книги из ГПНТБ / Федоров А.П. Экономика энергетики чугунолитейного производства лекции

В связи с незначительным расходом кислорода (4—8 м3

на тонну жидкого чугуна) применение дутья, обогащенного кислородом, получает наибольшее распространение в практи­

ке литейного производства.

Наряду с - повышением температуры металла, обеспечи­ вающей перегрев чугуна до 1450—1480°С, что особенно важ­ но для тонкостенного автомобильного литья, повышается производительность вагранки, снижается удельный расход топлива, повышаются механические свойства отливок. За счет высокого перегрева чугуна количество легирующих доба­ вок может быть снижено без ухудшения качества литья. Од­ нако высокая стоимость кислорода в ряде случаев заставляет

отказаться от его применения в практике литейного произ­

водства, так как получающиеся при этом низкие технико-эко­ номические показатели процесса предопределяют экономи­ ческую нецелесообразность применения кислорода в вагра­

ночной плавке. Как показали расчеты, применение кислорода в ваграночной плавке становится экономически целесообраз­

ным только при стоимости кислорода до 70 крп за м3, так как при этой стоимости срок окупаемости дополнительных капи­ таловложений не превышает 5—8 лет.

Таблица 16

Сравнительная эффективность применения горячего и кислородного дутья в чугунолитейном производстве (на 100.000 тонн)

Наименование показателей		Единица	Горячее	Кислородное
		измерения	дутье	дутье
Снижение удельного расхо­		кг. ут.	40	40—45
да кокса		т.г.л.
Повышение	температуры	°C	20-25	70-80
перегрева металла
Повышение	производитель­
ности вагранки		°/о	30—35	42
Дополнительные капитало­			320	1000* -1300
вложения		тыс. руб.
Экономия в	эксплуатацион­
ных расходах		тыс. руб.	1174	1000
Срок окупаемости дополни-'
тельных	капиталовложе­
ний		лет	0,25	*1-1,3

* При стоимости кислорода 4-9 коп/м3.

29

Однако для более полной характеристики экономической

эффективности	применения кислорода	в ваграночной плав?
ке необходимо	сравнить технико-экономические		показатели
этого направления рационализации		ваграночной	плавки с

■показателями, получающимися при повышении температуры

ваграночного дутья (применением горячего дутья за счет использования ваграночных газов).

Таблица 16 показывает, что по экономическим показате­ лям применение горячего дутья (за счет подогрева дутьевого воздуха ваграночными газами) более целесообразнее, при этом следует отметить, что экономические показатели кислородно­ го дутья рассчитаны пр истоимости кислорода 4—9 коп1м\

При более высокой стоимости кислорода вариант подогрева дутья окажется еще более предпочтительнее. Что же касается показателей удельного расхода кокса, производительности вагранки и повышение перегрева металла, то можно сказать,

что за исключением последнего, эти показатели находятся в

рассматриваемых вариантах на одном уровне.

Отсюда можно сделать вывод, что из двух направлений

рационализации ваграночной плавки наиболее экономически целесообразным является применение подогрева дутья за счет ваграночных газов, которое помимо значительной эко­ номии в дополнительных капиталовложениях и эксплуата­

ционных расходах обеспечивает почти равные технико-эконо­

мические показатели самого технологического процесса.

Что же касается использования кислорода в ваграночной плавке, то его применение может оказаться экономически це­ лесообразным в тех производствах, где требуется особенно вы­ сокий перегрев металла для получения тонкостенного литья.

В этом случае на величину годовой экономии эксплуатацион­ ных расходов существенное влияние может оказать экономия от уменьшения брака литья. Так, 'при уменьшении " брака литья только на 0,5%, годовая экономия при плановой себе­ стоимости 900 рублей за тонну годного литья на 100000 тони составит 450.000 рублей, отсюда срок окупаемости дополни­

тельных капиталовложений при использовании кислородного

дутья	составит около 3 лет	(при стоимости кислорода
4—9 коп/м3).
	Использование тепла отходящих газов вагранки
Возможным к использованию видом вторичных энергоре­
сурсов	ваграночного процесса	являются отходящие газы,

представляющие собой источник как физически, так и хими­

чески связанного тепла.

30

Размеры бесполезно уносимого газами тепла весьма зна­ чительны и составляют в среднем около половины всего под­ водимого тепла в коксе.

Естественно, что утилизация тепла отходящих газов ваг­ раночной печи представляет собой существенный фактор эко­ номии топлива.

Таблица П

Энергоэкономическая эффективность использования тепла отходящих газов вагранки в смежных технологических процессах

	S	к
	5	и
Показатели	X	п
	X	о
	X	я
	*	м
	щ	К
1. Снижение удельного расхода

Подогрев	дутья теп­ лом вагра­ ночных газов	Сущка пес-	ка и глины	Подогрев сжатого воздуха
|		1	;

О

О)

ад

энергоносителей и °,0 к общецеховой норме

	а)	кокса				%	21	—	—	21
	б)	газа				°|о	—	40	—	40
	в)	электроэнергии				%	—	—	—	3,5
	г)	сжатого воздуха				°/.	—	—	30	5,0
2.	Повышение к.п.д.		вагранки			%	12	12	1	25
3. Процент использования				ва-			40	43	4	87
	граночных газов					%
4.	Величина дополнительных				тыс.	руб.	320	400	55	775
	капиталовложений
5.	Величина годовой		экономии
	в	эксплуатационных		рас-	тыс.	руб.	1174	250	60	1484
	ходах
6. Срок окупаемости			дополни-		лет		0,25	1,7	1,0	0,5
	тельных капиталовложений

Использование тепла отходящих газов вагранки возможно

вследующих направлениях: '

1)рекуперация тепла отходящих газов самому техноло­

гическому процессу (подогрев ваграночного дутья);

2)использование тепла отходящих газов в смежных тех­ нологических процессах литейного производства (сушка пес­

81

ка и глины в процессе землеприготовления, сушка стержней и подогрев сжатого воздуха в процессе формовки).

Вопросы использования тепла отходящих газов в самом

технологическом процессе	(подогрев ваграночного дутья)
были рассмотрены выше.	Поэтому ниже рассматриваются,
главным образом, вопросы	использования тепла отходящих

газов в смежных технологических процессах литейного прот изводства.

Использование тепла отходящих газов вагранки в смеж­ ных технологических процессах литейного производства воз­ можно, главным образом, там, где температура рабочего

пространства печей, обслуживающих вспомогательные’ техно­ логические процессы, достигает 120—270°С. К ним относятся процессы сушки песка и глины, а также сушка литейных стержней.

В таблице 17, на примере чугунолитейных цехов Мос­ ковского автозавода им. Лихачева показана энергоэкономи­ ческая эффективность при внедрении ряда мероприятий по использованию тепла отходящих газов вагранки.

4. Рационализация плавки металла в электропечах

Современные электроплавильные печи чугунолитейных це­

хов являются крупнейшими потребителями электроэнергии на машиностроительном заводе.

Так, промышленные,дуговые электропечи на Московском

и Горьковском автозаводах потребляют 30—50% всей энер­

гии, а их мощность составляет от 20 до 40% всей мощности заводских установок. Борьба за всемерную экономию элек­ троэнергии на этом участке имеет поэтому важное значение.

Работа в этой области должна основываться на анализе энергетических балансов и энергетических характеристик аг­ регатов, что дает возможность выявить дефекты в конструк­

ции электроплавильных печей, недостатки в электрическом и технологическом режимах процесса и тем самым наметить пути экономии электроэнергии.

Практика современных чугунолитейных цехов показывает,

что коэффициент полезного действия электропечей, представ­ ляющий собой отношение полезного расхода тепла ко всему

теплу, вносимого электроэнергией, составляет 35—60%. Та­ кие широкие пределы изменения к.п.д. показывают, как ве­

лики возможности повышения к.п.д. электропечей и соответст­ вующей экономии электроэнергии.

32

Йсходя из опыта работы по экономии электроэнергии й

электропечном хозяйстве в литейных цехах лучших машино­ строительных заводов (ЗИЛ, ГАЗ), все мероприятия по эко­ номии энергии можно сгруппировать в следующие основные направления рационализации энергопотребления:

1)снижение тепловых потерь в окружающую среду;

2)снижение электрических потерь в токоподводах электро­

печи;

3)повышение производительности электропечи.

Ниже рассматривается каждое из этих направлений.

Снижение тепловых потерь в окружающую среду

Приведенные выше балансы электропечей, показывают, что на долю тепловых потерь приходится от 25 до 50% сум­ марного расхода электроэнергии, причем основную долю теп-, ловых потерь—15—25% —составляют потери тепла поверх­ ностью электропечи в окружающую среду (сводом, подом, по­ тери теплопередачей и лучеиспусканием). Поэтому сущест­ венно важным является снижение тепловых потерь, что мо­ жет быть достигнуто применением усиленной тепловой изоля­ ции поверхности электропечей.

Известно, что потери тепла поверхностью электропечи в

окружающий) среду зависят от толщины слоя футеровочных материалов и от величины их удельной теплопроводности. В связи с этим в целях экономии электроэнергии в литейных цехах Московского автозавода на электроплавильных печах

была применена усиленная тепловая изоляция.

Как показали замеры потери тепла через свод с обычной

изоляцией печи ДП-1,5 составляли 40,9 кет подводимой мощ­ ности.

После проведенных испытаний с обычным сводом послед­ ний был покрыт дополнительным слоем теплоизоляции.

Усиление тепло-изоляции свода проводилось следующим образом:

а) футерованный обычным способом свод очищался от пыли и грязи;

б) на очищенную поверхность свода складывался «плаш­ мя» в один ряд легковесный теплоизоляционный кирпич (диа­

томитовый или пеношамотный), скрепляемый раствором, ко­ торым покрывалась вся поверхность свода и заделывались

щели между кирпичами.

Применение усиленной тепловой изоляции позволило сэко­ номить свыще 60.000 квтч электроэнергии в год. Кроме того,

3—200

33

помимо значительной экономий электроэнергии, что обеспе­ чило снижение удельного расхода на 33 квтч на тонну жидко­ го металла (при тех же значениях потребляемой мощности), на ЗО°С (повысилась температура металла.

Снижение электрических потерь в токоподводах электропечи

Потери энергии в электродержателях и электродах обыч­

но составляют 10—15% подводимой мощности печи. Эти по­ тери зависят, главным образом, от размеров и материала электродержателя, ют величины контактного сопротивления,-

от материала электрода и т. п.

В процессе работы нагрев электродержателей вызывает

ослабление затяжки и не обеспечивает нужного контактного давления. Поэтому для уменьшения потерь энергии необхо­ димо прежде всего обеспечить повседневный уход за электродержателями, производить регулярную подтяжку болтов, об­ дувку пыли, очистку контактных поверхностей от окислов.

Произведенные электролабораторией Горьковского авто­ завода замеры потерь энергии по ряду электропечей показа­

ли, что потери электроэнергии в электродержателях состав­ ляют 30—40% от общих потерь в токоподводах, что указы­ вает на необходимость уделять большее внимание на профи­

лактику этого участка электропечи.

Повышение производительности электропечи

Увеличением производительности электропечи обеспечи­ вается не только увеличение выпуска продукции, но и эконо­ мия электроэнергии, так как в этом случае снижается доля гак называемых постоянных потерь энергии (т. е. потерь, не

зависящих от загрузки), приходящихся на единицу продук­

ции, а вместе с ней снижается и суммарный удельный расход энергии на тонну проплавляемого металла.

Увеличение производительности печей достигается за счет увеличения веса садки (до известных пределов) и расплавле­ ния ее при максимально возможной нагрузке трансформато­ ров, что сокращает время плавки и снижает тепловые потери.

Скоростные плавки являются поэтому лучшим средством как интенсификации процесса плавки, так и экономии электро­

энергии.

Так, в литейной серого чугуна Московского автозавода им. Лихачева скоростные плавки проводятся на дуговой электропечи емкостью 1,5 т, которая загружается теперь до

2,5 за счет более плотной укладки шихты.

34

Ниже в таблице 18 приведены сравнительные показатели работы электропечи ДП—1,5 при переходе на тяжеловесные

скоростные плавки.

Таблица 18

Сравнительные показатели				работы электропечи ДП-1,5
			на тяжеловесные плавки
					Величина
№№п/п.			Единица	измерения	показателей		Вабсол.
	Показатели				Довнедре­ тяжения­ ловесных плавок	внеПосле­ дрениятя­ желовес­ плавокных
1	Производитель­
	ность	оборудова­			1,5	1,6
	ния		т/час

при переводе

Изменение

показателей

величинах	09
	о

0,1 7,0

2	Продолжитель­				час	1,5	1.2	0,3	20
ность плавки
3	Удельный рас­			квтч
ход		электроэнер­					640	25	4,0
гии				т. ж. м.		665
4	К.п.д. технологи­					57,0	59,0g	2,0	3,5
ческого процесса					%
5	Годовой		расход			1630	1568	62	4,0
электроэнергии				103	квтч
6	Годовая		эконо­
мия		электроэнер­		10’	квтч		62		4,0
гии
	5. Рационализация потребления сжатого воздуха
Сжатый воздух получил широкое применение в литейных
цехах	машиностроительных					заводов.	Абсолютная величина

годового расхода сжатого воздуха в современных литейных цехах измеряется десятками миллионов кубометров в год и составляет на единицу продукции значительную величину, доходящую до 1000 м3 на тонну годного литья.

Огромные масштабы и разнообразие применения в литей­

ном производстве сжатого воздуха обусловлены рядом поло­

3*

35

жительных его качеств, как энергоносителя, для обслужива­ ния силовых процессов. К ним относятся:

1.	Простота транспортировки к рабочим местам.
2.	Относительная простота пневматических конструкций,
в основе которых		лежит	обычно возвратно-поступательное
движение поршня.		высоких	температур и вредных выделений
3.	Отсутствие

в рабочую атмосферу.

Вместе с тем, с энергетической точки зрения, сжатый воз­ дух как энергоноситель обладает весьма крупными недостат­ ками.

Первый из них состоит в низком суммарном коэффициен­ те полезного действия генерирования сжатого воздуха, ко­ торый является носителем механической энергии «второго порядка». Поэтому процесс производства сжатого воздуха

представляет собой трансформацию энергии, состоящую из значительного числа звеньев. Вторым недостатком является крайне низкий к.п.д. пневматической аппаратуры порядка 10—12%. Кроме того, сжатый воздух, как" энергоноситель, имеет значительные непроизводительные потери (утечки воз­ духа), доходящие до 30—40% суммарного его расхода. В ре­ зультате полный коэффициент полезного действия всего про­ цесса от расхода топлива на электростанции до рабочего места с использованием сжатого воздуха составляет всего лишь около одного процента.

Отсюда следуёт, что рационализация потребления сжато­ го воздуха является важной задачей в деле рационализации энергопотребления в литейных цехах.

Замена пневматических вибраторов электрическими у бункеров формовочной земли

Пневматические вибраторы, применяемые в литейных це­ хах для встряхивания бункеров формовочной земли, имеют

следующие недостатки:

’а) большой расход сжатого воздуха, составляющий при

2-х сменной работе вибратора и 300 рабочих дней в году

72.000 ж3;

б) ненадежность в работе, так как при попадании с воз­ духом влаги на стенках цилиндра появляется коррозия, ко­ торая вызывает заедание поршня;

в) быстрый износ ходовых частей, вследствие чего требует­ ся частый ремонт вибратора;

г) необходимость частой смазки трущихся частей.

36

Этюнедостатки осложняют эксплуатацию пневматических вибраторов и в ряде случаев вынуждают отказаться от приме­

нения. Так, вместо пневматических вибраторов в литейных цехах нашел применение электрический вибратор, при этом годовая экономия электроэнергии на выработку сжатого воз­ духа для одного пневматического вибратора составила около

6200 квтч. В современных механизированных литейных цехах количество установленных вибраторов может колебаться в пределах 50—100 штук, отсюда экономия электроэнергии со­ ставит 310.000—620.000 квтч в год.

Замена пневматических выбивных решеток механическими

В литейных цехах для отделения формовочной земли от отливок и выбивки опок применяются вибрационные или встряхивающие решетки, а также пневматические подъемники

с вибраторами.

Все механизмы действуют с помощью 6-ти атмосферного сжатого воздуха и расходуют его в большом количестве как

на полезную работу, так и на неизбежные утечки.

В настоящее время в литейных цехах стали широко при­ менять механические выбивные решетки с электроприводом,

что требует затраты несравненно меньшего количества элек­ троэнергии, если учитывать, что на производство 1 л«3 сжа­ того воздуха затрачивается 0,1 квтч электроэнергии. Кроме

того, внедрение электропривода открывает широкие возмож­ ности для механизации трудоемких процессов выбивки опок и их возврата на формовку.

Участок выбивки является весьма трудоемким и до сего

времени требовал затраты физического труда 7—8 человек рабочих, находящихся в тяжелых температурных условиях и газонасыщенной среде, обусловленной рассыпанием горе­ лой земли и выделением из опок горячих отливок.

Применение механических выбивных решеток позволило

высвободить тяжелый, труд 7—8 человек рабочих.

С энергетической/точки зрения механизированная решет­ ка дает большую экономию сжатого воздуха (1000 л3/час) и требует незначительных затрат электроэнергии, питающей электродвигатели привода решетки (7 кет), конвейеров

(2X1,5 кет) и элементов электроавтоматики (200—300 ватт).

Экономия электроэнергии за счет высвобождения сжатого воздуха по упрощенным подсчетам составила 472.000 квтч в год на одну решетку.

37

Применение дробеструйной очистки литья

Очистку литья, как известно, можно производить во вра­ щающихся барабанах; в пескоструйных аппаратах и в дробе­ струйных аппаратах.

Как показала практика литейного производства, наиболее

экономичным способом очистки литья является очистка в дро­ беструйных камерах.

В таблице 19 показана эффективность различных мето­

дов очистки литья.

Таблица 19

№№ п/п.

1

2

3

Способ очистки

Очистные барабаны

Пестроструйные аппа­ раты

Дробеструйная очистка

Производи­ тельность вmjHac ......	Продолжительность		ес
			ь- X -С	а
	машинное холостой		Расходs энергии тоннуЛИ' квтч
	очистки	одной		Е
	загрузки,	мин.
	время	ход	1
0,9	55	20	30
4,0	50	10	15
2,0	8-12	2	5

По сравнению с (пескоструйной и очисткой в очистных ба­ рабанах дробеструйная очистка позволяет сэкономить при

двухсменной работе и 300 рабочих днях около 200000 квтч

электроэнергии в год при сокращении продолжительности цикла очистки на 75—85% и значительной экономии произ­ водственной площади в цехе.

6. Рационализация термообработки литья

Основными направлениями рационализации энергопотреб­

ления процесса термообработки литья являются:

1.Снижение тепловых потерь печами путем усиления теп­ ловой изоляции.

2.Увеличение производительности печей.

3.Интенсификация отжига литья методом модификации.

Ниже рассматриваются наиболее характерные мероприя­ тия перечисленных направлений по рационализации энерго­ потребления в процессе термообработки литья.

за