УКРАИНСКИЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА - ПРОРЫВ К РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИМ ТЕХНОЛОГИЯМ В МЕТАЛЛУРГИИ

Киселева Т.С., Бадулин А.И. (ООО "УкрНИИэлектротерм"), г. Запорожье;
Машьянов В.Г., Саньков С.А., Ковалев Г.В. (ООО "Струмтех, ЛТД"), г. Запорожье;

Преимущества дуговых плавильных электропечей постоянного тока (ДСПТ) по сравнению с дуговыми печами переменного тока (ДСП) и индукционными (ИП) известны и описаны в литературе [1]. Дуговые электропечи постоянного тока ДСПТ находят все большее применение при реализации ряда технологических процессов: производстве стали, чугуна, ферросплавов, выплавке цветных металлов и сплавов, переработке шлаков. Специалисты ООО "Струмтех, ЛТД" с конца семидесятых годов ХХ века занимаются внедрением таких электропечей. В Украине и России, уже при участии ООО "Струмтех, ЛТД", за последние 10 лет введены в эксплуатацию более десяти электропечей ДППТ емкостью от 0,5 т до 12,0 т.

Рис. 1. Дуговая плавильная электропечь постоянного тока ёмкостью 12 т
(Вид на печь со стороны рабочего окна)

В 1997 г. на ОАО "ЗАлК" была введена в эксплуатацию первая в Украине электропечь постоянного тока мощностью 9 МВА для выплавки кристаллического кремния, производительностью 12 т в сутки, которая была построена на базе однофазной печи переменного тока. Многолетняя эксплуатация электропечи подтвердила преимущество перевода электропечи на постоянный ток: расход кварцита снизился на 10%, древесного угля - на 20%, графитированных электродов - на 15-20%, реактивной энергии на 35-40%. Качество выплавляемого кремния улучшилось. Качество потребляемой электрической энергии улучшилось и соответствует требованиям стандартов.

В 1999 г. на ОАО "Запорожабразив" была проведена кампания по переводу однофазной электропечи переменного тока синтеза карбида кремния на питание постоянным током от тиристорного источника мощностью 4000 кВА. В процессе эксплуатации электропечи подтверждено снижение расхода электроэнергии не менее чем на 5%.

С 2002 г. по 2005 г. введены в эксплуатацию три электропечи емкостью: 0,5 т; 3,0 т; 6,0 т на ОАО "Арселор Миттал Кривой Рог", которые успешно эксплуатируются при трехсменном режиме работы при выплавке различных марок чугуна и стали, где также подтверждены все преимущества электропечей постоянного тока:

• снижение расхода графитированных электродов в 3 раза;
• увеличение стойкости футеровки подины и стен;
• уменьшение угара металла и легирующих добавок;
• улучшение экологической обстановки в зоне работы печи.

В 2006 г. на ООО "Ферротрейдинг" г. Запорожье введены в эксплуатацию две электропечи постоянного тока емкостью 12 т с водоохлаждаемым сводом, предназначенные для переработки шлаков, отсевов ферросплавов, лома черных металлов. Удельный расход электроэнергии при переплаве нержавеющего лома достигает 600 кВт*ч/т. Отличительной особенностью печей является их способность адаптации к различным технологическим процессам.

Рис. 2. Дуговая плавильная электропечь постоянного тока ёмкостью 12 т
(Вид на печь со стороны выпуска)

В настоящее время на одном из предприятий Украины вводится в эксплуатацию электропечь ДСПТ-12. Все электротехническое оборудование печи изготовлено на заводах г. Запорожья по разработкам ООО "Струмтех, ЛТД", ОАО "ВИТ", НПП "Преобразователь-Комплекс", а сама печь изготовлена на заводе г. Днепропетровск по разработке ООО "УкрНИИЭлектротерм". Проект размещения и подключения электрооборудования выполнен ЧП "Промэлектропроект".

Благодаря имеющемуся опыту и тесному сотрудничеству участников проекта удалось создать компактную электропечную установку с минимальными габаритами и затратами на приобретение оборудования, строительные и монтажные работы. Электротехническое оборудование расположено в двухэтажном здании с подвалом, которое расположено в непосредственной близости от электропечи и занимает площадь (10х9) м², высота здания 10 м.

Новые технические решения ООО "Струмтех, ЛТД", использованные при разработке силового выпрямительного оборудования, позволили снизить его установленную мощность, значительно сократить массу токоведущих шинопроводов (не более 4,0 т. медного проката), повысить его заводскую готовность и сократить сроки пуско-наладочных работ.

Микропроцессорная система управления выпрямителем и электропечью выполнена на единых конструктивах с применением элементов импортного производства и показала свою высокую надежность, в том числе и в реализованных ранее проектах, в течение многих лет.

Электропечь оснащена водоохлаждаемым сводом и водоохлаждаемыми стенами.

Проведено более 100 опытно-промышленных плавок углеродистых сталей и высокопрочного чугуна с массой завалки от 13,0 т до 16,0 т.

Таблица 1. Технические характеристики ДСПТ-12

С начала 2008 г на одном из предприятий России вводится в эксплуатацию электропечь постоянного тока емкостью 1 т для выплавки ферротитана из природной руды (ильменита), которая в твердом состоянии не проводит электрический ток. Серия опытно-промышленных плавок подтвердила возможность выплавки 30% ферротитана без внепечных технологических процессов.

Следует отметить, что дуговые электропечи постоянного тока по сравнению с дуговыми электропечами переменного тока предъявляют вдвое меньшие требования к мощности питающей энергосистемы благодаря стабильности токового режима и уменьшению толчков тока в питающей энергосистеме (уменьшение фликкер-эффекта в 2-3 раза). Поэтому при модернизации электропечей переменного тока с переводом их на питание постоянным током качество потребляемой электрической энергии только улучшается и не требуется дополнительных мероприятий.

При установке новых дуговых электропечей необходимо учитывать возможности питающей энергосистемы, а в случае не соблюдения требований ПУЭ (2) необходимо предусмотреть использование силовых фильтров высших гармоник и/или быстродействующего тиристорного компенсатора реактивной мощности.

Исходя из вышеизложенного, авторы считают необходимым перевод действующих дуговых печей переменного тока на питание постоянным током. При этом одновременно решаются следующие задачи:

• замена устаревшего изношенного электрооборудования, включая печной трансформатор, шкафы и пульты управления электропечью на современные источники питания постоянного тока и программируемые системы управления электропечью;
• модернизация самой электропечи: упрощение конструкции при переходе на один сводовый электрод с механическим асинхронным электроприводом и один подовый (нерасходуемый);
• улучшение экологической обстановки в рабочей зоне электропечи;
• снижение затрат на мероприятия по обеспечению необходимого, согласно ГОСТ 13109-97, качества потребляемой электроэнергии.

Таким образом, в Украине разработан с использованием новых технических решений и современных комплектующих и введен в эксплуатацию полный комплект оборудования дуговых электропечей постоянного тока емкостью 0,5 т; 1,0 т; 1,5 т; 3,0 т; 6,0 т; 12,0 т, которые по своим техническим характеристикам не уступают зарубежным аналогам. Весь комплект оборудования может быть изготовлен на заводах г. Запорожья. К преимуществам наших электропечей следует отнести, кроме комплектной поставки, их меньшую стоимость, а также разработку проекта установки оборудования, шеф-монтажные и пуско-наладочные работы, гарантийное и постгарантийное обслуживание.