Плазменные руднотермические печи постоянного тока

Цех плазменных печей
Цех плазменных печей

Рис.1,2. Цех плазменных печей нового поколения в составе плазменной шахтной печи

Назначение:

Электропечи рудовосстановительные шахтные плазменные (РШПП), предназначены для получения ферросплавов (например, ферросиликомарганца МнС17 по ГОСТ 4756-91), первородных металлов непрерывным процессом методом восстановления входящих в ферросплав металлов из моношихты, в виде брикетов, с оптимизированным составом компонентов для металлургического передела по ТУ 0732-010-55978394-04.

Краткое описание преимуществ процесса получения ферросплавов в плазменной шахтной печи.

Преимуществами шахтной схемы печи является эффективная регенерация тепла, улавливание возгонов (могут достигать до 20% от объема выпуска), более полное использование восстановителя, меньшая требовательность к шихте, экологичность (герметичная система), лучшие весогабаритные характеристики, в разы меньшая технологическая себестоимость производства продукции.

Плазменные руднотермические печи обеспечат Вам следующие преимущества:

  • Экономия энергии                      –  до 50%;
  • Увеличение процента извлечения полезных компонентов из руды – с 70% до 95%;
  • Снижение выбросов                   – в 10 раз;
  • Снижение  технологической себестоимости производства  в 2-3 раза;
  • Расход плазмообразующего газа через плазмотрон может быть изменён от 0 до 100 % от требуемого;
  • Мощность плазмотрона изменяется плавно, от десятков киловатт до десятков мегаватт;
  • Плазмообразующие газы могут быть как восстановительными, так и окислительными, а также защитными;
  • Газы могут быть взяты прямо из печи, и отправлены через плазмотрон обратно в печь;
  • Технолог сам задаёт и управляет формой выделения мощности.

В плазменной технологии использован метод восстановления в твердой фазе, идея хорошо сбалансированного брикета, шахтная схема печи.

Новыми составляющими технологии «EPOS-process» являются: использование плазменных горелок особой конструкции вместо электродов РВП, применение специального профиля шахты, технология и схема рециркуляции горячих газов печного пространства по контурам печи через плазмотрон и систему рециркуляции, полное использование восстановительных возможностей плазмообразующих газов и влаги из атмосферы печи, без окислителей.

При этом используются металлургические плазмотроны запатентованной конструкции, предназначенные для работы под слоем шихты, не боящиеся контакта с электропроводящей шихтой и расплавом, с отсутствием ограничений по длительности непрерывной работы.

Наш опыт изготовления печей:

На собственной опытной базе для отработки технологии восстановительных плавок нами в течение 2007-2018 гг. изготовлено и опробовано уже 4 поколения печей, на которых отработаны технологии производства ферросилиция, ферросиликомарганца, ферромарганца, стали (чугуна), а также сложная технология одностадийной восстановительной плавки титаномагнетита, ильменита, с получением восстановленного железа и титанистого шлака высокой концентрации.

Последняя технология указывает на уникальные возможности вовлечения месторождений титаномагнетита в оборот, как для производства стали и сплавов, так и для формирования хорошей сырьевой отечественной базы для производства титана и его соединений.

Виды производимых печей:

Тип печи РШПП-1,5 РШПП-3,0 РШПП-4,5 РШПП-6,0 РШПП-12,0
Номинальная мощность плазмотрона 1500 3000 4500 6000 12000
Количество плазмотронов, шт 3 3 3 3-6 3-6
Номинальная мощность одного плазмотрона, кВТ 500 1000 1500 1500-2000 2000-4000
Производительность по ферросплаву, кг/час до 1000 до 2000 до 3000 до 4000 до 8000
Пультовая
Пультовая

Рис. 3,4. Пультовая

Ниже приведем пример использования плазменных систем для производства ферросплавов в шахтной плазменной рудовосстановительной печи по технологии «EPOS-process»

Кратко изложим особенности и преимущества «EPOS-process» и применения рудовосстановительной шахтной плазменной печи на примере производства ферросплава МнС17 по ГОСТ 4756-91 из руды одного из месторождений.

Состав предлагаемой руды.

№ пп Материал Средний химический состав, %
Fe SiO2 Mn Al2O3 CaO Mg S P
1 Получен со стороны 4-5 12-16 38-40 1-2 5 1,5 0,02 0,12-0,14
2 Из своих очагов, 1 7-9 20-22 13-20 6 0,02 0,15
3 Из своих очагов, 2 (после обогащения) 8-11 26 30 2 8 1,2 0,02 0,14

Для расчета других руд, при оценке эффективности технологии “EPOS-process”, можно применить изложенные подходы.

Для плавки МнС17, для получения ферромарганца или ферросиликомарганца, материал 1 подходит в большей мере. Материал 3 подходит для получения ферросиликомарганца только для производства в шахтной плазменной печи.

5464
Профиль шахты

Рис 1,2. Плазменная руднотермическая шахтная электропечь РШПП-1,5И1. Профиль шахты.

Рис 3,4. Плазменная руднотермическая шахтная электропечь. Схема. Управление зоной энерговыделения.

1,7 – подвижный плазменный узел – электрод;
2 — внутренний электрод плазменного узла;
3 — шихта;
4 – гарниссаж, зона плавления;
5 — расплав;
6 — дуга внутреннего электрода;
8 – футерованный тигель для расплава;
9 — дуга переменного или постоянного  тока

Видно, в каких широких пределах возникает возможность управлять в условиях плазменного энергоисточника формой энерговыделения.

Плазменные печи, в зависимости от потребностей технологии, могут работать на больших и малых напряжениях дуг.

Рис 5. Вольт-амперные характеристики плазменной дуги работающего плазмотрона. Работа коаксиального плазмотрона в режиме «над и под шихтой»

Преимущества плазменной шахтной печи на примере производства ферросплава мнс17.

Метод восстановления в твердой фазе;

Для работы печи использован специальный БРИКЕТ (по технологии ЭПОС), включающий в себя все компоненты шихты в требуемых пропорциях, что резко упрощает всю систему шихтоподачи. Использован метод восстановления в твердой фазе.

Увеличение процента извлечения полезных компонентов из руды;

Выход базового элемента выше, чем в классической. При получении ферросплава МнС17 из рудного материала достигнуто, в сравнении с традиционной технологией, увеличение процента извлечения полезных компонентов из руды с 70-75% до 90-95% от исходного.

Полное использование тепловой энергии;

В шахтной печи происходит более полное использование тепловой энергии. Фактически тепловая энергия газов идет на нагрев спускающейся по шахте шихты. Вынос тепла с уходящими газами массой 1120 кг для классической печи составляет ориентировочно 245000 Вт*ч. В шахтной печи вынос тепла с уходящими газами массой 876 кг составляет ориентировочно 51100 Вт*ч.

Снижение расхода углерода;

Расход углерода (карбонизата, коксика или низкосортного угля) в шахтной печи необходим в 1,5-2 раза меньше по сравнению с классической печью, для карбонизата этот показатель еще эффективнее (на 30% по сравнению с коксом).

Новое качество процесса;

Новое качество процесса за счет применения новых плазмотронов и технологии их применения. В руднотермических печах сложно обеспечить локализацию зоны энерговыделения, симметрирование нагрузки по фазам; это достигается точной расчетной и конструкторской работой проектировщика, а также сложной работой технолога-металлурга, а равномерность мощности в дуговых разрядах и междуфазном энерговыделении в шихте, равномерность плотности мощности в зоне химических реакций, как стационарный режим, не достигается никогда. Отсутствует возможность изменения мощности под одним из электродов, без изменения при этом режима плавки под остальными двумя. Нельзя изменить положение электродов, не затронув ряда других важных показателей печи.

Полное использование химической энергии;

  В шахтной печи происходит более полное использование химической энергии отходящих газов. В составе печных газов классических руднотермических печей преимущественно содержится оксид углерода с содержанием до 92%, некоторое количество водорода и углекислого газа. Реакция окисления углерода осуществляется с выделением тепла. В случае с шахтной печью, химическая энергия идет на поддержание реакций восстановления, подогрев шихты, что дает большую экономию электроэнергии и восстановителя. При получении 1 тонны МнС17 в классической печи, вне шихты, под зонтом, происходит сгорание 1120 кг СО, выделяется 3,146 МВтч энергии, которая фактически теряется путем выброса уже разбавленных печных газов в атмосферу.

Удешевление системы газоочистки.

Температура отходящих колошниковых газов пониженная, 200 °С и менее, объем газа меньше до 10 раз. Количество газа и твердых частиц, уносимых с удаляемым газом, ниже в десятки раз. Удешевляются системы газоочистки.

Качественно решенный плазменный узел;

В печи «ЭПОС-Инжиниринг» качественно решен плазменный узел, позволяющий работать независимо, автономно, под шихтой. Это позволило реализовать преимущества плазменной печи:
  1. Энерговыделение от дуги плазмотрона обеспечило пространственную, тепловую и электротехнологическую независимость от других источников;
  2. Местоположение энерговыделения также может быть выбрано индивидуально;
  3. Энерговыделение можно полностью локализовать в шихте, практически без потерь, а управление формой электрической дуги разряда плазмотрона позволяет формировать требуемую форму зоны энерговыделения, что снимает ряд важнейших ограничений при планировании технологии и металлургии процесса.
Процесс превращается в гибко управляемую технологию. При равных установленных мощностях источников, возникает возможность довести до зоны энерговыделения до 95-98% мощности и напряжения источника, при значительно меньших токах и малых тепловых потерях.

Новые условия труда и работа оборудования;

Работа классической руднотермической печи связана со значительным объемом тяжелого физического труда, большим количеством технологических операций с оборудованием и шихтой, значительными затратами на персонал. Необходимо работать на доставке и подготовке шихтовых материалов, в ассортименте, подаче их в промежуточные бункера, контролем подачи к печи и раздачи по труботечкам, контроле колошника, подготовке самоспекающихся электродов и т.д. Уровень шума от действующего оборудования редко дает возможность даже разговаривать на площадке. Все принципиально упрощается при работе на плазменной шахтной печи:
  1. Действующая шахтная плазменная печь работает на заранее подготовленной шихте-брикете. Брикеты транспортируются с автоматического участка брикетирования закрытым конвейером и сгружаются в бункеры-дозаторы участка печи, откуда дискретно подаются в приемный бункер печи по закрытой галерее конвейером автоматически, по мере расходования.
  2. Печь герметична на давление 3-5 тыс. Печь работает тихо, вблизи можно разговаривать шепотом.
  3. Газовые выбросы на площадке отсутствуют, внешних признаков работы в печи мощных дуг нет. 
  4. Кожух печи – теплый в стационарном режиме, соответствует нормам, безопасен при прикосновении во всех отношениях. 
  5. Рабочая площадка без пыли и не задымлена.
  6. Во время работы печи оператору рабочие не нужны: подача шихты, сход, газоудаление, электрические режимы, положение рабочих элементов, системы охлаждения  и проч. управляются в автоматическом режиме, по заданному алгоритму, из пультовой
  7. У оператора несколько мониторов: по управлению печью (режимы работы печи и всего оборудования, шихтоподача, система охлаждения), а также управлению системой газоудаления и газоочистки.
  8. Количество персонала по обслуживанию сокращено до минимума ввиду отсутствия необходимости в постоянном выполнении таких работ.
Реализация преимуществ оборудования предприятия ЭПОС-Инжиниринг и технологии EPOSprocess формирует современное высокотехнологичное малолюдное автоматизированное производство, обеспечивает резкое, до 35-40%, увеличение выхода ферросплава из единицы массы руды, снижение расхода электроэнергии, восстановителей, гарантированно обеспечивает высокую рентабельность производства ферросплавов. Это делает EPOSprocess, при правильном его применении, одним из самых перспективных в области переработки руд и утилизации промышленных отходов.
edback