С.А. Анохин, В.А. Елизаров, К.А. Елизаров, И.С. Нехамин (ООО «НПФ КОМТЕРМ»)
Малая универсальная электрическая дуговая печь ДП-0,1
В статье описываются конструктивные особенности и основные показатели малой универсальной электрической дуговой печи ДП-0,1 разработки ООО «НПФ КОМТЕРМ»
В настоящее время в сфере отечественных плавильных агрегатов сформировался дефицит в качественных печах с малым объемом загрузки. Основными потребителями такого рода установок являются малые и средние предприятия, нуждающиеся в отливках небольшого объема и использующие в качестве шихты отходы собственного производства, научно-исследовательские институты и лаборатории, нуждающиеся в компактных исследовательских установках с богатыми технологическими возможностями. Несмотря на то, что основные заказчики предъявляют достаточно обширные требования к характеристикам печи, присутствующие на рынке фирмы в большинстве своем предлагают малые печи с сильно урезанным набором функций. Научно-производственной фирмой «КОМТЕРМ» (ООО «НПФ КОМТЕРМ») было принято решение разработать универсальную малую электрическую дуговую печь емкостью до 250 кг по жидкой стали, способную удовлетворить самого требовательного потребителя. По внутрифирменной классификации печь получила наименование ДП-0,1.
Производственно-инжиниринговая компания ООО «НПФ КОМТЕРМ», созданная на базе отдела дуговых печей ВНИИЭТО, ведет свою историю с 1992 года. Основным направлением деятельности компании является разработка и поставка дуговых электропечей и печей спецметаллургии. Фирма «НПФ КОМТЕРМ» во главу угла ставит инновационный путь развития, поэтому в процесс работы над проектами были внесены самые совершенные инструменты в виде лицензионных программных продуктов SolidWorks {1} (программный пакет для твердотельного моделирования и выпуска конструкторской документации), EPlan {1} (ведущий в Европе пакет программ для разработки документации на электрическую часть проекта), Primavera {1} (программа для управления проектом и жизненным циклом изделий). Применение данных программных средств позволяет на этапе разработки отследить основные взаимосвязи и исправить большинство ошибок, что повышает качество конечного продукта, а так же уменьшает конечные сроки разработки. Указанные продукты были применены и при разработке печи ДП-0,1.
ДП-0,1 представляет собой дуговую печь с одним сводовым и одним подовым электродом. Общий вид печи представлен на рис.1.
Печь ДП-0,1 может применяться для целого ряда различных процессов, таких как:
- Выплавка черных металлов: сталь, чугун
- Выплавка цветных металлов: на основе алюминия, меди и др.
- Восстановление и рафинирование ферросплавов
- Выплавка комплексных лигатур
- Переработка промышленных отходов с извлечением ценных компонентов
По желанию заказчика печь выполняется с источником переменного или постоянного тока. Однако, благодаря большому количеству преимуществ, таких как меньший угар металла, меньший угар электродов и некоторых других особенностей [1-4], использование постоянного тока более предпочтительно. Отличие от индукционных печей так же более чем очевидно: велико разнообразие процессов, которые можно проводить в печи, а так же более высокие тепловой и электрический КПД всей установки, приводят к более низким удельным энергозатратам.
Печь может быть поставлена по выбору Потребителя с источником постоянного тока мощностью 140 кВА или 250 кВА. В первом случае расчетная продолжительность расплавления 150 кг твердой стальной шихты составит 50 минут при удельном расходе электроэнергии 740 кВт.ч/т; во втором случае эти показатели составят соответственно 30 минут и 630 кВт.ч/т. Источник питания – экономичный с широкими возможностями, позволяет вести энергетически эффективную плавку на всех стадиях процесса как переплава, так и выплавки. Более подробно показатели работы печи с источником 250 кВА при различных процессах представлены в табл.1.
 Рис. 1 Общий вид печи ДП-0,1
Таблица 1. Технологические параметры печи ДП-0,1 для выплавки металлов
Выплавляемый металл
| Вес загрузки, кг
| Продолжительность периода расплавления, мин | Удельный расход эл. энергии на расплавление,
кВт*час/т | Сталь,
чугун | 100
150
200 | 20
30
40 | 605
630
661 | Алюминий
и сплавы | 30
50
70 | 9
12
12 | 475
473
455 | Медь
и сплавы | 120
180
240 | 17
25
34 | 400
420
445 |
Габаритный чертеж печи ДП-0,1 в основной конфигурации представлен на рис. 2. В комплект оборудования печи входят:
- Ванна печи (поз. 1 на рис. 2), выполняется съемной, что позволяет проводить различные процессы в одной печи без длительной и дорогостоящей переналадки. Потребитель может иметь кожуха различной конфигурации (цилиндрические, кубические, конические и т.д.) с футеровками под различные процессы (кислыми, основными, графитовыми и т.д.) максимальным объемом рабочего пространства 0,35 м^3, а ванна выполняется как с рабочим окном, так и без него. Эти качества особенно оправданы в литейном производстве при изготовлении небольших партий изделий из разных сплавов, при этом максимальное время перехода с одного сплава на другой не превышает 30-60 минут, а так же в научно-исследовательской работе при проведении различных экспериментальных процессов.
- Свод печи (поз. 2) выполнен из огнеупорного бетона, с проложенными в самых напряженных в тепловом отношении местах трубами водяного охлаждения, что позволяет повысить стойкость свода.
- Механизм наклона печи (поз. 3) - оригинальная конструкция механизма наклона печи, позволяет производить наклон вокруг оси, находящейся под носком печи, и вокруг оси, находящейся под рабочим окном печи, что предотвращает изменение траектории струи в процессе слива металла и скачивания шлака. Механизм наклона печи выполняется на основе малообъемных гидравлических цилиндров в комплекте с ультракомпактной гидростанцией, рабочий объем масла в гидростанции не превышает 10 л. По пожеланиям заказчика возможно исполнение механизма наклона печи без применения гидравлических компонентов.
- Механизм перемещения электрода (поз. 4) выполнен на основе комплектующих ведущих предприятий-изготовителей: винтового домкрата и линейных направляющих, что позволяет повысить уровень унификации печи ДП-0,1 и облегчить эксплуатацию.
- Электрододержатель (поз. 5) обеспечивает установку электрода диаметром от 75 до 150 мм. Электрододержатель выполнен с самоцентровкой электрода по оси печи, сохраняющейся при смене диаметра электрода, простым, надежным, управляемым механизмом захвата электрода, расположенным в холодной зоне печи.
- Электрод сводовый (поз. 6) – графитированный или угольный, диаметром от 75 до 150 мм.
- Электрод подовый (поз.7) выполняется под конкретные футеровки и технологические процессы, для сталеплавильных процессов подовый электрод состоит из сваренных между собой медной водоохлаждаемой и стальной частей. При этом узел водоохлаждения вынесен за габариты ванны печи, чем обеспечивается надежная и безопасная эксплуатация печи. Стальная часть подового электрода подплавляется в процессе плавки и самовосстанавливается за счет переплавляемого металла. При правильной эксплуатации стойкость подины с подовым электродом данной конструкции исчисляется более чем 1000 плавок.
- Механизм подъема и отворота свода (поз.8) осуществляет одновременный подъем и отворот свода, что позволяет сократить количество необходимых для этой операции приводов до одного.
- Патрубок газоотсоса (поз. 9) необходим для организованного отвода образующихся в процессе плавки печных газов. Главной особенностью конструкции является то, что в процессе работы внутри печного пространства не образуется разряжения.
- Механизм загрузки (поз. 10) обеспечивает равномерную подачу сыпучих материалов вокруг электрода и предусматривает три варианта загрузки: разовая, порционная, непрерывная.
- Зонт (поз. 11) служит для сбора неорганизованных выбросов из печи.
- Шкаф управления (поз.12) несет в себе необходимую пуско-регулирующую аппаратуру, а так же программируемый логический контроллер (ПЛК) и другие компоненты системы автоматизированного управления печью.
- Источник питания (поз.13) выполнен как указывалось выше в виде управляемого полупроводникового преобразователя постоянного тока.
 Рис. 2 Габаритный чертеж печи
Главной особенностью печи является модульность конструкции, позволяющая гибко подстраивать печь под нужды Потребителя, внося в конструкцию минимум изменений. Кроме того, Потребитель может самостоятельно изменять конфигурацию печи в процессе эксплуатации, устанавливая дополнительное оборудование по своему желанию.
Система автоматизированного управления печью построена на платформе автоматизации Simatic s7-300. С целью уменьшения номенклатуры используемых модулей для управления оборудованием использован контроллер S7-312C, имеющий интегрированные счетные входы и дискретные выходы. Для организации интерфейса с оператором используется графическая панель OP77B.
К основным функциям системы управления относятся:
1. Автоматическое и ручное поддержание требуемых технологических параметров:- Ручной режим. В этом режиме задание тока задается оператором ручным вводом с экрана панели, а напряжение устанавливается путем перемещения электрода с помощью джойстика, установленного на шкафу системы управления.
- Три автоматических режима для различных видов технологических процессов. Для каждого из режимов есть свой набор технологических параметров, значения которых поддерживаются автоматически с помощью регуляторов. Регуляторы имеют различную структуру для каждого режима и могут оперативно настраиваться для оптимизации управления технологическим процессом.
2. Мониторинг состояния и предупреждение повреждения оборудования:
Для системы охлаждения подового электрода имеется возможность просмотра состояния и вывода аварийных сообщений со звуковым сигналом. На отдельном экране панели оператора можно увидеть показания датчиков водоохлаждения с целью выяснения источника аварийной сигнализации. При наступлении аварийного события система управления автоматически отключает печь и снимает напряжение с электрода.
Рис. 3 Структура САУ печи
Для использования печи в исследовательских целях дополнительно предусмотрено подключение персонального компьютера Потребителя по интерфейсу Ethernet. В этом случае появляется возможность получения, просмотра и записи всех дискретных и аналоговых сигналов, получаемых и выдаваемых ПЛК, что превращает печь в полноценный исследовательский агрегат. В дополнение к данным о токе, напряжении, израсходованной электроэнергии предусмотрена возможность получения данных от четырех дополнительно подключаемых термопар любого типа с любым диапазоном измеряемых температур. Для оценки текущего положения электрода предусмотрено измерение положения электрододержателя – что особенно важно для исследования руднотермических процессов с закрытой дугой.
В отличие от многих предприятий-конкурентов, мы приняли решение устанавливать на печь ДП-0,1 полноценный промышленный ПЛК, что позволяет, при использовании печи в учебном процессе, проводить обучение на современном уровне на оборудовании, применяемом в настоящее время в промышленности, а исследовательским лабораториям применение хорошо зарекомендовавших себя всемирно известных средств позволяет быть полностью уверенными в повторяемости процессов и точности поддержания параметров.
В настоящее время одна из первых печей ДП-0,1 проходит опытную эксплуатацию на ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина».
Список литературы
1. А.Н. Попов, М.М. Крутянский, В.В. Долгов, А.К. Филиппов Электродуговые печи постоянного тока//Электрометаллургия.-1998.-№2.-С.11.
2. Б.В. Линчевский, В.М. Зайцев, Д.Г. Маслов Сравнение показателей работы дуговой печи переменного и постоянного тока в ОАО «Тяжпрессмаш»// Электрометаллургия.-2008.-№8.-С.20.
3. А.К. Филиппов, М.М. Крутянский, Г.А. Фарнасов Использование электропечей постоянного тока в металлургии// Сталь.-2002.-№1.-С.33.
4. С.М. Нехамин, М.М. Крутянский, А.Я. Стомахин, С.Н. Тимошенко, А.И. Черняк Пути улучшения показателей выплавки стали в малотоннажных дуговых печах// Электрометаллургия.-2007.-№7.-С.2.
{1} Все товарные марки являются собственностью их владельцев.
Литейщик России 2010. №2. с.21-24
|
