Древний Печерск

В древности Печерск состоял из различных местностей, именовавшихся по-разному. К примеру, Берестово – княжеское имение, которое располагалось на территории нынешнего парка Вечной славы и в верхней части Киево-Печерской лавры. Некогда все это место было покрыто берестовым лесом — отсюда и название. Первым облюбовал его князь Владимир, живший тут в загородном тереме. В последующие годы в княжеском селе бывали и другие князья. Здесь же была построена церковь Спаса на Берестове, впервые упомянутая в 1072 году и сохранившаяся по сей день.С XII века вокруг Лавры разрастается Печерское селение. После Полтавской битвы территория прежнего Печерского монастыря увеличилась впятеро и превратилась из маленького скита, окруженного непроходимыми лесами, в крепость, где было издано бесссчетное количество указов. Представляю, как бы кстати им пришлась современная печатная техника, к которой теперь с такой оперативностью Печерск заправляет картриджи.

 

В Украине не только присматриваются к энергоэффективному оборудованию, но и начинают внедрять его на крупных предприятиях. В том числе и дуговые печи постоянного тока

Финансово-экономический кризис, больно ударивший, прежде всего, по металлургии, заставляет топ-менеджмент отрасли намного внимательнее относиться к новаторским разработкам инженеров, в частности, к современному опыту внедрения печей постоянного тока. Тема начинает выбираться из тесного гетто специальной литературы и узких кругов энтузиастов.

В свое время начали использовать дуговые электросталеплавильные печи в промышленных масштабах только после того, как электроэнергия стала сравнительно дешевой. Причем ее научились транспортировать на расстоянии и, главное, трансформировать (процесс плавления стали, например, требует затрат энергии с определенными параметрами — значительной силой тока и относительно невысоким напряжением). Но «энергетическая шара», увы, осталась в прошлом. Поскольку дуговые электросталеплавильные печи как таковые — это мощнейшие потребители электроэнергии, надо постараться уменьшить их энергопотребление. Любому из нас достаточно всего лишь взять в руки калькулятор, дабы убедиться в том, что модернизация такого рода сегодня не только желательна, но и в некоторых случаях необходима для сохранения рентабельности производства стали, других металлов или даже кремния.

Специалисты называют дуговые печи постоянного тока «современным плавильным оборудованием XXI века». Собственно, сам по себе этот принцип отнюдь не какое-то «гениальное прозрение» и не «эволюционный скачок». Он был выработан в процессе последовательного совершенствования технологий привычных двадцатому веку дуговых печей переменного тока. Инженеры давно пытались расширить их технологические возможности, вводя новые электрические режимы плавления, новые способы перемешивания расплава в ходе его приготовления — это, прежде всего, так называемый магнитогидродинамический способ — МГД). В нем реализованы передовые достижения силовой и управляющей электроники, магнитной гидродинамики, металлургической теплотехники и теории металлургических процессов.

О тех, кто не зевал

— Дуговые электропечи постоянного тока теперь все чаще используют в промышленности при производстве различных марок стали, чугуна, ферросплавов, выплавке цветных металлов и сплавов, переработке шлаков, — рассказывает специалист ООО «Струмтех, ЛТД» Семен Машьянов. — В Украине и в России за последние 10 лет ввели в эксплуатацию более десяти таких электропечей емкостью от 0,5 до 12 тонн.

«Не обязательно начинать с нуля. В Украине существуют организации, которые осуществляют перевод действующих дуговых печей переменного тока на питание постоянным током. При этом одновременно решаются следующие задачи: устаревшее изношенное электрооборудование (включая «печной трансформатор», шкафы и пульты управления электропечью) заменяется современными источниками питания постоянного тока и программируемые системы управления, саму электропечь модернизируют (прежде всего, упрощая конструкцию), в рабочей зоне печи — безвреднее работать людям. Параллельно снижаются затраты на мероприятия по обеспечению качества потребляемой энергии».

Нет ничего удивительного в том, что технологиями, позволяющими экономить ресурсы, больше всего интересуются энергоемкие предприятия. Возьмем, к примеру, ОАО «Запорожский алюминиевый комбинат» — предприятие годами не может добиться от правительства дифференцированного тарифа на электроэнергию и преференций, которыми обоснованно пользуются аналогичные производства в Европе и США. О какой конкурентоспособности можно говорить?! Поэтому запорожские алюминщики мировых кризисов не стали дожидаться. По словам Семена Машьянова, еще в 1997 году в ОАО «ЗАлК» была введена в эксплуатацию первая в Украине электропечь постоянного тока мощностью 9 МВА для выплавки кристаллического кремния, производительностью 12 т в сутки.

Тогда ее построили на базе однофазной печи переменного тока. Лет прошло немало, и потому уже можно сделать совершенно четкий вывод: не прогадали! Расход кварцита снизился на 10%, древесного угля — на 20%, графитированных электродов — на 15—20%, реактивной энергии — на 35—40%. Качество выплавляемого кремния улучшилось.

— Есть и другие примеры применения этой технологии в том или ином объеме, в зависимости от потребностей и возможностей предприятия-производителя, — продолжает Семен Машьянов. — Установленные на разных предприятиях печи различаются только параметрами, принцип работы один и тот же. Главное — появляется возможность экономить электроэнергию. В 1999 году в ОАО «Запорожский абразивный комбинат» перевели однофазную электропечь переменного тока синтеза карбида кремния на питание постоянным током от тиристорного источника мощностью 4000 кВА. В процессе эксплуатации электропечи подтверждено: расход электроэнергии снизился не менее чем на 5%.

Пусть любая модернизация — дорогое удовольствие, в нашем случае не обязательно начинать с нуля. В Украине существуют организации, осуществляющие перевод действующих дуговых печей переменного тока на питание постоянным током. При этом одновременно решаются следующие задачи: устаревшее изношенное электрооборудование (включая «печной трансформатор», шкафы и пульты управления электропечью) заменяют современными источниками питания постоянного тока, программируемые системы управления, саму электропечь модернизируют (прежде всего, упрощая конструкцию), в рабочей зоне печи — безвреднее работать людям. Параллельно снижаются затраты на мероприятия по обеспечению качества потребляемой энергии, которого требует ГОСТ. (Добавим, что иногда можно обойтись и без замены «печного трансформатора»).

Соперничество двух принципов: раунд-ХХІ

Конечно, все, даже сравнительно новое, сначала должно выдержать конкуренцию со старым. Школьных знаний по физике, пожалуй, недостаточно, чтобы подробно описать коренные отличия этих двух принципов работы печи (переменного и постоянного тока). Нужно начать с того, что для сверхмощных дуговых печей как переменного, так и постоянного тока характерны высокие коэффициенты использования установленной энергетической мощности (не ниже 0,9) и так называемой «доли токового времени плавки» (не ниже 0,75). Высока и производительность (не ниже 100 т/ч).

Кстати, скептики любят заострять внимание как раз на том, что современные дуговые печи переменного тока отличаются значительной производительностью (более 1 млн т в год). Однако по сравнению с печами постоянного тока, о которых мы говорим, они работают с более низким коэффициентом мощности, создают сильные помехи в питающих энергосистемах (обратное влияние электропечи на сеть, так называемый фликкер-эффект, или «мерцание») и безбожно загрязняют воздух. А суховатый инженерный термин «уровень шума» в отношении них можно перевести на популярный язык как «ужасающий грохот».

Эти, мягко говоря, недостатки еще в начале 80-х годов подталкивали отечественную инженерную мысль к поиску альтернативного решения. Разработанный принцип дуговых печей постоянного тока тогда многих заинтересовал. Как уже отмечалось, их промышленное использование позволило уменьшить расход не только энергии, но и электродов, огнеупоров, снизить попутное «производство шума». И если еще в конце восьмидесятых таких печей в промышленности, по некоторым данным, были единицы, то к середине девяностых в мире эксплуатировалось уже около полусотни дуговых печей постоянного тока, а к 2000 году — почти 150. Тенденция не изменилась и в последнее время.

Популярно

Что такое дуговая печь постоянного тока?

Дуговая печь постоянного тока состоит из собственно печи и источника питания. Сама печь отличается от своей предшественницы наличием только одного сводового электрода и одного или двух, в зависимости от емкости печи, нерасходуемых подовых электродов.

Источник питания включает в себя преобразовательный трансформатор, тиристорный преобразователь, шкаф управления тиристорным преобразователем, шкаф его же охлаждения, токоограничивающий дроссель, шкафы и пульты управления печью.

Как она устроена?

Основные составные части электропечи: кожух (он сварен из листовой стали), рабочее окно (водоохлаждаемая прямоугольная коробка, обрамляющая проем в футеровке, с пневматическим приводом подъема и опускания заслонки), механизм наклона электропечи, свод, механизм подъема и поворота свода (гидравлический или электромеханический), экономайзер (водоохлаждаемая коробка, служащая для уплотнения электродного отверстия в своде печи), механизм перемещения сводового электрода с электрододержателем, установка подового электрода, футеровка, система водоохлаждения, воздухопровод, установка конечных выключателей, монтаж электрический, гирлянда кабельная.

Сверху ванна электропечи накрыта сводом. Механизм обеспечивает наклон электропечи в сторону сливного носка на 10° и 40° (для слива металла) и рабочего окна на 15° (для скачивания шлака) относительно вертикальной оси. Положение электропечи при всех наклонах фиксируется конечными выключателями. Футеровка ванны электропечи формирует внутреннее плавильно-реакционное пространство и выполнена частично из кирпичей, а частично из набивной огнеупорной массы. Система водоохлаждения предназначена для охлаждения узлов электропечи, подвергаемых термическим нагрузкам. Контроль давления воды на входе в пульт, контроль температуры и протока воды, а также регулировка протока воды на всех сливных линиях осуществляется с помощью приборов и вентилей, установленных на пульте водоохлаждения. (Дуговые печи постоянного тока для выплавки кремния имеют несколько иную конструкцию как в части печи, так и по источнику питания, но это тема отдельного разговора.)

Достоинства нового подхода подтвердились на практике. Продолжительность плавки в крупных печах постоянного тока существенно сократилась (менее одного часа). И это не предел! Специалисты уверены: не за горами уменьшение данного показателя до 30—40 минут. Вскользь заметим, что рабочее пространство печи постоянного тока гораздо герметичнее по сравнению с электропечами переменного тока. И еще в дуговой печи постоянного тока нет необходимости применять специальные устройства для перемешивания металла: благодаря собственному магнитному полю печи в расплаве создаются электромагнитные силы, вызывающие его турбулентное движение и перемешивание. Благодаря этому удается существенно улучшить качество выплавляемого металла. (Скептики напоминают о высоких капитальных затратах, на которые придется пойти, но, по словам специалистов, эти затраты окупаются менее чем за два года.) Кстати, электропечь постоянного тока работает более стабильно, в ней проще настраиваются оптимальные условия эксплуатации.

— Особенно важно, что дуговые электропечи постоянного тока по сравнению с дуговыми электропечами переменного тока предъявляют вдвое меньшие требования к мощности питающей энергосистемы: во-первых, у них более стабильный токовый режим, а во-вторых, удается уменьшить толчки тока в питающей энергосистеме, — подчеркивает Семен Машьянов. — В итоге — снижение фликкер-эффекта в 2—3 раза». А это, кстати, дает возможность для работы электропечи без дополнительной установки дорогостоящего фильтрокомпенсирующего устройства. То есть затраты позволяют в дальнейшем на многом экономить.

Подведем итоги: количество «ударов» по энергосистеме уменьшается на 50%, уровень шума — на 15 децибел, выбросы газа и пыли — в 8—10 раз, что, опять-таки, позволяет снизить затраты на газоочистку и природоохранные мероприятия. Весьма упрощается техническое обслуживание, электрооборудование работает более надежно, появляется возможность подводить к агрегату большую мощность. Что же касается технологической стороны, удельный расход электродов уменьшается на 50—60 %, снижается расход огнеупоров, а также содержание азота в стали, а все это позволяет улучшить ее качество.

«И опыт, сын ошибок трудных…»

— С 2002 по 2005 год введены в эксплуатацию три электропечи в ОАО «Арселор Миттал Кривой Рог», которые успешно эксплуатируются при трехсменном режиме работы, выплавляются различные марки чугуна и стали, — рассказывает дальше Семен Машьянов. — Так вот, там также подтверждены все преимущества электропечей постоянного тока. Если говорить конкретнее, это, в частности, снижение расхода графитированных электродов в 3 раза, уменьшение угара металла и легирующих добавок, улучшение экологической обстановки в зоне работы печи и т. д. А в 2006 году в ООО «Ферротрейдинг» в 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. Кстати, скажу, что отличительная особенность печей — их способность адаптироваться к различным технологическим процессам.

По словам Семена Машьянова, в настоящее время на одном из предприятий Украины вводится в эксплуатацию электропечь ДСПТ-12. Все электротехническое оборудование для нее произведено на запорожских заводах, а сама печь изготовлена на заводе в Днепропетровске.

Благодаря опыту и тесному сотрудничеству участникам 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 находится в непосредственной близости от электропечи и занимает площадь 10х9 м2, высота здания 10 м. Проведено более 100 опытно-промышленных плавок углеродистых сталей и высокопрочного чугуна с массой завалки от 13 т до 16 т.

— С начала 2008 года 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, — сообщает Семен Машьянов. — Серия опытно-промышленных плавок подтвердила возможность выплавки 30% ферротитана без внепечных технологических процессов.

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 (разве что наши дешевле). Весь комплект оборудования может быть изготовлен на заводах Запорожья.

Условия эксплуатации дуговой печи постоянного тока

— климатическое исполнение УХЛ4, категория размещения 4 по ГОСТ 15150;

— высота над уровнем моря не более 1000 м;

— температура окружающего воздуха от -1 до — 40°С;

— максимальная относительная влажность — 80% при температуре 25°С;

— окружающая среда не взрывоопасная, не пожароопасная;

— содержание коррозийно-активных агентов в технической воде по типу 2 (промышленная);

— в части воздействия механических факторов внешней среды группа условий эксплуатации М1 по ГОСТ 17516.1.

Справка

Преимущества электропечей постоянного тока:

— упрощение технического обслуживания и сокращение трудозатрат;

— повышение надежности электрооборудования;

— улучшение экологической обстановки в зоне работы печи;

— стабилизация технологии;

— снижение уровня шума;

— взрывобезопасность;

— уменьшение газовыделения и пылеобразования;

— увеличение стойкости футеровки подины и стен;

— снижение расхода графитированных электродов в 3—5 раз в зависимости от подготовки шихты;

— перемешивание ванны осуществляется за счет электродинамических сил;

— уменьшение угара металла и легирующих добавок;

— равномерная тепловая нагрузка на футеровку печи;

— лучшее формирование колодцев при их проплавлении;

— снижение содержания азота в стали;

— снижение расхода огнеупоров.

Возможные сложности и недостатки:

Хотя и появляется возможность выплавлять качественную сталь с существенным уменьшением объема эксплуатационных расходов, но при этом:

1) печь постоянного тока сама по себе не дает особых преимуществ по производительности;

2) все данные мероприятия недешево стоят (необходимо приобрести преобразователь с теплообменником и реакторами, а также специальный преобразовательный трансформатор);

3) требуются дополнительные затраты при их установке;

4) понадобятся дополнительные площади для размещения печной подстанции.