Ю.М. Павлова, А.Н. Макаров, М.С. Хрусталева

Аннотация. Данная статья посвящена развитию технологии Consteel в России. Рассмотрено использование технологии Consteel и Consteel Evolution. Проанализирована целесообразность введения Consteel в производстве стали.

Ключевые слова: Consteel, дуговая сталеплавильная печь, жидкая ванна, охрана окружающей среды, конвейерная загрузка.

Технология Consteel находится в постоянном развитии с момента ее создания в 1985 г. в США и используется во многих странах. В России данная технология представлена электропечью ДСП-120со вместимостью 120 т, способной к производству жидкой стали массой приблизительно 1 млн т/год. Эта печь используется на Ашинском металлургическом заводе с 2009 г.

Отличительные признаки процесса Consteel:

непрерывная загрузка металла с предварительным подогревом;

плавление металла с постоянным температурным и химическим составом [1].

Эти признаки позволяют повысить производительность без увеличения мощности трансформаторов или дополнительного использования природного газа. Предварительное нагревание лома значительно влияет на эффективность процесса и энергосбережение разрешений. Непрерывно загружается предварительно подогретый металл, плавка сопровождается плавным погружением и растворением в жидкой ванне. Электрические дуги, таким образом, всегда направлены на жидкость и плавят ванну с металлом, а не на твердую партию. Дуга горит стабильно в течение всего процесса и не нарушается при коротких замыканиях электродов на твердых кусках партии.

При непрерывной периодической загрузке свод дуговой печи всегда закрыт. Газы, покидающие рабочее пространство, остаются в пределах пространства печи. Таким образом, исчезает необходимость избавляться от газа, который испаряется из печи в помещение цеха, что позволяет снизить нагрузку на систему вентиляции, а также выброс пыли и уровень шума при открытии печи. Сокращается также выброс вредных веществ, таких как углекислый газ и диоксины (CO, NO_x).

Система управления дуговой сталеплавильной печью Consteel автоматически регулирует подачу лома, чтобы поддерживать стандартную температуру ванны, а также регулирует впрыск кислорода и пылевидного угля. Производительность дуговой печи Consteel выглядит следующим образом: она работает под током в течение 90–95 %, ее мощность составляет 2,5 т/ч на каждые 1 МВт мощности; оборудование используется на 98–99 % от его мощности.

В последние годы появились несколько эффективных модификаций технологии Consteel. Основной и наиболее известной является технология Consteel Evolution. Ее самая важная особенность – более эффективное использование химической энергии при помощи высокоэффективных горелок. Новая система разделяет туннельную печь на две зоны. Первая зона, содержащая горелки, находится выше системы выпуска газа, вторая зона, связанная с печью трубопроводом выхлопного газа, включает традиционный соединитель и охлаждаемый водой раздел тоннеля загрузочного транспортера. Два газовых потока объединяются в непосредственной секции перед подачей в систему очистки газа. Эта конструкция идеально подходит для технологий с улавливанием тепла и испарительной системой охлаждения.

При увеличивающемся спросе на стальную продукцию необходимо повышать качество получаемой стали и в то же время делать процесс менее энергозатратным. Это требует использования компонентов высокого качества: железная руда, железо, произведенное прямым восстановлением. Обычно предполагается, что отходы в дуговой сталеплавильной печи будут заменены компонентами высокого качества [1, 2]. Загрузка горячего лома (железа, чугуна) предполагает уменьшение производственных затрат, сокращение потребления энергии, повышение производительности [3].

В технологии Consteel с непрерывной загрузкой лома в жидкую ванну можно контролировать содержание углерода и химический состав ванны, что обеспечивает безопасную работу. Так, в процессе Consteel на сталелитейном заводе в Шаогуане (Китай) горячий металл загружается в девяностотонную дуговую печь с помощью шеститонного ковша на тележке. Горячий металл непрерывно заливается в печь через боковое отверстие в стене со скоростью, автоматически регулируемой для обеспечения надежной и безопасной работы. Производительность составляет 31 расплав в день, при этом энергопотребление снижается на 250 кВт·ч/т [2]. В нормальных условиях горячий металл может составлять до 50 % от объема загружаемого материала в дуговую печь.

В разработке технологии Consteel особую роль сыграло предприятие Ori Martin (Брешиа, Италия), которое производит высококачественную сталь. В частности, математическое моделирование и обширные экспериментальные исследования были использованы для уточнения физических параметров и корректировки термических, технологических параметров процесса и для снижения капитальных затрат. Результаты исследования были использованы в технологии Consteel. Важным улучшением стало значительное повышение температуры загрузки перед загрузкой благодаря введению угольного порошка в дуговую печь (в струе кислорода). В результате оксиды СО и СО₂ образуются в атмосфере печи.

Предварительный нагрев лома в значительной степени определяется сгоранием СО в дуговой сталеплавильной и туннельной печах, которые можно рассматривать как единую тепловую систему. Некоторая часть тепловой энергии от сжигания СО остается в дуговой сталеплавильной печи (она нагревает рабочее пространство, чтобы поддерживать стабильную температуру жидкого металла); остаток нагревает лом на конвейере. Отметим, что благодаря усилиям российских специалистов появилась возможность внедрения в России не только базовой технологии Consteel, но и улучшенных версий, например Consteel Evolution. Эта конструкция должна сохранять принципиальные преимущества системы Consteel. Климатические условия постоянно ухудшаются, поэтому  воздействие климатических условий на окружающую среду также должно быть учтено российскими инженерами и учеными [4].

Российское оборудование не должно просто быть копией иностранных проектов, но обязано отвечать всем требованиям промышленных предприятий. Особое внимание должно быть обращено на электрические и эксплуатационные особенности дуговой сталеплавильной печи, используемой в технологии Consteel [5].

При применении технологии Consteel возникает серьезная проблема, связанная с высоким показателем потребления электроэнергии. Некоторые специалисты неверно полагают, что в случае необходимости с помощью таких печей можно получить высококачественную сталь. Однако эти печи главным образом используют, чтобы производить обычную и конструкционную сталь. Кроме того, российские и зарубежные специалисты пришли к заключению, что применение технологии Consteel в производстве дороже печей обычной конструкции [6].

Из вышеизложенного следует, что технологию Consteel с осторожностью следует рассматривать как современную энерго-сберегающую систему. В российских условиях дуговая сталеплавильная печь Consteel должна соответствовать характеристикам дуговых печей обычной конструкции и работать с высокой производительностью, чтобы обеспечить производителей высококачественной сталью и при этом экономить энергию и ресурсы. Тогда процесс Consteel станет более выгодным и эффективным, при этом сохранится его традиционный характер и все его особенности [7, 8].

Зимой в России на подготовленном для лома участке вода либо не испаряется, либо превращается в лед. Следовательно, подготовка лома требует не только сортировки и удаления любых неметаллических включений перед загрузкой на конвейер, но также и сушки до полного удаления влаги или содержания ее не более 1 %. Сушильный туннель должен быть снабжен трубопроводом для подачи горячего газа из системы газоочистки и отдельным трубопроводом, по которому удаляется парогазовая смесь, образующаяся в процессе сушки.

В настоящее время необходимы дополнительные научные исследования для адаптации печей Consteel на российских металлургических предприятиях.

Библиографический список

1. Marcozzi, M. The evolution of preheating and the importance of the hot heel in supersized EAF systems / M. Marcozzi, M. Guzzon // MPT Int. 2011. № 3. Р. 82–91.

2. Argenta, P. Results and perspectives for the hot metal charge in the EAF, a road toward a BOF to EAF conversion / P. Argenta, M.B. Ferri // AISE Proc., 2002.

3. Argenta, P. The continuous charging of hot metal applied to the Consteel technology / P. Argenta, M.B. Ferri // Elektrometallurgiya. 2003 № 5. Р. 27–33.

4. Smolyarenko, V.D. Flexible production process of electric steel Consteel method on Ori Martin factory / V.D. Smolyarenko, B.P. Chernya-khovskii // Elektrometallurgiya. 2004. № 3. Р. 40.

5. Макаров, А.Н. Способ плавки стали в дуговой сталеплавильной печи Consteel / А.Н. Макаров, В.В. Окунева, Ю.М. Павлова // Энергоресурсосбережение в промышленности: сборник научно-практических трудов. Вып. 6 / под ред. А.Н. Макарова. Тверь: ТвГТУ, 2018. С. 64–70.

6. Shnalzger, J. Innovations in production of corrosionresistant                    steel / J. Shnalzger, H. Schrodinger, K. Mörwald, A. Jungbauer // Stal. 2006. № 5. Р. 53–57.

7. Макаров, А.Н. Расчет КПД дуг в дуговых сталеплавильных печах обычной конструкции и Consteel / А.Н. Макаров, Ю.М. Павлова, А.В. Кузнецов // Энергоресурсосбережение в промышленности: сборник научно-практических трудов. Вып. 6 / под ред. А.Н. Макарова. Тверь: ТвГТУ, 2018. С. 44–51.

8. Макаров, А.Н. Плавка стали в дуговой печи Consteel и методы ее улучшения / А.Н. Макаров, Ю.М. Павлова, В.В. Окунева // Энергоресурсо-сбережение в промышленности: сборник научно-практических трудов. Вып. 6 / под ред. А.Н. Макарова. Тверь: ТвГТУ, 2018. С. 56–64.