Модернизация дуговых печей переменного тока ДСП-6, ДС6-Н1, ДС5-МТ с переводом на питание постоянным током

ООО «Струмтех, ЛТД» и ООО «УкрНИИЭлектротерм» предлагают услугу по модернизации дуговых печей переменного тока емкостью 5-6 т с переводом их на питание постоянным током.

1. Введение

В настоящее время на многих промышленных предприятиях, имеющих литейных цех, находятся в эксплуатации дуговые печи переменного тока емкостью 5.0 — 6,0 тонн типа ДСП-6, ДС-6Н1, ДС5-МТ, изготовленные более 30-ти лет назад. Данные печи не соответствуют современным экономическим, технологическим и экологическим требованиям, и нуждаются в модернизации. Одним из перспективных направлений совершенствования дуговых печей переменного тока с точки зрения экономии материальных и энергетических затрат, а также воздействия на окружающую среду, улучшения условий труда, повышения качества литья является их перевод на питание постоянным током с одновременной заменой системы управления электропечным комплексом на современную с промышленным компьютером. ООО «Струмтех, ЛТД» предлагает выполнить проект модернизации печи указанного типа на базе нового тиристорного выпрямителя собственной разработки (находящегося на складе предприятия).

2. Цель перевода дуговой печи переменного тока на питание постоянным током

Целью модернизации дуговой печи переменного тока типа ДСП-6, ДС6-Н1, ДС5-МТ с переводом на питание постоянным током является улучшение показателей ее работы, а именно:

• снижение удельного расхода графитированных электродов;
• снижение удельного расхода электроэнергии;
• снижение расхода легирующих добавок;
• снижение угара шихты;
• повышение стойкости футеровки.
• снижение пыле-газовыбросов (снижение затрат на газоочистку);
• снижение уровня шума;
• улучшение качества потребляемой электрической энергии за счет уменьшения толчков тока в питающей энергосистеме (снижение фликкер-эффекта в 2-3 раза).
• снижение требований к размерам исходной шихты (возможность использовать стружку и крупногабаритный лом);
• повышение качества получаемого металла за счет перемешивания расплава в период проведения технологических операций;
• автоматизация процесса ведения плавки, возможность регистрации и архивации ее электрических и технологических параметров.

Примером эффективности такого проекта служит модернизация печи ДСП-6Н2 с переводом на питание постоянным током в фасонно-сталелитейном цехе ПАО «Арселор Миттал Кривой Рог». Модернизация печи выполнена ООО «Струмтех, ЛТД» (электрическое оборудование) и ООО «УкрНИИЭлектротерм» (конструкторская документация на реконструкцию электропечи). Печь эксплуатируется с 2004 г. по настоящее время. В результате модернизации были достигнуты следующие технико-экономические показатели (на этапе проведения 3240 плавок):

1. Преимущественный сортамент выплавляемых марок сталей: 25Л, 35Л, 50Л, 75Х28Н2СЛ, 110Г13Л, 40Х24Н12СЛ, 35ХМЛ.
2. Численность персонала печи – 3 человека.
3. Общий угар шихты – 4.37%
4. Угар легирующих элементов при выплавке легированных марок стали: Cr – 4.2%, Mn – 5.6%, Si  – 8.1%

5. Удельный расход электроэнергии на 1 тонну продукта:

• при выплавке с окислением – 650 кВт/ч;
• при выплавке переплавом – 600 кВт/ч.

6. При отсутствии межплавочных простоев удельный расход электроэнергии сокращается до 465 кВт/ч на тонну.
7. Удельный расход графитированных электродов – 2.7 кг/т.
8. Стойкость огнеупорной футеровки:

• свод – 150 плавок;
• стены – 250 плавок;
• подины – 1800 плавок.

Срок окупаемости проекта модернизации определяется индивидуально для каждого конкретного объекта путем сравнения технико-экономических показателей существующей печи переменного тока емкостью 5.0 или 6.0 тонн с показателями модернизированной ДСП-6Н2 и с затратами на проведение модернизации.

Принципиальным отличием печи постоянного тока ДСПТ от ДСП является возможность расположения источника питания на большом расстоянии (50-70м) от электропечи. Это позволяет располагать печной трансформатор несимметрично относительно оси электропечи, а также использовать один источник питания на две и более электропечи с поочередной их работой.

3. Программа работ по модернизации печи ДСП

Модернизация печи ДСП с переводом на постоянный ток состоит из следующих этапов:

1. Разработка технического задания (ТЗ) на модернизацию. ТЗ включает в себя:

• технические требования к электросталеплавильному комплексу постоянного тока   ДСПТ-6.0;
• технические требования к источнику питания постоянного тока ДСПТ-6.0;
• технические требования к системе управления ДСПТ-6.0;
• технические требования к размещению оборудования ДСПТ-6.0 на объекте;
• требования к разработке рабоче-конструкторской документации (РКД) на реконструкцию электропечи ДСПТ-6.0;
• требования к разработке документации на проектно-монтажные работы.

2. Разработка РКД на реконструкцию электропечи ДСПТ-6.0.
3. Разработка документации на проектно-монтажные работы.
4. Приобретение необходимого оборудования и материалов.
5. Монтажные и пуско-наладочные работы.
6. Ввод ДСПТ-6.0 в эксплуатацию с проведением опытных плавок.

4. Описание модернизированной печи ДСПТ-6.0.

4.1. В конструкцию электропечи вносятся следующие изменения

• вместо трех стоек с электрододержателями используется только одна;
• существующий привод перемещения сводового электрода (гидравлический или электромеханический) меняется на современный мотор-редуктор с асинхронным двигателем, имеющим частотно — регулируемый привод;
• в подину ванны электропечи монтируется водоохлаждаемый подовый электрод стержневого типа с токоподводом;
• применяются новые водоохлаждаемые кабельные гирлянды (на сводовый и подовый электроды), рассчитанные на ток 14 000 А;
• усовершенствуется система охлаждения электропечи;
• плавильная ванны и свод электропечи футеруются согласно новым требованиям.

4.2. Источник питания постоянного тока ДСПТ-6.0 состоит из следующего оборудования

1. Комплектное распределительное устройство (КРУ) 6 кВ с вакуумным высоковольтным выключателем;
2. Электропечной трансформатор ЭТЦП-10000/10-87 УХЛ4 с принудительной циркуляцией воды и масла (допускается использование ЭТЦПК-12500/10-74 У3);
3. Тиристорный выпрямительный блок с микропроцессорной системой управления;
4. Станция охлаждения тиристорного блока (теплообменник);
5. Дроссель токоограничивающий с естественным воздушным охлаждением – 2 шт.

Источник питания с трансформатором ЭТЦП-10000/10-87 УХЛ4 обеспечивает следующие электрические режимы работы печи:

№ режима	Un, В	In, А	Рn, кВт
1	650	5 500	3 575
2	560	6 000	3 360
3	500	7 000	3 500
4	450	7 000	3 150
5	325	11 000	3 575
6	280	12 000	3 360
7	250	14 000	3 500
8	225	14 000	3 150
9	180	11 000	1 980
10	160	12 000	1 920
11	130	14 000	1 820

где:
Un – номинальное напряжение дуги;
I n – номинальный ток электрода ;
Рn – номинальная активная мощность, вводимая в печь.

Данные электрические режимы позволяют выбрать оптимальный вариант питания печи с целью минимального потребления реактивной энергии на любой стадии плавки.

4.3. Система управления ДСПТ-6.0.

Система управления электропечным комплексом состоит из следующих элементов:

• Пульт управления электропечью с промышленным компьютером
• Шкаф управления электропечью
• Пульт управления наклоном электропечи выносной
• Пульт управления механизмами электропечи выносной
• Шкаф управления гидроагрегатом*
• Пульт управления гидроагрегатом навесной*

* — при гидравлическом приводе механизмов наклона и подъеме-поворота свода электропечи

Основным преимуществом системы управления печи постоянного тока является возможность одновременной стабилизации тока и напряжения дуги, а соответственно и активной мощности, вводимой в печь, при равномерной нагрузке фаз питающей сети 6 кВ. В печи ДСП стабилизируется лишь один из параметров (ток, напряжение или мощность). Напряжение дуги стабилизируется с помощью микропроцессорного регулятора, который воздействует на механизм перемещения электрода (аналогично печи ДСП), а ток дуги стабилизируется с помощью системы фазо-импульсного управления тиристорного выпрямительного блока.

Управление процессом плавки осуществляется с пульта управления электропечью с промышленным компьютером, который кроме стандартного набора органов управления, контроля, диагностики и сигнализации аварийных режимов работы электропечного комплекса, обеспечивает:

• автоматический режим перемещения сводового электрода с поджигом дуги и поддержанием заданного напряжения;
• автоматическое поддержание тока на заданном уровне;
• автоматический режим ведения плавки согласно регламента;
• возможность автоматического изменения силы тока по заданному алгоритму с целью перемешивания расплава в период проведения технологических операций.

Промышленный компьютер позволяет выводить на жидкокристаллический дисплей 17” и архивировать цифровые данные и мнемосхемы электрического режима плавки (ток, напряжение дуги, мощность, вводимая в печь, положение ступени ПБВ печного трансформатора), данные питающей сети (ток, напряжение, потребляемая активная и реактивная мощность, cos φ), осциллограф «следа», расшифровку аварийных ситуаций, данные технологического характера, также обеспечивает возможность обмена информацией с другими системами (например экспресс-лабораторией, персональным компьютером руководителя и т.д.).

5. Комплект поставки и перечень работ

5.1. Поставщик и разработчик источника питания печи ДСПТ-6.0 – ООО «Струмтех, ЛТД».

В комплект поставки входят:

1. Комплектное распределительное устройство (КРУ) 6 кВ;
2. Тиристорный выпрямительный блок с микропроцессорной системой управления *;
3. Станция охлаждения тиристорного блока (теплообменник)*;
4. Дроссель токоограничивающий – 2 шт;
5. Система управления ДСПТ-6.0

* — находятся на складе ООО «Струмтех, ЛТД»

5.2. Электропечной трансформатор ЭТЦП-10000/10-87 УХЛ4 . Поставщик – ООО «Струмтех, ЛТД» (1989 г.в, с резерва, в работе не был, после ревизии на специализированном предприятии ПАО «ВИТ» г. Запорожье). При наличии такого трансформатора или ЭТЦПК-12500/10-74У3 у Заказчика – используется имеющийся.

5.3. Разработка РКД на реконструкцию электропечи ДСПТ- 6.0, поставка необходимых деталей и узлов для реконструкции электропечи. Исполнитель ООО «УкрНИИЭлектротерм».

5.4. Разработка документации на проектно-монтажные работы. Исполнитель – проектная организация, имеющая необходимый опыт, по выбору Заказчика. Стоимость согласовывается после определения объема проектирования.

5.5. Затраты на демонтажные, монтажные, футеровочные работы, приобретение необходимых материалов несет Заказчик.

5.6. Стоимость шеф-монтажных, шеф-наладочных работ, проведение опытных плавок и обучение персонала входит в стоимость оборудования.

6. Срок выполнения работ.

Срок изготовления и поставки оборудования ДСПТ- 6.0, а также выполнение работ (п.5.1-5.4) составляет 120 дней.

7. Условия оплаты

Учитывая, что часть оборудования (тиристорный выпрямительный блок с микропроцессорной системой управления и станцией охлаждения) уже изготовлены, оплата может производиться по согласованному графику без значительных авансовых платежей.

Авторы

Референции

9.1. Референц-лист по поставкам и разработкам источников питания постоянного тока ООО «Струмтех, ЛТД» (до 1992 г. НИИ «Преобразователь» отдел ОМПА»)

№	Ток/напряжение выпрямителя	Год поставки	Кол-во шт.	Предприятие	Применение
1	12,5кА / 460В	1974	2	ОАО «МЭЧЕЛ» г. Челябинск	Печь емк. 5÷6 т.
2	40кА / 660В	1977	1	Металлугический завод, г. Фрайталь, ГДР	Печь емк. 30 т.
3	40кА / 660В	1987	1	ОАО «Ижсталь», г. Ижевск	Печь емк. 25 т.
4	12,5кА / 460В	1981	1	ОАО «ЗИЛ», г. Москва	Печь емк. 6 т.
5	50кА / 400В	1984	3	Норильский никелевый комбинат	Печь емк. 25 т.
6	12,5кА / 460В	1986	2	Мончегорский никелевый комбинат	Печь емк. 6 т.
7	25кА / 460В	1988	1	ОАО «КАМАЗ», г. Н. Челны	Печь емк. 12 т.
8	16кА / 400В	1989	1	Чаньчунский меткомбинат, КНР	Печь емк. 10 т.
9	16кА / 400В	1989	1	Деяньский меткомбинат, КНР	Печь емк. 10 т.
10	16кА / 400В	1990	3	Таньшаньский меткомбинат, КНР	Печь емк. 10 т.
11	3.15кА/230В	1990	3	Ковровский машиностроительный завод	Печь емк. 0,6 т.
12	3.15кА / 230В	1990	3	«ИжМаш», г. Ижевск	Печь емк. 0,6 т.
13	2х50кА / 115В	1997	1	ОАО «ЗАлК», г. Запорожье	Печь кристаллического кремния
14	20кА / 375В	2002	3	ЧАО «Ферротрейдинг», г. Запорожье	Печь емк. 12 т.
15	4кА / 230В	2003	1	Комбинат «Криворожсталь», г. Кривой Рог	Печь емк. 0,6÷1 т.
16	5кА / 280В	2003	1	СП «Панком — ЮН», г. Одесса	Печь емк. 0,6÷1 т.
17	8кА / 300В	2003	1	ООО «Арктерм», г. Москва	Печь емк. 1,5 т.
18	20кА / 400В	2004	1	ЗАО «Энергомашспецсталь», г. Краматорск	Печь емк. 12 т.
19	16кА / 220В	2004	1	Комбинат «Криворожсталь», г. Кривой Рог	Печь емк. 6 т.
20	20кА / 400В	2004	1	ОАО «Днепропресс» (ЗАО «ЭЛСТА», г. Днепропетровск	Печь емк. 12 т.
21	10кА / 300В	2005	1	ОАО «Криворожсталь», г. Кривой Рог	Печь емк. 3 т.
22	3.2кА / 460 В	2005	1	ОАО «Новомосковский завод металлов и сплавов»	Печь емк. 0,5 т.
23	6,4кА / 230В	2006	1	ОАО «Уралредмет», г. Верхняя Пышма, Россия	Печь емк. 1,5т
24	55кА / 75 В	2006	2	ОАО «КрАЗ» г. Красноярск, РФ	Электролиз алюминия контейнерное исполнение
25	63 кА / 450 В	2007	6	ОАО «АВИСМА» г. Березняки, РФ	Электролиз  магния контейнерное исполнение
26	20 кА /115В	2007	3	ОАО «КМЭЗ», г. Кыштым, РФ	Электролиз меди
27	75 кА / 150 В	2008	5	ОАО «САЗ», г. Саяногорск, РФ	Электролиз алюминия контейнерное исполнение
28	100 кА / 115 В	2008	1	ЧАО «Ферротрейдинг» г. Запорожье	Печь кристаллитческого кремния
29	16 кА / 200 В	2008	2	ОАО «ЗЗФ», г. Запорожье	Печь емк. 5 т
30	25 кА / 24 В	2009	1	ОАО «Новосибирский Завод химконцентратов», г. Новосибирск, РФ	Электролиз лития
31	4 кА/230 В	2011	1	ОАО «КАЗ», Магаданская обл., РФ	Печь емк.0.5 т
32	5 кА/230 В	2014	1	ЧАО «Свинец», г. Константиновка, Украина	Печь емк. 1.5 т
33	3х18.5кА/110 В	2014	1	ПАО «ЗЗФ», г. Запорожье	Печь ферросплавная 7.4 МВа

9.2. Референц-лист выполненных ООО «УкрНИИЭлектротерм» работ по дуговым и плазменным электропечам:

• Разработка в 1989 г. плазмохимической установки ПНР-01/1для получения ультрадисперстных порошков в процессе восстановления при высокой температуре для ИНХП АН СССР, г. Черноголовка, Московской обл.
• Разработка совместно с фирмой «ПЛАЗМА-ТЕСТ» в 1995 г. плазменной электропечи модульного типа в составе комплекса ПТ-1 для высокотемпературной переработки инфицированных отходов по программе «Отходы России».
• Разработка в 1998 г комплекта РКД на реконструкцию электропечи ДСП-1,5 с переводом её на питание постоянным током и заменой гидравлических приводов электромеханическими в литейном цехе Киевского завода инженерных машин (завод «Дормаш»).
• Разработка вы 1998 г. комплекта РКД на реконструкцию электропечи ДСП-25 с уменьшением её объёма до 12т. Электропечь успешно внедрена на ОАО «Криворожсталь» в 1999 г. До сих пор успешно работает при выплавке различных марок сталей.
• Разработка в 2001 г. комплекта РКД на реконструкцию электропечи ДСП-1,5 с переводом её питания на постоянный ток. Электропечь внедрена на ООО «Спецсплав», г. Днепрорудный в 2002 г.
• Разработка в 2001 г. комплекта РКД на двухэлектродную электропечь постоянного тока ДСПП-4,0. Электропечь успешно внедрена на ООО «Спецсплав», г. Запорожье для выплавки феррохрома.
• Разработка в 2002 г. комплекта РКД реконструкции электропечи ДС-0,5 с переводом её на питание постоянным током и с увеличением ёмкости до 1,0т. Электропечь успешно внедрена на ОАО «Криворожсталь» в 2003 г. и работает по выплавке различных марок чугуна, в том числе и специальных. Также, на ней производят выплавку различных марок стали, медных сплавов, ферроалюминия и т.д.
• Разработка в 2003 г. комплекта РКД реконструкции электропечи ДСП-1,5 с переводом её на питание постоянным током. Электропечь успешно внедрена на ООО «Панком-ЮН», г. Одесса в 2004 г. Кроме выплавки различных марок стали, в том числе и специальных, на ней проводились опытные плавки по выплавке медных сплавов из руд и концентратов.
• Разработка комплекта РКД реконструкции электропечи ДСП-12-Н1 с переводом её на питание постоянным током для ОАО «Энергомашспецсталь».
• Разработка в 2002 г. комплекта РКД электропечи постоянного тока ДСПТ-2,5-И1 с двумя сводовыми электродами по специальному заказу ООО «Металлургпром». Одна электропечь в 2003 г. внедрена на ООО «Ленкон», г. Кривой Рог, вторая – реконструирована нами в одноэлектродную электропечь постоянного тока с подовым электродом (ДСПТ-2,5-И2) и в 2004 г. внедрена на ООО «ЗКПД», г. Запорожье.
• Разработка в 2003 г. комплекта РКД реконструкции и ввод в эксплуатацию электропечи ДСП-6,0 с переводом её на питание постоянным током. Электропечь успешно внедрена на ОАО «Криворожсталь» в 2004 г. и бесперебойно работает при выплавке марганцовистых и нержавеющих марок стали.
• Разработка в 2004 г. комплекта РКД, изготовление и ввод в эксплуатацию электропечи постоянного тока ДСПТ-3,0-И3. Электропечь успешно внедрена на ОАО «Криворожсталь» в сентябре 2005 г. и бесперебойно работает при выплавке специальных марок высокопрочного чугуна.
• Разработка в 2004 г. комплекта РКД электропечи постоянного тока ДСТ-6,0-И3 для рафинирования феррохрома на ОАО «Казхром», Казахстан. Проработка изменения технологии рафинирования феррохрома при использовании электропечи постоянного тока.
• Разработка в 2004 г. комплекта РКД реконструкции электропечей ДСП-12-Н2 левого и правого исполнения с переводом их на питание постоянным током для мини-завода ОАО «Ферротрейдинг», г. Запорожье. С 2006 г. электропечи внедрены и успешно работают на переплаве отсевов ферромарганца, силикомарганца и ферросилиция, на выплавке стали из шлаково-металлической смеси, выплавке различных марок стали из металлолома.
• Разработка в 2006 г. комплекта РКД реконструкции электропечи ДСП-3,0 с переводом её на питание постоянным током. Электропечь внедрен на ОАО «Запорожский сталелитейный завод» в 2007 г.
• Разработка в 2006 г. комплекта РКД электропечи постоянного тока ДСПТ-12-И3 для ЗАО «Элста» (на базе литейного цеха ОАО «Днепропресс», г. Днепропетровск). Электропечь внедрена в 2008 г.
• Разработка в 2006 г. комплекта РКД электропечи постоянного тока ДСТ-3,0-И1 для ОАО «АвтоЗАЗ».
• Разработка в 2006 г. комплекта РКД и поставка на ОАО «Уралредмет», г. Верхняя Пышма, Свердловской обл., РФ , дуговой электропечи постоянного тока ДТПТ-1,0-И2 для выплавки ферротитана. Электропечь внедрена в августе 2007 г.
• Разработка в 2006 г. опытных плазменных комплексов для выплавки стали с предварительным подогревом шихты для ООО «Плазматекс», г. Днепропетровск. Комплексы успешно внедрены в 2007 г.
• Разработка в 2007 г. комплекта РКД и изготовление недостающих частей по двум дуговым электропечам ДС-6,0 для ЗАО «Элста», г. Днепропетровск.
• Разработка в 2008 г. дуговой электропечи переменного тока ДСП-6,0-И4, проведение шеф–монтажных и пуско-наладочных работ при вводе электропечи в эксплуатацию на СП «Эрдэнэт», Монголия. Электропечь успешно внедрена в 2009 г.
• Разработка в 2008 г. Технического Проекта с последующей разработкой комплекта РКД на реконструкцию электропечей ДС-1,5, ДС-5,0 и ДСП-8,0 с переводом их на питание постоянным током для ООО «Механический завод», г. Норильск, РФ.
• Разработка в 2008 г. и внедрение двух электропечей постоянного тока ДШПТ-5,0 для переплава ШМС и отсевов ферросплавов для Запорожского ферросплавного завода. Одна электропечь внедрена в сентябре 2010 г., вторая — в феврале 2011 г.
• Разработка в 2009 г. и внедрение в 2010 г. камеры дожигания технологических газов от электропечей для переплава отсевов на ОАО «Запорожский ферросплавный завод».
• Разработка в 2010г. и изготовление механизмов электропечи ДСП-3,0 для вагоностроительного завода, г. Амвросиевка, Донецкой обл. Механизм успешно внедрён в 2011 г.
• Разработка в 2011 г. комплекта РКД реконструкции дуговой электропечи переменного тока ДСП-3,0-И4, поставка оборудования, проведение шеф–монтажных и пуско-наладочных работ при вводе электропечи в эксплуатацию на СП «Эрдэнэт», Монголия. Реконструкция успешно проведена в 2012 г.
• Разработка в 2011 г., поставка и внедрение электропечи постоянного тока ёмкостью 0,5т легковесной шихты для переплава отходов, содержащих благородные металлы на Колымском аффинажном заводе, РФ. Электропечь успешно внедрена в октябре 2012 г.
• Разработка короткой сети и реконструкция электрододержателей для электропечи ДСП-12,0 на Кременчугском сталелитейном заводе в 2012 г.
• Разработка в 2012 г. комплекта РКД и изготовление дуговой электропечи ДСП-12,0 для ООО «ВЭМЗ», г. Иваново, РФ.
• Разработка в 2012 г.комплекта РКД агрегата «Печь-ковш» АКП-12,0 для ООО «ВЭМЗ».
• Разработка в 2013 г.комплекта РКД электропечи ДСП-3,0 для Свесского насосного завода.
• Разработка в 2014 г. комплекта РКД механизма подъёма и поворота свода электропечи ДСП-25,0-И4 для ООО «АзовЭлектроСталь», г. Мариуполь.
• Разработка в 2011 г., поставка и внедрение электропечи постоянного тока ёмкостью 0,5т легковесной шихты для переплава отходов, содержащих благородные металлы на Колымском аффинажном заводе, РФ. Электропечь успешно внедрена в октябре 2012 г.
• Внедрение в 2014 г. модернизированной электропечи №15 цеха №1 ПАО «ЗФЗ» с переводом питания электропечи от источника ультранизкой частоты.