Энергия высокотемпературных источников тепла.

Электрическая дуга. Электрическая энергия в ванну современной ДСП вводится в режиме пониженных значений рабочего тока на ступенях вторичного напряжения до 1500 В, что является весомой причиной сокращения расхода технологической электроэнергии и электродов и существенного улучшения технико-экономических показателей процесса. Уменьшение силы рабочего тока при увеличении длины дуги лимитируется переходом дуги в режим неустойчивого горения, который в первом приближении наступает при λ>0,85.

Согласно типовой характеристике энергетического режима плавки с одной подвалкой в современной ДСП продолжительность работы трансформатора составляет около 85% общего времени и делится по уровню вводимой мощности на три этапа.

Быстрое проплавление колодцев после завалки (60-70% лома ) или подвалки с целью защиты свода печи от излучения и замыкание электрической дуги на "болото". Продолжительность этапа составляет 1-2 минутыю Для того, чтобы уменьшить энергетический уровень дуг, работают на одной или двух ступенях напряжения с относительно короткими дугами и коэффициентом мощности (λ=0,75), что несколько стабилизирует горение электрической дуги в контакте с холодным ломом.Как только электроды достигают "болота", работа дуг стабилизируется и можно увеличить их мощность до максимума, этому способствует улучшение контроля электрического режима и отсутствие резких скачков тока.

Как показывает практика плавки стали в современных ДСП, на втором этапе плавления лома необходимо вводить максимальную активную мощность. Вторичное напряжение повышают, длина электрической дуги возрастает, поскольку футеровка печи полностью экранирована шихтовыми материалами. Печь работает с коэффициентом мощности равным 0,80-0,81.

В конце плавки на третьем этапе плавления лома мощность электрической дуги в некоторых случаях принято снижать. Завершающий этап проводят при высоком значении силы тока в сочетании с пониженным напряжением.

Электрический режим плавки также влияет на расход энергии. Существует мнение, что при работе на длинных дугах расход ее повышается. Чем меньше падение напряжения на дуге, тем меньше расход энергии. Но при этом необходимо учитывать, что важнее: расход энергии или производительность печи. На печах постоянного тока расход энергии снижается на 10 кВт*ч/т при уменьшении потери напряжения на дуге с 800 до 700 В. Установлено, что наиболее эффективной величиной падения напряжения на дуге являются 450 В для трехфазных печей и 600 В – для печей постоянного тока.

Качество вспенивания шлака определяет теплоперенос от дуги к жидкой ванне, а его толщина и свойства могут изменить расход энергии на ^+_20 кВт*ч/т. Так, по оценкам исследователей, в случае открытой горящей дуги ее суммарный КПД составляет около 36%. Если дуга погружена в шлак на часть своей длины, то пропорциональное количество энергии, которая в первом случае терялась, передается расплавленной ванне. Поэтому контроль состояния шлака в ходе плавки приобретает весьма важное значение. В настоящее время разработаны системы непрерывного контроля качества вспенивания шлака, которые используют информацию об уровне шумовыделения, интенсивности излучения, амплитуд высших гармоник напряжения дуги.

Топливно- кислородные горелки. Для того, чтобы ускорить плавление лома в холодных местах рабочего пространства и не затягивать наступление момента полного плавления лома и получения активной по всей поверхности шлаковой ванны применяют дополнительную энергию топливо- кислородных горелок. Горелки включают сразу после завалки. Суммарная продолжительность работы горелок зависит от физических свойств загруженного скрапа, и колеблется от 15 до 20 минут, что обычно составляет 20-35% времени плавки. Считается, что средний термический КПД горелок равен 50-60%. Тем не менее, для печей с высоким потреблением электроэнергии преимущество использования горелок состоит не в частичном замещении электроэнергии факелом, а в том, что шихта расплавляется одновременно во всем рабочем пространстве печи. Обычно топливом служит природный газ. В зависимости от его состава теплота сгорания природного газа колеблется в пределах от 9 до 12 кВт*ч/т,среднее значение 10,5 кВт*ч/т. Для сжигания 1 м³ газа требуется около 2 м³ кислорода.

Химическая энергия.Рассмотрим технологические приемы современной плавки, которые позволяют при применении в шихте ДСП 100% стального лома, химический тепловой потенциал примесей которого ничтожен, достигнуть высокого уровня поступления химической энергии.

На основании сопоставительной оценки прихода тепла химических реакций при проведении классической и современной технологии плавки можно сделать следующие выводы:

- приход тепла химических реакций при проведении окислительных процессов, как по классической, так и по современной технологии приблизительно одинаков;

- приход тепла за счет высокозатратных попутных источников энергии в современной печи значительно снижен и составляет около 15% против 50% и более в классической (окисление железа, графитированных электродов, а для случая классической технологии производства электротехнической стали – раскисление шлака и металла ферросилицием, силикокальцием и алюминием );

- приход тепла в результата окисления примесей металлосодержащей части шихты в современной плавке примерно в 2 раза ниже.

Отсечка печного шлака. Для выпуска плавки печь наклоняют на несколько градусов в положение слива металла перед тем, как открыть выпускное отверстие. Обычно материал заделки выпускного отверстия самопроизвольно высыпается, а за ним сразу же начинается выпуск жидкого полупродукта. Чрезвычайно важно, чтобы скорость наклона не была большой, так как может произойти переполнение эркера, который покрыт водоохлаждаемыми панелями. С другой стороны, уровень зеркала расплава в эркере должен быть постоянным и составлять величину, равную менее, чем три диаметра сталевыпускного отверстия, в противном случае в ковш во время выпуска стали из-за образующейся воронки будет затянут шлак.

Возвращают печь в нормальное состояние с максимальной скоростью для того, чтобы шлак не попал в ковш в конце выпуска.

Тепловые потери. Продолжительность плавки в современных дуговых печах составляет от 30 до 60 мин. Тепловые потери в среднем равны 0,4 кВт*ч/(т*мин), но к концу плавки они достигают максимального значения – до 1,7 кВт*ч/(т*мин). На основании промышленного опыта считают, что при продолжительность межплавочных простоев от 8 до 38 мин теплопотери незначительны, даже при работе с жидким остатком, и они обычно не превышают 0,4 кВт*ч/(т*мин). Практика эксплуатации печей показывает, что теплопотери через водоохлаждаемые панели зависят от толщины гарнисажа. Так, для открытых поверхностей водоохлаждаемых панелей удельные теплопотери на 1 м² составляют 3 кВт*ч/т. Кроме того, в случае возникновения течи водоохлаждаемых элементов расход энергии может увеличиться на 15 кВт*ч/т.

Экология.

Наиболее грязным в экологическом плане является мартеновское производство, а электросталеплавильное является достойной альтернативой конвертерному.

Сталелитейные компании мира инвестируют значительные средства в охрану окружающей среды. Основная доля полученных средств направляется на системы газо- и водоочистки, остальные используют для подготовки твердых отходов к утилизации.

Согласно решению Европейской экономической комиссии ООН, принятому на семинаре "Экологические аспекты применения чистых технологий, рационального использования энергоресурсов и утилизации отходов в черной металлургии", внешние кредиты на реконструкцию будут предоставляться при наличии экологической программы как составной части бизнес-плана реконструкции предприятий в целом. Такой подход предоставления кредитов должен служить залогом того, что выделяемые средства не будут израсходованы, например, на ремонт устаревшего оборудования. Таким образом, лишь те предприятия стран СНГ, которые концентрируют свои усилия и инвестиции на создание конкурентоспособной продукции, производимой без ущерба для окружающей среды, смогут обеспечить рынок сбыта своей продукцией.

Стоит отметить, что жесткая позиция западных стран по отношению к процессу экологизации металлургического производства в странах СНГ обусловлена общепринятыми принципами "честной конкуренции" на мировом рынке стали.