Переплав отходов ферросплавного производства (отсевов, скрапа, ШМС) в электропечах постоянного тока

Киселёва Т.С., директор ООО «УкрНИИЭлектротерм», г. Запорожье

В условиях рыночной экономики перед промышленными предприятиями остро стоят проблемы энерго- и ресурсосбережения. Металлургический переплав отходов ферросплавного производства (отсевов, скрапов, ШМС и пр.) является не только экономически выгодным, но и уменьшает количество и площадь полигонов промышленных отходов, при этом также благоприятно влияя на экологию.
Ранее наиболее эффективным способом утилизации пылевых отходов и отсевов считался процесс агломерации, а также окомкование и брикетирование. Окускование отходов не только позволяло обеспечивать дополнительные ресурсы металлов и охрану окружающей среды, но и, как правило, стабилизировать работу ферросплавных электропечей.
Существует практика переплава пылевых отходов и отсевов в индукционных электропечах. Однако использовать обычную индукционную сталеплавильную электропечь для переплава отсевов представляется невозможным, так как состав шихты диктует абсолютно другие электрические параметры, а в зависимости от технологии переплава отсевов эта электропечь, возможно, потребует несколько раздельно регулируемых индукторов по высоте печи, что значительно повысит ее стоимость. Также следует учесть дорогостоящее и сложное оборудование, сопутствующее установке индукционных печей, большие эксплуатационные расходы на его обслуживание и необходимость высокой квалификации обслуживающего персонала. К тому же, относительно холодные шлаки в индукционных электропечах затрудняют протекание реакций между металлами и шлаком и, следовательно, сильно затрудняют процессы рафинирования. Доводка расплава по составу в индукционных электропечах – проблематична.
В современной металлургии все большее распространение получают электропечи постоянного тока. В отличие от электропечей переменного тока, благодаря низкому проценту угара металла, они позволяют осуществлять переплав мелкодисперсных отсевов ферросплавных производств, а также пыли газоочистки, минуя этап окускования, что, несомненно, позволяет предприятиям избежать дополнительных расходов и снижает себестоимость готовой продукции.

За период с 1998 по 2010 г. специалисты УкрНИИЭлектротерм постоянно занимались поиском и анализом различных конструкций электропечей, предназначенных для переплава отсевов ферросплавов и ШМС (шлако-металлических смесей), особенностями технологического процесса, качеством и свойствами предлагаемой к переплаву шихты. Работа велась по следующим направлениям: консультации с ведущими технологами-ферросплавщиками, изучение опыта и современного состояния проблемы на различных предприятиях, изучение опыта и новинок по доступным отечественным и зарубежным публикациям и, наконец, на основе собственного опыта разработки и внедрения технологий и оборудования этого отдела ферросплавного производства.
В результате всего вышеперечисленного данное направление теперь может считаться одним из «специальных», приоритетных тем УкрНИИЭлектротерм . Данная статья в первую очередь предназначена для руководителей ферросплавного производства, заинтересованных в организации современного, экономически целесообразного производства переработки отходов ферросплавного производства.

Для переплава отсевов могут быть использованы электропечи в нескольких вариантах исполнения:
Вариант №1 - электропечь постоянного тока с одним графитированным сводовым электродом и подовым «электродом» в виде:
- одного центрально расположенного металлического водоохлаждаемого подового электрода. Применяется в электропечах с рабочим током не более 16кА.;
- нескольких (до 4 шт.) металлических водоохлаждаемых подовых электродов. Применяется в электропечах с рабочим током более 16кА. Наличие нескольких подовых электродов (более двух) при введении в систему управления электропечью соответствующих дополнений даёт возможность управлять отклонением дуги и перемешиванием расплава;
- токопроводящей угольной или металлизированной подины. Используется для облегчения зажигания дуги и уменьшения вероятности потери дуги.
Вариант №2 – электропечь постоянного тока с двумя графитированными сводовыми электродами без подового «электрода» и без токопроводящей подины;
Вариант №3 – электропечь постоянного тока с двумя графитированными сводовыми электродами и подовым «электродом» в виде:
- одного центрально расположенного металлического водоохлаждаемого подового электрода;
- нескольких (до 4 шт.) металлических водоохлаждаемых подовых электродов;
- токопроводящей угольной или металлизированной подины.

При предварительном сравнении возможных вариантов исполнения электропечей постоянного тока, используемых для переплава отсевов, можно отметить следующее:
Вариант №1 – электропечь с одним сводовым электродом и подовым «электродом».
Эксплуатация электропечей по варианту №1 по сравнению с электропечами переменного тока показала улучшенные технико-экономические показатели, в частности:
- большую (в 3…5раз) экономию графитированных электродов;
- улучшение качества готового продукта;
- увеличение извлечения из шихты основных и легирующих элементов;
- увеличение производительности и уменьшение удельного расхода электроэнергии;
- более высокую стойкость футеровки стен, а при наличии футерованного свода – и более высокую стойкость футеровки свода;
- уменьшение (до 8 раз) пыле-и газовыбросов, и соответственное уменьшение уноса мелких фракций;
- безопасность и стабильность ведения плавки, улучшение управляемости процессом и т.д.
Однако, при использовании подовых электродов следует иметь ввиду, что уход за подиной в этом случае должен быть более частым (желательно после каждой плавки) и тщательным, что вызвано повышенными требованиями к очистке района подового электрода от шлака и примесей, необходимостью периодического доращивания подового электрода, а также активным перемешиванием расплава не только в горизонтальном направлении по поверхности расплава, а и в вертикальном направлении, охватывающим весь объём расплава. Такое перемешивание является большим преимуществом электропечи, так как благодаря ему достигается высокое качество выплавляемого продукта, равномерность состава и высокая степень восстановления из окислов основных и вспомогательных продуктов плавки. Все процессы в электропечах постоянного тока с подовым электродом протекают значительно быстрее, что даёт в свою очередь возможность увеличения производительности электропечи. При этом, дополнительный уход за подиной полностью компенсируется значительным уменьшением затрат труда на наращивание сводового электрода.

Вариант №2 – электропечь с двумя сводовыми электродами без подового «электрода».
Вариант с двумя сводовыми электродами без подового электрода обеспечивает надёжное зажигание дуги независимо от токопроводности шихты и не требует тщательного ухода за подиной.

Вариант №3 – электропечь с двумя сводовыми электродами и подовым «электродом».
С точки зрения маневренности электропечей и комплексного решения разнообразных задач вариант №3 обеспечивает все достоинства вариантов №1 и №2.
При этом предполагается последовательная работа электропечи:
- в начале плавки (в период зажигания дуги) - работа только на 2-х сводовых электродах (в случае отсутствия электрического контакта с подовым электродом). К работе на двух сводовых электродах можно прибегать и на протяжении плавки в случае необходимости интенсификации горизонтального перемешивания расплава;
- основное время плавки - на одном сводовом и одном подовом электродах;
- в течение плавки при необходимости расширить область воздействия дуги на расплав с сохранением глубинного перемешивания расплава и интенсификации процесса переплава возможна работа с одновременным использованием всех трёх электродов.
В случае использования всех трёх электродов расход графитированных электродов по сравнению с одноэлектродной электропечью увеличивается незначительно (не более чем на 15%).
Вариант №3 при соответствующем ведении плавки является оптимальным с точки зрения эксплуатационных затрат и с технологической точки зрения. С точки зрения капитальных затрат вариант №3 является на 8…10% более затратным.

В качестве примера, приведена техническая характеристика электропечи постоянного тока с двумя сводовыми и одним подовым электродами, разработанной специалистами УкрНИИЭлектротерм, для переплава отсевов ферросиликомарганца, ферросилиция и ШМС с установленной мощностью трансформатора 4,0МВА для ОАО Запорожский завод ферросплавов

Таким образом, УкрНИИЭлектротерм предлагает наиболее экономически выгодное и безопасное с точки зрения охраны окружающей среды решение проблемы рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов, благодаря повышению эффективности использования вторичных ресурсов в производстве.