Файл: Данцис Я.Б. Методы электротехнических расчетов руднотермических печей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 178
Скачиваний: 0
тельно нуля печи и относительно нуля трансформатора, в связи с чем
электрические |
характеристики |
оказываются |
не |
связанными |
|
между |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
собой |
и |
не |
связанными |
со |
|||||
Мет 'P |
|
• |
ФазаШ |
|
|
|
ступенями |
напряжения |
|
печ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
19 |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
ного |
трансформатора. |
|
|
||||||
|
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выше было указано на |
то, |
|||||||
|
77 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
что напряжение между нуля |
||||||||||
|
16 |
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ми |
печи |
и |
трансформатора |
||||||||
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зависит |
от |
соотношения |
сту* |
||||||
|
1k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пеней |
н а п р я ж е н и я , |
в |
связи |
||||||
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с чем |
электрические |
характе |
|||||||
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ристики на рис. 5-4 строго |
|||||||||
|
11cos, |
|
|
|
|
|
|
|
|
справедливы |
только |
для |
тех |
|||||||
|
10 |
"•») |
|
|
|
|
|
|
|
|
ступеней |
|
н а п р я ж е н и я , |
|
при |
|||||
s |
-1,0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ѢО - S |
? |
— |
|
|
|
|
cos |
|
|
которых |
была |
найдена |
вели |
|||||||
130-8 |
-Q9 |
|
|
|
|
|
|
< |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-0,8 |
|
|
|
|
|
|
чина |
напряжения |
между |
ну |
||||||||||
|
|
? |
|
/ |
|
|
|
|
||||||||||||
120 ^7 |
-o,i |
|
|
|
|
лями |
печи |
и трансформатора. |
||||||||||||
110-6 |
7 — |
С" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчеты |
|
показывают, |
|
что |
|||||||
|
|
S — 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
WO-5 -0,51с — |
|
|
|
|
|
|
|
в |
области |
рабочих |
|
режимов |
||||||||
90 |
- if -Oft |
|
|
|
|
|
|
|
|
работы печей |
изменение |
сту |
||||||||
80 |
- 3 |
-о,з |
|
|
|
|
|
|
|
пеней напряжения не приво |
||||||||||
; • |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
W -2 -0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
дит |
к |
резкому |
изменению |
||||||||
60 - 1 \o,i4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения |
между |
нулями |
|||||||||
|
-0 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
в |
печи и трансформатора, |
в |
свя |
|||||||
50 |
L<7 |
100 |
110 |
120 |
130 IW |
|
||||||||||||||
|
1 |
|
150 и. |
зи |
с чем эти |
характеристики |
||||||||||||||
|
|
|
11 9 |
7 |
|
5 3 |
|
|
фОП |
|||||||||||
|
|
|
|
1 Номер ступени |
справедливы |
во всей |
области |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Рис. 5-4. Сводные электрические харак |
возможных |
рабочих |
режимов |
|||||||||||||||||
теристики |
I I I |
фазы |
несимметричной кар |
печи. При больших |
перекосах |
|||||||||||||||
|
|
|
бидной |
печи |
60 |
Мв-а |
|
|
ступеней |
|
напряжения, |
|
при |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
которых положение нуля печи выходит за |
пределы |
узкой |
рабочей |
|||||||||||||||||
области, |
для |
каждого |
режима |
|
требуется |
определение нулевой |
точки |
|||||||||||||
печи. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5-2. Расчет производительности руднотермических печей
В литературе обычно приводится следующая формула для расчета произво дительности руднотермических печей [67]:
= |
S cos |
(fk^kj |
|
|
W |
где Q — производительность печи |
для |
данного продукта за время Т, m; S — |
полная мощность трансформатора, /се-а; cos ф — средневзвешенный коэффициент
мощности; k± — коэффициент использования мощности трансформатора |
(коэф |
||||||||
фициент |
загрузки); |
k2 — коэффициент |
использования |
рабочего |
времени |
печи; |
|||
k3 — коэффициент, |
учитывающий |
колебания |
напряжения |
в сети; |
Т — фактиче |
||||
ски отработанное время, ч; W |
— удельный |
расход |
электроэнергии, |
квт-ч. |
|||||
Обычно |
для руднотермических |
печей |
принимали |
kx |
= 0,96 |
ч- 0,98, |
k, = |
||
=0,90 ч- 0,92, k3 = 0,96 н- 0,98.
Необходимо отметить, что использование формулы (5-3) дает хорошие ре зультаты для печей малой и средней мощности и встречает определенные затруд нения при определении производительности современных мощных руднотерми-
136
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5-2 |
|
Активная |
мощность, |
потребляемая из сети мощными |
карбидными |
|||||
и фосфорными |
|
печами и значения |
коэффициента |
кИ. м |
|
|||
|
|
|
Максималь |
Среднее |
значе |
К о э ф ф и ц и е н т |
|
|
|
Мощность |
|
и с п о л ь з о в а н и я |
|
||||
|
трансфор |
|
ная мощ |
ние мощности, |
максимальной |
Приме |
||
П р о д у к т |
матора, |
|
ность, по |
потребляемое из |
мощности, |
чание |
||
|
Мв-а |
|
требляемая |
сети за |
л у ч ш и й |
потребляемой |
|
|
|
|
из сети, Мет |
месяц, |
Мет |
из сети, k„ |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
И - M |
|
Карбид |
40,0 |
|
35,6 |
29,5 |
0,829 |
|
||
кальция |
32,7 |
|
29,6 |
24,2 |
0,816 |
СССР |
||
Фосфор |
50,0 |
|
48,0 |
38,4 |
0,800 |
|
||
Карбид |
52,5 |
|
44,4 |
35,2 |
0,815 |
Г Д Р |
||
кальция |
40,0 |
|
34,4 |
27,8 |
0,808 |
|||
|
52,5 |
|
43,6 |
32,8 |
0,746 |
|
||
ческих печей, что объясняется отсутствием достаточно надежных данных по коэффициенту мощности и коэффициенту Ах . На современных мощных печах трансформаторы имеют широкий диапазон регулирования напряжения и вве дение в расчет коэффициента k3 теряет смысл, так как при колебаниях напря жения с высшей стороны трансформатора всегда можно изменить соответствую щую ступень напряжения для получения необходимого электрического режима.
На основании проведенного нами анализа работы большого количества мощных карбидных, фосфорных и других руднотермических печей представляет более целесообразным использовать следующую формулу для расчета произво дительности мощных руднотермических печей, базирующуюся на статистической обработке их графиков нагрузки:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ 5 cos ф Ѵ |
|
MkBT |
|
|
|
|
|
|
|
|
(5-4) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где: S — м а к с и м а л ь н а я мощность |
печи, |
кв-а; |
cos ф —• коэффициент |
|
мощности, |
|||||||||||||||||||||
соответствующий максимальной мощности печи (для проектируемых |
печей со |
|||||||||||||||||||||||||
ответствует |
их |
установленной |
мощности); |
|
& и . м — к о э ф ф и ц и е н т |
использования |
||||||||||||||||||||
максимальной |
мощности, потребляемой |
из |
|
сети, представляющий |
собой |
отно |
||||||||||||||||||||
шение |
средней |
мощности |
Рср, |
потребляемой |
из |
сети за |
длительный |
период |
||||||||||||||||||
к |
максимальной |
мощности |
печи; |
kB — коэффициент |
использования |
|
рабочего |
|||||||||||||||||||
времени печи; |
W — удельный |
расход электроэнергии, квт-чіт; |
Т — фактически |
|||||||||||||||||||||||
отработанное время, |
ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Преимущество этой формулы |
состоит |
в том, что для нее требуется |
знание |
|||||||||||||||||||||
меньшего |
количества |
коэффициентов |
и определение |
их может |
быть |
произведено |
||||||||||||||||||||
с |
большей |
точностью. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Наибольший |
интерес формула (5-4) представляет для вновь |
проектируемых |
||||||||||||||||||||||
печей. В этом случае S соответствует, как правило, номинальной |
мощности |
|||||||||||||||||||||||||
трансформатора S H O m |
(если |
не предусмотрен |
запас |
по установленной |
мощности |
|||||||||||||||||||||
последнего), a cos ф — расчетному |
значению |
коэффициента |
мощности |
при S H o m - |
||||||||||||||||||||||
|
|
Определение коэффициента & и .м должно быть тщательно исследовано для |
||||||||||||||||||||||||
каждого типа печей. Нами было произведено исследование коэффициента |
м |
|||||||||||||||||||||||||
для |
мощных карбидных [68] и фосфорных |
печей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
жет |
Ранее |
было показано, |
что для мощных |
|
карбидных печей |
величина |
й и . м мо |
|||||||||||||||||||
быть |
принята |
равной |
0,8 — 0,85 (табл. |
5-2). Д л я печей |
средней |
мощности |
||||||||||||||||||||
величина |
|
& и .м |
= |
0,9. |
Следует |
предположить, |
что |
такие |
же |
коэффициенты |
||||||||||||||||
должны |
иметь |
место |
и для большинства |
ферросплавных |
печей. Д л я |
мощных |
||||||||||||||||||||
фосфорных |
печей |
коэффициент |
£ и . м |
несколько |
ниже, |
так как эти печные |
уста |
|||||||||||||||||||
новки |
являются |
более сложными. |
Они снабжены |
электрическими |
|
фильтрами |
||||||||||||||||||||
137
для очистки фосфорных газов от пыли летками для слива феррофосфора и дру гим оборудованием, что в целом ряде случаев ограничивает использование макси мальной мощности печей. Д л я мощных фосфорных печей РКЗ-48ф и РКЗ-72ф
wo % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
// |
/t |
|
||
so |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
// |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ji |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 10 |
1k |
|
18 |
|
|
22 |
|
26 |
30 |
3k |
p |
|||||
|
|
|
|
Мвт |
||||||||||||
Рис. |
|
5-5. |
|
Интегральные |
кривые |
распре |
||||||||||
деления |
|
мощностей |
|
карбидных |
печей |
|||||||||||
|
|
|
|
40 |
|
Мв-а |
|
и |
60 |
Мв-а |
|
|
||||
1 - - 40 |
Мв-а |
без |
о г р а н и ч е н и я |
мощности, |
потреб |
|||||||||||
л я е м о й |
из |
сети; |
2 — 60 Мв-а |
с ограничением |
мощ |
|||||||||||
ности, |
п о т р е б л я е м о й |
|
из |
сети |
до 38 |
Мвт. |
Рі с р |
|||||||||
= 28, і Мвт, |
|
Р 2 |
с р |
|
= |
32,2 |
Мвт, |
Р.імакс" = 32 |
Мвт, |
|||||||
Р 2 м а к с |
= |
3 6 |
М |
е |
т |
- |
Р імин |
= |
1"f |
Мвт, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
: |
18 |
Мвт |
|
|
|
|
||
Км р м6Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
im |
|
|
|
|
ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,96 -50\ |
|
|
\ |
ч |
s |
|
|
|
|
|
Pчпкг |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
s. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
||
0.92Ш |
|
|
|
|
|
|
|
NV |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
u S |
|
I |
|
|
||
|
30] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ки.м |
|
|
0,84 -20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0.80\ |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-л |
|
юи 1 |
|
60 |
|
65 |
|
70 |
|
75 |
|
|
85 |
гмакс |
% |
||||
|
|
|
|
|
|
|
90 |
95 |
||||||||
Рис . |
|
5-6. |
|
Значения |
коэффициента |
/ги . м и |
||||||||||
Р С р в зависимости от процента использова ния максимальной мощности, потребляемой трансформатором из сети
ра;
с е т и
величина / г и . м = 0,78 0,80. Практика эксплуатации показала,
что коэффициент |
использования |
||||
времени |
kB |
для карбидных |
и фер |
||
росплавных |
печей |
может |
быть |
||
принят |
равным |
0,87 — 0,9. |
Д л я |
||
мощных |
фосфорных |
печей |
kB со |
||
ставляет 0,82 — |
0,85. |
|
|||
Из изложенного следует, что резерв увеличения производитель ности печей при заданной техно логии лежит в увеличении коэф фициентов А и . м и kB. Это в первую очередь связано с увеличением надежности отдельных элементов конструкции электропечей. Безу словно, надежная работа электро печей в значительной степени зависит от соблюдения технологи ческого регламента и правильной их эксплуатации.
В |
последние |
годы широкое |
||||||
распространение получила |
интен |
|||||||
сификация |
руднотермических пе |
|||||||
чей — увеличение |
их |
произво |
||||||
дительности |
за |
счет |
установки |
|||||
более |
мощных |
печных |
трансфор |
|||||
маторов |
без |
существенной |
рекон |
|||||
струкции |
собственно |
печи |
(есте |
|||||
ственно, |
в случае |
необходимости |
||||||
реконструируются |
и |
отделение |
||||||
шихтоподготовки |
для обеспечения |
|||||||
большей |
|
|
производительности). |
|||||
В этом |
случае |
может |
оказаться, |
|||||
что новый |
|
трансформатор |
будет |
|||||
иметь запас по мощности. Такой случай имел место на двух кар бидных печах мощностью 40 Мв-а. На этих печах были установлены трансформаторы мощностью 60 Мв-а. Они позволили увеличить производительность печей на 35% . При этом мощность трансформа тора была несколько недоисполь зована. На рис. 5-5 показаны интегральные кривые распределе ния мощности, потребляемой из сети, для печей 40 Мв-ап 60 Мв-а. При исследовании работы печи на различных режимах были полу чены значения £ и . м в широком диапазоне использования мощ
ности |
трансформатора, |
на осно |
|
вании чего была построена кривая зависимости |
ки.и |
от величины |
исполь |
зования максимальной мощности (рис. 5-6). На этом же рисунке приведена кри вая зависимости средней мощности при заданных максимальных значениях запаса мощности, потребляемой из сети. Следует предположить, что аналогич ные зависимости справедливы и для других руднотермических печей.
138
В табл. 5-3 приведены значения удельных расходов электроэнергии для ос новных руднотермических производств, они могут быть использованы при рас чете производительности печей.
|
|
|
Таблица 5-3 |
|
Значения удельных расходов электроэнергии W |
||
|
Н а и м е н о в а н и е продукта |
W, квт-ч,т |
|
Ферросилиций 45% |
4 700—4 800 |
||
» |
75% |
8 |
800—9 700 |
Силикомарганец |
4 100—4 700 |
||
Феррохром углеродистый |
1 600—1 700 |
||
Силикокальций |
11 |
000—13 000 |
|
Карбид |
кальция |
2 700—2 900 |
|
Фосфор |
|
14 |
000—15 000 |
Нормальный электрокорунд (на в ы п у с к ) . . . . |
2 |
300—2 600 |
|
Белый электрокорунд |
|
1 330 |
|
Карбид |
бора |
|
20 000 |
Медный |
штейн |
|
500 |
Медно-никелевый штейн |
|
720 |
|
Глава шестая
РА С Ч Е Т Ы Р У Д Н О Т Е Р М И Ч Е С К И Х ПЕЧЕЙ
До настоящего времени не существует теоретических методов рас чета руднотермических печей, устанавливающих строгие соотношения между номинальными значениями мощности, тока и напряжени я трансформатора, а такж е между электрическими и геометрическими параметрами печи. Это объясняется тем, что совокупность процессов, происходящих внутри ванны печи (энергетических, физических, гид родинамических, химических и др.) является достаточно сложной, а методы экспериментального исследования не доведены до того совер шенства, при котором можно было бы установить необходимые зако номерности для создания строго обоснованной теории расчета рудно термических печей. Поэтому расчетные формулы, применяемые дл я определения основных параметров руднотермических печей бази руются на сочетании статистических экспериментальных данных и общих закономерностей физических процессов.
Расчетами руднотермических печей занимались многие специа листы, как за рубежом (Ф. Андреа [69], М. Келли [70], М. Моркра - мер [71], Г. Циммер [72], О. Кыольсет [73], Г. Куртис [74], Е. Ро -
мани [75] и др.), так и в Советском Союзе |
(А. С. Микулинский |
[76], |
||
Я . С. Щедровицкий [77], H . П. Постников |
[78], М. Ю . Байчер |
[70], |
||
Г. Ф. Платонов [79] |
и др . ) . В |
большинстве работ рассматривались |
||
две основные проблемы: выбор тока и н а п р я ж е н и я при заданной |
мощ |
|||
ности трансформатора |
и выбор |
основных |
геометрических размеров |
|
печи (диаметр электрода, распад электродов, габариты ванны) при известных токах и напряжениях .
139
К сожалению, до настоящего времени нет общепризнанного метода расчета руднотермических печей. Создание такого метода расчета яв ляется одной из актуальнейших проблем электротермии.
Всвязи с этим представляется целесообразным рассмотреть основ ные результаты наиболее серьезных исследований в этой области, найти взаимосвязь между различными методами расчета и на основа нии анализа попытаться дать рекомендации для расчета руднотерми ческих печей.
В1920 г. Ф. Андреа [69] ввел понятие о так называемом перифери
ческом активном сопротивлении электрода:
k = -ÊJ^i7 |
(б-і) |
где Е — напряжение электрод—под, в; I — ток в электроде, |
a; D3 — |
диаметр электрода, см. |
|
Выражение (6-1) практически не использовалось до |
тех пор, пока |
||
оно не было дополнено уравнением теплового баланса, |
позволяющим |
||
выбрать |
плотность тока в электроде. Таким путем, |
указывает |
|
М. Келли, |
пришли к выводу, что при условии постоянства |
активного |
|
периферического сопротивления удельная поверхностная мощность
электрода |
должна быть |
постоянной. |
|
|
С 1940 |
г. М. Келли |
занимался |
систематической обработкой боль |
|
шого числа данных, относящихся |
к руднотермическим печам. |
Н и ж е |
||
приведены |
предельные |
значения |
коэффициента «/г», ом-см, |
относя |
щиеся к различным производствам:
Фосфор |
|
1,87—2,50 |
Феррохром (4—6% С, 2% Si) |
0,87—1,62 |
|
Ферросилиций |
50% |
0,60—0,85 |
Феррохром (6% С, 6% Si) |
0,50—0,75 |
|
Карбид кальция |
0,43—0,55 |
|
Ферросилиций |
75% |
0,40—0,50 |
Ферромарганец |
стандартный |
0,20—0,32 |
Большинство значений k относится к закрытым трехфазным элек тропечам, однако следует учесть, что данные, относящиеся к открытым печам и к однофазным печам, по мнению Келли, заключены в тех ж е пределах.
На рис. 6-1 представлены экспериментально установленные зави симости между коэффициентом k и удельной поверхностной мощностью электрода дл я печей различного назначения с нормальным техноло гическим и электрическим режимом. Отсюда вытекает следующий по рядок расчета при заданной величине полезной мощности на электроде
1. Задаются значением k, по рис. 6-1 находят поверхностную мощ
ность на электроде р у д , затем |
находят |
сечение |
электрода S3 = |
РэІрУА. |
||
З н а я S3, вычисляют диаметр |
электрода D3, |
З н а я D3, определяют на |
||||
пряжение на электроде Е и ток в электроде / , |
получают |
|
||||
£ _ |
EnD3 |
__ |
E2nD3 |
|
|
|
|
~ |
~ |
Р3 |
' |
|
|
140