Повышение эффективности электроплавки стали путем непрерывной загрузки шихты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Черняховский, Борис Петрович

• Черняховский, Борис Петрович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черняховский, Борис Петрович

Введение

Глава 1. Развитие электроплавки стали в электродуговых печах

1.1. Роль электроплавки на современном этапе развития электросталеплавильного производства.

1.2.Новое поколение электродуговых печей.

1.3. Электроплавка с непрерывной загрузкой шихты.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Анализ энерготехнологических преимуществ электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты.

2.1. Интенсификация расплавления шихты.

2.2. Стабилизация энерготехнологического режима.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Оценка экономических и экологических преимуществ процесса.

Ш 3.1. Экономическая эффективность процесса.

3.2. Экологическая эффективность процесса.

Выводы по главе 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности электроплавки стали путем непрерывной загрузки шихты»

В мировой и отечественной черной металлургии происходят радикальные изменения в направлении роста выплавки электростали и увеличении числа компактных электросталеплавильных мини-заводов и комплексов, которые связаны с высокой конкурентоспособностью новых металлургических технологий.

Нарастающий успех электрометаллургии в массовом производстве стали определяется инновациями - внедрением новых научно-технических разработок - на стыке электротермии и металлургии, образующих электрометаллургию, и связан, прежде всего, с созданием нового поколения электродуговых печей (ЭДП) и новых электросталеплавильных технологий. Это явилось основной причиной радикального сокращения расхода технологической электроэнергии и электродов и существенного улучшения технологических, экологических и экономических показателей электросталеплавильного процесса.

Сравнивая прирост производства всей стали с приростом производства электростали в период 1980-2000 г.г., можно оценить долю инновационной составляющей в форсированном развитии электросталеплавильного производства: по нашим расчетам ускорение развития электросталеплавильного производства в период 1970-2000 г.г. на 7580% происходило за счет инноваций, т.е. внедрения новых технологических, конструкторских и планировочных решений. Ведущие производители стальной продукции рассматривают электрометаллургию как наиболее современную и эффективную технологию массовой выплавки стали.

Электроплавка в высокомощных высокоимпедансных ЭДП последнего поколения достигла практического предела энерготехнических возможностей при работе по традиционной технологии с порционной загрузкой шихты: плавление шихты за 22-24 мин, ультравысокая мощность до 200 МВт, вводимая на ступенях вторичного напряжения выше 1000 В, годовая производительность одного агрегата до 2 400 тыс. т.

Развитие электроплавки стали продолжается на основе новых энерготехнологических решений, направленных на дальнейшее усиление процессов энерго- и ресурсосбережения и защиты окружающей среды. Новый импульс для усиления внимания производителей стали к электрометаллургическим технологиям дает Киоткий протокол, подписанный Россией в 2005 г., поскольку черная металлургия является одной из отраслей, дающих заметную долю эмиссии парниковых газов в национальной квоте. Именно такие экономически и экологически эффективные технологии, как электрометаллургия, обладают высокой конкурентоспособностью в современной мировой металлургии.

Для оценки дальнейших перспектив отечественной электрометаллургии важно рассмотреть преимущества новых электросталеплавильных технологических процессов, которые внедряются на ряде металлургических заводов в США, странах Европы и Азии, имеют высокий потенциал дальнейшего развития в мировой практике и могут быть с успехом использованы на отечественных металлургических заводах и комбинатах.

Электроплавка стали при непрерывной загрузке шихты, когда электрические дуги в течение всей плавки горят на «плоском» зеркале жидкой ванны, может рассматриваться как электросталеплавильная технология такого рода, которая является весьма привлекательной для российской черной металлургии.

В этой связи представляется необходимым изучить и обосновать технологические, энергетические, экономические и экологические преимущества новой технологии по сравнению с традиционной электросталеплавильной технологией с порционной загрузкой шихты.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Черняховский, Борис Петрович

Общие выводы

1. Нарастающий успех электрометаллургии в массовом производстве стали обеспечивается инновациями - внедрением новых научно-технических разработок - на стыке электротехники и металлургии, образующих электрометаллургию, и связан с созданием нового поколения электродуговых печей (ЭДП), и переходом на энергосберегающие режимы ведения плавки, поскольку эти режимы являются неотъемлемой составляющей современной электросталеплавильной технологии.

Инновационные решения в области ЭДП учитывают энерготехнологическую природу электроплавки и направлены на увеличение вторичного напряжения печных трансформаторов и использование в электрическом контуре системы электропитания печей дополнительных реакторов для повышения общего сопротивления (импеданса) и устойчивости горения дуг на повышенных напряжениях и пониженных рабочих токах.

Высокомощные высокоимпедансные ЭДП последнего поколения достигли практического предела технических возможностей при работе по традиционной технологии с порционной загрузкой шихты: плавление шихты за 22-24 мин, ультравысокая мощность до 200 МВт, водимая на ступенях напряжения выше 1000 В, производительность одного агрегата до 2 400 тыс. т/год

2. Развитие электросталеплавильного процесса продолжается на основе новых энерготехнологических решений, направленных на энерго- и ресурсосбережение и защиту окружающей среды. Электроплавка стали при непрерывной загрузке шихты, когда электрические дуги в течение всей плавки горят на «плоском» зеркале жидкой ванны, может рассматриваться как одна из перспективных электросталеплавильных технологий такого рода.

Исследования на 75-т ЭДП с системой непрерывной загрузки шихты Констил на заводе ОРИ Мартин показали, что новая технология обеспечивает снижение расходов по переделу за счет использования более дешевого скрапа, сокращения потребления энергии, расходуемых материалов, трудозатрат и затрат, связанных с защитой окружающей среды.

Электроплавка стали при непрерывной загрузке шихты обладает значительным потенциалом развития в мировой металлургии, о чем свидетельствует внедрение нового процесса на ряде металлургических заводов в США, странах Европы и Азии.

3. Энерготехнологические преимущества электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты в жидкую ванну по сравнению с электроплавкой стали с порционной загрузкой шихты заключаются в следующем:

Технологические преимущества проявляются в сокращении продолжительности плавки и повышении производительности электродуговой печи за счет устранения «холодного начала» плавки и одновременного протекания процессов расплавления и растворения скрапа при его погружении в жидкий металл и более раннем формировании активного шлака, необходимого для протекания металлургических реакций.

Разработана модель процесса «плавление-растворение» скрапа в жидкой ванне по схеме «намораживание корочки расплава на холодном скрапе - плавление намерзшей корочки - переход в расплав основной массы скрапа». Расчетами по модели определены предельные габариты скрапа, который может быть загружен в крупнотоннажную электропечь без замораживания жидкой ванны. Результаты расчета достаточно хорошо совпадают с практическими данными.

Энергетические преимущества проявляются в более высокой доле активной мощности, отбираемой электродуговой печью от печного трансформатора в ходе горения дуг на зеркале жидкой ванны, в снижении уровня шума от электрических дуг, в меньшем отрицательном воздействии печи на энергосистему за счет стабилизации энерготехнологического режима.

Определены условия стабильного и малошумного процесса электроплавки стали при горении дуг на зеркале жидкой ванны. Выбранный энерготехнологический режим обеспечивает высокую интенсивность нагрева металла, теплофизическую устойчивость горения дуг, надежность работы регулятора мощности. Такой режим позволяет сократить расход электроэнергии и повысить стабильность энергетической работы электросталеплавильного агрегата.

4. Экономические преимущества электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты определяются возможностью увеличения в металлошихте доли более дешевого легковесного скрапа; сокращением удельных расходов энергоносителей и электродов, снижением затрат на технологическую электроэнергию при расчетах с энергосистемой за счет более полного использования мощности печного трансформатора.

Выполнены расчеты экономической эффективности проекта внедрения технологии электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты на 75-т ЭДП производительностью 700 тыс.т в год для условий Уральского региона, которые подтверждают экономическую эффективность процесса. Проект обладает хорошей устойчивость при риске роста инвестиций до 50 %, границы безубыточности находятся в пределах оптимального уровня. Срок окупаемости инвестиций на внедрение нового процесса значительно лучше среднего срока окупаемости металлургического оборудования в отрасли. В перспективе снижение выбросов СОг при электрплавке стали с непрерывной загрузкой шихты может существенно увеличить экономическую эффективность процесса за счет учета в себестоимости электростали «киотской» составляющей.

Предварительная оценка экономической эффективности новой технологии показала, что электродуговые печи с непрерывной загрузкой шихты могут найти место на российских металлургических и машиностроительных предприятиях, особенно в промышленных регионах страны, где имеется в достаточном количестве металлический лом, электроэнергия и остро стоят проблемы защиты окружающей среды.

5. Экологические преимущества электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты проявляются, прежде всего, в снижении эмиссии отходящих газов из-за отсутствия газокислородных горелок для интенсификации плавки. Использование первородных железосодержащих материалов в шихте дает дополнительные экологические преимущества новой технологии перед традиционными сталеплавильными технологиями.

С позиций природоохранного законодательства электроплавка стали с непрерывной загрузкой шихты может быть отнесена к категории наилучших существующих технологий, основанных на последних научно-технических достижениях и направленных на снижение негативного воздействия на окружающую среду. При оценке перспектив развития таких технологий следует в полной мере учитывать их экологическую эффективность, т.к. при их внедрении можно претендовать на льготы и средства из национальных и международных экологических фондов в соответствии с механизмами Киотского протокола:

Экологические преимущества новой технологии смогут обеспечить дополнительные экономические выгоды при ее внедрении:

- повышение инвестиционной привлекательности проектов модернизации производства;

- получение дополнительной прибыли за счет продажи единиц сокращения эмиссии;

- финансовая помощь в реализации проектов по механизмам Киотского протокола;

- дополнительное обеспечение кредитов на реализацию проектов путем переуступки прав на продажу единиц сокращения эмиссии банкам - кредитором.

6. Электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты представляет собой заметный этап в развитии электросталеплавильного производства. На основе этого процесса разрабатывается новая комбинация металлургических переделов для выплавки стали, стратегической целью которой является выход на рынок с экологически чистой инновационной металлургической технологией в тот момент, когда наступит ожидаемое ужесточение природоохранного законодательства.

Развитие электросталеплавильных технологий по пути «ЭДП обычной мощности -высокомощная ЭДП - энергосберегающая высокоимпедансная ЭДП нового поколения -ЭДП с системой непрерывной загрузки шихты» показывает, что с увеличением возраста технологий уменьшается их эффективность, и необходимо своевременно производить перераспределение ресурсов на разработку новых вариантов технологий с более высоким потенциалом развития, чтобы своевременно распознать и подготовиться к технологическим скачкам, которые ведут к замене существующих технологий. Традиционная привязанность к существующим зрелым технологиям в долгосрочном плане неизбежно ведет к технологическому отставанию.

7. Электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты - пример инновационной металлургической технологии, когда новые разработки были выведены на рынок и получили платежеспособный спрос. В развитии электросталеплавильного производства происходит очередной «технологический рывок».

Итоги и перспективы развития ЭДП и электросталеплавильного производства показывают сложный путь инновационного процесса от возникновения технической идеи до ее реализации и выхода на рынок современных технологий и оборудования, содержащих новые знания. Новые технологические решения приводят к радикальным изменениям в сталеплавильном производстве. Можно утверждать, что современные электросталеплавильные технологии готовы ответить на вызовы XXI века.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черняховский, Борис Петрович, 2006 год

1. Амелинг Д. Черная металлургия на подъеме. Черные металлы, ноябрь 2004г., с.56-60

2. Овчинников С.Г., Смоляренко В.Д., Черняховский Б.П. Инновационные процессы -основа развития современной металлургии. Металлург. №7,2005, с. 6-12

3. Н. Блейджендааль. Влияние производителей металлургического оборудования на инновационное развитие сталеплавильного производства. Электрометаллургия, №12, 2004, с.2-6.

4. Смоляренко В.Д., Овчинников С.Г., Черняховский Б.П. Опережающие темпы развития электрометаллургии стали. Сталь, №3.2005г.

5. Haissig М., Fuchs G., Auer W. EAF technology beyond the year 2000. MPT International, №1, 1999, p.56-63

6. Bleijendaal N. The changing role of engineer and equipment supplier in the steel oindustry. Millennium Steel Publishing, London, 2004, p. 14-18

7. Мюллер Ф. Электросталеплавильное производство в начале XXI века. Сталь №11,2004г., с. 31-34.

8. Смоляренко В.Д., Овчинников С.Г., Черняховский Б.П. Современное состояние и перспективы развития ЭДП для выплавки стали. Сталь, №2,2005г.

9. Treppschuh F., Badusch L., Fuchs H., Schubert V., Schaefers К. New technologies in electric steelmaking applications and performance. Stahl und Eisen № 2,2003, c. 53-56.

10. Материалы семинара «Инновационное развитие электросталеплавильного производства». ОАО ВНИИЭТО. Постоянный семинар по электроплавке и электропечам. Москва, март 2004г. 56 с.

11. Попов А.Н., Овчинников С.Г. Развитие электросталеплавильного производства на основе инноваций. Доклад на конференции «Новые материалы и технологии в черной и цветной металлургии», 3-я Международная неделя металлов, М., март 2005г.

12. Материалы семинара «Современная ДСП как энерготехнологический агрегат». ВНИИЭТО. Постоянный семинар по электроплавке и электропечам. Москва, март 2003г.

13. Г. А. Лопухов. Применение кислорода в дуговых сталеплавильных печах. Электрометаллургия № 3,2005г.

14. Казаков С.В., Спирин Д.В. Седьмая европейская конференция по электрометаллургии. Электрометаллургия, №12,2002. с. 37-42

15. Свенчанский А.Д., Смелянский М.Я. Электрические промышленные печи. Часть вторая. Дуговые печи. М. «Энергия», 1970г.

16. Смоляренко В.Д. Высокомощные дуговые сталеплавильные печи. М., «Энергия», 1976г., 104 с.

17. Спелицин Р.И. Исследование заглубления электрической дуги в жидкую ванну в условиях высокомощных ДСП. Электротермия, 1975, вып. 12, с. 10-11.

18. Wunsche Е., Sinkoe R. EAF steelmaking with quasisubmarged arcs and foamy slags. Iron and steel Engineer, April 1984, p. 35

19. Смоляренко A.B. Анализ инновационных особенностей электрометаллургических мини-заводов и оценка их инвестиционной привлекательности. Кандидатская диссертация. М., МИСИС. 2000 г.

20. Явойский В.И. Теория процессов производства стали. М.: Металлургиздат, 1963г. 423с.

21. Ефроймович Ю.Е. Оптимальные электрические режимы дуговых сталеплавильных печей. М. Металлургиздат. 1956 г.

22. Соколов А.Н. Рациональные режимы ДСП. М. Металлургиздат, 1960 г.

23. Окороков Г.Н., Крутянский М.М. Некоторые особенности дуговых печей постоянного и переменного тока как металлургических агрегатов. Электрометаллургия, №6,2003г.

24. Никольский JI.E., Смоляренко В.Д., Кузнецов JI.H. Тепловая работа дуговых сталеплавильных печей. М., «Металлургия», 1981г.,328 с.

25. Ефроймович Ю.Е. Связь между электрическими и тепловыми процессами в ДСП. Электричество №9,1962, с.72-77.

26. Кручинин A.M., Савицки А. Расчет рабочего тока и сопротивления дополнительного реактора ДСП. Электрометаллургия, №3,2002 г., с.27-32

27. Мейксон В.Г., Рабинович B.JI. Электропечные трансформаторы для современных 100т ДСП. Электрометаллургия, №6,2003г., с. 17-19

28. Ахметшин Н.Ф., Зинуров И.Ю., Галян B.C., Киселев А.Д., Шумакков A.M. Выбор параметров трансформатора высокомощной ДСП с реактором, последовательно включенным реактором в питающую сеть. Электрометаллургия, №6,2003г., с. 21-23

29. Нархольц Т., Виллемин Б. Дуговая печь серии Ultimate компании ФАИ Фукс начало нового этапа в развитии электросталеплавильного производства. «Сталь», №11, 2004г. с.35-37

30. Семинар фирмы ФАИ Фукс «Сталь инвестиции в будущее» для металлургов России и стран СНГ, июнь 2004г., Германия - Италия. Электрометаллургия, №10,2004г. с.47

31. Амелинг Д., Хеманн Р. Торговля правами на выбросы: система квотирования и промышленность. Черные металлы, сентябрь 2004г., с.62-65.

32. Киотский протокол вступил в действие. Электрометаллургия, №6,2005г., с.47

33. Lombardi Е. Argenta P. The process and environmental benefits of Consteel. Доклад фирмы Tecnint на 2-й ближневосточной конференции по сталеплавильному производству. Дубай, декабрь 1999г.

34. Аргента П., Бианчи Ферри М. Выплавка электростали с непрерывной загрузкой горячей шихты. Электрометаллургия, №5,2003, с.27-34

35. Ломбарди Э., Арджента П. Энерготехнологические преимущества работы ЭДП с системой Consteel. Электрометаллургия, №6,2004г., с.41-47

36. Черняховский Б.П. Гибкий процесс производства электростали на заводе Ори Мартин. Электрометаллургия, №3,2004г., с.40-43

37. Klein К. Low emission, high productivity EAF operation. Сообщение на конференции «Металлургия вчера, сегодня, завтра». Швеция, июнь 1997г.

38. Argenta P., Ferri М. В. Путь к замене кислородного конвертера на ЭДП. Доклад на VII Конгрессе сталеплавильщиков, Магнитогорск, 15-17 октября 2002г.

39. Wagener F. Reality check for mini steel plant. Отчет компании Technometal для завода US Steel, Duisburg 1995.

40. Референц-лист компании Techint Technologies. Intersteel Technology «Consteel», сентябрь 2003г.

41. Черняховский Б.П., Глинков Г.М., Смоляренко В.Д. Технологические преимущества электроплавки стали с непрерывной загрузкой шихты. Электрометаллургия, №7 2005г., с.3-8

42. Черняховский Б.П., Кручинин A.M., Смоляренко В.Д. Энергетические преимущества электрплавки стали с непрерывной загрузкой шихты. «Электрометаллургия», № 5, 2005, с. 14-18.

43. Di Donato A., Volponi V., De Miranda U. Development of flexible operating practices to produce steel with Consteel EAF process in ORI Martin plant. Публикация компании Techint Technologies, Венеция, май 2002 г.

44. Argenta P. The process and environmental benefits of Consteel.

45. Доклад фирмы Compania Tecnica Internazionale, представленный на конференции «3rd Annual Middle East Steel Congress», ОАЭ, декабрь 2000г.

46. Бигеев A.M., Бигеев В.А. Металлургия стали. Теория и технология плавки сталей. Магнитогорск, МГТУ, 2000г., с.75-79

47. Глинков Г.М., Банст В.Я., Меджибожский М.Я., Сельский В.И. Плавление холодного стального лома в перегретом железоуглеродистом расплаве. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1972, № 3, с 62-64.

48. Глинков М.А., Скороход Б.М., Глинков Г.М. Моделирование плавления холодного скрапа в жидкой ванне мартеновской печи. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1974, №3, с 174-177.

49. Глинков Г.М., Смирнов В.И., Василевицкий А.В., Скороход Б.М., Крейндлин П.Н. Исследование на математической модели плавления скрапа в сталеплавильном агрегате непрерывного действия. Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1976, № 6,с 141-144.

50. Сисоян ГА.Электрическая дуга в электрической печи. М.: Металлургия , 1974г. 348 с.

51. Стадниченко Д.В. Изучение деазотации стали. Кандидатская диссертация. МИСиС, М.: 2000г.

52. Krouchinin A.M., Sawicki A. A Theory of Electrical Arc Heating. The publishing office of Technical Univesity Censtochowa, 2003, 174 s.

53. Артемов В.И., Левитан Ю.С., Синкевич О.А. Неустойчивость и турбулентность в низкотемпературной плазме. М.: Изд-во МЭИ, 1994,412 с.

54. Миронов Ю.М., Миронова А.Н. Электрооборудование и электроснабжение электротермических, плазменных и лучевых установок. М.: Энероиздат, 1991, 376 с.

55. Krouchinin A.M., Sawicki A. Piece i urzadzenia lukowe. Widawnictwo Politechiki Czenstochowskiej, Censtochowa. 2000, 196 s.

56. Кун P. Методы и средства по оптимизации работы ЭДП. Черные металлы, ноябрь 2004г., с.47-5357. «Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования» (вторая редакция), Теринвест, М. 1999 г.

57. Цырук С.А., Киреева Э.А., Кондратов А.В. Тарифная политика и потребители электрической энергии. Электрометаллургия, № 6,2004 г.

58. Крейнин Е.В. Парниковый эффект: причины, прогнозы, рекомендации. Экология и промышленность России, июль 2005г., с. 18-23

59. Рогинко С.А. Киотский протокол: уроки и задачи. Экология и промышленность России, февраль 2005г., с.4-7

60. Битюкова В.Р. Экологическая цена промышленного роста в России. Экология и промышленность России, июль 2005г., с.8-11

61. Симонян JI.M. Экологически чистая металлургия. М.: Изд. МИСИС, 2001г., 235с.

62. Материалы семинара «Защита окружающей среды в металлургии: современные электросталеплавильные комплексы и ликвидация мартеновского производства». ВНИИЭТО. Постоянный семинар по электроплавке и электропечам. Москва, март 2002г.

63. Анохин A.M., Введенская Т.Е. Всемирный саммит по устойчивому развитию в Иоханессбурге. Вестник экологического образования России, 2002г. №3, с. 3-10

64. Киотский протокол важнейший экологический документ современности. Электрометаллургия, № 2,2005 г.

65. Trailer D. Greenhouse gas emissions and the Iron & Steel industry. Информация фирмы VAI, Линц, Австрия, июнь 2005г.67. «Об охране окружающей среды». Закон РФ от 10.01. 2002г. № 24-ФЗ

66. ГОСТ Р ИСО 14001-98 Системы управления окружающей средой. Госстандарт, 1998г.

67. Погорелова В.Б. Особенности управления инвестиционной деятельностью предприятия с учетом фактора экологичности. Кандидатская диссертация. М.: ГАСИС. 2003 г.

68. Tanaka Н., Raggio С. The new way of Ironmaking. Metec 2003, Dusseldorf, June 16-23

69. Tanaka H. Reduction of CO2 emission and future steelmaking process. IJIS, July 1993.

70. Мини-заводы экологический успех. Интрнет-сайта фирмы Nucor «Recycled Steel: An environmental success. Январь 2004г.

71. Мини-заводы фирмы NUCOR. Информационные материалы Постоянного семинара по электроплавке и электропечам. Москва, 2005г.

72. Материалы семинара «Мини-заводы нового поколения: развитие на основе инноваций». ВНИИЭТО. Постоянный семинар по электроплавке и электропечам. Москва, февраль 2005г.

73. Raggio С. Clean technologies for steel industrie. Millennium Steel Publishing, London, 2005, p.81-84

74. Дитер И., Шнайдер Г. Технологический маркетинг М.: Янус- 2003 478с.