yandex.metrica
Общая металлургия

Современное состояние производственных мощностей Украины

В настоящее время электроферросплавное производство в Украине сосредоточено на трех заводах: Никопольском, Запорожском и Стахановском. Общая характеристика этих предприятий может быть представлена следующим образом (табл.3.1).

Общая характеристика ферросплавных мощностей Украины

Становление и развитие ферросплавных заводов Украины происходило в рамках общесоюзной программы черной металлургии, поэтому ниже приводится характеристика предприятий в порядке их ввода в строй действующих.

Запорожский завод ферросплавов

Строительство завода было начато в 1931 году с учетом ввода в эксплуатацию Днепровской ГЭС и наличия в регионе огромных запасов марганцевых руд Никопольского месторождения. Кроме выплавки марганцевых ферросплавов предусматривалась организация производства кремнистых и хромистых ферросплавов.

Основное развитие завода происходило после Отечественной войны 1941-1945 г.г. В настоящее время завод представлен четырьмя основными технологическими цехами №№ 1, 2, 3, 4 (табл.3.2), в состав которых входит 29 единиц основного оборудования (без двух сталеплавильных печей ДСП-1,5) суммарной установленной мощностью 440 МВ×А.

Характеристика основного оборудования ОАО “Запорожский  завод ферросплавов”

Среднегодовая производственная мощность завода составляет 504,5 тыс.тонн ферросплавов из которых примерно по 40% приходится на крупнотоннажные сплавы (ферросиликомарганец и ферросилиций).

В соответствие с классификацией, ферросплавные цехи ЗФЗ постройки первых пятилеток и послевоенных лет вплоть до 1980 г. характеризуются разнотипностью оборудования, функционально не связанного друг с другом, загроможденностью цехов, низким уровнем механизации и тяжелыми условиями труда. Устранение этих недостатков возможно только путем коренной реконструкции предприятия. Наиболее свежим примером в этом плане может служить реконструкция цеха № 3.

С момента начала реконструкции в 1994 г. к настоящему времени завершен первый ее этап с вводом в эксплуатацию двух новых электропечей (№ 27 и 28) с относящимся к ним печным, крановым и технологическим оборудованием.

Реконструкция цеха представляет собой, по существу, поэтапное строительство нового цеха, так как заменяются не только электропечи, оборудование, газоочистка, но и на 10 м расширяется разливочный пролет, а его высота увеличивается на 2,5 м. Увеличивается также на 4,0 м высота печного пролета. Конструкция фонаря спроектирована с учетом розы ветров, что улучшает аэрацию цеха.

Две новые электропечи имеют более высокую мощность печных трансформаторов (7000 кВ×А) фирмы АВВ (Швеция) с меньшими электрическими потерями холостого хода и позволяют переключать ступени напряжения под токовой нагрузкой. Каждая ванна печи установлена на тележке, что позволяет ее выкатывать и заменять новой перефутерованной. Это обеспечивает сокращение простоев печи при замене футеровки и профилактических ремонтах с 4 суток до 8 ч. С целью исключения применения кислорода для прожига летки, печи оборудованы бурмашинами. На печах новой конструкции впервые применен механизм вращения ванны, что создает условия для качественного обслуживания их футеровки. Новые печи оборудованы гибкими водоохлаждаемыми пакетами короткой сети, которая с использованием кабеля МГ-500 стала на 2 м короче прежней  конструкции, что снижает потери электроэнергии. Вместо электромеханического привода перемещения электродов применен гидравлический. С этой целью сооружена гидравлическая станция многофункционального назначения с применением негорючей рабочей жидкости в гидроустановках электропечей и разливочных машин.

В разливочном пролете устанавливаются четыре мостовых крана фирмы “Mannesmann Demag” грузоподъемностью 50/12,5 т и один 125 т, а также консольные краны грузоподъемностью 3,2 т. Они оборудованы электронными устройствами для взвешивания груза. На последующих этапах реконструкции предусматривается установка в разливочном пролете карусельной машины фирмы “Mannesmann Demag”. Существенно улучшится система дозированная подачи шихтовых материалов с использованием электронновзвешивающих элементов и выдачи сдозированной шихты к печам.

Коренной реконструкции подвергнута система газоочистки пылегазовых образований при выплавке МФШ, металлического марганца, среднеуглеродистого ферромарганца и их разливке. Вместо существующих электрофильтров на всех печах установлены рукавные фильтры с импульсной продувкой. При этом степень очистки отходящих газов повышается с 86 до 99,8%, что закрывает вопрос о превышении ПДК выбросов цеха № 3 в воздушный бассейн города.

Для управления всем оборудованием электропечи, программного ведения технологического процесса выплавки МФШ и металлического марганца, диагностики и обработки данных устанавливается электронное модульное устройство фирмы АВВ. Система АСУ “Мастер” позволяет в любой момент получать данные о всех необходимых параметрах какой-либо из 300 последних плавок.

В настоящее время основной продукцией завода являются марганцевые ферросплавы и ферросилиций (табл. 3.3).

Основная продукция ОАО “ЗФЗ”

Cтахановский завод ферросплавов

Завод был запроектирован для производства различных марок ферросилиция и введен в эксплуатацию в 1962 г. В соответствие с проектом в состав завода входил плавильный корпус с 8-ю электропечами типа ОКБ-613 мощностью по 16,5 МВ×А, склад готовой продукции, склад шихтовых материалов, восемь скиповых подъемника и четыре разливочные машины. Геометрические размеры печей были следующими, мм:

  • Диаметр кожуха 7750
  • Высота кожуха 4520
  • Диаметр ванны 6280
  • Глубина ванны 2400
  • Диаметр электрода 1200
  • Диаметр распада электродов 2900

Освоение проектных мощностей неразрывно связано с работами по совершенствованию конструкции основного и вспомогательного оборудования, технологии выплавки и улучшению экологии производства. В этот период было проведено усиление короткой сети, реконструкцию системы загрузки, модернизацию оборудования подготовки и дозирования шихтовых материалов и т.д..

Объекты вспомогательного и подсобного назначения в этот период не реконструировались. Однако в связи с ростом мощности, что осуществлялось, прежде всего, за счет увеличения токовых нагрузок, снизился коэффициент мощности. Для устранения этого недостатка была построена установка поперечной компенсации реактивной мощности со статконденсаторами КМ-10 общей мощностью 36 МВ×А, что позволило повысить коэффициент мощности и иметь стабильное и достаточно высокое первичное напряжение.

К 1972 г. резервы мощности, заложенные при реконструкции трансформаторов, были практически исчерпаны. При этом использование мощности по сравнению с проектной составило 126%, производство ферросилиция в цехе увеличилось на 30%, а геометрические параметры электропечей остались прежними.

Второй этап реконструкции плавильного цеха завода (1972-1981 гг.) связан с изменением геометрических параметров печей, электродов и мощности трансформаторов. Помимо модернизации основного оборудования предусматривалась реконструкция объектов вспомогательного и подсобного назначения. Было запланировано модернизацию четырех электропечей, реконструкцию главной понизительной подстанции с установкой дополнительного трансформатора мощностью 160 МВ×А и строительство электрокабельной галереи; реконструкцию оборотного цикла водоснабжения (строительство пруда-шламонакопителя вместимостью 650 тыс.м3, реконструкция градирни и водоводов, строительство химводоочистки); строительство шестой разливочной машины и отделения дробления ферросилиция; реконструкцию газопровода ферросплавного газа; строительство узла подготовки известкового раствора с централизованной подачей раствора на разливочные машины, открытого склада кварцита с эстакадой для механизированной выгрузки; реконструкцию участка изготовления электродной массы (увеличение мощности прокалочных печей и вместимости холодильников), обеспечивавшего рост объема производства электродной массы на 40%.

Реконструкция электропечи № 1 была начата в мае 1972г. В период капитального ремонта изменены геометрические параметры и увеличен диаметр электродов, установлены трансформаторы мощностью 22,5 МВ×А, а в 1977г. – 27 МВ×А без изменения геометрических размеров ванны.

В дальнейшем закрытые электропечи реконструировались с одновременным увеличением мощности до 27 МВ×А и изменением  геометрических размеров ванны, мм:

  • Диаметр кожуха 9600
  • Диаметр ванны 8020
  • Диаметр электродов 1400
  • Диаметр распада электродов 3700
  • Расстояние от подины до свода 3275

Из наиболее важных конструктивных изменений, которые позволили значительно повысить надежность работы электропечи, необходимо отметить реконструкцию свода, кожуха и футеровки, системы газоочистки, печных трансформаторов и токоподвода, устройств для подъема и перепуска электродов, системы дозирования и подачи шихты.

Неосвоенность технологии выплавки в закрытых электропечах высокопроцентных марок ферросилиция (ФС75 и ФС90) явилась причиной того, что на первом этапе реконструкции (увеличение мощности трансформаторов с 16,5 до 22,5 МВ×А) две электропечи были оставлены в открытом варианте. В 1976-77 гг. в связи с появлением новых задач, и прежде всего требований по улучшению условий труда и защите воздушного бассейна, механизации и автоматизации производства, институтом “Гипросталь” была разработана документация на реконструкцию открытых электропечей с увеличением мощности до 27 МВ×А. Тяжелые условия труда при выплавке ФС75 и особенно ФС90 в открытых электропечах, неудовлетворительная работа завалочных машин, эксплуатируемых в зоне интенсивных тепловых излучений, определили поиск новых конструкций открытых печей.

В 1977 г. во время капитального ремонта была реконструирована открытая электропечь № 7 (рис.3.1). При этом внедрен ряд конструктивных решений, не применявшихся ранее на открытых печах. В 1979 г. во время капитального ремонта реконструирована открытая электропечь № 8 и, таким образом, были созданы полузакрытые печи.

Полузакрытая электропечь с дожиганием газа под сводом – зонтом Стахановского завода ферросплавов

Основные геометрические размеры печей, мм:

  • Диаметр кожуха 9600
  • Диаметр ванны 8020
  • Диаметр электродов 1400
  • Глубина ванны 2900
  • Диаметр распада электродов 3700

Главное, принципиальное отличие реконструированных открытых электропечей от работавших до этого – загрузка шихты труботечками, что позволило исключить применение завалочных машин, не обеспечивающих равномерную загрузку колошника  электропечи уже при мощности 22,5 МВ×А.

Вокруг каждого электрода предусмотрено по пять труботечек. С целью повышения стойкости труботечек нижние концы их выполнены водоохлаждаемыми. Концы течек расположены на расстоянии около 500 мм выше уровня ванны.

На печи установлен (на высоте 2500-3000 мм от верхнего уровня ванны) металлический водоохлаждаемый свод-зонт, который предохраняет от теплового излучения все элементы печи, расположенные выше контактных щек.

Проведенная реконструкция цеха заметно повысила работоспособность всего оборудования, ряд операций полностью автоматизирован, а большая часть механизирована. Для обслуживающего персонала созданы более благоприятные условия труда. Уровень производства цеха на этом этапе доведен до 267 тыс.т в год ферросилиция в пересчете на ФС45.

Третий этап реконструкции был проведен в период 1981-1986 гг. и направлен на повышение использования установленной мощности печных трансформаторов 27 МВ×А за счет компенсации потерь реактивной мощности по схеме продольноемкостной компенсации (УПК). При этом коэффициент использования  мощности повышен на четырех печах до 0,9 и выше. Трансформаторы мощностью 27 МВ×А были реконструированы с увеличением мощности до 27,6 МВ×А и возможностью подключения конденсаторных батарей к специально встроенной вольтодобавочной обмотке.

Основные показатели реконструкции электропечей Стахановского  завода ферросплавов

Обобщающая характеристика развития СЗФ приведена в табл.3.3. Техническая характеристика электропечей в настоящее время следующая: мощность трансформаторов 27,0 – 27,6 МВ×А с УПК; диаметр кожуха ванны 9600-10450 мм; диаметр ванны по угольной футеровке 8020 – 8800 мм; диаметр электродов 1400 мм; диаметр распада электродов 3900 мм.

Никопольский завод ферросплавов

Решение о подготовке проекта для строительства НЗФ было принято специальным постановлением Совета Министров СССР в мае 1958, а сам проект завода разработан институтом “Гипросталь” (г.Харьков) к 1961г. и в этом же году началось его строительство. Проектом предусматривалось строительство двух основных цехов: № 1 – для выпуска 720 тыс.тонн углеродистого ферромарганца в год в составе восьми печей РПЗ-48 и № 2 для выплавки 440 тыс.тонн в год силикомарганца в составе шести таких печей. Впоследствии проект был несколько изменен, а при строительстве завода случилось так, что первым в строй действующих вводился флюсоплавильный цех в составе шести электропечей. Поэтому рождением завода признано считать день пуска флюсоплавильного цеха. Это произошло 6 марта 1966 года.

Вторая, после 6 марта 1966 года, для Никопольских электрометаллургов памятная дата 27 августа 1968 года. В этот день вошел в строй действующих плавильный цех № 2, а менее, чем через четыре месяца, 17 декабря 1968 года, выдал первую продукцию цех электродной массы. В июле 1976 года Никопольские электрометаллурги произвели двухмиллионную тонну ферросплавов, а в декабре этого же года вступил в строй плавильный цех № 1. Помимо указанных объектов в настоящее время в состав завода входят агломерационная фабрика, цех переработки шлаков, отделение шлакового литья и объекты вспомогательного, подсобного и обслуживающего назначения.

Следует отметить, что к установке в цехах № 1 и № 2 предусматривались совершенно новые сверхмощные закрытые и герметичные печи, аналогов которым в мировой практике ферросплавного производства не было.

Трехфазная закрытая шестиэлектродная электропечь типа РПЗ-48 М1 с прямоугольной ванной предназначена для выплавки силикомарганца и углеродистого ферромарганца непрерывным процессом. Основные параметры головного образца печи были следующими:

Номинальная мощность трансформаторов печи 63000 кВА (3 х 21000 кВА).

Максимальный ток на фазе – 112000 А
Число фаз – 3
Тип электрода – самоспекающийся
Количество электродов – 6
Размеры электрода в сечении – 650х2800 мм
Расстояние между электродами – 3300 (3200-3400) мм
Средняя скорость перемещения электродов – 0,5 м/мин
Ход электрода – 1200 мм
Число контактных щек на один  электрод – 8

Размеры плавильного пространства, мм.
– длина 20340
– ширина 6000
– высота  2800

Число леток – 3

Расход воды на охлаждение печи, 520 м3/час,
в т.ч. на охлаждение свода 240 м3/час
Вес футеровки –  900 т
Расстояние между осями леток – 6600 мм

Особенностями конструкции данного агрегата является прямоугольная форма ванны печи, наличие 6 прямоугольных электродов, расположенных в линию (рис. 3.2). Печь закрыта секционным водоохлаждаемым сводом с прямоугольными окнами для электродов и загрузки шихты, снабжена системой газоочистки с шестью газообразными каналами. Перепуск и маневрирование электродами осуществляется с помощью гидравлических устройств, управляемых дистанционно с пульта управления. Осуществлен глубокий ввод 154 кВ непосредственно к печным трасформаторам. В трансформаторах имеются дополнительные обмотки, составляющие с высоковольтными конденсаторами устройство продольной емкостной компенсации (УПК) реактивной мощности.

Закрытая шестиэлектродная прямоугольная электропечь типа РПЗ-48М2

В процессе освоения головного образца печи выявились ее серьезные конструктивные недостатки. Так, в процессе эксплуатации наблюдался прогиб балок свода из-за неправильно выполненного охлаждения и усиленный нагрев свода ввиду засыпания его шихтой из бункеров; плохая стойкость изоляторов короткой сети и недостаточное ее охлаждение. Быстро срабатывалась огнеупорная обмазка воронок.

Обнаружились также и другие конструкционные недостатки. Было установлено несовершенство электрической изоляции узла шихтоподачи из печных бункеров в загрузочные воронки. Наличие промежуточных бункеров, питающих два соседних электрода, обусловливало перетекание тока по труботечкам от электрода к электроду. Особенно это наблюдалось на труботечках между электродами разных фаз. Замерами ДМетИ и ВНИИЭТО было установлено, что токи утечки здесь достигали 630 А. Вследствие этого нарушалась целостность труботечек (разгар сварных швов), шихта просыпалась на свод, ухудшая условия службы конструкций свода.

В период капитального ремонта печи № 13 (сентябрь 1969г.)  промежуточные шихтовые бункера были изъяты, а подача шихты в воронки осуществлялась непосредственно из печного бункера в каждой продольной стороне электрода индивидуальной труботечкой. Это позволило резко уменьшить токи утечки и обеспечить безаварийную работу системы шихтоподачи. Поэтому на строившихся печах № 14-16 применялась такая же система подачи шихты из бункеров в воронки.

В процессе освоения головного образца печей РПЗ-48 замерами температуры поверхности колошника на печи № 13 установлено, что его температура достигает величин 900-1050оС при работе с активной мощностью 40-45 МВт.

Столь высокая температура колошника и низкая стойкость водоохлаждаемых частей загрузочных воронок свидетельствовали о малой глубине ванны печи. Поэтому при строительства печи № 16 глубина ванны была увеличена на 400 мм, а высота обстановочных угольных блоков уменьшена на 650 мм. Последующая эксплуатация этой печи подтвердила правильность такого решения. Температура поверхности колошника печи № 16 не превышала 800оС, а в большинстве случаев была ниже на 200-300оС. Значительно повысилась стойкость загрузочных воронок.

В дальнейшем глубина ванны печи была увеличена до 3800 мм, водоохлаждаемые загрузочные воронки заменены неводоохлаждаемыми, установлена фиксация электродов, усилены леточные блоки и осуществлено их охлаждение, уменьшен ход электрода на 400 мм и внедрен разовый перепуск электродов на 30 мм против 100 мм по проекту. Эти и другие мероприятия позволили вывести печи РПЗ-48 на проектную мощность 55-57 МВт и вплотную приблизиться к проектной производительности.

Отдельно следует остановиться на уникальных исследованиях характера разрушения футеровки печей РКЗ-16,5 и РПЗ-48, которые были выполнены в период их остановки на капитальный ремонт. В процессе исследований отбирались пробы шихты, продуктов плавки и футеровочных фрагментов на разных уровнях, проводился их петрографический анализ и составлялась топографическая схема ванны печи (рис.3.3).

Эти исследования позволили существенно расширить представления о физико-химических процессах, протекающих в промышленных высокотемпературных агрегатах, дать совершенно однозначные рекомендации по устранению конструктивных недостатков. Установлено, в частности, что разрушение сплошности подины в период освоения печей типа РПЗ-48(63) происходило по швам между угольными блоками с последующим их подрывом и всплытием.

Петрографические исследования проб выломок, отобранных по высоте печи при ее остановке на капитальный ремонт, позволили уточнить механизм и последовательность превращения шихтовых материалов и формирования расплава по мере продвижения их от колошника к подине ванны. Показано, что уже на глубине 1300 мм от верхней кромки ванны печи обнаружены продукты восстановления – корольки металла, карбид кремния (SiC) и моноокись кремния (SiO) в стекле. С повышением глубины (2000 мм) отмечено растворение кварцита в шлаке, наличие бустамита (Ca3Mn3Si3O9) и тефроита (Mn2SiO4).

В шлаке обнаружено значительное количество манганозита (MnO) и сульфидов марганца (MnS), содержание которых в шлаках силикомарганца раньше исключалось, так как считалось, что сера при электроплавке довольно полно удаляется за счет испарения. При дальнейшем продвижении материалов к подине печи интенсивно протекают процессы карбидообразования.

На базе освоенных печей РПЗ-48 ВНИИЭТО разработана прямоугольная шестиэлектродная, полностью герметизированная печь мощностью 63 МВ×А (РПЗ-63И1) для производства силикомарганца и углеродистого ферромарганца со специальным уплотнением узла входа электродов в свод и с загрузкой шихты труботечками непосредственно через свод в ванну (рис.3.4).

Уплотнение электрододержателя в своде электропечи РПЗ-63И1

Конструктивно электропечь выполнена трехфазной с прямоугольными самоспекающимися электродами, расположенными в линию, со стационарной прямоугольной ванной, закрытой плоским секционным водоохлаждаемым сводом  с уплотнительными устройствами электрододержателей.

Печь комплектуется группой однофазных трансформаторов мощностью 3х21000 кВ×А, рассчитанных на напряжение 154 кВ (система глубокого ввода), с установками продольно-емкостной компенсации реактивной мощности.

Прямоугольная шестиэлектродная герметичная электропечь типа РПЗ-80И1 с овальными электродами мощностью 81,0 МВА

Продолжением работы по совершенствованию прямоугольных шестиэлект-родных электропечей явилось создание новой конструкции электрододержателя и кожухов электродов на печи РПЗ-80СМНИ1. Разработанная новая конструкция овального кожуха электрода и нового сальникового уплотнения (рис.3.5) позволила увеличить усилие сальникового уплотнения и улучшить в целом работу сальникового узла. Сравнительная характеристика прямоугольных печей НЗФ приведена в табл.3.3.

Сравнительная характеристика узлов прямоугольных печей НЗФ

Помимо отечественных печей на НЗФ установлены и успешно эксплуатируются 4 круглые печи типа РКГ-75, разработанные и поставленные фирмой “Танабэ Какоки Лтд”. Основные характеристики этих печей приведены в табл.3.4.

Основные характеристики печи РКГ-75 (фирма “Танабэ”)