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

Рис. 160. Осцил­ лограмма измене­ ния нагрузки кар­ бидной печи мощ­ ностью 5000 кВА

Время г, с

Описанный выше процесс коммутации длился всего около 32 с. За это время ток и мощность печи потерпели глубокие изменения. Несмотря на это, форма кривых силы токов и напряжений измени­ лась очень незначительно. Это объясняется тем, что в промежутки времени, измеряемые несколькими десятками секунд, тепловой ре­ жим ванны не претерпевает существенных изменений.

На рис. 160 приведен другой пример такой же коммутации на­ грузки. На осциллограмме записана только часть процесса снижения нагрузки длительностью 6,3 с. При пониженной нагрузке печь ра­ ботала 23,3 с. Затем в течение 9,3 с нагрузка печи автоматическим регулятором была доведена до номинального значения. И во время этого опыта второй осциллограф записывал форму кривых токов и напряжений. На рис. 161, а приведены кривые силы тока в период снижения нагрузки; Зафиксирован момент, когда мощность снизи­ лась до 4000 кВт, а ток до 22 кА. На рис. 161, б показан момент мини­

На всех этих осциллограммах зафиксированы фазные напряжения и токи. Сравнение осциллограмм еще раз показывает, что тигель ванны печи обладает весьма высокой тепловой инерцией и колебания силы тока и мощности в течение долей минуты не оказывают суще­ ственного влияния на форму кривых силы тока и напряжения мощ­ ной печной дуги.

2 2 6

В заключение приведем несколько осциллограмм из разных цик­ лов испытаний, проведенных О. С. Арутюновым на печах средней мощности.

На рис. 162, а приведены кривые напряжения фазы и, напряжения короткой сети мк, напряжения ванны ив и токи двух фаз i u t2 при нормальном режиме работы карбидной печи мощностью 7500 кВа. Кривая ик смещена на полпериода. Все приведенные кривые весьма близки к синусоиде. Наибольшие искажения, как и следует ожидать, имеет кривая и. Но и она близка к синусоиде; как показывает ана­ лиз, проведенный автором, амплитуда третьей гармоники составляет

сливом карбида кальция, а на рис. 162, в — после слива. Мы видим, что при нормальном режиме работы печи кривые тока близки к си­ нусоиде и даже такой существенный фактор деформации тигля, как слив, не оказывает существенного влияния на форму кривых.

Большого внимания заслуживает рис. 162, г. На нем записаны те же кривые и, ик, ив, ix и г2, но при ненормальном режиме печи. Электроды были подняты вверх и печь работала с открытой дугой, которая наблюдалась визуально с колошника. Несмотря на такое резкое нарушение режима, тепловые условия горения дуги оказались

достаточно благоприятными, и в кривых не наблюдается значитель­ ных искажений. Существенные изменения в форме кривой силы тока второй фазы были зарегистрированы только после того, как под эту фазу в реакционное пространство была загружена свежая известь (рис. 162, д). В кривой тока появился характерный изгиб и небольшой повторный пик.

Глава X

Электрическое поле в ванне печи

1. Введение

Почти во всех руднотермических печах протекают токи, ответ­ вляющиеся от одного электрода к другому, и энергия, выделяющаяся в шихте, является частью общей энергии, выделяемой электрическим током в ванне печи.

В однофазной печи вторым электродом обычно служит под и дуга горит между концом подвижного электрода и расплавом (или шла­ ком), находящимся на поду. Так как вокруг дуги находится шихта, характеризуемая определенной электропроводностью, то параллельно дуге между электродом и подом протекает ток при той же суммарной разности потенциалов, которая приходится на дугу. Таким образом, дуга шунтирована некоторым сопротивлением. С учетом этого сопро­ тивления схема замещения контура примет вид, показанный на рис. 163.

Ток стекает в шихту с боковой поверхности подвижного электрода.

Вслучае, если печь работает в бездуговом режиме, ток стекает также

сторца электрода в жидкий расплав или твердую шихту.

Величина силы тока шихтовой проводимости зависит от большого числа факторов. Основными из них являются распределение элек­ трического и теплового полей в шихте, электропроводность и тепло­ проводность шихты. Так как эти величины неоднородны, то и плот­ ность тока в шихте неоднородна. Вследствие этого неоднородна и плотность энергии, выделяющейся в различных областях шихты.

В трехфазных печах токораспределение еще сложнее. Помимо дуговых токов, текущих от электродов на под по схеме «звезда», токи могут течь также через шихту от электрода на под по схеме «звезда» и от электрода к электроду по схеме «треугольник». В этом слу­ чае электрическая цепь трехфазной печи от зажимов трансформатора

'ш

с з

С З

Рис. 163. Эквивалентная схема однофазной шунтированной дуги: rR, *к — па­ раметры подводящей сети; гщ — эквивалентное сопротивление шихты, шун­ тирующей дугу; Гд — сопротивление дуги

228

до пода как нулевой точки может быть изображена

ввиде схемы замещения, приведенной на рис. 164. И здесь электрическое и тепловое поля, плотность тока и плотность энергии

вразличных частях ших­ ты неодинаковы. Поэтому для печей обоих типов основная задача заклю­ чается в определении

дуги и шихты.

Так как аналитическое решение этих вопросов получается весьма сложным и не всегда дает удовлетворительные результаты, то сначала рассмотрим аналитические методы, а потом приведем результаты экспериментальных исследований.

2< Аналитический расчет электрического поля однофазной печи при постоянстве электропроводности шихты

На рис. 165 приведена схема однофазной печи. Подвижному электроду приписываем потенциал и, неподвижному — 0.

Если отобразить это поле в плоскости подового электрода, то получим симметричное поле между двумя цилиндрами с общей

Уравнение Лапласа для потенциальной функции плоскомери­

Решение этого уравнения в общем виде получается сложным и на нем мы остановимся позже. Можно было бы упростить решение, применив функции комплексных переменных, если бы уравнение не содержало члена с производной первого порядка.

229

Чтобы исключить этот член, заменим плоскомеридианное поле плоскопараллельным, т. е. будем рассматривать поле не между цилиндром и диском, а между двугранным углом и пластиной бес­ конечной протяженности. Таким образом, цилиндр с конечным ра­ диусом кривизны заменяется цилиндром, у которого радиус кри­ визны равен бесконечности. Такая замена при малых радиусах ци­ линдра может внести в расчеты существенные погрешности. Но в электропечах, в которых диаметр электродов достигает нескольких десятков сантиметров, погрешности становятся незначительными.

При такой замене поле становится двумерным, и уравнение Лап­ ласа в прямоугольной системе координат запишется как

д2и . д2и

(Х-2)

дх2 ' ду2

Плоскопараллельное поле при наличии электродов с ломаными ограничивающими поверхностями может быть определено преобра­ зованием Шварца, сущность которого заключается в следующем. Если в некоторой комплексной плоскости г (рис. 167) задана область,

Если в этом случае совместить след подового электрода с осью'*, то след верхнего электрода изобразится прямым углом, и линия, ограничивающая поле, будет иметь две

рис. 168, б.

Рис. 165. Схема однофазной печи

2 3 0