для предупреждения загрязнения почвы продуктами его окисления, так как за год хранения лома теряется 0,5 -0,6 % металла. Например, в Японии именно это явилось причиной разработки и осуществления государственной программы сбора и подготовки лома черных металлов к переплаву.
С учетом этих обстоятельств следует прогнозировать сохранение в XXI в. и энергорасточительного конвертерного, и энергоэкономного электросталеплавильного производств. По-видимому, правы те металлурги, которые считают, что до возникновения принципиально новых процессов в черной металлургии в конвертерах и электропечах будет выплавляться приблизительно по 50 % стали (в настоящее время доля электростали в мировом производстве составляет 33 - 35 %). Что касается получения основных видов ферросплавов, а также спецметаллургии, то пока электрометаллургия альтернативы не имеет.
Подъемно-поворотный стенд сталеразливочных ковшей МНЛЗ
Опыт эксплуатации МНЛЗ показал, что рабочие процессы литья составляют менее 50 % календарного времени, а остальная часть тратится на подготовку машин к разливке, плановое и аварийное обслуживание, текущие простои. Уменьшение времени на операции благодаря более гибкому согласованию работы МНЛЗ с графиком сталеплавильных агрегатов и уменьшению простоев дает больший рост производительности, чем увеличение скорости литья.
Ключевым узлом, обеспечивающим подачу стали на МНЛЗ, является стенд сталеразливочных ковшей. Все современные МНЛЗ имеют в своем составе стенды, что позволяет исключить разливку с крана и предотвратить большие повреждения при аварийном накрытии стопора ковша.
Предпочтительный состав оборудования для подачи стали на МНЛЗ при линейной планировке: поворотный стенд, с помощью которого стальковши передаются из печного пролета в пролет МНЛЗ, передвижные тележки для промковшей, передвигающиеся вдоль него. В этом случае обеспечивается разделение грузопотоков — основных технологических и по обслуживанию и подготовке МНЛЗ к работе. Кроме того, при подаче металла к кристаллизаторам из стальковшей важно исключить его вторичное окисление. В связи с этим поворотный стенд МНЛЗ должен быть оснащен механизмом подъема, чтобы обеспечить установку соответствующих устройств для защиты струи металла от вторичного окисления.
Создание подъемно-поворотных стендов стальковшей большой вместимости сопряжено с решением существенных проблем конструирования, а изготавливают их иногда на пределе технологических возможностей заводов тяжелого машиностроения. Достаточно отметить, что масса полностью наполненных 100 - 350-т ковшей составляет от 150 до 450 т, их средний диаметр — от 3 до 4,5 м, высота—от 3,5 до 5,5м, при этом вылет ковшей на консоли подъемно-поворотного стенда должен быть в пределах от 4 до 7 м. Этот вылет определяется расположением стенда относительно цеховых колонн, габаритами приближения цеховых подъемно-транспортных средств, увязкой конструкции с оборудованием разливочной площадки, а также взаимной ориентацией стальковша, промковша и кристаллизаторов МНЛЗ.
При разработке стенда необходимо учитывать, что отказ поворота может повлечь за собой серьезные повреждения МНЛЗ и длительную остановку, поэтому для механизма поворота обязательно резервирование.
Сравнение энергоемкости стали различных методов выплавки
Мировой индекс цен на электроэнергию и топливо по сравнению с другими промышленными ресурсами увеличивается намного быстрее, поэтому в современных условиях энергетическая экономичность промышленных процессов, в том числе и при выплавке стали, относится к важнейшим показателям производства. Анализ уровня и структуры энергозатрат на получение стали позволяет наметить перспекгивные энергосберегающие технологические схемы и пути снижения энергоемкости металлопродукции.
Энергоемкость, т.е. затраты первичной энергии на получение стали, представляет собой сумму затрат потенциальной тепловой энергии как в собственно сталеплавильном производстве, так и на всех предшествующих этапах получения материалов, использованных на плавку, в том числе на энергоносители (топливо, электроэнергию), а также затраты энергии на добычу сырья, его транспортировку, подготовку производства.
Проанализируем энергоемкость углеродистой стали, выплавленной разными процессами: конвертерным с долей лома в шихте 25 - 30 %, мартеновским скрап-рудным с долей лома 45 %. мартеновским скрап-процессом с долей лома 65 %. электросталеплавильным с долей лома 100 %, электросталеплавильным с подогревом лома в шахтном подогревателе конструкции фирмы "Фукс Системтехник" с долей лома 70 и 100 %. топливно-дуговым процессом и в агрегате EOF с долей лома 50 % .
При расчетах энергоемкость материалов принималась по литературным данным, при этом учитывались основные технологические энергозатраты на: металлошихту, топливо и электроэнергию, кислород, огнеупоры, известь, графитированные электроды и газоудаление.
Максимальный уоовень энергозатрат характерен для процессов с высокой долей чугуна в шихте (конвертерный, мартеновский и EOF). Доля энергозатрат на чугун достигает при этом 53 - 91 % от общих затрат энергии на выплавку стали, Затраты первичной энергии при выплавке стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП), работающей на 100 % лома, и электроэнергии в 1.8 - 2.3 раза меньше, чем в указанных выше процессах. Применение 30 % чугуна в шихте ДСП приводит к увеличению энергозатрат на выплавку электростали в 1,5 раза.