METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________
Výstavba pánvové pece v Poldi-Hütte s.r.o. a první provozní výsledky Construction of a ladle furnace at Poldi-Hütte s.r.o. and first production informations Dipl.-Ing. Werner Klemp ing. Zdeněk Střibrný ing. Jan Gajda ing. Luboš Procházka Ph.D. Poldi-Hütte s.r.o., Průmyslová 1343, 272 62 Kladno, ČR,
[email protected] Abstrakt Předkládaný příspěvek informuje o význačné investici do výroby oceli v Poldi-Hütte s.r.o.V současné době Poldi-Hütte úspěšně dokončila výstavbu pánvové pece LF. Ve 47. kal. týdnu 2004 byl zahájen zkušební provoz. Jedná se o nové moderní zařízení sekundární metalurgie v ocelárně Poldi-Hütte. Toto zařízení bylo postaveno s ohledem na využití nejmodernějších technologií s cílem ještě dalšího zlepšení kvality a rozšíření současného sortimentu Poldi-ocelí stejně jako s cílem snížení nákladů při výrobě oceli. Obsahem článku jsou první zkušenosti a poznatky po zahájení plného provozu. The presented article informs about an important investment in steelproduction at POLDI Hütte s.r.o.. At the time being POLDI Hütte s.r.o. has finished the construction of a ladle furnace successfully. It is a new modern plant for the secundary metallurgy in the steelplant. In the 47th week of this year the test run was started. This plant was built under the aspect of using the latest technology with the aim to further enhance the quality of steel, to enlargen the sortiment of steelgrades and to reduce costs in steelproduction. The article contains first experiences and knowledges after the startup of production in full scale. Úvod Vznik pánvové pece se datuje do šedesátých let minulého století. Od té doby prodělala řadu změn a stala se nedílnou součástí moderních progresivně se vyvíjejících oceláren. Nyní byla rovněž zařazena do výrobního cyklu ocelárny 1 Poldi Hütte s.r.o. Tím se ocelárna stala velice moderní a flexibilní. Společně s elektrickou obloukovou pecí a vakuovým kesonem dotvořila pánvová pec výrobní vybavení ocelárny, které se stalo velice konkurenceschopným. Sekundární metalurgie, do níž zařízení LF patří má za úkol zlepšit kvalitu oceli a také snížit výrobní náklady. Výstavba pánvové pece byla zadána firmě 1. Železářská a.s. Kladno, která úzce kooperuje s firmami VAI a Fuchs a v POLDI staví poprvé ve vlastní režii kompletní pánvovou pec. Pánvová pec je přestavba dřívější pece E 20. Mohla být využita současná infrastruktura pece s halou, jeřáby, velínem, odpichovou jámou, licí jámou, transformátorem, odsáváním a zásobníky přísad a tím i nižší náklady. -1-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 1. Cíle Vedle snížení výrobních nákladů a zvýšení produktivity bude snaha o zlepšení kvality a rozšíření výrobního programu. Jednotlivě jde o: - zvýšení výkonu ocelárny přesunutím části tavby do pánvové pece - zvýšení kvality oceli díky zlepšení odsíření a zvýšením čistoty oceli - rozšíření jakostního programu na nízkolegované oceli s obsahem uhlíku C < 0,40 % a oceli legované N2 - účinnější přenos tepla v oceli a přesnější nastavení licí teploty, díky tomu úspora el. energie a pokles spotřeby elektrod. - snížení licí teploty o cca 20°C, tím zlepšení struktury. - menší propal a přesnější přidávání legujících a oxidačních přísad., díky tomu úspora ferropřísad a zamezení dareb. - větší teplotní rezervy pro zpracování taveb ve vakuu a při dmýchání na jemno, díky tomu očekáváme nižší obsahy plynů v oceli díky prodlouženým dobám zpracování ve vakuu a lepšímu stupni čistoty díky dmýchání na jemno v pánvi. 2. Technický popis Pánvová pec byla zkonstruována specielně pro naše malí pánve. Průměr elektrod činí 250 mm, roztečná kružnice elektrod 500 mm. Kapacita pánví činí max. 26 t. Požadovaný výkon na pánvovou pec činí cca 3 MVA.Tímto bude dosaženo rychlosti ohřevu 5 °C/min. Proto bude používáno pouze 5 ze 16 stupňů trafa. 2.1 Pecní portál s vodícími rolnami pro sloupy elektrod a víko Portál se vyhotovuje jako horizontální nosník ze stabilní, svařené plechové konstrukce a slouží jako podpěra pro vodící rolny sloupů elektrod a víka pece. Toto bude pomocí dvou po stranách horizontálních nosníků navařených sloupů zakotveno v současném betonovém základu pece E20. Kotevní konstrukce je spojena s nosníky pojezdové dráhy pánvového vozu, přičemž se eliminuje klopný moment elektrod a víka a tím nebudou vyžadovány žádné velké stavební úpravy. Na horní a spodní pásnici horizontálních nosníků portálu byly navařeny 3 páry opěrných sloupků s vestavěnými rolnami k vertikálnímu vedení sloupů zvedání elektrod a jeden pár opěrných sloupků pro sloupy posuvu víka. V každém opěrném sloupku jsou umístěny 4 ve válečkových ložiscích uložené vodící rolny, které se dají nastavit pomocí excentru. Na straně pánvového zařízení je na portálu upevněna tepelná ochrana z ocelové konstrukce, která je opatřena žáruvzdorným materiálem. Na portálu je upevněno také centrální mazání rolen, které se skládá z mazacího lisu s ručním ovládáním, z rozvodů pro mazání tukem a spojovacího potrubí. 2.2 Sloupy vedení elektrod a hydraulický cylindr Sloupy jsou zhotoveny z trubkové konstrukce s navařenými a přesně opracovánými vodícími kolejemi. V horní části sloupů jsou přivařeny adaptéry z antimagnetické oceli, na něž se připevní šrouby ramen elektrod. Válce zvedání elektrod jsou umístěny uvnitř sloupů. 2.3 Zvedací mechanismus víka pece Toto zařízení se skládá z jednoho v opěrných sloupech rolen na portál svisle vedeného sloupu (podobně jako na sloupech elektrod), jedné v horní části sloupu navařené zvedací konzoly jakož i jednoho hydraulického válce. Válec je mezi spodní částí sloupu a spodním nosníkem opěrného sloupu portálu připevněn vertikálně kloubovým spojením. Díky působení tlaku hydraulického válce je sloup tlačen směrem nahoru a zvedne víko pevně spojené se zvedací konzolí.
-2-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 2.4 Víko pece Toto nevyzděné vodou chlazené víko se skládá z jedné z rour složené kónické spodní části jakož i z horní středové části z plechové dvouplášťové konstrukce s řízeným průtokem vody. Díky výhodnému uspořádání pracovních dvířek na omezené ploše kónické části je umožněn jednodušší přístup k peci a dá se dobře pozorovat práce uvnitř pece (foukání argonu, měření teploty, odběr vzorků atd.). Víko je v takovém provedení, aby přiléhalo během provozu s těsnícím kroužkem na přírubu pánve, která je navařena cca 150 mm pod horním okrajem pánve. Úzké propojení mezi víkem a pánví má zásadní vliv na snížení odsávaného množství kouře a na ztrátu tepla. Výhodně bude ovlivněna redukční atmosféra v pracovní místnosti. 2.5 Vodící ramena elektrod Vodící ramena mají pravoúhlý průřez, jsou svařena z masivního měděného plechu a symetricky rozmístněna do jednoho trojúhelníku (tzv. triangl). Kabely vysokého napětí se upevní šroubovým spojením na měděnou čelní desku. Na ramenech se nachází zařízení na upínání elektrod. Vodící ramena jsou vodou chlazená, cirkulace ve všech horku vystavených dílech je regulována. Měděné povrchy ramen stíní vnitřek příslušných ramen před působením magnetického pole a chrání tím zejména zařízení na upínání elektrod. 2.6 Odsávání kouře Kouř bude z pece odváděn přes segment ve víku a přes krátké nové potrubí do současného systému odsávání a dále do stávající filtrační stanice. U vývodu z odsávacího segmentu je umístěno dvojité přípojné hrdlo, kterým se nastavuje k jednomu šířka mezery ke stacionárnímu potrubí a k druhému i volný otvor k nasávání špatného vzduchu, který je potřeba ke snížení teploty kouře na max. 250 °C. 2.7 Rozvody chladící vody Nový rozvaděč chladící vody pro vlastní pec s otevřeným vývodem bude nainstalován v místě, kde se nachází rozvaděč pece E20. Přípojné potrubí k jednotlivým spotřebičům bude v novém provedení. Nynější rozvaděč chladící vody pro pecní transformátor zůstane zachován. 2.8 Rozvody tlakového vzduchu Tlakový vzduch je potřeba pro tyto spotřebiče na pecním víku: šoupátkový uzávěr u vyústění přísad, klapka uzávěru v potrubí pece a klapka uzávěru pro odsávání nádrže. 2.9 Argon Pro foukání argonu do tavby přes dmyšný kámen na dně pánve se použije stávající řídící ventil, přívod včetně hadice s rychlým uzávěrem k potrubí nově instalovaném v pánvi bude v novém provedení. Připojení argonu na potrubí v pánvi se učiní před usazením pánve na pánvový vůz z výše haly ocelárny v licí hale a jede-li pánev právě s připojeným argonem pod pecní víko. 2.10 Hydraulika Hydraulika se skládá jak z jednoho hydraulického agregátu společného pro všechny spotřebiče tak i z potrubí od agregátu ke spotřebičům. -3-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 2.11 Rozvodna vysokého napětí s hlavním vypínačem Zde bude použita současná rozvodna pro vysoké napětí, která je vybavena potřebnou ochrannou, řídící a měřící aparaturou (3x napětí, 3x proud, činný a jalový výkon jakož i měření spotřeby). Součástí zařízení je i přívod proudu k primárním izolátorům trafa. 2.12 Pecní transformátor Zde bude použit současný pecní transformátor. Repasi trafa a ostatní následně uvedené změny provádí Poldi. Sekundární vinutí trafa je zapojeno v otevřeném trojúhelníku a bude připojeno na deskové stykače nacházející se v horním krytu. V sekundár. vinutí je vmontován dvoujádrový třífázový měnič, který se použije k regulaci proudu. Chlazení oleje transformátoru, tzn. olejová čerpadla a výměník tepla pro olej a vodu bude přemístěn z podzemní místnosti do kobky trafa na takové místo, které se uvolní po demontáži tlumivky a tím budou odstraněny nevýhody původního řešení. Bude instalován nový výměník tepla místo současného poškozeného výměníku. Uvolněná místnost chlazení oleje trafa se použije jako prostor pro hydrauliku. Rozvodna vysokého napětí a trafo budou řízeny pomocí automatického systému řízení (ASŘ). 2.13 Krátká síť Krátká síť mezi deskovými stykači na výstupu trafa a vodícími rameny elektrod se skládá z vodou chlazeného trubkového mostu a kabelů vysokého napětí. Propojení mezi stylkači trafa a mostem je provedeno pomocí pružných pásů, v přechodných místech k mostu je realizováno trojúhelníkové zapojení. Celá krátká síť včetně vodících ramen elektrod je co se prostoru týče umístěna trojůhelníkově (tzv. triangl) a délka výkonu všech tří fází je příbližně stejná, což též zaručuje rovnoměrné zatížení proudem. Trubkové přemostění je na stěnu kobky trafa upevněno pomocí ocelové konstrukce z nemagnetického materiálu. Přípojení chladící vody na proud vodící části trubkového přemostění a na kabel vysokého napětí je realizováno gumovými hadičkami. Chladicí voda z kabelů je vedena do vodících ramen elektrod. 2.14 Napájení nízkým napětím Všechna zařízení – včetně stávajících – jsou napájena z nového rozvaděče na 380V. Pole rozvaděče je vybaveno pro 2 nezávislé přívody (rezervní). Transformační a stejnosměrná jednotka pro řídící napětí 24V DC je součástí rozvaděče. Zavedený celkový výkon činí cca 150 kVA, koeficient účinku cca 0.4. Největší spotřebič má výkon 37 kW. 2.15 Automatický systém řízení (ASŘ) K řízení a kontrole zařízení a částečně také technologických průběhů byly obecně předpokládány následující řídící úrovně: Obsluha přímo na místě za účelem údržby a oprav a jen výjmečně jako stálé obslužné místo. Centrální ovládání – automaticky nebo poloautomaticky v následujících úrovních: - úroveň 0 – měřící aparát - úroveň 1 – programovatelné řízení: obsluha a kontrola přes vizualizaci a jen částečně obvyklé ovládání z řídícího pultu. - nouzový provoz s vyřazením z provozu automatického řízení použitím zdroje napětí pro nouzové řízení (USV) a hydraulického akumulátoru (posuvu elektrodových ramen a pecního víka)
-4-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 2.16 Zařízení pro dávkování a zavážení přísad Z původně na ocelárně 2 Poldi instalovaných zařízení zůstala zachována jedna sada zásobníků, celkem 12 kusů, včetně upevňujícího rámu se stojany pro kontejner a vibrační podavač pod zásobníky. Všechna zbylá zařízení, opěrné ocelové konstrukce musely být dodány nově. K vážení a přepravování přísad byl přistaven pod vybračními podavači zásobníku vážící vůz, který je proto za daných výškových poměrů v pecní hale ocelárny 1 nejvhodnější, a navíc zvyšuje přesnost vážení ve srovnání s vážícími pásovými dopravníky. Pojezd vážícího vozu a vážení přísad následují automaticky podle pokynů z řídící kabiny pece (ASŘ). Uzávěr vážícího vozu tvoří nový vibrační podavač, který přepravuje zvážené přísady k jednomu vibračnímu podavači, který zajišťuje příčnou dopravu k propusti v pecním víku. Dva zásobníky vápna jsou vybaveny odsáváním, jak v horní části při vážení, tak i v oblasti předání na vážící vůz a dále na vibrační podavač. Aby se omezil nápor prachu při přepravě k propusti v pecním víku, je kryt dopravníku proveden jako uzavřená roura. Plnění zásobníků se provádí sázecím jeřábem, plnění legurami a hliníkovými granulemi popř. jiným Al2O3 (struskou) se provádí pomocí stávajících kontejnerů a vápno se přidává prostřednictvím beden s dolním otvorem. Zásobníky vápna a bedny s vápnem musí být upraveny na bezprašné plnění. Zařízení bude vybaveno novou elektroinstalací a kabeláží, čímž bude tento systém legování napojen na ASŘ. 2.17 Pánvový vůz Ze stávající pánvové pece na ocelárně 2 Poldi zbyl jen pojezdový rám s pohonem. Vážící rám se středěním pánve při sázení jeřábem, vážící zařízení s kabeláží, pojezdová dráha vozu s podpěrnými sloupy a kolejemi, stejně jako i koncový vypínač byly zkonstruovány nově. Vůz bude manipulován z nového pultu přímo na místě, přičemž může být přepojen na ASŘ. 2.18 Licí pánve Současné licí pánve budou v horní části doplněny jednou těsnící přírubou pro nasazení víka. 2.19 Podavač plněného profilu Zde byl použit současný 2-žilový kompletně vybavený podavač s lokálním řízením, který je umístěn přímo na agregátu. Aby se mohl drát lehce zavést do trychtýře ve víku pece, umístní se tento podavač na novou plošinu, nacházející se cca 2 m nad podlažím ocelárny a doplněnou o pojízdné potrubí dosahující až do trychtýře. Podavač plněného profilu byl připojen na ASŘ. 2.20 Pracovní plošiny Současný obrys základu pece E20 zůstane ve výši podlaží, rovněž i (t.č.) současné ocelové plošiny (bývalá sklápěcí plošina a víko). Volná místa základu kolem dokola pánvové pece byly překryty novou plošinou. Toto řešení bylo hospodárnější než zásypy s dodatečným betonováním přebytečných částí základu a umožňuje navíc lepší přístup k pod podlažím se nacházejícím zařízením pánvové pece. Celková plocha nových plošin činí cca 45 m2 .
-5-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 2.21 Stavební práce Stavební práce spočívaly v podstatě v zásypech v podzemní části stávajícího základu pece E20, v „podlití“ nových zařízení, pro která byl použít stávající betonový základ a ve zhotovení nových podlah na zasypaných částech základu. Zakotvení nových zařízení ve stávajícím betonovém základu bylo provedeno pomocí uzavíracích šroubů, které se zapustily do vyvrtaných děr. Nově zhotoveny byly pouze 2 malé základy pro ocelové podpěry zásobníků přísad. 3. Uvedení do provozu 3.1 Pokusy regulace elektrod na koks Dne 19.11.2004 byla pánvová pec po konstrukční stránce vyhotovena a první zkoušky byly provedeny na koks. 24.11.2004 byl proveden první úspěšný pokus s automatickou regulací s koksem a na pánvové peci ohřáta první tavba . 3.2 Pokusy regulace elektrod s tekutou ocelí Od 23.11.2004 do 10.01.2005 bylo firmou AMIKRO provedeno celkem 49 pokusů k nastavení regulace elektrod, z toho 22 s tekutou ocelí. Přitom nastaly značné problémy, jelikož se neustále lišila jedna fáze od druhé. Po instalaci proudového měniče byl regulační proces pánvové pece bez potíží. Od 07.1.2005, pracuje regulace elektrod přesně. 3.3 Třísměnný provoz Od 10.01.2004 se pracuje na pánvové peci ve třísměnném provozu. Od 10.1. do 14.1.2005 bylo ohřáto na pánvové peci 17 taveb. 4. První provozní výsledky LF S pánvovou pecí je dosaženo lepší homogenity ocelové lázně a přesnějšího legování na spodní předepsané hranici. Dále má pánvová pec spoustu výhod, které by se měly také odrazit v provozních podmínkách naší ocelárny. K porovnání výsledků jsme použili data z února 2005, poté, co pánvová pec v pořádku jela, a data z r. 2004. Aby jsme dosáhli správných výsledků, tavby, u kterých nebyly provozní podmínky regulérní a antikora, nebyly brány v úvahu. Absolutní měsíční průměry za r. 2004 a únor 2005 jsou tímto vyšší. 4.1 Rychlost ohřevu Se stupněm trafa 5 se dosáhne rychlosti ohřevu cca 4 °C/minutu.
-6-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 4.2 Spotřeba elektrické energie (kWh/t) Spotřeba elektrické energie power consumption
720
710 700
678
680 660 kWh/t 640
630
620 600 580
S1 cíl /tendency
II.05
2004
období/ time period
Redukční údobí tavby bylo přesunuto z elektrické obloukové pece do pánve. Tím jsme snížili spotřebu el. energie o 32 kWh/t viz graf (v roce 2004 – 710kWh/t a v únoru roku 2005 – 678 kWh/t.), což je o 4,5% Cílem je dostat se na hranici 630 kWh/t. 4.3 Spotřeba elektrod Spotřeba elektrod elektrodes consumption 7
6,85
6,8 6,6
6,51
6,4 6,2 kg/t
6
6 5,8 5,6 5,4
S1 II.05
2004
období/ tim e period
-7-
cíl/Ziel
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ Rovněž u spotřeby elektrod došlo k poklesu a to přibližně o 0,34 kg/t vyrobené oceli viz graf (rok 2004 – 6,85 kg/t a únor roku 2005 6,51kg/t), což činí 5,2 %Tady bychom se taky měli dostat na hodnotu nepřesahující 6 kg/t vyrobené oceli. 4.4 Zkrácení tavby Zkrácení doby tavby reduction melting period
300
274 250
239 210
200
150 min.
100
50
0
S1 2004
II.05
cíl/Ziel
období/ time period
Doba tavby v peci se zkrátila o 35 min ( 274 min. v roce 2004 a v únoru 2005 byla 239 min. Cílem je průměrná doba tavby 210 min viz graf. 4.5 Prodloužení životnosti pece Tento ukazatel nelze prozatím hodnotit.Mělo by dojít prodloužení životnosti vyzdívky pece cca o 40 taveb (tzn. Ze současných 160 na 200), ale rovněž je předpoklad určitého snížení životnosti vyzdívky v pánvi. 4.6 Snížení předváhy Tato hodnota se příliš nezměnila. 4.7 Snížení odpichové teploty Důsledku převedení rafinační fáze výroby oceli z pece do pánve nedochází ke zbytečnému přehřívání ocelové lázně.Průměrně se odpichová teplota snížila o 20°C (v roce 2004 1658°C a v únoru 2005 1638°C), což je o 1,2 %.To je ovšem u každé značky oceli jiné.
-8-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 4.8 Úspory feroslitin Úspora legovacích prvků alloying elements saving
2,9
3
2,5 2,2
2
2,5
2,1
2
1,8
1,8
1,5
1,1
%
1
0,5
0 Cr
W
Mo
V
prvek/ element
Díky zařazení LF do výrobního cyklu došlo k výraznému snížení spotřeby feroslitin bez negativního vlivu na výsledné mechanické a technologické vlastnosti vyráběných značek ocelí. Při změně výrobního předpisu pro legování jsme se po konzultaci s Ing.Procházkou, Phd. a p.Filausem rozhodli prozatím nesnížit spodní hranici legovacího předpisu uvedeného v knize analýz, ale pouze zúžit rozmezí, ve kterém se bude legovat. Nedochází již k situaci, kdy jsou ztráty způsobeny velkým přelegováním. Viz tabulka a graf..
Cr Mo W V Úspora v % 1,10% 1,80% 2,20% 1,80% Cílová hodnota v % 2% 2,50% 2,90% 2,10%
-9-
METAL 2005 24.-26.5.2005, Hradec nad Moravicí ___________________________________________________________________________ 4.9 Kapacita Kapacita capacity 139
140
118
120
108 100 80 t
ll 60 40 20 0
S1 2004
II.05
cíl/tendency
období/ time period
Kapacita ocelárny se zvýšila i když ne o tolik jak bychom chtěli. Důvody jsou uvedeny v následující tab. 2004 únor 2005 cíl
108 t/den 118 t/den 139 t/den
5.0 Závěr Fáze náběhu pánvové pece není ještě u konce. Provozní procesy musí být ještě dále optimalizovány a obslužný personál musí být ještě lépe obeznámen s výrobními způsoby na pánvové peci. Úspora je závislá na jakosti (sortimentu) vyráběné oceli. Ačkoliv nemáme pánvovou pec technologicky ještě úplně zažitou, jsme s prvními výsledky spokojeni.
- 10 -
