Проект реконструкции плавильного участка обжигового цеха Никелевого завода ЗФ ОАО ГМК "Норильский никель"

Напряжение печи при ее работе необходимо регулировать в довольно широких пределах. В период расплавления, при холодной шихте, дуга в печи неустойчива, коротка, и для увеличения мощности необходимо повышать напряжение. При рафинировании вследствие изменившихся тепловых условий в ванне дуга значительно удлиняется и во избежание выхода из строя футеровки стен и свода ее укорачивают, периодически, ступенчато снижая напряжение на дугах. Это осуществляется путем изменения вторичного напряжения на трансформаторе, в первичной обмотке которого делается несколько отводов, выведенных на переключатель напряжения. На крупных печных трансформаторах их количество составляет около 23. Переключение проводится под нагрузкой без отключения печи.

Автоматический регулятор мощности служит для поддержания мощности дуги на каждой ступени трансформатора. Он устанавливается на каждой фазе, поддерживая неизменным заданное соотношение между напряжением и силой тока фазы, что при постоянном напряжении трансформатора обеспечивает постоянство мощности дуги. Если длина дуги и сила тока дуги изменились, регулятор воздействует на привод перемещения электродов до тех пор, пока не установится заданная мощность дуги.

Крупные современные печи имеют системы удаления и очистки печных технологических газов в соответствии с требованиями промсанитарии.

Таким образом, дуговые сталеплавильные печи являются большими и сложными агрегатами, снабженными рядом механизмов и системой автоматического регулирования электрического режима (Рисунок 2.11).

2.4 Способы совершенствования процесса плавки закиси никеля

Дуговые печи переменного тока РНБ к ОКБ обладают целым рядом существенных недостатков: высокий угар металла, обильные пылегазовыбросы, практическое отсутствие перемешивания расплава, большой угар дорогостоящих графитированных электродов, значительные локальные перегревы расплава, интенсивный шум, резкопеременный характер нагрузок на системы электроснабжения, высокий расход электроэнергии, наличие вредных составляющих в отходящих газах.

В тоже время дуговые печи являются практически единственным оборудованием для производства высококачественного металла из шихты любого качества. С целью улучшения параметров дугового нагрева в мире стали широко внедрять дуговые печи постоянного тока.

В настоящее время наиболее совершенными печами являются дуговые печи постоянного тока нового поколения (ДППТ). В ДППТ использованы современные достижения силовой и управляющей электроники, результаты исследований физики дугового разряда, магнитной гидродинамики, металлургической теплотехники, теории металлургических процессов и основное оборудование с необычно широкими технологическими возможностями, в котором новые конструктивные элементы, режимы работы и процессы образуют единый эффективно действующий комплекс. Благодаря этому отсутствуют основные недостатки альтернативных решений совершенствования процесса плавки закиси никеля [4].

Дуговые печи переменного тока (РНБ и ОКБ) и печи постоянного тока (ДППТ) имеют аналогичные исполнения основных конструктивных элементов, одинаковые схемы загрузки шихты и выпуска металла, для их футеровки используются одни и те же огнеупорные материалы, что позволяет хорошо вписывать ДППТ в существующие технологические линии металлургических цехов, полностью использовать разработанные к настоящему времени технологические процессы плавления и доводки металла.

Механическая (плавильная) часть печи ДППТ состоит из стального футерованного кожуха, свода, который может быть водоохлаждаемым, стен печи, которые могут быть выполнены так же из водоохлаждаемых панелей, механизма наклона печи для слива металла и удаления шлака, механизма перемещения графитированного электрода, механизма подъема и отворота свода или выката ванны для завалки печи шихтой, рабочего окна с дверцей.

В отличие от печей РНБ и ОКБ, ДППТ имеет один вертикально расположенный сводовый электрод, который закреплен в корпусе электродержателя и через отверстие в центре свода введен в плавильное пространство электропечи. Это позволяет выполнять печи ДППТ более газоплотными, чем РНБ и ОКБ. А в подине печи ДППТ устанавливается два и более подовых электрода.

Источник электропитания ДППТ включает в себя трансформатор с несколькими трехфазными вторичными обмотками и то же число секций тиристорного преобразователя с переключателями для последовательного, параллельно-последовательного и параллельного включения, сглаживающие реакторы, теплообменник для охлаждения тиристоров, шкаф управления. Эта схема позволяет всю плавку вести на постоянной мощности переключениями согласуя ток и напряжение источника электропитания с текущими требованиями дугового нагрева.

Одним из основных элементов ДППТ является конструкция токоподвода к шихте. Подовый электрод представляет собой стальную трубу, которая внутри заполнена медью. Нижний торец подового электрода соединяется с токоподводом, выше которого расположены каналы охлаждения. Подовый электрод устанавливается так, чтобы каналы охлаждения были вне кожуха печи, а его основная часть располагалась в нижней трети футеровки подины. К боковой поверхности стальной трубы приварены стальные листы, соединяющие подовый электрод с расплавом. Внутри подового электрода расположены датчики температуры, связанные с системой сигнализации и блокировок.

Подовый электрод имеет практически неограниченный ресурс, так как при смене футеровки меняются только стальные листы, а смена футеровки подины проводится через 2-5 лет. Заправка подины ДППТ отличается от заправки РНБ и ОКБ тем, что в район подовых электродов подают заправочную смесь с металлической высечкой и, перед сливом металла, через расплав на подовые электроды подают 2-5 кг кусковой шихты для «замораживания» его рабочей части и электрического контакта после последующей завалки шихты Подовые электроды допускают многократное использование при заменах подины печи.

В ДППТ расплавляемый металл контактирует только с анодным пятном электрической дуги, а в РНБ и ОКБ на металле попеременно возникают катодное и анодное пятна. Так как плотность тока и удельный тепловой поток в анодном пятне на порядок ниже, чем в катодном, при плавке в ДППТ испаряется значительно меньше металла и шлака и образуется меньше пыли, чем при плавке в РНБ и ОКБ.

В отличие от РНБ и ОКБ в ДППТ ток дуги проходит через расплав от подового электрода на дне ванны к дуговому пятну на ее поверхности, т. е. по всей глубине ванны. При взаимодействии тока с собственным магнитным полем в жидком металле возникают электромагнитные силы, вызывающие его направленное движение и перемешивание, при котором обеспечивается выравнивание полей температуры и концентраций.

Электрическая дуга постоянного тока в ДППТ обеспечивает по сравнению с печами РНБ и ОКБ снижение уровня шума (в среднем на 15 дБ).

ДППТ имеет систему управляемого перемешивания расплава, которая с высокой скоростью выравнивает его температуру и химический состав, многократно увеличивает взаимодействие шлака и расплава, обеспечивает в полной мере передачу энергии электрической дуги в расплав практически без его локального перегрева. Одним из важнейших следствий введения новой системы перемешивания связанной со специальной организацией режимов плавления явилось резкое снижение расхода электроэнергии.

Удельный расход электродов в печах РНБ и ОКБ в 2-3 раза больше, чем в ДППТ, что оказывает определяющее влияние на стоимость 1 тонны металла, которая меньше при выплавке в печах постоянного тока.

ДППТ превосходят по своим показателям наиболее широко применяемые индукционные и канальные печи. ДППТ отличается от других типов печей высокой мобильностью: из них производиться как полный, так и частичный слив металла, они могут быть в любой момент отключены и снова запущены в работу, могут работать в различных режимах, причем время запуска печи в работу составляет несколько минут.

Также существует возможность совместно с ДППТ использовать дуговые миксеры постоянного тока ДМПТ, предназначенные для повышения качества выплавляемого металла, увеличения выхода годного, снижения затрат по переделу и улучшения экологической обстановки в цехе и на прилегающей территории. Конструктивно механическая часть миксера ДМПТ не отличается от механической части печи ДППТ, за исключением отсутствия механизма подъема-отворота свода и уменьшенной высоты печного пространства. Миксер снабжен механизмом наклона, позволяющим вести слив расплава через сливной носок и скачивание шлака - через рабочее окно, расположенное с другой стороны миксера напротив сливного носка. Через рабочее окно есть возможность вести завалку шлакообразующих и легирующих материалов, вести обслуживание рабочего пространства миксера, замеры температуры металла, отбор проб и др. Заливка расплава в миксер проводится также через рабочее окно с помощью отворотного желоба.

2.5 Обоснование замены печей РНБ-5500 на печь ДППТУ-25 и ДМПТУ-25

В проекте предусмотрено введение в эксплуатацию печи постоянного тока нового поколения (ДППТ-25) и дугового миксера постоянного тока универсального (ДМПТ-25), созданной на базе действующей печи переменного тока редукционной наклонной бочки (РНБ -5500). Новая печь имеет по сравнению с действующей следующие преимущества:

1) один электрод; снижаются затраты на приобретение электродов (1 т электродов стоит 34460 руб.);

2) снижение уровней пылегазовыбросов в 10-20 раз;

3) более высокое извлечение металла;

4) меньшее потребление промышленной воды;

5) лучший тепловой баланс печи, что обусловлено вертикальным направлением электрической дуги.

6) за счет возможности использования магнитогидродинамического перемешивания улучшается качество выплавляемого металла.

8) экономия энергетических ресурсов.

В результате внедрения ДППТУ-25 и ДМПТУ-25 улучшились технологические показатели, представленные в таблице 3.

Таблица 2.1 - Технические показатели плавки в печах РНБ - 5500

(аналог) и ДППТУ - 25 + ДМПТУ-25 (проект)

* - расход приведен на 1 тонну никеля в анодах

Заключение

Проект реконструкции плавильного участка обжигового цеха Никелевого завода ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель»», включающий замену печей переменного тока РНБ-5500 на дуговую печь постоянного тока ДППТУ-25, для плавки полувосстановленной закиси никеля, в сочетании с дуговым миксером постоянного тока ДМПТУ-25, предназначенным для отстаивания и доводки металла, может показать свою высокую эффективность.

В первую очередь у проекта высокая экономическая эффективность.

Помимо этого, благодаря использованию вертикальной дуги и магнитогидродинамического перемешивания достигается увеличение извлечения металла с 98,8% до 99,5%, увеличивается выход годного за счет лучшего разделения металлической и шлаковой фаз, улучшается гранулометрический состав анодов. Все это снизит потери металла со шлаком и материальные потоки как в цехе, так и в целом по заводу.

Не стоит забывать про экологическую обстановку в цехе и за его пределами. Использование дуговых печей постоянного тока практически исключает угар металла, значительно снижает пылевыбросы, и, что тоже не маловажно для производственных рабочих, снижает уровень шума на рабочих местах.

На сегодняшний день данная технология является оптимальной для передела электроплавки закиси никеля. Дуговые печи постоянного тока и дуговые миксеры постоянного тока являются современным оборудованием для электроплавки, проведенная модернизация благоприятным образом повлияет на престиж компании, и улучшит отношение рабочих и местного населения к заводу.

Список использованных источников

1. Резник, И.Д. Никель: Т. 1.: монография / И. Д. Резник, Г. П. Ермаков, Я. М. Шнеерсон - М.: ООО Наука и технология, 2000. - 384 с.

2. Резник, И.Д. Никель: Т. 3.: монография / И. Д. Резник, Г. П. Ермаков, Я. М. Шнеерсон - М.: ООО Наука и технология, 2003. - 608 с.

3. Ванюков, А. В. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Учебник для вузов / А. В. Ванюков, Н. И. Уткин. - Челябинск, Металлургия, Челябинское отделение, 1988. - 432 с.

4. Худяков, И. Ф. Металлургия меди, никеля и кобальта: Т .2.: учебное пособие / И.Ф. Худяков, А.И. Тихонов, В.И. Деев, С.С. Набойченко. - М: Металлургия, 1977. - 259 с.

5. Кайтмазов, Н. Г. Производство металлов за полярным кругом. Технологическое пособие / Н. Г. Кайтмазов. - М: Антей лимитед, 2007г. - 295с.

6. Майзель, Е.И. Электроплавка закиси никеля на гранулированный никель и аноды. Пособие для рабочих и мастеров / Е. И. Майзель. - М: Металлургия, 1970. - 109 с.

7. Производство чернового анодного никеля в печах РНБ и ОКБ. Технологическая инструкция 44577806.14.54-10-2010. Норильск, 2010. - 102с.

8. Данилов, М. П. Определение режима магнитной сепарации никелевого шлака анодных печей / М. П. Данилов, Н. В. Негрей, Э. В. Данченко, А. Ф. Белостоцкий // Цветные металлы. - 2010. - № 6. - С. 39 - 42.

9. Самохвалов, Г. В. Металлургические электропечи / Г. В. Самохвалов, М. В. Темлянцев, Н. В. Темлянцев. - М.: Теплотехник, 2009. - 300 с.

10. Малиновский, В. С. Дуговые печи нового поколения / В.С. Малиновский, Л.В. Ярных // Металлургия машиностроения. - 2001. - № 1. - С. 2 - 13

11. Окороков, Г.Н. Некоторые особенности дуговых печей постоянного и переменного тока как металлургических агрегатов / Г. Н. Окороков, М. М.

Крутянский // Электрометаллургия. - 2003. - № 6. - С.15 - 18.

12. Пат. 2104450 Российская Федерация, МПК F27B3/08, C22B9/21. Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществления / В. С. Малиновский; заявитель и патентообладатель В. С. Малиновский. - № 95100068/02; заявл. 04.01.95; опубл. 10.02.98. - 2 с.

13. Пат. 2112187 Российская Федерация, МПК F27B3/10, H05B7/06. Подовый электрод электропечи / В. С. Малиновский; заявитель и патентообладатель В. С. Малиновский. - № 96105149/02; заявл. 13.03.96; опубл. 27.05.98 - 2 с.

14. Пат. 2109073 Российская Федерация, МПК C21C5/52. Способ плавки металла в дуговой печи постоянного тока / В. С. Малиновский; заявитель и патентообладатель В. С. Малиновский. - № 96107727/02; заявл. 12.04.96; опубл. 20.04.98 - 1 с.

15. Пат. 2048662 Российская Федерация, МПК F27B3/08, C22B9/20. Способ электроплавки и дуговая печь для его осуществления / В. С. Малиновский, А. Ю. Чудновский, М. М. Липовецкий; заявитель и патентообладатель В. С. Малиновский. - № 5039390/02; заявл. 31.03.92; опубл. 20.11.95 - 2 с.

16. Афонаскин А. В. Результаты первого этапа освоения дугового плавильного агрегата постоянного тока нового поколения на ОАО «Курганмашзавод» / А. В. Афонаскин // Литейное производство. - 2000. - № 11. - С. 20 - 23.

17. Мастрюков, Б. С. Расчеты металлургических печей: Т. 2. / Б. С. Мастрюков - М: Металлургия, 1986. - 376 с.

18. Старк, С.Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве / С. Б. Старк - М: Металлургия, 1990. - 399 с.

19. Электронный каталог [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.metran.ru. - Загл. с экрана.

20. Электронный каталог [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://www.faza.spb.ru. - Загл. с экрана.

21. Осипова, В. А. Автоматическое управление металлургическими процессами: пособие по курсовому и дипломному проектированию / В.А. Осипова, В.П. Тихонова, А.А. Дружинина, Н.В. Фёдорова. - Красноярск : ИПК СФУ, 2009. - 132 с.

22. Лапаев, И. И. Автоматизация технологических процессов и производств: метод. указания к практическим занятиям / И. И. Лапаев. - Красноярск: ИПК СФУ, 2009. - 68 с.

23. Кокорин, В. С. Основы проектирования и строительное дело: Метод. указания к практическим занятиям для студентов спец. 110200 «Металлургия цветных металлов» / B.C. Кокорин, Н.В. Марченко. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2002. - 36 с.

24. Богданова, Э. В. Безопасность жизнедеятельности в дипломном проектировании: метод. указания по выполнению раздела «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей очного и заочного обучения / Э.В. Богданова, В.А. Гронь, Л.С. Максименко, А.Г. Степанов. - Красноярск, 2007. - 27 с.

25. Стрекалова, В. А. Безопасность жизнедеятельности: метод. указания к лабораторным работам для студентов всех специальностей / В. А. Стрекалова, В. А. Гронь, А. Г. Степанов, Э. В. Богданова, В. В. Коростевенко. - Красноярск: ГУЦМиЗ, 2005. - 52 с.

26. Мандричко, Т.М. Управление производством в цветной металлургии: Метод. указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 150102 « Металлургия цветных металлов» всех форм обучения / Т.М. Мандричко. - Красноярск: СФУ, 2010 - 56 с.

Размещено на Allbest.ru