3. Технико-экономические показатели электрических печей тема № 2

Технико-экономические показатели – это система параметров:

- характеризующая данное устройство;

- применяемая для анализа его работы;

- показывающая степень использования энергетических ресурсов;

- совершенство технологии;

- уровень механизации, специализации и автоматизации.

Для электрических промышленных печей основными параметрами являются величины, характеризующие затраты мощности, геометрические размеры, производственные показатели и технологические особенности процесса.

Так, под номинальной мощностью, нагрузкой, температурой, а также номинальным напряжением понимаются расчетные величины, показываемые установкой при длительной эксплуатации ее в рабочем режиме.

Под установленной мощностью понимается сумма номинальных мощностей всех потребителей энергии, входящих в состав печной установки (включая привод различных механизмов печи, электромоторы насосов, дымососов, вентиляторов, приборов контроля и управления).

Мощность – энергетическая характеристика, представляющая отношение работы к интервалу времени ее совершения. Различают мощность активную, реактивную и полную. Активная мощность – среднее за период значение мгновенных мощностей переменного тока, характеризующее среднюю скорость преобразования электромагнитной энергии в тепловую во всех участках цепи. Реактивная мощность цепи переменного тока характеризует скорость накопления энергии в конденсаторах и индуктивных катушках, а также обмен энергией между отдельными участками цепи и, в частности, между источником и приемником. Геометрическая сумма активной и реактивной мощности называется полной мощностью.

Основным параметром, характеризующим печь, является ее тепловая (потребляемая) мощность, т.е. наибольшее количество тепла необходимого потенциала, которое может быть подведено в печь в единицу времени в результате преобразования в тепло электрической энергии. Тепловая мощность включает мощность полезную и мощность тепловых потерь. Мощность полезная затрачивается на нагрев изделий или плавление материалов, а мощность тепловых потерь учитывает затраты энергии на компенсацию тепловых потерь в окружающее пространство, вследствие теплопроводности футеровки и излучения через щели и открытые рабочие окна, с уходящими газами, на нагрев транспортирующих устройств и поддонов, с охлаждающей водой и т.д.

Если работающая печь не загружена, то потребляемая мощность называется мощностью холостого хода.

Количество энергии, которое фактически подводится в печь в единицу времени, называется тепловой (электрической) нагрузкой.

Весьма важным показателем, характеризующим печь как энергетический объект, является удельный расход, представляющий собой количество вещества или энергии, отнесенной к единице продукции.

Удельная мощность трансформатора – отношение полной мощности печного трансформатора к 1 т емкости (садки) печи.

Если теплоусвоение – это общее количество тепла, получаемого всей садкой за единицу времени, то отношение теплоусвоения к тепловой нагрузке за один и тот же промежуток времени называют тепловым коэффициентом полезного действия (КПД).

Печь характеризуется следующими показателями:

- емкость, загрузка или садка печи – масса материала, подвергающегося тепловой обработке в рабочем пространстве печи за один цикл.

Рабочее пространство печи – внутренний объем, в котором размещаются нагревательные устройства и осуществляется вся совокупность тепловых процессов с целью получения конечного продукта с заданными свойствами. Рабочее пространство печи может состоять из нескольких электрических или тепловых зон, представляющих отдельные участки с независимыми подводами энергии и собственными регуляторами температуры.

Нижняя поверхность рабочего пространства печи, на которой размещается садка или загрузка, называется подом. Общая (полная) площадь пода – поверхность, ограниченная боковыми ограждениями (стенами) печи. Активный (полезный) под – площадь пода под нагреваемыми изделиями или материалом. Отношение активной площади пода к общей – коэффициент использования пода. Количество материала, обработанного в печи в единицу времени, отнесенное к площади пода (активного или общего), называется напряженностью пода.

Производительность печи – количество полученной продукции, прошедшей полный цикл соответствующей тепловой обработки в единицу времени с учетом простоев из-за ремонтов, а также нарушений ритма работы печи по разным причинам эксплуатационного характера.

Под продолжительностью цикла понимается промежуток времени, необходимый для завершения всей совокупности тепловых процессов, совершаемых над обрабатываемым телом, включая загрузку, выгрузку и подготовку печи к новому циклу.

Продолжительность периода (нагрева, плавления, переплава, доводки, выдержки) – промежуток времени, в течение которого температура и свойство обрабатываемого тела достигают заданного значения.

Температура печи – температура, которую показала бы термопара, расположенная в непосредственной близости от загрузки печи, но защищенная от нее экраном и «видящая» только поверхность рабочего пространства с нагревательными элементами. Под рабочей температурой понимается температура печи, при которой осуществляется данный технологический процесс.

Годовую производительность электропечи (тонны слитков) можно подсчитать по формуле:

П=24Тnα/100t

Где Т – вместимость печи по жидкой стали, т;

t – длительность плавки, ч;

α – выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали, %;

n – число рабочих суток печи в году;

24 – число часов в сутках.

Длительность плавки в печах вместимостью 5-200 т с невысоко мощными трансформаторами на отечественных заводах составляет 3,5-6,5 ч. Длительность заправки возрастает с 15-20 до 35 мин при росте емкости печи, длительность завалки равна 5-10 мин. Продолжительность периода плавления составляет 1,2-3,0 ч, возрастая при увеличении емкости печи и снижаясь при увеличении удельной мощности трансформатора. Длительность окислительного периода изменяется в пределах 0,3-1,2 ч. Продолжительность восстановительного периода на печах вместимостью 5-40 т составляет 1-1,5 ч; на 80-200-т печах он либо отсутствует, либо делается укороченным (20-40 мин).

Для вновь сооружаемых печей длительность плавки рекомендуется принимать следующей:

Вместимость печи, т	6	12	25	50	100	150
Мощность трансформатора, МВ*А	4,8	9,6	15	50	80	100
Длительность плавки, мин	155	155	180	85	90	100
В том числе: плавление	105	105	120	45	50	55
окисление	10	10	20	20	20	20
рафинировка	55	55	55	-	-	-

При этом имеется в виду, что печи вместимостью 6-25 т будут работать по двухшлаковой технологии с восстановительным периодом (рафинировкой), а печей большей вместимости – по одношлаковой.

Число рабочих суток (n) равно календарному времени за вычетом времени простоев печи на ремонтах огнеупорной футеровки и водоохлаждаемых элементов. Рекомендуемые для современных печей значения n следующие:

Вместимость печи, т	6	12	25	50	100	150
Число рабочих суток, сут/год	350	345	339	320	313	302

При этом имеется ввиду, что печи вместимостью 6-25 т будут иметь рабочее пространство из огнеупоров, а печи большей вместимости – водоохлаждаемые свод и стены. Выход годных слитков по отношению к массе жидкой стали при сифонной разливке равен 98-98,5%, для слитков массой 4-6,5 т и 97-97,5% для 1-2-т слитков; при непрерывной разливке 95-96%.

Выход годных слитков по отношению к массе шихты при выплавке конструкционных сталей и сифонной разливке составляет 90-91,5% для 6-20-т печей и снижается до 88-90% для 80-200-т печей.

У неводоохлаждаемых печей расход электроэнергии составляет 600-800 кВт*ч на 1т стали, уменьшаясь с ростом емкости печи. Расход магнезиальных огнеупоров на ремонт печей равен 8-18 кг/т, кроме того на заправку расходуется 20-30 кг/т магнезитового порошка; с увеличением емкости печи расход огнеупорных материалов снижается. Расход прочих материалов составляет, кг/т: извести 40-80; железной руды 25-75; плавикового шпата 5-9; расход кислорода равен 5-20 м³/т. Расход электродов равен 4-6 кг/т.

У высокомощных водоохлаждаемых печей расход электроэнергии меньше; на зарубежных заводах при работе печей с предварительным подогревом лома, применением топливнокислородных горелок, продувкой ванны кислородом и с донным перемешиванием ванны он составляет 300-400 кВТ*ч/т, а продолжительность плавки – 50-60 мин.

У крупнотоннажных высокомощных водоохлаждаемых зарубежных печей суммарный расход огнеупоров в последние годы составляет около 6 кг/т, расход воды на охлаждение стен и сводов равен 8-16 м³/т.