Установки высокотемпературного разогрева металлургических ковшей предназначены для разогрева огнеупорной футеровки ковша до заданной температуры перед подачей в ковш жидкого металла с целью предотвращения двух явлений — кристаллизации металла в ковше, с одной стороны, и повреждения футеровки ковша из-за теплового удара, с другой стороны.
Управление температурой поверхности футеровки обеспечивается очень точное, гибкое, в зависимости от операции и типа футеровки. Устройство работает практически бесшумно, вблизи можно разговаривать без форсирования голоса. Никакого газовыделения, кроме выпаривания влаги футеровки. Можно сушить ковши, спекать футеровку тиглей, ванн, печей и проч. Плазматрон предусматривает плавный, широко регулируемый режим нагрева, темп нагрева задает оператор – от долей градуса до десятков градусов в минуту.
Поставляется комплектно, запускается за 3 дня.
Плазменная система сушки и нагрева ковшей является современной «зеленой» альтернативной системой нагрева вместо действующих систем нагрева горелками.
Нагрев пламенем горелки сопровождается большими газовыми потоками, неравномерностью нагрева, большими массовыми выбросами горячих продуктов сгорания, крайне низким КПД, в особенности – на финише нагрева, большими объемами газоудаления. Для работы оборудования необходима инфраструктура газоснабжения и газоудаления.
При нагреве с использованием плазменной системы сушки-подогрева выделений продуктов сгорания – нет. Образно говоря, включили «лампочку» для нагрева излучением. Улавливать необходимо только продукты сушки – пары воды. Эквивалентные энергозатраты снижаются на порядки, выбросы – в сотни раз, причем- без нагрузки в виде «парниковых газов».
Нагреватель обращен к стенке ковша равномерно разогретой поверхностью с заданной температурой, нагрев производится преимущественно излучением, дополнительно – конвекцией при закрытой крышке ковша.
Нагреватель обращен к стенке ковша равномерно разогретой поверхностью с заданной температурой, нагрев производится преимущественно излучением, дополнительно – конвекцией при закрытой крышке ковша.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ТАБЛИЦА РАЗЛИЧНЫХ СпособОВ подогрева сталеразливочных ковшей
Параметр | Газовые горелки | Топливно-кислородные горелки | Электрический подогрев | Плазменный подогрев |
Максимальная температура на нагреваемой поверхности | ≈ 1100 ºС | ≈ 1200 ºС | 800-900 ºС | до 2500 ºС |
КПД процесса | 10 – 30 % | ≈ 40 % | ≈ 90 % | 90 – 95 % |
Неравномерность распределения температуры футеровки | Неравномерно | Неравномерно | Равномерно | Равномерно |
Скорость нагрева футеровки | Низкая | Средняя | Средняя | Высокая |
Количество отходящих газов | Большое | Большое | Отсутствует | Отсутствует |
Особенности | 1. Широко известны на рынке; 2. Относительно дешевы | 1. Широко известны на рынке; 2. Относительно дешевы | 1. Исключается динамическое воздействие факела на футеровку; 2. Нет конденсации водяных паров при сгорании газа; 3. Отсутствует химическое загрязнение футеровки; 4. Технология взрывобезопасна; 5. Низкая стойкость нагревателей; | 1. Исключается динамическое воздействие факела на футеровку; 2. Нет конденсации водяных паров при сгорании газа; 3. Отсутствует химическое загрязнение футеровки; 4. Технология взрывобезопасна 5. Продолжительный ресурс работы за счет автоматического восстановления рабочих электродов; 6. Высокая стойкость нагревателя |
Ориентировочные энергетические параметры плазменного подогрева:
Ёмкость ковша (в расчёте на жидкую сталь), т | Мощность плазменного подогревателя, кВт |
6 | 150 |
12 | 240 |
25 | 380 |
50 | 570 |
100 | 760 |
Сравнительная характеристика плазменных систем компании ООО «ЭПОС-Инжиниринг» и классических решений (струйные плазменные системы)
Известные решения (струйные плазменные системы) | Плазменная система ООО «ЭПОС-Инжиниринг» | |
1. | Параметр – конструктивные особенности | |
Рабочие электроды выполнены из металла. Электроды имеют сложную геометрию с водоохлаждаемыми каналами. Плазмотрон сложен и дорог Недостаток: Сложны в изготовлении, дороги. Металлом электродов загрязняют расплав. | Рабочие электроды выполнены из графита. Графит для своей работы не требует водяного охлаждения, что конструктивно значительно упрощает конструкцию. Прост. Не загрязняют расплав нежелательными металлами. | |
Рабочие металлические электроды имеют ограниченный ресурс по времени (примерно 300 часов в зависимости от режима эксплуатации). - после выхода из строя необходимо прекратить работу плазменного агрегата и произвести замену изношенные элементы на новые. Выход из строя означает попадание воды в ковш Недостаток: Требуют частой замены. Опасность разрушения футеровки водой. | Конструкция плазмотрона предусматривает возможность производить дополнительное наращивание рабочих электродов, не прерывая работу оборудования. Исключено попадание воды, загрязняющих металлов. Нет остановок оборудования. | |
Реализован принцип открытой дуги. Плазменная струя и дуга, открыто горящие, выбрасывается в область нагреваемого ковша. Очень большая температурная неоднородность при нагреве, что снизит ресурс ковша. Истекающая плазменная струя из плазмотрона в пространство ковша обеспечивает неравномерный нагрев поверхности. В результате неравномерного нагрева на внутренней поверхности появляются температурные градиенты, что сокращает рабочий ресурс футеровки. Идет подача газа в ковш из плазмотрона. Усложняется система газоудаления из ковша, тепловые потери, требуется газоочистка. В открытой дуге генерируются вредные соединения, в т.ч. – окислы азота. В результате постоянной эрозии (выжигания) металлических электродов, происходит выброс на стенки ковша эродируемого материала. Недостаток: Резкая неравномерность мощности на стенки, неравномерный нагрев. В открытой дуге генерируются вредные газы, требуется дорогая газоочистка. Много газа подается в ковш из плазмотрона. | Реализован принцип закрытой дуги. Дуговой разряд горит внутри плазмотрона, таким образом, абсолютно все потенциально возможные примеси всегда и при любых обстоятельствах остаются только внутри самого плазмотрона в процессе всей его работы. Заказчик не столкнется с дополнительным загрязнением своего продукта! Через плазмотрон газ не подается в ковш. Нет большого газовыделения. Не генерируются вредные соединения, т.к. дуга горит в закрытом объеме плазмотрона, без обмена газом. Из ковша удаляется только влага от ковша. Внешний электрод плазмотрона в установившемся режиме имеет однородную высокую температуру, и в результате получаем однородный прогрев поверхности ковша. Равномерная мощность на стенки ковша. Не генерируются вредные соединения. Через плазмотрон газ не подается. Нет большого газовыделения. | |
Плазмотрон имеет ограничение по вкладываемой мощности. При работе используется сразу несколько плазмотронов, что усложняет в целом эксплуатацию плазменного стенда, требует несколько источников питания, нескольких газовых трактов, резко снижается надежность работы. Недостаток: Низкая надежность работы струйных плазмотронов, тем более – нескольких одновременно. Неоправданное усложнение конструкции. Сложность обслуживания источников и плазмотронов, особенно когда их три. | Плазмотрон не ограничивается по мощности. В работе применяется один плазмотрон. Один источник, простая система управления, высокая надежность плазменного узла из графита. Простота конструкции и обслуживания. | |
2. | Параметр – подача рабочего газа в плазмотрон | |
Плазмотрон не способен работать без подачи газа. Газ выполняет функцию фиксации и стабилизации дуги в полости плазмотрона, без подачи большого количества плазмообразующего газа никак не обойтись, газ переносит энергию на стенки. При нарушении подачи рабочего газа в плазмотрон данного типа дуга разрушает плазмотрон с утечкой воды наружу. Недостаток: Плазмотрон не способен работать без подачи газов. Низкая надежность. Опасность разрушения плазмотрона и попадания воды. | Плазмотрон способен работать непрерывно при полном отсутствии подачи в него рабочего газа. В отличие от классических схем, роль стабилизации дугового разряда здесь осуществляется за счет самой конструкции плазмотрона. Теплообмен плазмотрона с нагреваемой футеровкой осуществляется равномерным излучением. Работает без подачи газа. Конструктивно надежен. | |
3. | Параметр – КПД плазменного агрегата | |
Низкий КПД плазмотрона ( КПД из опыта работы с плазмотронами такой схемы составляет порядка 50 %), остальное – потери с охлаждающей водой. Основная часть вложенного в плазменную струю тепла удаляется из пространства нагреваемого ковша с отходящими газами, газ уносит тепло при высокой температуре, как и при нагреве топливной горелкой. Недостаток: Низкая эффективность нагрева (много менее 40%). Нет преимуществ перед топливной горелкой, наоборот- усложнение. | Тепловой КПД порядка 95 %, так как отсутствует необходимость охлаждения электродов и подачи в плазмотрон рабочего газа. Все тепло посредством излучения расходуется на прогрев ковша. Высокая эффективность нагрева, КПД до 98% | |
4. | Параметр – безопасность работы | |
В силу самой конструкции плазменного аппарата, при неправильном обращении с ним вполне возможны, и даже не редки случаи аварийных прожигов электродов, с разгерметизацией водоохлаждаемых каналов и выходом воды наружу. в условиях разогретого до высоких температур (порядка 1000 ºС) пространства ковша попадание воды на эту поверхность легко может привести к паровому взрыву на производстве. Крайне не рекомендуется в данном случае применять водоохлаждаемые конструкции плазмотронов классических исполнений. Недостаток: Велика вероятность отказов и взрывов | Конструкция плазмотрона в принципе не имеет водоохлаждаемых каналов, которые располагаются в придуговой области плазмотрона, и тем более находились бы внутри разогретого ковша в процессе его разогрева, что делает работу плазменного оборудования на безопасным. Протечка воды внутрь ковша – исключена. Безопасен. | |
