Пути улучшения технико-экономических показателей

Теплотехническое (плавка стали в водоохлаждаемом кристаллизаторе с очень низким η_т) и электротехническое (работа на низком напряжении и токах в десятки килоампер с невысоким η_э) несовершенство печей ЭШП, несмотря на особовысокое качество переплавляемого металла, является причиной большого удельного расхода электроэнергии, стоимость которой составляет до 30 %расходов по переделу при ЭШП. На промышленных печах ЭШП W _усоставляет 1...2 МВт∙ч/т, изменяясь в зависимости от физических свойств шлака различного химического состава (рис. 78, а), удельного электросопротивления (рис. 78, б), технологических (рис. 78, в), электрических (рис. 78, г) и конструкционных (рис. 78, д) факторов, определяющих токораспределение, теплогенерацию и температурное поле шлаковой ванны. Влияние этих факторов на величину W _уобъясняется изменением условий теплообмена (см. § 2) и теплового КПД η_т.

Рис. 78. Изменение удельного расхода электроэнергии в зависимости от химического состава шлака (а), УЭС (б), межэлектродного расстояния (в), силы тока (г) и коэффициента заполнения кристаллизатора k _з.к (д)

Снижение удельного расхода электроэнергии, согласно выражению (19), возможно повышением η_э, η_т и уменьшением W _у.т,что достигают:

1) при переходе с одноэлектродной на двух- и многоэлектродные схемы ЭШП, при которых W _yснижается на 30...40 %;

2) интенсификацией теплопередачи «шлаковая ванна – расходуемый электрод», например, за счет принудительного ЭМП шлака магнитным полем соленоида, что повышает массовую скорость ЭШП Q_m на 25...30 %, сокращает время плавки τ_пл и удельный расход электроэнергии W _yна 15...20 %;

3) предварительным подогревом расходуемого электрода до температуры не выше 900 К (чтобы не вызвать интенсивного окисления его поверхности и ухудшения качества выплавляемого слитка);

4) теплоизоляцией шлаковой надставки подвижного кристаллизатора (при наличии соответствующих огнеупорных материалов);

5)последовательным соединением двух одинаковых печей ЭШП (предложение ВНИИЭТО), что улучшает электротехнические показатели: повышение активной нагрузки на электропечной трансформатор, работа на более высокой ступени вторичного напряжения, увеличение электрического КПД, снижение удельного расхода электроэнергии на 5 %.

Годовую производительность печей ЭШП определяют по формуле (11), в которой цикл переплава τ_пдг складывается из продолжительности τ_п подготовительно-заключительных операций (подготовка кристаллизатора и поддона, установка расходуемых электродов, засыпка при «твердом» или заливка шлака при «жидком» старте, выдержка слитка в кристаллизаторе и выгрузка готового слитка) и длительности плавления электродов τ_эн. Время τ_эн необходимо для наведения шлаковой ванны τ_нш, формирования жидкометаллической ванны τ_нм (период I на рис. 77), наплавления слитка массой т _ос массовой скоростью Q_m за время τ_р = m _о /Q_m (период II на рис. 77) и выведения усадочной раковины τ_выв (период III на рис. 77).

Массовая скорость плавления Q_m (т/ч) зависит от условий кристаллизации слитка, определяющего размера кристаллизатора l _опр.кл (м) (рис. 79) и теплофизических свойств переплавляемого металла:

, (139)

где k – теплофизический параметр, зависящий от химического состава металла и принимаемый, по данным Ю.М. Миронова,
для железа ~2,6;
для стали ШХ15 ~1,2;
для стали 12X13 ~1 т/(ч·м);
k _фр – коэффициент, характеризующий положение фронта кри- сталлизации относительно оси цилиндрического слитка, в виде отношения радиуса зеркала металлической ванны 0,5 D _сл к глубине конической части ванны h _кн, т.е.
k _фр = 0,5 D _сл/ h _кн = tg (0,5γ), γ – угол конуса (оптимальное значение γ = 90°).

Рис. 79. Зависимость массовой скорости
процесса ЭШП от определяющего линейного размера
кристаллизатора (по данным ИЭС)

Глава V

Индукционные печи