Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей

Предложен комплекс малозатратных энергоэффективных решений модернизации дуговых сталеплавильных печей: глубокая ванна, водоохлаждаемые панели с пространственной структурой, система рассредоточенной аспирации и предварительный среднетемпературный нагрев скрапа пылегазовой средой с эффективным дожиган...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Современная электрометаллургия
Datum:	2019
Hauptverfasser:	Тимошенко, С.Н., Стовпченко, А.П., Костецкий, Ю.В., Губинский, М.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russisch
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2019
Schlagworte:	Энергоресурсосбережение
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167532
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей / С.Н. Тимошенко, А.П. Стовпченко, Ю.В. Костецкий, М.В. Губинский // Современная электрометаллургия. — 2019. — № 1. — С. 46-56. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859674904698290176
author	Тимошенко, С.Н. Стовпченко, А.П. Костецкий, Ю.В. Губинский, М.В.
author_facet	Тимошенко, С.Н. Стовпченко, А.П. Костецкий, Ю.В. Губинский, М.В.
citation_txt	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей / С.Н. Тимошенко, А.П. Стовпченко, Ю.В. Костецкий, М.В. Губинский // Современная электрометаллургия. — 2019. — № 1. — С. 46-56. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Современная электрометаллургия
description	Предложен комплекс малозатратных энергоэффективных решений модернизации дуговых сталеплавильных печей: глубокая ванна, водоохлаждаемые панели с пространственной структурой, система рассредоточенной аспирации и предварительный среднетемпературный нагрев скрапа пылегазовой средой с эффективным дожиганием СО. Методами компьютерного моделирования показано, что применение комплекса решений в 120-тонной дуговой сталеплавильной печи позволяет сократить энергопотребление на 56...68 кВт∙ч/т. Запропоновано комплекс маловитратних енергоефективних рішень щодо модернізації дугових сталеплавильних печей: глибока ванна, водоохолоджувані панелі з просторовою структурою, система розосередженої аспірації і попередній середньотемпературний нагрів скрапу пилогазовим середовищем з ефективним допалюванням СО. Методами комп’ютерного моделювання показано, що застосування комплексу запропонованих рішень у 120-тонній дуговій сталеплавильній печі дозволяє скоротити енергоспоживання на 56…68 кВт∙г/т. A complex of low-cost energy-efficient solutions for the modernization of electric arc furnaces was proposed: a deep pool, water-cooled panels with a spatial structure, a system of distributed aspiration and preliminary medium-temperature heating of a scrap by a powder-gas environment with an efficient extra burning of CO. Applying the methods of computer simulation, it was shown that using a complex of solutions in a 120-ton electric arc furnace can reduce energy consumption by 56...68 kW∙h/t.
first_indexed	2025-11-30T15:34:37Z
format	Article
fulltext	46 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ��УДК�669.187.58.003.1� DOI:�http://dx.doi.org/10.15407/sem2019.01.06 ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ С. Н. Тимошенко1, А. П. Стовпченко2,3, Ю. В. Костецкий2, М. В. Губинский4 1Донецкий�национальный�технический�университет. 85300,�Донецкая�область,�г.�Покровск,�пл.�Шибанкова,�2.�E-mail:�mail@donntu.edu.ua 2Институт�электросварки�им.�Е.�О.�Патона�НАН�Украины. 03150,�г.�Киев,�ул.�Казимира�Малевича,�11.�E-mail:�office@paton.kiev.ua 3Инжиниринговая�компания�«Элмет-Рол». 03150,�г.�Киев,�А.�я.�259.�E-mail:�office@elmet-roll.com.ua 4Национальная�металлургическая�академия�Украины. 49600,�г.�Днепр,�просп.�Гагарина,�4.�E-mail:�nmetau@nmetau.edu.ua Предложен� комплекс�малозатратных� энергоэффективных� решений�модернизации� дуговых� сталеплавильных� печей:�глубокая�ванна,�водоохлаждаемые�панели�с�пространственной�структурой,�система�рассредоточенной� аспирации�и�предварительный�среднетемпературный�нагрев�скрапа�пылегазовой�средой�с�эффективным�дожи- ганием�СО.�Методами�компьютерного�моделирования�показано,�что�применение�комплекса�решений�в�120-тон- ной�дуговой�сталеплавильной�печи�позволяет�сократить�энергопотребление�на�56...68�кВт∙ч/т.�Библиогр.�29,� табл.�6,�ил.�7. К л ю ч е в ы е с л о в а : дуговая сталеплавильная печь; энергоэффективность; глубокая ванна; водоохлажда- емые элементы с объемной структурой; система рассредоточенной аспирации; среднетемпературный пред- варительный нагрев скрапа Направления�развития�металлургического�произ- водства�на�долгосрочную�перспективу�во�многом� определяются� экологическими� требованиями,� в� частности,� ограничением� выбросов� парниковых� газов�в�атмосферу�[1].�В�этой�связи�ожидается�уве- личение�доли�производства�стали�в�дуговых�печах� (ДСП),�которые�в�настоящее�время�обеспечивают� около�трети�его�мирового�объема,�уступая�конвер- терному�процессу�[2].�В�странах�Европейского�со- юза�(ЕС)�и�США�в�ответ�на�глобальные�экологиче- ские�вызовы�доля�электростали�постоянно�растет� и�приближается�к�40�и�63�%�соответственно. На� этом� фоне� структура� металлургического� комплекса� Украины,� представленная� преимуще- ственно� крупными� вертикально-интегрирован- ными� компаниями,� в� которых� сталеплавильное� производство�базируется�на�схеме�доменная�печь– конвертерный� процесс,� очевидно� требует� совер- шенствования�в�сторону�увеличения�доли�ДСП. Возможности�электропечей�относительно�ши- рокого�выбора�исходной�шихты�(скрап,�металли- зованное� сырье,� чугун)� и� варьирования� окисли- тельного�потенциала�в�процессе�плавки�позволяют� использовать�их�как�в�«большой»�металлургии�в� технологических�маршрутах�производства�сорто- вого�и�листового�проката,�так�и�в�«малой»�для�про- изводства�литья�на�машиностроительных�заводах. Для� производства� стали� используют� электро- дуговые� печи� переменного� и� постоянного� тока.� Печи� постоянного� тока� (ДСППТ)� в� сравнении� с� трехфазными�ДСП�характеризуются�более�устой- чивым� горением� дуги,� что� способствует� сниже- нию�угара�железа�из-за�притока�воздуха�в�рабочее� пространство,�уровня�шума�и�фликер-эффекта.�В� «большой»� металлургии� преимущества� ДСППТ� нивелируются� скоротечностью� плавки� полупро- дукта,� в� «малой»,� где� сохранилась� классическая� технология,�эти�преимущества�реализуются. ДСП как энерготехнологический агрегат и за- дачи исследований.� Важнейшим� направлением� совершенствования� ДСП� с� учетом� современных� глобальных�тенденций�является�повышение�энер- гоэффективности,�которое�может�быть�достигнуто� путем�снижения�и�утилизации�потерь�теплоты,�а� также�диверсификацией�источников� энергии,�ис- пользуемых�в�технологическом�процессе. Типовой�энергетический�и�материальный�балан- сы� плавки� одной� тонны� полупродукта� в�ДСП� при� интенсивной�технологии�[3–5]�приведены�ниже. Энергетический баланс ДСП Приход кВт∙ч % Электроэнергия��.......................................................�355��..... �58 Химическая�энергия�в�т.�ч.:��.....................................255��..... �42 теплота�экзотермических�реакций�в�т.�ч.��..............�212��..... �35 окисления�углерода��.............................................�122��..... �20 окисления�железа��..................................................�78��..... �12 энергия�топливно-кислородных�горелок��................�43��....... �7 Итого��........................................................................�610��... �100 ©�С.�Н.�ТИМОШЕНКО,�А.�П.�СТОВПЧЕНКО,�Ю.�В.�КОСТЕЦКИЙ,�М.�В.�ГУБИНСКИЙ,�2019 47ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ Расход Энтальпия�металла�..................................................�382��..... �63 Энтальпия�шлака��.......................................................�58��....... �9 Потери�энергии�в�т.�ч.:��............................................�170��..... �28 с�пылегазовой�средой��............................................�87��..... �14 с�водой��....................................................................�66��..... �11 прочие�(электрические,�через�футеровку)��..........�17��....... �3 Итого��........................................................................�610��... �100 Материальный баланс ДСП Приход кг Скрап �. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105 Шлакообразующие�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Электроды�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,2 Огнеупоры�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Природный�газ�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Кислород �. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Вода�для�охлаждения�(оборотная)�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3500 Аргон�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,02 Воздух�(приток�в�ДСП)�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Углеродсодержащий�порошок�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Уголь�в�завалку�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Итого�(без�воды)�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379 Расход Металл�(полупродукт) �. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000 Шлак�. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Пылегазовая�среда��. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Плавильная�пыль��. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . �22 Итого �. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379 Из�этих�данных�следует,�что�проблема�низкой� энергоэффективности� ДСП� в� решающей� степе- ни�обусловлена�потерями�теплоты�с�пылегазовой� средой� (ПГС)� и� с� охлаждающей� водой,� а� также� потерями� железа.� Потери� теплоты� составляют� в� среднем�25�%�вводимой�энергии�или�около�90�%� от� потерь� энергии,� а� потери�железа� достигают� в� среднем�10,5�%,�из�которых�1,5...2,5�%�—�плавиль- ная�пыль�в�ПГС�[3]. Утилизация�теплоты,�теряемой�с�водой�в�тра- диционных�системах�охлаждения�ДСП,�затрудне- на� ввиду� относительно� невысокой� температуры� воды�на�выходе�(не�выше�50...60�оС),�однако�рабо- ты�в�этом�направлении�ведутся�на�основе�исполь- зования�турбогенератора�с�органическим�циклом� Ренкина�[6].�Применение�системы�испарительно- го�охлаждения,�работающей�под�высоким�(2�МПа� и�более)�давлением,�в�традиционных�процессах�с� дискретной�загрузкой�скрапа�не�оправдано�ввиду� неоднородности�теплового�режима�по�ходу�плав- ки,� опасности� прожога� змеевиков� паразитной� дугой� и� динамических� нагрузок� на� водоохлаж- даемые� элементы.�В� технологических� процессах� «flat� bath»� с� непрерывным� плавлением� шихты� в� сталеплавильной� ванне� и� стабильным� тепловым� режимом�реализация�испарительного�охлаждения� возможна,�но�сведений�о�его�использовании�нет. Утилизация� теплоты� ПГС,� включая� энергию� дожигания�СО�[7],�возможна�по�трем�направлени- ям:�предварительный�нагрев�исходной�шихты,�вы- работка�пара�с�использованием�его�для�генерации� электроэнергии� и� термохимическая� регенерация� природного�газа�в�продуктах�ПГС. Предварительный нагрев исходной шихты.� В� современных� ДСП� применяют� конвейерные,� шахтные� и� бадьевые� системы� предварительного� нагрева� (ПН)�исходной�шихты.�Наибольшее�рас- пространение� получила� технология� «Consteel»� компании� «Tenova� S.p.A.»� (Италия)� с� непрерыв- ной�загрузкой�фрагментированного�скрапа�на�кон- вейере�в�ванну� [8].�Нагрев�шихты�теплотой�ПГС� со�средней�температурой�в�период�жидкой�ванны� 1600�оС�осуществляется�при�фильтрации�газового� потока�через�слой�скрапа.�Увеличение�температу- ры�загружаемого�в�ДСП�скрапа�на�каждые�100�оС� позволяет�при�выплавке�стали�уменьшить�удель- ный�расход�электроэнергии�на�13...15�кВт∙ч/т�[3]. Практика�эксплуатации�систем�ПН�скрапа�вы- явила�проблему�эмиссии�в�атмосферу�высокоток- сичных�диоксинов�и�фуранов�—�соединений�гало- генов�с�углеводородами�(PCDD/F),�образующихся� при� нагреве� рядового� лома,� загрязненного� поли- винилхлоридными�пластмассами,� резиной,�ГСМ.� Поведение�PCDD/F�в�условиях�интенсивной�тех- нологии�выплавки�стали�в�ДСП�по�данным�[9,�10]� представлено�в�табл.�1. Меры� по� минимизации� PCDD/F,� в� частности� установка� дополнительных� топливно-кислород- ных�горелок�(ТКГ)�и�камеры�термической�закалки� ПГС,�могут�в�ряде�случаев�свести�на�нет�экономи- ческий�эффект�ПН�скрапа,�учитывая�образование� СО2�при�работе�ТКГ,�что�неприемлемо�в�условиях� ограничений�на�эмиссию�парниковых�газов [1]. Т а б л и ц а 1 . Эволюция PCDD/ F в условиях электросталеплавильного производства Стадия Сущность процесса Температурный интервал, оС Действие по минимизации PCDD/F Временной интервал (параметры) действия 1 Образование�PCDD/F 500...850 Локализация Постоянно 2 Разложение�PCDD/F�на�исходные� химические�реагенты 1000...1200 Выдержка Не�менее�2�c 3 Вторичный�синтез�PCDD/F 800...250 Быстрое�охлаждение Не�менее�300�оС�в�секунду 4 Удаление�остаточных�PCDD/F <200 Ввод�сорбентов Перед�блоком�рукавных тканевых�фильтров 48 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В�новых�разработках�систем�ПН�скрапа�боль- шое�внимание�уделяют�экологической�безопас- ности.� Для� обеспечения� ПДК� PCDD/F� и� СО� предусмотрены�камеры�дожигания�и�спрейерного� охлаждения�(закалки)�ПГС�с�окончательной�дезак- тивацией� токсинов� сорбентами�на�основе�мелко- дисперсного�углерода�[9,�10]. Развитие�сталеплавильных�технологий�в�соот- ветствии�с�программой�«EU�Low-carbon�Roadmap»� по�снижению�выбросов�СО2�на�34...40�%�до�2030�г.� связано�с�пересмотром�технологических�маршру- тов�в�пользу�мало-�и�безуглеродных�технологий. В� шахтных� ДСП� нового� поколения� «EcoArc»� компании� «JP� Steel� Plantech»� (Япония)� [10],� «СOSS»� фирмы� «Fuchs� Technology»� (Германия)� [11],�«EPC»�компании�«CVS»�(Турция)�совместно� с�«KR�Tec.�GmbH»� (Германия)� [12]�и�«Quantum»� фирмы�«Primetals�Technologies»�(Великобритания)� [13],� как� и� в� технологии� «Consteel»� реализуется� процесс�«flat� bath».�Эффективность�нагрева� слоя� скрапа�ПГС� в�шахте� существенно� выше,� чем� на� конвейере,�а�двухкамерная�конструкция�шахты�по- вышает�экологическую�безопасность�ДСП�в�т.�ч.� по�PCDD/F�с�учетом�последующей�дезактивации� токсинов� путем� термической� закалки� (табл.� 1).� Компания� «Primetals� Technologies»� осуществила� пуск�первой�ДСП�«Quantum»�на�заводе�«Talleres�y� Aceros�S.A.»�(Мексика)�и�ведет�строительство�этих� печей� на� заводах� компаний� «Acciaieria� Arvedi»� (Италия), «Henan�Yaxin� Steel� Group� Ltd»� (КНР),� ввод�в�эксплуатацию�которых�намечен�на�2019�г. Среднетемпературный� ПН� (до� 300...450� оС)� скрапа� является� менее� энергоэффективным,� чем� высокотемпературный,� однако� позволяет� избе- жать�дополнительных�расходов�на�нейтрализацию� PCDD/F.� Технология� впервые� была� реализована� на�175-тонной�ДСП�завода�«Icdas�Celik»�(Турция)� компанией�«SMS�Concast�AG»�(Швейцария)�[14].� Но�определенные�недостатки,�в�частности�нагрев� шихты�в�загрузочной�бадье,�не�позволили�достичь� по� ходу� плавки� заданной� температуры� скрапа� (300� оС)�из-за�повышенного�термического�сопро- тивления�корпуса�бадьи. Выработка энергетического пара.� Система� «iRecovery»�компании�«Tenova�RE�Energy�GmbH»� (Германия)� обеспечивает� утилизацию� 40...70� %� теплоты�ПГС�на�выработку�электроэнергии�с�по- мощью�пара�высокого�давления�(до�3,5�МПа).�Она� установлена� на� заводах� ЕС� «Georgsmarienhutte� GmbH»� (140-тонная� ДСППТ)� и� «Feralpi� Riesa»� (130-тонная�ДСП),� а� также� в� Корее� на� «Hyundai� Steel»�(90-тонная�ДСП)�и�обеспечивает�выработку� в�среднем�80�кВт∙ч/т�стали�[15]. Термохимическая регенерация (ТХР) природно- го газа.�ТХР�заключается�в�получении�смеси�СО� и�Н2,�обладающей�бóльшей�теплотворностью,�чем� СН4,� за� счет� физической� теплоты� и� химической� энергии� СО2� и�Н2О,� содержащихся� в�ПГС.�При- менительно�к�ДСП�ТХР�может�быть�реализована� только�в�процессах�с�непрерывной�загрузкой�ших- ты�в�ванну,�отличающихся�относительным�посто- янством�состава�и�температуры�ПГС�по�ходу�плав- ки,�и�использована�для�ПН�скрапа�на�конвейере�с� помощью�ТКГ.�Согласно� расчетам� [16],� ТХР�по- вышает�тепловой�к.�п.�д.�печи�на�5...6�%�при�сни- жении�расхода�природного�газа�на�21�%�и�эмиссии� СО2�на�9�%�в�сравнении�с�прямым�сжиганием�при- родного�газа�в�ТКГ. Диверсификация энергообеспечения.�Представ- ляет� интерес� использование� первичных� источ- ников� энергии�наряду�с� электроэнергией�в�ДСП,� учитывая� опыт� 1980–1990-х� гг.� [3]� и� снижение� мировых�цен�на�природный�газ.�Компанией�«SMS� Siemag»� (Германия)� разработана� концепция� про- цесса�производства� стали� с�непрерывной� загруз- кой�шихты�и�периодическим�выпуском�[17].�Скрап� в�реакторе�нагревают�и�расплавляют�с�помощью� первичных�источников�энергии,�вводя�около�70�%� необходимой�энергии.�Затем�углеродистый�полу- продукт�перетекает�в�ванну�ДСП�с�относительно� маломощной� электроустановкой,� где� его� доводят� до� заданной� марки� стали.� Себестоимость� стали� снижается�на�7,5�евро/т�(в�условиях�ЕС),�а�эмиссия� СО2�уменьшается�на�30�%�в� сравнении�с�лучши- ми�показателями�эксплуатации�ДСП.�В�процессе� «EcoArc»�при�нагреве�скрапа�автивно�используют� энергию� окисления� углерода,� поступающего� из� шихты�и�инжектируемого� в� ванну.�По�опыту�ра- боты�шести�агрегатов�в�странах�Азии,�доля�элек- троэнергии� в� приходной� части� энергетического� баланса�не�превышает�40�%. Разработки� российских� специалистов� [18]� на- правлены�на�преобразование�ДСП�в�топливно-ду- говую�печь�FAF�(fuel�arc�furnace),�в�энергобалансе� которой�уменьшена�доля�электроэнергии�и�увели- чена,�соответственно,�доля�топливной�составляю- щей.�Принцип�FAF�может�быть�реализован�в�ДСП� с�дискретным�и�с�непрерывным�процессом.�Ожи- дается,� что� производительность� и� энергоэффек- тивность�FAF�будет�выше,�чем�современных�ДСП� серии� «Ultimate»� компании� «Siemens-VAI»� (Гер- мания),�а�общая�эмиссия�СО2�в�атмосферу�ниже,� чем�ДСП�с�учетом�вклада�питающей�печь�ТЭС. Таким� образом,� ряд� концептуальных� и� техно- логических�решений�ДСП,�разработанных�в� све- те�современных�энергоэкологических�тенденций,� находится�в�стадии�промышленного�опробования� и� выхода� на� мировой� рынок.� Однако� ожидаемая� цена�их�будет�высокой.�Поэтому�с�учетом�эконо- мической� ситуации� применение� новых� решений� 49ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ в� отечественном� электросталеплавильном�произ- водстве,�которое,�безусловно,�нуждается�в�эффек- тивной�модернизации,�проблематично. Энергоэффективные решения при модерни- зации ДСП.�Для�снижения�и�утилизации�потерь� энергии�с�ПГС,�охлаждающей�водой�и�плавильной� пылью,�предлагается�комплекс�относительно�ма- лозатратных�решений�для�новых�и�модернизиру- емых�ДСП,�используемых�как�в�«большой»,�так�и� «малой»�металлургии,�приведенный�на�рис.�1. Они�включают:�совершенствование�геометрии� ванны,�энергосберегающие�водоохлаждаемые�па- нели� с� пространственной� структурой,� системы� рассредоточенной�аспирации�и�среднетемператур- ного�предварительного�нагрева�скрапа. Совершенствование геометрии ванны.� При- менение� в� «большой»� металлургии� интенсивной� двухстадийной� технологии� электроплавки� при- близило�происходящие�в�ванне�процессы�к�усло- виям�конвертерного�процесса,�однако�отношение� диаметра�к�глубине�ванны�Dв/Hв�(см.�рис.�1)�в�ДСП� по-прежнему� составляет� в� среднем� 5,0...5,5� [19],� тогда�как�в�конвертере�оно�близко�к�1.�Снижение�в� современных�ДСП�критичности�величины�удель- ной� поверхности� контакта� шлак–металл� (есть� внепечная�обработка)�и�стойкости�футеровки�стен� (используются� водоохлаждаемые� панели)� позво- ляет�скорректировать�геометрию�ванны,�увеличив� ее�глубину�при�данном�объеме,�с�целью�снижения� потерь� энергии� излучающей� поверхностью� рас- плава�и�интенсификации�процессов�тепло-�и�мас- сообмена.�При�этом�принимается�во�внимание�ряд� конструктивно-технологических� ограничений,� связанных� с� диаметром�распада� электродов�Dр� и� энерготехнологическим� режимом� ДСП� (ток� пе- ременный� или� постоянный,� процесс� дискретный� или�непрерывный). На� основе� математической� модели� излучения� в� рабочем� пространстве� ДСП,� адаптированной� для�исследования�влияния�геометрии�ванны�[20],� выполнен� анализ� относительных� потерь� энергии� с�водой�от�Dв/Hв�для�120-тонной�высокопроизво- дительной�дуговой�печи�с�различными�энерготех- нологическими�режимами�(рис.�2). Минимум�потерь�теплоты�на�расчетных�кривых� связан�с�усилением�влияния�поверхности�электро- дов�в�общей�мощности�излучения�при�уменьше- нии�Dв/Hв.�Согласно�данным�рис.�2�в�рассмотрен- ных� вариантах� энерготехнологических� режимов� Рис.�1.�Комплекс�энергоэффективных�решений�для�ДСП:�1�—�ванна�металла;�2�—�ванна�шлака;�3�—�стеновые�панели;�4�—� свод;�5�—�газоотводящий�патрубок;�6�—�электроды;�7�—�комбинированная�фурма-горелка;�8�—�пористая�пробка;�9�—�двух- фазная�газометаллическая�область;�10�—�подина;�11�—�рабочее�окно;�12�—�скрап;�13�—�камера�дожигания�и�пылеосаждения;� 14�—�камера�нагрева�скрапа;�15�—�загрузочная�бадья;�ОВ,�НВ�—�организованные�и�неорганизованные�пылегазовые�выбросы;� ПВ�—�приток�воздуха;�ПГ�—�природный�газ.�Другие�обозначения�—�см.�в�тексте 50 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 1,�2,�3�достигается�сокращение�потерь�теплоты�с� водой�относительно�стандартной�ванны�с�Dв/Hв = =�5�на�21,�26�и�27�%�соответственно. В�современных�ДСП�уменьшение�поверхности� металл–шлак� компенсируется� увеличением� ско- рости�циркуляции�в�ванне�за�счет�гидродинамиче- ского�воздействия�кислородных�фурм�и�продувки� инертным�газом�через�пористые�пробки�в�подине.� Применительно� к� продувке� жидкой� стали� инертным� газом� движущей� силой� циркуляции� является� разность� плотностей� окружающего� ме- талла� и� двухфазной� газометаллической� области,� образующейся� с� углом� раскрытия� g� в� ванне� над� пористой�пробкой�(см.�рис.�1).�Тепло-�и�массооб- мен� в� перемешиваемой� сталеплавильной� ванне,� согласно�исследованиям�[21],�описывается�следу- ющими�критериальными�уравнениями: 0,8 0,330,017 ,Nu Re Pr= (1) 0,7 0,3560,079 ,Sh Re Sc= (2) где�Nu�=�αconHв/λ�—�число�Нуссельта;� αcon�—�ко- эффициент� теплопереноса� в� жидкой� ванне� к� фрагменту�скрапа;�λ�—�коэффициент�теплопрово- дности�жидкой�стали;�Re�=�umHв/ν�—�число�Рей- нольдса;�um�—�средняя�скорость�циркуляции�в�ван- не;� ν�—� кинематическая� вязкость�жидкой� стали;� Pr�=�ρCν/λ�—�число�Прандтля;�С�—�теплоемкость� жидкой� стали;� Sh� =� βconHв/D�—� число�Шервуда;� βcon,�D�—�коэффициенты�массопереноса�и�диффу- зии�реагента�в�ванне�соответственно;�Sc�=�ν/D�—� число�Шмидта. Средняя� скорость� циркуляции� в� ванне� при� пневматическом�перемешивании�um� является,� со- гласно�данным�работы�[22],�функцией�геометрии� ванны�(Dв/Hв)�и�расхода�газа�Q�через�донную�по- ристую�пробку: 0,33 0,25 0,670,79 / (0,5 ) . â âmu Q H D= (3) Кинетика�плавления�фрагментов�скрапа�в�пере- мешиваемой�ванне�определяется�теплофизически- ми� характеристиками,� удельной� поверхностью� и� коэффициентом�конвективной�теплоотдачи�в�ванне� αcon� [23].�Кинетика�рафинирования� стали�от� вред- ных�примесей�(серы,�фосфора)�характеризуется�ко- эффициентом�конвективного�массопереноса�βcon� и� величиной�активной�межфазной�поверхности�бар- ботажного�«пятна»�радиусом�r�(см.�рис.�1).�Резуль- таты� оценки� αcon� и� βcon� относительно� их� значений� для� базовой� ванны� при� изменении�Dв/Hв,� выпол- ненные�на�основе� зависимостей� (1–3),�приведены� на�рис.�3.�Согласно�расчетам�снижение�Dв/Hв�с�5�до� 2,5�ведет�к�росту�αcon�на�16�и�βcon�на�11�%. По� экспериментальным� данным� [23],� суще- ствует�пропорциональная�зависимость�между�αcon и� скоростью� плавления� скрапа� в� жидкой� ванне.� Увеличение�βcon�и�активной�реакционной�поверх- ности�в�глубокой�ванне�способствует�интенсифи- кации�массообмена�и�рафинирования�на�границе� раздела� металл–шлак.� Увеличение� глубины� ван- ны� согласно� эмпирической� зависимости� влияния� мощности� пневматического� перемешивания� на� продолжительность�усреднения�сталеплавильной� ванны�[24]�способствует�сокращению�времени�го- могенизации�жидкого�расплава�на�8...10�%. Согласно� оценкам� [25]� в� условиях� ДСППТ� при� перемешивании� расплава� электровихревыми� течениями� влияние� глубины� ванны� на� процессы� тепло-� и� массообмена� более� существенно,� чем� в� ДСП� с� пневматическим� перемешиванием� ванны.� Снижение�Dв/Hв�с�5,0�до�2,5�ведет�к�росту�αcon�не� менее�чем�вдвое. Расчетные� показатели� энергоэффективности,� достигаемые�за�счет�совершенствования�геометрии� ванны,� для� 120-тонной� высокопроизводительной� дуговой� печи� при� реализации� различных� энерго- технологиеских�режимов�приведены�в�табл.�2. Рис.�2.�Относительные�потери�теплоты�излучением�в�120-тон- ной�ДСП�(Потн)�в�зависимости�от�Dв/Hв:�1�—�ДСППТ,�дискрет- ный�процесс;�2�—�ДСП,�периодический�процесс;�3�—�ДСП,� непрерывный� процесс;� I� —� Dв/Hв� для� стандартной� ванны;� ограничение�Dв/Hв�для�1,�2�(II)�и�3�(III)�соответственно Рис.�3.�Зависимость�относительных�коэффициентов�теплопе- реноса�αcon (1)�и�массопереноса�βcon (2)�от�Dв/Hв 51ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ Энергосберегающие водоохлаждаемые панели с пространственной структурой.�Традиционные� панели� ДСП� выполнены� с� плотной� структурой� труб� (рис.� 4,�а),� которая�не� обеспечивает� эффек- тивного�роста�толщины�шлакового�гарнисажа. Для�энергосберегающих�панелей�(рис.�4,�б–г)�ха- рактерна�пространственная�структура,�способству- ющая�накоплению�возобновляемого�равновесного� слоя� гарнисажа,� который�воспринимает�лучистый� тепловой�поток�и�выполняет�теплоизоляционную�и� теплоаккумулирующую�функции�[26]. Задача� стационарного� теплообмена� в� системе� источники� излучения–трубчатая� панель� с� водя- ным� охлаждением,� покрытой� слоем� гарнисажа� описывается�уравнением: 4 1 2 1 1 1 2 2 ( ) (1 ) 0,( / / 1 / ) T T q T h h − − − ε s − = λ + λ + a (4) где�σ�—�постоянная�Стефана–Больцмана;�q�—�па- дающий� тепловой� поток;� ε� —� степень� черноты� панели;� α� —� коэффициент� теплоотдачи� от� вну- тренней�поверхности�трубы�к�воде;�h1,�λ1,�h2,�λ2�—� толщины�и�теплопроводности�гарнисажа�и�трубы� соответственно;�T1,�T2�—� температура� поверхно- сти�излучения�и�воды�соответственно. Результаты�численного�решения�уравнения�(4)� в�двумерной�постановке�в�пакете�ELCUT�6,2�для� панелей,� выполненных� по� вариантам� на� рис.� 4,� а,� б,� приведены� на� рис.� 5,� а,� б� в� виде� темпера- турного� поля� (стрелки� указывают� распределение� теплового� потока).�Интегральная� характеристика� относительных�потерь�теплоты�с�водой�показана� на�рис.�5,�в.�Согласно�проведенным�данным�опти- мальное�значение�межтрубного�расстояния�f,�при� котором�потери�минимальны,�составляет�1,8...1,9� диаметра�трубы�d. Рабочие�характеристики�водоохлаждаемых�па- нелей�ДСП�традиционных�и�энергосберегающих�с� объемной�структурой�приведены�в�табл.�3. Следует� отметить,� что� двухрядные� панели� (рис.�4,�в)� [26],�несмотря�на�повышенную�метал- лоемкость,�обеспечивают�помимо�энергосбереже- ния�высокую�надежность,�ремонтопригодность�и� повышенный� срок� службы� внешнего� ряда.� При� выходе� из� строя� внутреннего� разреженного� ряда� из-за�прожога�дугой�печь�может�работать�до�бли- жайшего�капремонта�на�внешнем�ряде�панели. Для�ДСП�литейного�класса�вместимостью�3...15� т�разработано�и�внедрено�инновационное�решение� комбинированного� свода,� сочетающее� водоохлаж- даемые� элементы� и� огнеупорную�футеровку� (рис.� 6).� Комбинированный� свод� позволяет� при� мини- мальных� потерях� теплоты� с� водой� сократить� и� удельный�расход�огнеупоров�за�счет�замены�их�во- доохлаждаемыми�элементами�в�центральной�части,� обычно� лимитирующей� стойкость� свода� в� целом.� Т а б л и ц а 2 . Расчетные параметры энергоэффектив- ности 120-тонной дуговой печи с глубокой ванной отно- сительно базового варианта Параметры Базовый вариант ванны ДСП Значения параметров ДСП, периоди- ческий процесс ДСППТ, дискрет- ный процесс ДСП, непре- рывный процесс Dв/Hв 5,0 2,75 2,75 1,90 Потери�теплоты�с� водой 1,0 0,79 0,74 0,73 Продолжительность� усреднения�ванны 1,0 0,94 0,92 0,90 Скорость�плавления� скрапа�в�ванне 1,0 1,19 1,7...2,0 1,25 Рис.�4.�Водоохлаждаемые�панели�ДСП:�1�—�труба;�2�—�гарнисаж;�3�—�кожух�печи;�q�—�направление�падающего�теплового� потока�(обозн.�см.�в�тексте) 52 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ При�этом�повышается�стойкость�периферийной�ча- сти,�что�существенно�улучшает�технико-экономиче- ские�показатели�комбинированного�свода�[27]. Система рассредоточенной аспирации.�В�дан- ном�решении�реализованы�принципы�рассредото- чения�всасывающей�поверхности�и�приближения� ее�к�электродным�зазорам�с�целью�снижения�неор- ганизованных�выбросов�ПГС�и�уменьшения�при- тока�воздуха�[28].�Конструктивно�система�выпол- нена� в� виде� сводовой� камеры� с� горизонтальным� газоотводящим� патрубком,� соединенным� допол- нительным� каналом� с� периферией� подсводового� пространства�(см.�рис.�1). Предварительный�анализ�показал,�что�течение� среды�в�исследуемом�объекте�является�турбулент- ным� (Re� =� 105).� Численное� моделирование� вы- полняли�на�основе�уравнений�Навье–Стокса�(5)�и� неразрывности� (6)� с� использованием� k–ε�модели� турбулентности� в� пакете� прикладных� программ� CosmosFloWorks: 21( ) ,w w w p w F∂ + ∇ = − ∇ + η∇ + ∂τ ρ     (5) 0,divw =  � (6) где�ρ�—�плотность;�w�—�скорость;�p�—�давление;� τ�—�время;�F�—�объемная�плотность�сил;�η�—�ди- намическая�вязкость�среды. Расчет�поля�скоростей,�давлений�и�температур� газового� потока� в� модели� 120-тонной� ДСП�выполняли�при� следующих�допу- щениях� и� граничных� условиях,� приня- тых�в�модели�[28]:�рассматривали�пери- од� плавления;� в� качестве� рабочего� газа� принят� воздух;� теплообмен� газа� с� эле- ментами� рабочего� пространства� отсут- ствовал;� в� выходном� сечении� газоотво- дящего�патрубка�разрежение�составляло� 15�Па,� средняя� температура�отходящих� газов� равнялась� 1000� К;� в� сечении� ра- бочего� окна� нормальные� условия� (ат- мосферное� давление� и� температура� Рис.�5.�Температурное�поле�в�панели�традиционной�(а),�с�пространственной�структурой�(б)�и�относительные�потери�теплоты� на�1�м2�панели�(Потн)�в�зависимости�от�параметра�f/d (в):�1,�2�—�теплопроводность�гарнисажа�2�и�8�Вт/(м∙К)�соответственно� (обозн.�см.�в�тексте) Т а б л и ц а 3 . Рабочие характеристики водоохлаждаемых панелей Параметр Значения параметров относительно варианта (а) для панелей по вариантам (б–г) (см. рис. 4) а б в г Масса�гарнисажа�на�1�м2 1,0 1,22 2,33 2,20 Тепловой�поток�к�воде� на�1�м2 1,0 0,84 0,80 0,77 Масса�панели�на�1�м2 1,0 1,08 1,52 0,73 Область�применения Традиционное�решение� для�ДСП ДСП�средней�мощности� (до�0,7�МВА/т)�и�вмести- мости�(до�50�т) Крупные�ДСП�высокой� мощности�(>�0,7�МВА/т) ДСП�малой�вместимости� и�мощности (до�0,5�МВА/т) Рис.�6.�Комбинированный�свод�ДСП:�концептуальное�решение�(а)�и�реали- зация�(б);�1�—�портал�печи;�2�—�опорное�кольцо�свода;�3�—�центральная� водоохлаждаемая�часть;�4�—�опорные�спицы;�5�—�газоотводящий�патру- бок;�6�—�огнеупорная�вставка 53ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ газа�293�К);�на�поверхности�условной�камеры�над� печью�атмосферное�давление�и�температура�газа� 293�К;�на�дне�проплавляемого�дугами�в�шихте�ко- лодца�интенсивность�газообразования�4,5�кг/с�при� температуре�газа�1850�К�и�атмосферном�давлении;� ширина�электродных�зазоров�30�мм;�на�других�по- верхностях�—�реальная�стенка. На� полученные� результаты� расчета� поля� ско- ростей� накладывали� поток� частиц� плавильной� пыли,� генерируемый� условным�источником�ПГС� на� дне� колодца.� Принятые� в� численной� модели� параметры� пылевыделения� следующие:� интен- сивность�0,2�кг/с,�средний�размер�частиц�100�мкм,� плотность�3�г/см3�и�соответствуют�данным�работы� [29].�Число�условных�частиц�пыли�в�зоне�образо- вания�принято�равным�100.�Скорость�и�температу- ра�частиц�пыли�в�численной�модели�привязаны�к� расчетным�параметрам�газового�потока. Результаты� расчетов� в� виде� поля� скоростей� с� наложенными� на� него� треками� частиц� плавиль- ной� пыли� приведены� на� рис.� 7.� Общая� картина� газодинамики� в� рабочем� пространстве� печи� сви- детельствует� о� более� эффективной� локализации� неорганизованных� выбросов� при� использовании� рассредоточенной�системы�газоудаления,�что�вид- но�по�числу�треков�частиц�пыли,�проходящих�че- рез�электродные�зазоры�в�пространство�условной� камеры�над�сводом. Интегральные�характеристики� систем�аспира- ции,�полученные�в�результате�численного�модели- рования,�сопоставлены�в�табл.�4. Результаты� расчетов� показывают,� что� система� рассредоточенной� аспирации� в� исследуемом� ди- апазоне� изменения� режимных� и� геометрических� параметров�ДСП�обеспечивает�преимущества�над� традиционной� системой� газоудаления� по� энерго- эффективности� и� экологической� безопасности.� Относительные� величины� притока� холодного� воздуха�в�печь�через�рабочее�окно�и�неорганизо- ванных�выбросов�через�электродные�зазоры�сни- жаются�в�среднем�на�22�и�35�%�соответственно�и� практически�подавляется�вынос�плавильной�пыли� в�электродные�зазоры. Система среднетемпературного предвари- тельного нагрева скрапа.� С� учетом� отмеченных� ранее�недостатков�конструктивного�решения�[14],� в�предлагаемой�для�мини-заводов�системе�предва- рительный� нагрев� скрапа� производится� в� специ- альной� камере,� установленной� в� тракте� газоуда- ления� с� последующей� перегрузкой� в� бадью� для� завалки�в�печь. Рис.�7.�Результаты�расчета�поля�скоростей�пылегазовой�среды�и�треков�частиц�пыли�для�традиционной�системы�аспирации�(а)� и�системы�рассредоточенной�аспирации�(б)�в�период�плавления:�1�—�корпус�печи;�2�—�свод;�3�—�газоотводящий�патрубок;� 4�—�сводовая�камера;�5�—�периферийный�канал;�6�—�рабочее�окно;�7�—�электрод;�8�—�условная�камера;�9�—�колодец,�обра- зованный�дугами�в�шихте�при�плавлении Т а б л и ц а 4 . Сравнительная характеристика систем аспирации ДСП Система аспирации Параметры, отн. ед. Приток воздуха в рабочее окно Неорганизованные выбросы Общий расход газа из печигаза пыли Традиционная 1 1 1 1 Рассредоточенная 0,78 0,65 Не�наблю- дали 0,86 54 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ Предварительные� расчеты� [28],� выполненные� на� основе� численного� решения� задачи� Шумана,� показывают� возможность� нагрева� 50� %� общей� массы�скрапа�стандартной�насыпной�плотностью� 0,9� т/м3� до� 400� оС� за� 22...25� мин� при� обработке� потоком�ПГС�подвалки�50-тонной�ДСП�в� специ- альной�камере.�Согласно�расчетам�это�позволяет� без� существенной� реконструкции� производства� снизить�энергозатраты�при�выплавке�полупродук- та�на�22...25�кВт∙ч/т�и�вписаться�в�существующий� энерготехнологический�режим�печи. Схема� организации� предварительного� нагрева� скрапа�в�существующей�инфраструктуре�комплек- са�ДСП�приведена�на�рис.�1.�Камера�нагрева�скра- па� устанавливается� в� тракте� газоудаления� после� камеры� дожигания� и� пылеосаждения.� Загрузка� в� камеру�и�последующая�выгрузка�нагретого�скрапа� производится� посредством� используемых� в� цехе� загрузочных� бадей,� мостовых� кранов� и� переда- точных� тележек.�Для�обеспечения�максимальной� степени�дожигания�СО�в�предложенной�техноло- гической�схеме�охлаждение�газовой�смеси�приня- то�двухстадийным.�На�первой�стадии�приток�воз- духа�в�зазор�камеры�дожигания�и�газоотводящего� патрубка�печи�близок�к�стехиометрическому,�что� обеспечивает� высокую� температуру� при� дожига- нии.� На� второй� стадии� осуществляют� основную� часть� притока� воздуха,� обеспечивая� температуру� газовой�смеси�не�выше�450�оС�по�условиям�сред- нетемпературного�нагрева�скрапа.� Сопоставительная� характеристика� вариантов� ПН�скрапа�приведена�в�табл.�5. Анализ�данных�показывает,�что�среднетемпера- турный�ПН�скрапа,�учитывая�проблему�PCDD/F�и� весьма�затратные�методы�ее�решения,�представля- ется�рациональным�решением�при�модернизации� действующих� мини-заводов� Украины,� в� которых� установлены�ДСП�с�бадьевой�загрузкой�скрапа. В�данной�работе�предложены�решения�модер- низации�ДСП�на�основе�изменения�геометрии�ван- ны�в�сторону�увеличения�ее�глубины,�энергосбе- регающих�водоохлаждаемых�элементов,�системы� рассредоточенной� аспирации� и� среднетемпера- турного�предварительного�нагрева� скрапа.�Оцен- ка�экономии�электроэнергии�для�комплекса�реше- ний�применительно�к�12-тонной�ДСП�составляет� 56...68� кВт∙ч/т,� срок� окупаемости� 0,5...1,3� года.� Кроме�энергосбережения�предложенные�решения� снижают� неорганизованные� пылегазовые� выбро- сы�на�35�%,�повышают�эффективность�дожигания� СО�и�не�вызывают�эмиссии�токсичных�PCDD/F. Список литературы/References 1.�Morfeldt,�J.,�Nijs,�W.,�Silveira,�S.�(2015)�The�impact�of�cli- mate�targets�on�future�steel�production�—�an�analysis�based� on� global� energy� system�model.� J. of Cleaner Production,� 103,�469–482. 2.�(2016)�Global steel report.�US�Department�of�Commerce.�In- ternational�Trade�Administration.�July�2016.�http://trade.gov/ steel/pdfs/07192016global-monitor-report.pdf 3.�Toulouevski,�Yu.,� Zinurov,� I.� (2010)� Innovation in electric arc furnaces. Scientific basis for selection.�Berlin,�Germany,� Springer-Verlag. 4.�Stovpchenko,�G.,�Projdak,�Yu.,�Kamkina,�L.�et�al.�(2008)�Low� carbon�steel�manufacture�in�EAF�steelmaking�shop.�Archives of Metallurgy and Materials,�53(2). 5.�Kuhn,�R.� (2005)�Continuous�off-gas�measurement� and�energy� balance�in�electric�arc�steelmaking.�ISIJ Int.,�25(11),�1587–1596. 6.�Zuccato Energia Company Presentation.� http://www.zucca- toenergia.it/index.php/en�(assessed�11.04.18). 7.�Grant,�M.� (2000)�Principles�and�strategy�of�EAF�post-com- bustion.�In:�Proc. of 58-th Electric Furnace Conf.�(Orlando,� USA,�November�12–15th). 8.�Toulouevski,�Yu.,�Zinurov,�I.�(2015)�Electric arc furnace with flat bath. Achievements and prospects.�Springer,�Heidelberg– New�York–Dordrecht–London. 9.�Lehner,� J.,� Friedacher,�A.,� Gould,� L.,� Fingerhut,�W.� (2004)� Low-cost�solutions�for�the�removal�of�dioxin�from�EAF�off- gas.�La Metallurgia Italiana,�4,�67–70. 10.�Nagai,�T.,�Sato,�Y.,�Kato,�H.�et�al.�(2015)�The�most�advanced� power� saving� technology� in� EAF.� Introduction to EcoArc.� https://steelplantech.com/wp-content/uploads/2015/07/The- most-advanced-power-saving-technology-in-EAF-Introduc- tion-to-ECOARC.pdf 11.�Eco — friendly and efficient: COSS furnace — continuous- ly optimized shaft system.� http://www.fuchs� technology.net/ en/fulfillment/furnace-systems/coss–furnace.html� (assessed� 30.09.2017). Т а б л и ц а 5 . Сопоставительная характеристика основных вариантов ПН скрапа ПН скрапа Высокотемпературный Среднетемпературный в камере в шахте на конвейере Температура�нагрева,�оС 850...950 600...700 300 Расчетная�экономия�энергии�в�ДСП,�кВтч/т 100...120 70...105 22...25 Проблема�выделения�PCDD/F Существует Нет Энергозатраты�на�нейтрализацию�PCDD/F Не�менее�10...15�кВт∙ч/т�[8] Нет Изменение�инфраструктуры�цеха Существенное Незначительное Дополнительные�требования�к�подготовке�скрапа Требуется�фрагментирование Нет Влияние�ПН�скрапа�на�дожигание�СО Негативное�из-за�снижения�температу- ры�газа�в�слое�холодного�скрапа Дожигание�СО�проводят�до�ПН� скрапа 55ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 12.�Rummler,�K.,�Tunaboylu,�A.,�Ertas,�D.�(2001)�Scrap�preheat- ing�and�continuous�charging�system�for�EAF�meltshop.�MPT Int.,�5,�32–36. 13.�Abel,�M.,�Hein,�M.,�Huber,�H.-J.�(2015)�EAF�quantum.�The� future�approach� to�efficient�scrap�melting.�Steelworld,� June,� 91–94.� http://steelworld.com/newsletter/2015/June15/Tech- nology0615-2.pdf 14.�Gottardi,� R.,�Miani,� S.,� Partyka,�A.,� Engin,� B.� (2008)�UH- CP-Elektrolichtbogenofen� erreicht� Produktionsrate� von� 320�t-h.�Stahl und Eisen,�128(8),�19–24�(in�German]. 15.�Dorndorf,�M.,�Liese,�M.,�Granderath,�R.,�Schrade,�C.�(2016)� High�efficient� energy� recovery� solutions� for�melt� shops.�La Metallurgia Italiana,�9,�24–31. 16.�Gubynsky,� M.V.,� Tymoshenko,� S.M.,� Shrajber,� O.A.,� An- tonets,� I.V.� (2017)� Increase� in� energy� efficiency� of� electric� steelmaking�processes�by�conversion�of�natural�gas�with�arc� furnace�waste�gases.�Problemy Naukovoi Energetyky: Trans- act.,�48(1),�60–66�[in�Ukrainian]. 17.�Falkenreck,� U.,� Weischedel,� W.� (2007)� New� scrap-based� steelmaking� process� predominantly� using� primary� energy.� MPT Int.,�3,�52–55. 18.�Tuluevsky,� Yu.N.,� Zinurov,� I.Yu.,� Shver,� V.G.� (2011)� New� possibilities� of� Consteel� furnaces.� Elektrometallurgiya,� 6,� 22–27�[in�Russian]. 19.�Egorov,�A.V.�(1990)�Calculation�of�power�and�parameters�of� electric�furnaces�of�ferrous�metallurgy.�In:�Manual for higher education institutions.�Moscow,�Metallurgiya�[in�Russian]. 20.�Timoshenko,�S.�N.�(2016)�Computer�modeling�bath�geometry� to�improve�energy�efficiency�of�electric�arc�furnace.�Sistem- nye Tekhnologii,�3,�33–39�[in�Russian]. 21.�Kawakami,�М.,�Takatani,�R.,�Brabie,�L.�(1999)�Heat�and�mass� transfer�analysis�of�scrap�melting�in�steel�bath.�Tetsu to Ha- gane,�85(9),�658–665. 22.�Mazumdar,�D.,�Guthrie,�R.�(1995)�The�physical�and�mathemati- cal�modeling�of�gas�stirred�ladle�systems.�ISIJ Int.,�35(1),�1–20. 23.�Li,�J.,�Provatas,�N.�(2008)�Kinetics�of�scrap�melting�in�liquid� steel:�Multipiece�scrap�melting.�Metallurg. and Mater. Trans- act.,�39B(4),�268–279. 24.�Nakanishi,�K.,�Fujii,�T.,�Szekely,�J.�(1975)�Possible�relation- ship�between�energy�dissipation�and�agitation�in�steel�process- ing�operations.�Ironmaking & Steelmaking,�3,�193–194. 25.�Timoshenko,�S.N.,�Gubinsky,�M.V.�(2016)�Increase�in�energy� efficiency�of�steelmaking�process�with�continuous�melting�of� charge�in�liquid�bath.�Tekhnichna Teplofizyka ta Promyslova Teploenergetyka,�8,�174–183�[in�Russian]. 26.�Timoshenko,�S.�N.�(2017)�Analysis�of�energy�efficient�solu- tions�of� a� small� capacity� electric� arc� furnace�and� their� syn- thesis� in� a� new� generation� 15-ton� unit.� Suchasni Problemy Metallurgii,�20,�78–87�[in�Ukrainian]. 27.�Doroshenko,�A.V.,� Dyadkov,� B.P.,� Timoshenko,� S.N.,� Tish- chenko,�P.I.� (2017)�Combined�water-cooled�electric� furnace� roof� of� small� capacity.�Metallurgicheskaya i Gornorudnaya Promyshlennost,�5,�91–95�[in�Russian]. 28.�Timoshenko,� N.S.,� Semko,�A.N.,� Timoshenko,� S.N.� (2013)� Modeling�of�energy-saving�solutions�for�outgassing�from�arc� steelmaking�furnace.�Naukovi Pratsi DNTU. Seriya Metalur- giya,�84–95�[in�Russian]. 29.�Guézennec,�A.G.,� Huber,� J.C.,� Patisson,� F.R.� et� al.� (2004)� Dust�formation�by�bubble-burst�phenomenon�at�the�surface�of� a�liquid�steel�bath.�ISIJ Int.,�44(8),�1328–1333. ШЛЯХИ ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ ДУГОВИХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ ПЕЧЕЙ С. М. Тимошенко1, Г. П. Стовпченко2,3, Ю. В. Костецький2, М. В. Губинський4 1Донецький�національний�технічний�університет. 85300,�Донецька�область,�м.�Покровськ,�пл.�Шибанкова,�2.�E-mail:�mail@donntu.edu.ua 2Інститут�електрозварювання�ім.�Є.�О.�Патона�НАН�України. 03150,�м.�Київ,�вул.�Казимира�Малевича,�11.�E-mail:�office@paton.kiev.ua 3Інжинірингова�компанія�«Елмет-Рол». 03150,�м.�Київ,�А.с.�259.�E-mail:�office@elmet-roll.com.ua 4Національна�металургійна�академія�України. 49600,�м.�Дніпро,�пр.�Гагаріна,�4.�E-mail:�nmetau@nmetau.edu.ua Запропоновано�комплекс�маловитратних�енергоефективних�рішень�щодо�модернізації�дугових�сталеплавиль- них�печей:�глибока�ванна,�водоохолоджувані�панелі�з�просторовою�структурою,�система�розосередженої�ас- пірації�і�попередній�середньотемпературний�нагрів�скрапу�пилогазовим�середовищем�з�ефективним�допалю- ванням� СО.�Методами� комп’ютерного� моделювання� показано,� що� застосування� комплексу� запропонованих� рішень�у�120-тонній�дуговій�сталеплавильній�печі�дозволяє�скоротити�енергоспоживання�на�56…68�кВт∙г/т.� Бібліогр.�29,�табл.�6,�іл�.7. К л ю ч о в і с л о в а : дугова сталеплавильна піч; енергоефективність; глибока ванна; водоохолоджувані еле- менти з об’ємною структурою; система розосередженої аспірації; середньотемпературний попередній нагрів скрапу Ways oF inCReasing the eneRgy eFFiCienCy oF eleCtRiC aRC FuRnaCes s.n. timoshenko1, a.P. stovpchenko2,3, yu.V. Kostetsky2, M.V. gubinsky4 1Donetsk�National�Technical�University. 2�Shybankova�Sq.,�85300,�Pokrovsk,�Donetsk�region,�Ukraine.�Е-mail:�mail@donntu.еdu.ua 2E.O.�Paton�Electric�Welding�Institute�of�the�NAS�of�Ukraine. 11�Kazimir�Malevich�Str.,�03150,�Kyiv,�Ukraine.�E-mail:�office@paton.kiev.ua 3Engineering�company�«Elmet-Roll». P.B.�259,�03150,�Kyiv,�Ukraine.�Е-mail:�office@еlmet-roll.соm.uа 4National�Metallurgical�Academy�of�Ukraine. 4�Gagarina�Ave.,�49005,�Dnipro,�Ukraine.�Е-mail:�nmetau@�nmetau.еdu.ua 56 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ A� complex� of� low-cost� energy-efficient� solutions� for� the� modernization� of� electric� arc� furnaces� was� proposed:� a� deep�pool,�water-cooled�panels�with�a�spatial�structure,�a�system�of�distributed�aspiration�and�preliminary�medium- temperature� heating� of� a� scrap� by� a� powder-gas� environment�with� an� efficient� extra� burning� of�CO.�Applying� the� methods�of�computer�simulation,�it�was�shown�that�using�a�complex�of�solutions�in�a�120-ton�electric�arc�furnace�can� reduce�energy�consumption�by�56...68�kW∙h/t.�Ref.�29,�Tabl.�6,�Fig.�7. K e y w o r d s : electric arc furnace; energy efficiency; deep pool; water-cooled elements with volumetric structure; distributed aspiration system; medium temperature preheating of scrap Поступила�16.04.2018
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167532
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0233-7681
language	Russian
last_indexed	2025-11-30T15:34:37Z
publishDate	2019
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
record_format	dspace
spelling	Тимошенко, С.Н. Стовпченко, А.П. Костецкий, Ю.В. Губинский, М.В. 2020-03-30T15:25:34Z 2020-03-30T15:25:34Z 2019 Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей / С.Н. Тимошенко, А.П. Стовпченко, Ю.В. Костецкий, М.В. Губинский // Современная электрометаллургия. — 2019. — № 1. — С. 46-56. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 0233-7681 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2019.01.06 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167532 669.187.58.003.1 Предложен комплекс малозатратных энергоэффективных решений модернизации дуговых сталеплавильных печей: глубокая ванна, водоохлаждаемые панели с пространственной структурой, система рассредоточенной аспирации и предварительный среднетемпературный нагрев скрапа пылегазовой средой с эффективным дожиганием СО. Методами компьютерного моделирования показано, что применение комплекса решений в 120-тонной дуговой сталеплавильной печи позволяет сократить энергопотребление на 56...68 кВт∙ч/т. Запропоновано комплекс маловитратних енергоефективних рішень щодо модернізації дугових сталеплавильних печей: глибока ванна, водоохолоджувані панелі з просторовою структурою, система розосередженої аспірації і попередній середньотемпературний нагрів скрапу пилогазовим середовищем з ефективним допалюванням СО. Методами комп’ютерного моделювання показано, що застосування комплексу запропонованих рішень у 120-тонній дуговій сталеплавильній печі дозволяє скоротити енергоспоживання на 56…68 кВт∙г/т. A complex of low-cost energy-efficient solutions for the modernization of electric arc furnaces was proposed: a deep pool, water-cooled panels with a spatial structure, a system of distributed aspiration and preliminary medium-temperature heating of a scrap by a powder-gas environment with an efficient extra burning of CO. Applying the methods of computer simulation, it was shown that using a complex of solutions in a 120-ton electric arc furnace can reduce energy consumption by 56...68 kW∙h/t. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Энергоресурсосбережение Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей Шляхи підвищення енергоефективності дугових сталеплавильних печей Ways of increasing the energy efficiency of electric arc furnaces Article published earlier
spellingShingle	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей Тимошенко, С.Н. Стовпченко, А.П. Костецкий, Ю.В. Губинский, М.В. Энергоресурсосбережение
title	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей
title_alt	Шляхи підвищення енергоефективності дугових сталеплавильних печей Ways of increasing the energy efficiency of electric arc furnaces
title_full	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей
title_fullStr	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей
title_full_unstemmed	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей
title_short	Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей
title_sort	пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей
topic	Энергоресурсосбережение
topic_facet	Энергоресурсосбережение
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167532
work_keys_str_mv	AT timošenkosn putipovyšeniâénergoéffektivnostidugovyhstaleplavilʹnyhpečei AT stovpčenkoap putipovyšeniâénergoéffektivnostidugovyhstaleplavilʹnyhpečei AT kosteckiiûv putipovyšeniâénergoéffektivnostidugovyhstaleplavilʹnyhpečei AT gubinskiimv putipovyšeniâénergoéffektivnostidugovyhstaleplavilʹnyhpečei AT timošenkosn šlâhipídviŝennâenergoefektivnostídugovihstaleplavilʹnihpečei AT stovpčenkoap šlâhipídviŝennâenergoefektivnostídugovihstaleplavilʹnihpečei AT kosteckiiûv šlâhipídviŝennâenergoefektivnostídugovihstaleplavilʹnihpečei AT gubinskiimv šlâhipídviŝennâenergoefektivnostídugovihstaleplavilʹnihpečei AT timošenkosn waysofincreasingtheenergyefficiencyofelectricarcfurnaces AT stovpčenkoap waysofincreasingtheenergyefficiencyofelectricarcfurnaces AT kosteckiiûv waysofincreasingtheenergyefficiencyofelectricarcfurnaces AT gubinskiimv waysofincreasingtheenergyefficiencyofelectricarcfurnaces

Пути повышения энергоэффективности дуговых сталеплавильных печей

Institution

Ähnliche Einträge