ПУБЛИКАЦИИ

01.03.2001

Автоматизированная рудовосстановительная печь выпрямленного тока. С.М.Нехамин (НПФ «Комтерм», г.Москва), Фридман М.А., Щербинин В.И., Шевченко Е.В., Лебедев И.В. (ЗАлК, г.Запорожье)

Опыт работы с мая 1997 года по настоящее время печи выпрямленного тока мощностью 6,5 МВт при выплавке кремния показал, что это ресурсосберегающий электропечной агрегат [1, 2].
Рудовосстановительная печь РПО-9-КрВТ выпрямленного тока оснащена проводящей подиной, выполненной из углеродистых материалов.
Расположенные сверху ванны стандартные печные электроды обеспечивают необходимый ввод мощности в печь как в переходных, так и в рабочих эксплуатационных режимах. Печные электроды и проводящая подина через токоподводы подключены к выводам выпрямителя.
Тиристорный выпрямитель, выполненный по реверсивной схеме, конструктивно совмещен с трансформатором в единый компактный агрегат “тиристоформер”, который размещается на тех же площадях, что и обычные печные трансформаторы.
Питание печи по схеме “электроды - подина” придает большую эффективность распределению мощности в ванне печи по сравнению с переменным током [3]. Электрическая мощность в большей степени концентрируется в средних и нижних горизонтах ванны. На колошнике снижаются потери тепла, минеральных компонентов шихты и восстановителя. Расход кварцита снизился на 10 %.
В силу большей устойчивости дуги постоянного тока энергия дуги более эффективно используется в печи, питаемой от выпрямителя, что наряду с протеканием электрохимических реакций интенсифицирует процессы восстановления целевого продукта и снижает содержание в нем примесей. За счет повышения качества выплавляемого кремния снижение его расхода на по-следующих переделах достигает 10%. Создаются условия для использования более дешевых видов восстановителя, чем при переменном токе. Расход древес-ного угля уменьшился на 30 %.
В печи выпрямленного тока уменьшается эрозия электродов дугой, что позволяет уменьшить расход электродов на 20-30%.
Печь выпрямленного тока (по сравнению с переменным) более экономичный потребитель электроэнергии как за счет снижения ее удельного расхода, так и благодаря улучшению качества - уменьшению несимметрии по фазам, снижению потребления реактивной энергии на 35-40% и активной энергии на 3-5 %.
Агрегат снабжен системой автоматизированного управления (САУ), выполненной на базе промышленного компьютера, обеспечивающей удобство обслуживания печи и стабильность ее показателей. Тепловой контроль печной ванны осуществляется с помощью специальных тепловых датчиков, установка которых не требует нарушения целостности кожуха. Цветные видеограммы технологического процесса с анимацией изменяющихся параметров и анализом динамики их изменения, автоматическое документирование плавок обеспечивают необходимую инженерную поддержку оператору-технологу. Принципиально новые виды управления технологическим процессом: раздельное плавное и ступенчатое регулирование напряжения на электродах, переключение их полярности позволяют более активно воздействовать на ход плавки, дополнительно повысить ее эффективность.
Стоимость реконструкции печи - 900 тыс.USD, прибыль - 0.65 USD в год на 1 доллар затрат.
В таблицах приведены основные параметры печи кремния и характеристика САУ.

ПАРАМЕТРЫ ПЕЧИ КРЕМНИЯ РПО-9-КрВТ

Параметр	Единица измерения	Значение
Активная мощность	МВт	6,4
Питающее напряжение	кВ	10
Диаметр электродов	мм	710
Тип электродов	-	графитированные
Годовая производительность	т/год	4000

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕЧИ ДО И ПОСЛЕ ЕЕ ОСНАЩЕНИЯ САУ

Печь с локальными регуляторами	Печь, оснащенная САУ	Достигнутый эффект
Недостаточная представительность и наглядность информации. Из-за информационных перегрузок персонал не успевает учесть все существенные факторы при принятии решений по управлению процессом	Информация по 123 аналоговым, дискретным, число-импульсным сигналам и 3 интерфейсным каналам классифицирована и наглядно представлена на цветных видеосхемах, которые переключаются автоматически или по указанию плавильщика. Выделена наиболее актуальная в данный момент информация. Доступен ретроспективный анализ динамики процесса	Снята информационная перегрузка с технологического персонала, для принятия решений по управлению процессом сконцентрирована существенная информация, которая выводится в реальном масштабе времени
Ручное управление и согласование настроек локальных регуляторов носит произвольный характер и не оптимизировано	Реализовано прямое цифровое управление объектом, что позволило согласовать непосредственное управление исполнительными механизмами и локальными регуляторами	Согласованное управление по разным каналам позволяет оптимизировать технологический процесс по технико-экономическим показателям
Ежесменное чередование технологического персонала, использующего разные приемы управления печью, приводит к циклическим колебаниям параметров процесса, что ухудшает все показатели работы печи	Стабильная тактика управления, реа-лизованная САУ, использование дополнительных регулировочных возможностей тиристорного источника питания (при питании печи выпрямлен-ным током) - раздельного регулирования напряжения на каждом электроде, чередования полярности электродов, стабилизируют процесс	Обеспечиваются стабильно высокие технико-экономические показатели по расходу электроэнергии и шихтовых материалов, запыленности и качеству выплавленного металла
Отсутствие приборной системы документирования параметров процесса затрудняет объективный учет и планирование ресурсов производства	Приборный мониторинг показателей процесса с помощью системы автоматического документирования и связи с АСУ верхнего уровня	Обеспечивает экономию оборотных средств передприятия за счет более точного учета ресурсов
Тепловой контроль ванны печи отсутствует, либо выполнен за счет установки закладных термопар в футеровке, что снижает ее срок службы и надежность	Температура и тепловой поток футеровки контролируются с помощью системы специальных датчиков, установка которых не требует нарушения целостности кожуха	Пространственный неразрушающий контроль футеровки предупреждает возникновение аварийных ситуаций и позволяет увеличить срок службы футеровки и кожуха печи
Локальные регуляторы, как правило выполненные в пределах одного предприятия на базе разнообразных технических и программных средств, затрудняют взаимозаменяемость, модернизацию и развитие систем управления, требуют большого штата разнопрофильного обслуживающего персонала	САУ открытой архитектуры выполнена на базе выпускаемых многими крупными фирмами промышленного IBM-совместимого компьютера и широко используемых средств связи с объектом (сертифицированными согласно ISO 9001), а также готовых к применению программных продуктов, включая средства автоматизированного проектирования САУ, что упрощает и унифицирует процесс создания, эксплуатации и последующей модернизации разнообразных систем, резко сокращает длительность отладки	Быстрое освоение САУ эксплуатационным персоналом. Потребитель свободен в выборе средств и исполнителей работ по развитию и дальнейшей модернизации САУ в случае изменения требований технологии или морального износа. Необходимые запасные компоненты выпускаются многими фирмами, имеющими широкую сеть сервисных центров. Система легко интегрируется в АСУ более высокого уровня

Дальнейшее развитие принципов создания автоматизированных дуговых печей выпрямленного тока реализовано при модернизации вакуумных дуговых печей . Печи для выплавки слитков массой до 550 и 2200 кг, оснащенные авоматизированными системами управления на базе промышленных компьютеров, пущены в эксплуатацию в 1999 и, соответственно, в 2000 годах [4]. Автоматизация процесса плавления обеспечивается за счет сбора сигналов со стандартных, а также специально разработанных датчиков, оперативного отображения информации, диалога оператора с системой, организованного с помощью цветных графических мнемосхем на сенсорном экране дисплея, анализа и управления ходом технологического процесса, управления тиристорным источником питания и перемещением штока электрода, накопления, архивирования и документирования реальных параметров каждой плавки.

В 1999 г. пущена автоматизированная дуговая печь емкостью 3 тонны для выплавки феррованнадия и ванадиевого чугуна на выпрямленном токе .

Выводы. При реконструкции и техническом перевооружении действующих установок за счет перевода их на питание выпрямленным током, а также создания новых агрегатов и технологий на выпрямленном токе, с нашей точки зрения, особый интерес представляет создание следующих технологий с использованием печей выпрямленного тока:

- выплавка силикоалюминия, силикокальция и других продуктов требующих повышенной концентрации мощности в нижних горизонтах печи, что позволит существенно повысить коэффициент извлечения по целевому продукту;

- многошлаковые процессы цветной металлургии, в которых наибольший выигрыш достигается за счет использования электрохимических и электрофизических эффектов, а также благодаря возможности дополнительного повышения полезного напряжения на электродах;

- силикотермические процессы получения безуглеродистого марганца и феррохрома, а также рафинировка различных продуктов. За счет снижения расхода электродов можно добиваться пониженного содержания углерода в сплаве, а благодаря изменению режима горения дуги и интенсификации перемешивания металла при протекании по нему постоянного тока - обеспечить снижение угара металла;

- извлечение различных металлов из отвальных шлаков, например алюминия, никеля, меди, кобальта, ванадия и других металлов за счет интенсификации восстановительных процессов в печи постоянного тока;

- экономия энергетических и сырьевых ресурсов при интенсификации традиционных руднотермических, рафинировочных и переплавных процессов как при атмосферном давлении так и в вакуумных дуговых печах за счет применения комплексного подхода к автоматизации технологического и энергетического оборудования, а также процесса плавки.

Литература.

1. Руднотермические печивыпрямленного тока как ресурсосберегающие аг-регаты. / Попов А.Н., Нехамин С.М., Фридман М.А., Щербинин В.И. и др. «Электрометаллургия». № 1, 1998, с. 11-16.

2. Плавка кремния в руднотермической печи на выпрямленном токе./ Неха-мин С.М., Фридман М.А., Щербинин В.И., Котюк А.В. и др. «Цветные металлы». № 2,2000, с. 61-63.

3. Патент 2089803 РФ.

4. Освоение производства крупноразмерной продукции из жаропрочных никелевых сплавов. /Мулин С.В., Никонов, Е.В., Батурин А.И., Волохонский Л.А. «Сталь». № 3, 2000, с.75-77.

Возврат к списку

Наверх