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

AA/\A/V\AAAAaA/VWVV\/\a /V\/VVVVVVW W V VVV a

г

4

/ V N A W V V W V V \ A A ^ / V \ A / V V ^ A / \ A V W V V V \ / \ ^ / V V V W V W ^

d

Л /\А А /\Л А Л А А Л А А Л А /\У \А ^\У \Л А /\У\А Л А А Л Л Л

9

Рис. 150. Осциллограммы, снятые на большой карбидной печи через 10 мин после слива карбида:

а — фаза I; б — фаза II; в — фаза III; 1 — ток на стороне низшего напряже­ ния трансформатора; 2 — рабочий ток (снято с пояса Роговского), 3 — напря­ жение; 4 — отметка времени (/ = 500 Гц)

ч

До снятия этой осциллограммы печь в течение 3 ч работала бес­ перебойно при средней мощности — 6300 кВт, и поэтому следовало ожидать незначительного искажения кривых. Действительно, все кривые на этой осциллограмме имеют более гладкую форму, чем кривые на рис. 148. Наибольшее искажение имеет кривая напряже­ ния короткой сети; это объясняется тем, что ее индуктивное сопро­ тивление почти в 10 раз больше активного сопротивления.

Весьма интересно отметить отсутствие подобия между кривыми силы тока и напряжения дуги. В то время как кривая силы тока имеет три ясно выраженных пика, что указывает на наличие гар­ моник 5-го и 7-го порядков, кривая напряжения дуги значительно менее искажена.

Через 45 мин при тех же вибраторах были записаны еще две осциллограммы; они получились с теми же искажениями, что и пре­ дыдущие кривые. Одна из них приведена на рис. 149, б.

После окончания испытаний на «дикой» фазе аппаратура была переключена с «дикой» фазы на «мертвую» и снят ряд осциллограмм на этой фазе.

Сравнение полученных осциллограмм с предыдущими показало, что искажение кривых на «мертвой» фазе несколько меньше, чем на «дикой». Это объясняется тем, что электрод «мертвой» фазы сидит глубже, благодаря чему тепловые условия под ним лучше, чем

у«дикой» фазы.

Вустановившемся режиме большая карбидная электропечь работает спокойно. Кривая мощности, однако, отличается от плав­

218

ной линии, характерной для таких процессов, где выделение тепла протекает за счет сопротивления шихты. Это означает, что в печи есть дуги, но толчки и колебания мощности, обусловленные дугами, незначительны.

Проведено осциллографирование тока и напряжения на всех фазах печи (рис. 150, а—в). На основании осциллограмм можно сделать вывод, что на обследованной печи и, очевидно, вообще на мощных карбидных печах кривые силы тока в фазах и напряжения на ванне имеют синусоидальный характер.

4. Дуга в карбидной печи в переходном режиме

Выше была рассмотрена дуга карбидной печи при установив­ шемся режиме. Однако понятие об установившемся режиме рудно­ термических печей довольно условно. Эффективные значения силы тока и напряжения печи, а следовательно, и среднее значение ее мощности все время колеблются.

Диапазон этих колебаний зависит от характера технологического процесса, условий эксплуатации и вида регулирования печи.

С точки зрения технологического процесса наибольшим диапазо­ ном колебаний силы тока и мощности характеризуются сталепла­ вильные печи. Карбидные печи имеют значительно более спокойный

и мощности печи при выплавке среднеуглеродистого ферромарганца,

ана рис. 152, а кривая мощности карбидной печи, показывающая эту разницу.

Рис. 151. График мощности при выплавке среднеуглеродистого ферромарганца

219

5000

т о

Рис. 152. График мощности карбидной печи:

а — при нормальном режиме; б — при ненормальном режиме

Однако при неблагоприятных условиях эксплуатации и на кар­ бидных печах диапазон колебаний мощности может достигать зна­ чительной величины. На рис. 152, б приведена кривая мощности карбидной печи 5000 кВА при ее ненормальном ходе. Как видим, мощность изменяется в довольно широких пределах. Мощность пе­ чей этого типа обычно регулируют перемещением электродов. При резких изменениях мощности торец электрода в ванне совершает колебания вверх и вниз. Вследствие этого систематически меняется длина дуги и ухудшаются условия горения последней.

Но если при колебаниях нагрузки средняя мощность за длитель­ ный период остается постоянной, то в тигле устанавливается благо­ приятный тепловой режим и создаются условия для более или менее устойчивого горения дуги.

Как было отмечено, тепловая инерция тигля ванны настолько велика, что даже после длительных перерывов в подаче энергии печь довольно быстро набирает мощность.

Совершенно иначе действуют на характер горения дуги такие отключения печи или снижения мощности, которые могут вызвать значительные изменения температуры стенок тигля. В этих случаях меняется положение в ванне, снижается температура газовой сферы тигля и условия горения дуги резко ухудшаются.

Таким образом возникает необходимость изучения формы кри­ вых при переходных режимах работы печи.

Ниже приведены результаты двух исследований переходных процессов в печи. В первом случае рассмотрены процессы включения

220

При таком положении электродов печь была включена, но ток вклю­ чения оказался очень высоким, и через 15 периодов, т. е. около 0,3 с, защита отключила печь (рис. 154). Повторная попытка такого же включения печи не дала положительного результата. После этого электроды были подняты выше и печь была включена (рис. 155). Эта осциллограмма показывает, что и по истечении нескольких часов ванна печи сохраняет достаточно высокую проводимость и,

если обеспечен хороший контакт между поверхностью электрода и шихтой, ванна сразу может взять мощность, близкую к номинальной.

В таких случаях печь работает не в дуговом режиме, а в режиме печи сопротивления. Только после углубления торца электрода в тигель и создания соответствующего теплового режима в ванне возникает дуговой режим. Следует иметь в виду, что такую же высокую электропроводность сохраняют после отключения и ферро­ сплавные печи.

На рис. 156 приведена осциллограмма включения печи при выплавке углеродистого силикомарганца. Сразу же после включения на всех трех фазах нагрузка в печи была близкой к номинальной.

На другой печи мощностью 5000 кВа проведены опыты с глубо­ кими изменениями мощности. По параметрам короткой сети эта

f a

Рис. 155. Осциллограмма силы токов при включении карбидной печи (обозначения см. на рис. 145)

222

Рис. 156. Осциллограмма силы токов трех фаз при включении печи при выплавке углеродистого силикомарганца

печь аналогична предыдущей, и электрические характеристики ее приведены выше.

Опыты проводили следующим образом. Мощность печи, работав­ шей при номинальном режиме, вручную снижали на 70—80% и в течение небольшого промежутка времени поддерживали на таком уровне. Затем включали автоматику и последняя доводила режим печи до заданных номинальных величин. Каждый из процессов коммутации занимал около 40—50 с.

Так как одновременно нужно было регистрировать и процесс изменения нагрузки и форму кривых токов и напряжений, в схему испытаний пришлось включить два осциллографа. Один из них при скорости ленты 3 см/с регистрировал процесс коммутации, а второй при скорости 500—600 см/с записывал форму кривых.

Следует отметить, что перед испытаниями печь находилась в не­ устойчивом тепловом режиме, так как происходили частые отклю­ чения. Поэтому даже при номинальной мощности печи кривые силы токов и напряжений были значительно искажены.

К началу испытаний мощность печи была близка к номинальному значению и составляла 3800—3900 кВт при силе тока 22 кА и на­ пряжении фазы 65 В. При таком режиме, согласно нагрузочным

приведены осциллограммы силы токов и напряжений двух фаз печи, записанные в начале испытания. Как видим, кривые силы токов и напряжений значительно отступают от синусоиды. Через 0,5 ч записана осциллограмма (рис. 157, б) напряжения двух фаз и токи трех фаз.

Мощность печи поднялась до 4400 кВт при фазных напряжениях 64—68 В и токах 24— 25 кА. Кривые силы токов и напряжений несколько выровнялись, но все же они еще сильно искажены, так как тепловое состояние ванны все еще осталось неустойчивым.

После записи этой осциллограммы печь в течение 20 ч работала со значительными перебоями, поэтому тепловой режим ванны печи

223

остался почти неизменным. При таком состоянии печи был проведен первый опыт изменения мощности печи.

На рис. 158 приведена огибающая кривая положительной полу­ волны тока для всего процесса изменения нагрузки, согласно записи первого осциллографа.

Сначала мощность печи была снижена с 3900 до 1600 кВт при ручном регулировании печи. При этом ток с низкой стороны с 22 кА снизился до 8,6 кА. Соответственно с этим напряжение на дуге по­ высилось до 61 В, а мощность на каждой фазе дуги снизилась с 1200 до 525 кВт.

Процесс снижения мощности занял всего 6,7 с. При таком глу­ боком спаде тока и мощности дуги смещение (подъем) электродов составило всего около 40—50 мм.

Следует иметь в виду, что испытуемая печь имеет несимметричную подводящую сеть и прямоугольную ванну, и явление «дикой» и «мертвой» фаз у нее выражено довольно ясно. Поэтому мощности отдельных фаз не равны друг другу. Приводимые же здесь данные фазных мощностей относятся к средней фазе печи. Далее, как видно из рис. 158, в течение 16,3 с ток и мощность печи оставались неиз­ менными. Затем была включена автоматика и начался подъем тока и мощности печи. Через 8,4 с регулирование закончилось, и печь получила заданный регулятором режим: ток фазы достиг 22 кА, а мощность была равна 3900 кВт. Смещение электродов вниз соста­ вило опять 40—50 мм.

В течение всего процесса коммутации мощности вторым осцилло­ графом несколько раз была записана форма кривых силы токов и напряжений. На рис. 159, а показана осциллограмма, снятая при номинальной нагрузке перед процессом коммутации. На ней пока­ заны напряжение фазы А и ток фазы С. Осциллограмма записана при мощности печи 4000 кВт и токе 23 кА. По форме кривая тока довольно близко подходит к синусоиде, кривая напряжения иска­ жена сильнее; у нее все еще сохранились два пика.

224