Опыт работы с мая 1997 года по настоящее время печи выпрямленного тока мощностью 6,5 МВт при выплавке кремния показал, что это ресурсосберегающий электропечной агрегат [1, 2].
Рудовосстановительная печь РПО-9-КрВТ выпрямленного тока оснащена проводящей подиной, выполненной из углеродистых материалов.
Расположенные сверху ванны стандартные печные электроды обеспечивают необходимый ввод мощности в печь как в переходных, так и в рабочих эксплуатационных режимах. Печные электроды и проводящая подина через токоподводы подключены к выводам выпрямителя.
Тиристорный выпрямитель, выполненный по реверсивной схеме, конструктивно совмещен с трансформатором в единый компактный агрегат “тиристоформер”, который размещается на тех же площадях, что и обычные печные трансформаторы.
Питание печи по схеме “электроды - подина” придает большую эффективность распределению мощности в ванне печи по сравнению с переменным током [3]. Электрическая мощность в большей степени концентрируется в средних и нижних горизонтах ванны. На колошнике снижаются потери тепла, минеральных компонентов шихты и восстановителя. Расход кварцита снизился на 10 %.
В силу большей устойчивости дуги постоянного тока энергия дуги более эффективно используется в печи, питаемой от выпрямителя, что наряду с протеканием электрохимических реакций интенсифицирует процессы восстановления целевого продукта и снижает содержание в нем примесей. За счет повышения качества выплавляемого кремния снижение его расхода на по-следующих переделах достигает 10%. Создаются условия для использования более дешевых видов восстановителя, чем при переменном токе. Расход древес-ного угля уменьшился на 30 %.
В печи выпрямленного тока уменьшается эрозия электродов дугой, что позволяет уменьшить расход электродов на 20-30%.
Печь выпрямленного тока (по сравнению с переменным) более экономичный потребитель электроэнергии как за счет снижения ее удельного расхода, так и благодаря улучшению качества - уменьшению несимметрии по фазам, снижению потребления реактивной энергии на 35-40% и активной энергии на 3-5 %.
Агрегат снабжен системой автоматизированного управления (САУ), выполненной на базе промышленного компьютера, обеспечивающей удобство обслуживания печи и стабильность ее показателей. Тепловой контроль печной ванны осуществляется с помощью специальных тепловых датчиков, установка которых не требует нарушения целостности кожуха. Цветные видеограммы технологического процесса с анимацией изменяющихся параметров и анализом динамики их изменения, автоматическое документирование плавок обеспечивают необходимую инженерную поддержку оператору-технологу. Принципиально новые виды управления технологическим процессом: раздельное плавное и ступенчатое регулирование напряжения на электродах, переключение их полярности позволяют более активно воздействовать на ход плавки, дополнительно повысить ее эффективность.
Стоимость реконструкции печи - 900 тыс.USD, прибыль - 0.65 USD в год на 1 доллар затрат.
В таблицах приведены основные параметры печи кремния и характеристика САУ.
Параметр |
Единица измерения |
Значение |
Активная мощность |
МВт |
6,4 |
Питающее напряжение |
кВ |
10 |
Диаметр электродов |
мм |
710 |
Тип электродов |
- |
графитированные |
Годовая производительность |
т/год |
4000 |
Печь с локальными регуляторами |
Печь, оснащенная САУ |
Достигнутый эффект |
Недостаточная представительность и наглядность информации. Из-за информационных перегрузок персонал не успевает учесть все существенные факторы при принятии решений по управлению процессом |
Информация по 123 аналоговым, дискретным, число-импульсным сигналам и 3 интерфейсным каналам классифицирована и наглядно представлена на цветных видеосхемах, которые переключаются автоматически или по указанию плавильщика. Выделена наиболее актуальная в данный момент информация. Доступен ретроспективный анализ динамики процесса |
Снята информационная перегрузка с технологического персонала, для принятия решений по управлению процессом сконцентрирована существенная информация, которая выводится в реальном масштабе времени |
Ручное управление и согласование настроек локальных регуляторов носит произвольный характер и не оптимизировано |
Реализовано прямое цифровое управление объектом, что позволило согласовать непосредственное управление исполнительными механизмами и локальными регуляторами |
Согласованное управление по разным каналам позволяет оптимизировать технологический процесс по технико-экономическим показателям |
Ежесменное чередование технологического персонала, использующего разные приемы управления печью, приводит к циклическим колебаниям параметров процесса, что ухудшает все показатели работы печи |
Стабильная тактика управления, реа-лизованная САУ, использование дополнительных регулировочных возможностей тиристорного источника питания (при питании печи выпрямлен-ным током) - раздельного регулирования напряжения на каждом электроде, чередования полярности электродов, стабилизируют процесс |
Обеспечиваются стабильно высокие технико-экономические показатели по расходу электроэнергии и шихтовых материалов, запыленности и качеству выплавленного металла |
Отсутствие приборной системы документирования параметров процесса затрудняет объективный учет и планирование ресурсов производства |
Приборный мониторинг показателей процесса с помощью системы автоматического документирования и связи с АСУ верхнего уровня |
Обеспечивает экономию оборотных средств передприятия за счет более точного учета ресурсов |
Тепловой контроль ванны печи отсутствует, либо выполнен за счет установки закладных термопар в футеровке, что снижает ее срок службы и надежность |
Температура и тепловой поток футеровки контролируются с помощью системы специальных датчиков, установка которых не требует нарушения целостности кожуха |
Пространственный неразрушающий контроль футеровки предупреждает возникновение аварийных ситуаций и позволяет увеличить срок службы футеровки и кожуха печи |
Локальные регуляторы, как правило выполненные в пределах одного предприятия на базе разнообразных технических и программных средств, затрудняют взаимозаменяемость, модернизацию и развитие систем управления, требуют большого штата разнопрофильного обслуживающего персонала |
САУ открытой архитектуры выполнена на базе выпускаемых многими крупными фирмами промышленного IBM-совместимого компьютера и широко используемых средств связи с объектом (сертифицированными согласно ISO 9001), а также готовых к применению программных продуктов, включая средства автоматизированного проектирования САУ, что упрощает и унифицирует процесс создания, эксплуатации и последующей модернизации разнообразных систем, резко сокращает длительность отладки |
Быстрое освоение САУ эксплуатационным персоналом. Потребитель свободен в выборе средств и исполнителей работ по развитию и дальнейшей модернизации САУ в случае изменения требований технологии или морального износа. Необходимые запасные компоненты выпускаются многими фирмами, имеющими широкую сеть сервисных центров. Система легко интегрируется в АСУ более высокого уровня |