Файл: Сисоян, Г. А. Электрическая дуга в электрической печи.pdf

Рп, кВт

После включения печи и скачивания шлака начался процесс рафинирования, длившийся ~ 1 ч. Расход энергии за этот период составил 5000 кВт-ч, напряжение снизилось с 300 до 222 В, а мощ­ ность с 15 000 до 6000 кВт. Несмотря на значительные колебания мощности и длительности отдельных периодов процесса, расплавле­ ние все же ведется всегда при высоких мощностях и основная доля подводимой энергии тратится именно на этот процесс.

2. Параметры современных дуговых сталеплавильных печей

Как известно, мощность и емкость современных сталеплавиль­ ных печей меняется в весьма широких пределах. В эксплуатации находятся печи емкостью от 0,5 до 360 т. В широком диапазоне изменяется также напряжение печей. Для маломощных печей приме­ няют напряжение 100— 300, а для наиболее мощных — 200—500 В.

Основными электрическими параметрами печи являются актив­ ные гк и реактивные хк сопротивления печного контура.

Для однотипных печей активные сопротивления подводящих сетей незначительно зависят от мощности печи. Это объясняется влиянием двух противоречивых факторов. Длина подводящих сетей малых печей сравнительно небольшая, но так как номинальные токи этих печей малы, то сечение шин подводящей сети выбирают мень­ шим. У более мощных печей длина подводящих сетей больше, но зато и сечение шин фазы также больше, так как выше номинальные токи. А так как сопротивление прямо пропорционально длине и обратно пропорционально поперечному сечению проводников, то изменение этих двух факторов не оказывает резкого влияния на ре­ зультирующую величину сопротивления гк.

Примерно в такой же зависимости от мощности находится и реак­ тивное сопротивление хк.

167

В табл. 5 приведены параметры йескольких действующих печей. Наряду с сопротивлениями гк и хк приведены также кажущиеся мощности, диапазоны напряжений на низкой стороне трансформа­ торов и номинальные токи.

При изменении конструкции подводящих сетей эти величины могут, конечно, резко изменяться. Так, например, при выполнении подводящих сетей в виде бифилярной проводки и соединении их в треугольник на электродах общее реактивное сопротивление зна­ чительно снижается. В последнее время создана рациональная конструкция подводящей сети, реактивное сопротивление которой

* В настоящее время в мировой сталеплавильной практике значительное внимание уделяется повышению мощности трансформаторов. По исследованиям, проведенным в СССР, в ряде случаев экономически оправдано применение для печей емкостью 100 т трансформато­ ров мощностью до 40—44 MBA, а для печей емкостью 200 т — до 60—62 MBA и выше [28].

С увеличением емкости печи увеличивается не только ее мощность, но и размеры ванны, что влечет за собой повышение тепловой инер­ ции внутри ванны. Поэтому ванны более мощных печей меньше под­ вержены колебаниям температурного режима внутри печи, чем ванны маломощных печей. При прочих равных условиях дуга в последних горит менее устойчиво.

Для изучения горения дуги сталеплавильной печи в наиболее неблагоприятных условиях рассмотрим результаты опытов, про­ веденных на печи емкостью 3 т.

Печь оборудована печным трансформатором мощностью 1500 кВА со встречным реактором мощностью 300 кВА. Схема соединения трансформаторов треугольник— звезда—треугольник; группа 11— 12. Напряжение при холостом ходе 6300/210 составляет 121 В. Номи­ нальный ток со стороны высокого напряжения составил 137/79,3,

168

Рис. 121. Нагрузочные характеристики сталеплавильной печи при различном напряжении:

в — t/0 = 121 В; 6 - U0 = 210 В.

а со стороны низкого напряжения — 4130 А. Печи работают с гра­ фитовыми электродами диаметром 300 мм.

Согласно измерениям, проведенным перед испытаниями, пара­

169

На характеристиках здесь и в дальнейшем будут приняты следующие обозначения:

5 М. у — общая мощность установки;

Р— подведенная активная мощность;

Рн— мощность, выделяющаяся в печи (на нагрузке);

Электрический режим печи регулировали электромашинным регулятором типа РМД-2,5 по принципу г — а = 0, где z — дей­ ствительное значение регулируемой величины, а — ее заданное зна­ чение.

На рис. 122 приведена принципиальная схема включения вибра­ торов 1—8 осциллографа в одной фазе. Вибраторы сдвоены для одно­ временной регистрации явлений на разных скоростях.

Серии осциллограмм снимали как в период расплавления, так и в период рафинирования.

Следует указать, что на современных мощных печах устанавли­ вают более совершенные регуляторы. Схема одного из таких уст­ ройств приведена на рис. 123.

На выходе задатчика мощности ЗМ сигнал пропорционален раз­ ности (bU — cl) и определяет величину скорости электродвигателя перемещения электрода ДЭ. Этот сигнал через узел зоны нечувстви­ тельности УЗН и блок усилителей Б У подается в одну из систем управления фазой угла отпирания тиристоров СИФУ1 или СИФУ2, которые регулируют значение напряжения на обмотке двигателя ДЭ, а следовательно, и его скорость. Зона нечувствительности регуля­ тора устанавливается с помощью потенциометров R 1 и R2.

Однако же осциллограммы, снятые на печах с регулированием по этой схеме, существенно не отличаются от осциллограмм, снятых на печах с регуляторами старой конструкции.

3. Осциллограммы силы тока и напряжения сталеплавильной печи в период расплавления

Как отмечено выше, в самый начальный период расплавления столб дуги одним своим концом опирается на поверхность расплав­ ляемых твердых кусков металла; дуга в это время крайне неустой­ чива, длина ее непрерывно меняется, она горит с частыми обрывами, длящимися значительное время. В этот период форма кривых мгно­ венных значений тока и напряжения резко искажена. Кривые

171

напряжения дуги имеют явно выраженные ники возникновения

и исчезновения, кривые тока — более или менее длительные паузы. В значительной степени изменяются также амплитудные значения токов и напряжений дуги. Временами горение дуги прекращается. Поэтому огибающая амплитудных значений токов и напряжений имеет весьма сложную форму. Толчки тока иногда достигают величин, приближающихся к значению тока короткого замыкания печи; иногда же ток прекращается совсем и печь работает вхолостую, пока регуляторы вновь не приведут электроды в соприкосновение с ших­ той. Чтобы смягчить токи короткого замыкания, в этот период же­ лательно работать на низких ступенях напряжения со включенным дросселем. На рис. 124, а показана осциллограмма работы печи в на­ чальный период расплавления. Регистрировали вторичный ток одной фазы, ток / я якоря электромашинного усилителя (ЭМУ), его напря­ жение и мощность. Запись огибающей проводили со скоростью 4 мм/с. Как видно из осциллограмм, дуга в это время горела весьма нерав­ номерно и со значительными паузами.

Через каждые 15— 20 с дуга обрывается и восстанавливается через некоторый промежуток времени, необходимый для соответствующего перемещения электрода и установления повторного контакта между электродом и кусками шихты. Из осциллограмм тока якоря, напря­ жения и мощности ЭМУ видно, что в это время регуляторы фаз печи усиленно работают и непрерывно перемещают электрод в необходи­ мом направлении.

Записи осциллограмм при разных скоростях показывают резкие колебания амплитуд тока фазы. Они настолько велики и разнооб­ разны, что трудно даже говорить о какой-либо закономерности их изменения. Это понятно. В начальный период плавки одним концом дуга опирается на оплавляющиеся куски шихты; вследствие этого длина дуги все время меняется и горение дуги носит переходящий характер. Всякие попытки построения вольтамперных характеристик для амплитудных или эффективных значений в этот период терпят, конечно, неудачу.

Форма кривых мгновенных значений тока и напряжения дуги в этот период меняется в очень широком диапазоне. При обрыве дуги ток исчезает, в первые моменты появления тока напряжение дуги приобретает резкие пики возникновения и исчезновения; кри­ вая тока в начале имеет значительные паузы при небольших ампли­ тудах, затем эти паузы уменьшаются.

К моменту, когда электрод прорезает толщу шихты, на дне ко­ лодца образуется лужица жидкого металла и дуга начинает гореть на ее поверхности. Тепловые условия горения дуги в этот период зна­ чительно улучшаются. Длительные обрывы дуги прекращаются, и она начинает гореть непрерывно; кривая тока в это время в той или иной степени отступает от синусоиды. В это время также наблюдаются

что огибающая тока не имеет разрывов и, следовательно, дуга горит непрерывно, но временами всплески токов достигают значительных

172

Величин. Они происходят в моменты, когда куски сходящей вниз шихты случайно соприкасаются с электродом. На рис. 125 приведена огибающая мощности дуги, снятая к концу периода проплавления колодцев. К этому моменту дуга горит непрерывно и длительных пауз не имеет. Но это не значит, что ток дуги непрерывен внутри периода. Вследствие общих неблагоприятных тепловых условий в моменты прохождения тока через нуль могут возникать значительные паузы.

Во второй, основной период, расплавление происходит главным образом вследствие теплоизлучения дуги и передачи тепла от жидкого металла твердым кускам шихты. Случайные контакты между элек­ тродами и шихтой резко уменьшаются, но все же они бывают. Тепло­ вые условия горения дуги еще больше улучшаются, и она горит гораздо спокойнее. Паузы в огибающей тока исчезают, и она стано­ вится более или менее плавной. Кривые тока и напряжений продол­ жают оставаться сильно искаженными. На рис. 126 приведены кри­ вые мгновенных значений тока, напряжения и мощности дуги в се­ редине периода расплавления одной плавки, а на рис. 127 показаны кривые силы тока и напряжения подводящей сети для такого же периода другой плавки. Они показывают значительные искажения кривых.

Но к концу расплавления форма кривых сглаживается.

На рис. 128 приведена одна из осциллограмм конца периода расплавления, когда основная масса шихты уже проплавилась и на поверхности жидкого расплава плавало небольшое число кусков твердого металла. На этой осциллограмме записаны кривые силы тока, напряжения и мощности фазы. Кривая силы тока несколько искажена и в точках перехода через нуль имеет небольшие паузы. Кривая напряжения не имеет пиков возникновения и исчезновения, она приобрела почти трапецеидальную форму, причем горизонталь­ ный участок на некоторых полу периодах имеет выпуклость вверх. Наличие высших гармоник в кривой силы тока этого периода до­ казывается резкими искажениями формы кривой напряжения под­ водящей сети (рис. 129).

Следует отметить, что форма кривых силы тока и напряжения, даже для наиболее спокойного периода расплавления — его конца,— не единообразна и изменяется в весьма широких пределах. Поэтому формы кривых на приведенных выше осциллограммах не следует считать единственными. На рис. 130 приведены осциллограммы дру­ гой плавки. Мы видим, что кривые тока и напряжения в этом случае значительно отличаются по форме от кривых предыдущих осцил­ лограмм. Наконец, на рис. 131 зарегистрировано значительное изме­ нение формы кривых силы тока и напряжения в течение 10— 15 пе­ риодов, т. е. десятых долей секунды.

В целом процесс расплавления можно характеризовать так. В на­ чале расплавления дуга горит неспокойно, с частыми обрывами. Кривые мгновенных значений тока сильно искажены и имеют паузы. Огибающая максимальных значений также имеет паузы, обусловлен­ ные обрывами дуги. С течением времени дуга начинает гореть непре­ рывно, а кривые силы тока и напряжения сглаживаются.

174