Технологии подогрева для повышения доли металлического лома

Обеспечение предварительного подогрева является одним из способов повышения доли металлического лома. Применение предварительного подогрева металлического лома в кислородных конверторах имеет возможность реализоваться как в конвертере, так и в особых загрузочных емкостях.  Нагрев лома в конвертерах реализуется с помощью газокислородных горелок, в которых чаще всего происходить сжигание газа [1].

Конвертеры обладают ряды преимуществ пе­ред мартеновскими печами: вероятность пе­реработки лома без ввода внешней энергии в агрегат (для переплава лома в мартеновских и электропечах  неизбежно энергопотребление), быстрый темп плавления лома (приблизительно  в 10 раз, а при донном дутье и более), низкая цена переработки  лома в сталь.

По причине отсутствие площадей для размещения подогрева­тельных приборов, величин и расположение  которые соответствуют условиям целе­сообразной организации производства и обеспечивают синхронизацию работы подогревательной установки и конвертера, в  функционирующих цехах подогрев металлолома вне конвертера является трудно реализуемым.

При проектировании новых цехов в ряде случаев рационально составлять план  сооружения особого оснащения автоматикой, надлежащими коммуникациями и пространство самостоятельных установок для нагрева скрапа.  В адаптированных несложных загрузочных устройствах немаловажно предусмот­реть транспортировку горячего металлолома на короткие расстояния.  Нагрев металлолома в конвертерах следует  использовать в тех цехах, где есть запасы увеличения произ­водительности или имеют место значительные вынужденные простои.  

Продолжительность плавки в настоящее время составляет 40-53 мин. В ближайшие годы продолжительность плавки имеет возможность быть сокращена до 30-35 мин за счет внедрения мероприятий по улучшению подготовки лома и ускорению его завалки, уменьшению загрузочно-вспомогательных операций,  широкого использования систем автоматического управления плавкой и цехом, а также улучшения систем га­зоочистки и газоотводящего тракта.  Реализация подогрева лома в конвертерах и мероприятий, сокращающих продолжительность цикла процес­са, никак не стимулирует снижения производительности цехов. Нагревание металлического лома отходящим газом сталеплавильных конвертеров позволит решить две проблемы – утилизировать химическое и физическое тепло конвертерного газа и увеличить часть лома в шихте кислородно-конвертерной плавки.

В период хранения и транспортировки, лом зачастую увлажняется, в зимнее время влага подмерзает на поверхности его кусков и в полостях между ними, что приводит к хлопкам и взрывам при подаче металлолома в конвертер и при заливке чугуна. Для того, чтобы предотвратить это, следует перед подачей лома в конвертер удалить находящуюся в нем влагу, которая имеет возможность быть достигнуто с помощью подготовительного нагрева. Методы предварительного нагрева лома пе­ред загрузкой его в конвертер к настоящему вре­мени никак не нашли обширного распространения. В частности, эти методы требуют значительных денежных вложений в дополнительные приборы и завышен­ных эксплуатационных расходов. Помимо этого, при нагреве лома в коробах или завалочных совках методом установки их в камеры подогрева с пропус­канием сквозь лом горячих дутьевых продуктов плавки или продуктов сгорания топлива имеет пространство перегрев стенок и днища емкости для перевозки лома, что приводит к появлению термоупругих напряжений и деструкций.

Для нагрева лома применяли природный газ, который подается с поддержкой сопел, сквозь отверстия в нижней части совка. Совок загружали металлоломом при помощью магнитной шайбы. Истекающий из сопел (горелок) газ горел в полостях между кусками лома (пакетами), нагревая их, а продук­ты горения поднимались вверх. В то же время вниз по стенкам совка в зону горения опускался прохладный воздух.  При этом сформировались рациональные условия теплообмена: продукты сгора­ния газа имели прямой контакт с ме­таллоломом, передавая ему тепло, тогда как металл компонентов совка нагревался незначительно. Общий объем полостей между кусками лома составляет 85-90 % общего размера, что соответственно  гарантирует нужное поступления воздуха к очагам горения газа.

Средняя температура металлопакетов и тя­желого лома в объеме 100 м³ при нагреве в течение 80-90 мин и затрате природного газа в пределах 800 нм³/ч колебалась в 200-600 °С.  В зимний период это исключает наличие в ломе льда и влажности (удельная затрата природного газа в пределах 12 нм³/ч). Длительность остывания металла до 100 °С колеблется для легкого лома в пре­делах 2 ч, а для тяжеловесного лома и пакетов — от 3 до 4 ч, значит, к конвертерам подогретый лом способен попадать с довольно высокой температурой [2].

Использование тепла отходящих газов является одним из способов повышения сбережения энергии при выплавке стали в электропечи. Утилизацию тепла отходящих газов возможно реализовать по двум направлениям: путем применения тепла отходящих газов для производства пара или горячей воды и путем его неполного возврата в технологический процесс при подготовительном нагреве лома отходящими газами. Руководствуясь подобным способом с отходящими газами, возможно целиком скомпенсировать термические утраты и энергетические затраты.  Многообещающим решением проблемы остывания и утилизации тепла газов считается внедрение для предварительного нагрева загружаемого в электропечь лома.

С целью нагрева лома можно применять две системы прохождения отходящих из ДСП газов: система без рециркуляции газов, система с рециркуляцией газов [3].

Система обогрева лома  в отсутствие рециркуляции газов имеет принципиальный дефект. Эту систему можно применять лишь только с целью нагрева чистого лома, несодержащего масел, пластмасс и иных веществ, возгоняющихся при нагреве с образованием значительного количества горючих газов с неприятным запахом. Такие газы отравляют атмосферу цеха, а так же, поступая в газоотводящий канал без дожигания, могут создать взрывоопасную ситуацию и так же усугубляют результативность работы газоочистных приборов. Кроме того, в интервале значений температуры 300-1000 °С при наличии в ломе масел и пластмасс образуются диоксины и фураны, нормирование которых в выбросах в атмосферу строго контролируется. Подобным минусов обладают все системы прямого нагрева лома отходящими печными газами приведенные ниже; везде необходимо тщательная подготовка металлолома для предотвращения вредоносных выбросов в атмосферу и аппарат вспомогательного оснащения.

Нагрев лома в загрузочной бадье ведется в одной из камер двухкамерной установки, другая камера в это время располагается в стадии подготовки.  Газы с помощью вспомогательного рециркуляционного дымососа снова возвращаются в высокотемпературную зону камеры дожигания. Там эти газы смешиваются с отходящими газами, отводимыми из рабочего места печи, и с воздухом, подсасываемым сквозь промежуток меж сводовым патрубком и муфтой. В оснащении ДСП для теплового разложения диоксинов и фуранов в системе газоотвода при нагреве лома отходящими газами устанавливается блок газокислородных горелок, а затем камера быстрого охлаждения газов, при котором подавляется новосинтез диоксинов и фуранов [3].

Как правило,  на рециркуляцию используется 60-70 % суммарного числа газов на выходе из камеры дожигания, остальные 30-40 % газов подаются, минуя камеры нагрева скрапа, сквозь теплообменник на газоочистку. Доля тепла, подводимого рециркулирующими газами в камеру нагрева, равна 60 % общего количества тепла дымовых газов на выходе из камеры дожигания.

Работы установок разного типа с целью нагрева лома отходящими газами гарантирует в среднем снижение затрат электроэнергии на 30 – 50 кВт*ч/т, сокращение длительности плавки на 4 – 13 минут, уменьшение расхода электродов на 0,2 – 0,9 кг/т, снижение общего количества газов, требующих очистки, сокращение серьезных и эксплуатационных расходов на газоудаление.