Файл: Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками.pdf

Р и с . 54. Совмещенные характеристики электрического и теплового режимов печи

Таким образом, увеличение толщины слоя шлака и уменьшение его основности позволяют снизить тепловые потери, уменьшить коли­ чества тепла, передаваемого футеровке, ускорить нагрев металла и увеличить время работы печи при высоких значениях мощно­ сти, соответственно сократив длительность периода подогрева ме­ талла.

На рис. 54 приведены характеристики электрического и теплового режимов печи.

В результате исследования установлено, что при увеличении силы тока и мощности более чем в два раза, тепловой к. п. д. возрастает на

Таким образом, при неизменном значении вторичного напряже­ ния и прочих равных условиях, увеличение в широких пределах силы тока и мощности приводит к росту теплового к. п. д. печи. По мере увеличения мощности дуг скорость роста температуры футе­

Дуг.

Можно полагать, что качественная сторона закономерностей, представленных на рис. 54, справедлива для любых ступеней напря­ жения и для различных интервалов плавки.

3. Разработка методики и определение рациональных электрических и тепловых режимов

Методы выбора электрического режима из условий минимизации расхода электроэнергии и длительности плавки впервые были сфор­ мулированы в работе [58] и развиты в работах [4, 59]. Задача и алгоритмы минимизации себестоимости сформулированы и развиты в исследованиях [60, 61].

Качественная картина теплового режима печи

иучет случайного характера электрических процессов

впериод плавления

Период плавления шихты в ряде случаев составляет свыше половины продолжительности всей плавки, и в этот период расхо­ дуется 60—80% энергии, потребляемой на плавку. Поэтому выбор, электрического режима существенно влияет на себестоимость стали.

Статистическая обработка экспериментальных данных, полу­ ченных в результате исследования большого числа плавок, позволила установить, что процесс плавления в дуговой печи можно пред­ ставить состоящим из четырех последовательных интервалов: про­ плавления дугами так называемых, колодцев в металлической шихте; горения дуг под слоем шихты при жидком металле под электродом; обвалов металлической шихты, в результате которых дуги начинают облучать футеровку, быстро нагревая ее; открытого горения дуг, направленных на жидкий металл, при постепенном снижении напря­

жения и мощности.

В течение каждой плавки к моменту слива металла в футеровке печи на­ капливается дополнительное количество АWaKK, составляющее примерно 20% от общего расхода электроэнергии за цикл плавки. К концу второго интервала плавления (возникновения обвала ших­ ты) эта энергия почти полностью рас­ ходуется.

На рис. 55 показан примерный вид типовых графиков изменения во вре­ мени

р __ d W aKK

116

горят под слоем шихты, поэтому практически вся вводимая в печь электрическая мощность Рпол (до 95%) расходуется на плавление шихты и нагрев жидкого металла. Одновременно с этим тепло, запасенное футеровкой, расходуется на покрытие большей части тепловых потерь и на нагрев внешних слоев шихты.

Мощность Ракк быстро уменьшается во времени, а мощность тепло­ вых потерь, которая в рассматриваемые интервалы плавки весьма мала (примерно 6% от Рпол), медленно возрастает; в первом прибли­ жении эти потери не зависят от выбираемого электрического режима.

Третий интервал плавления является непродолжительным и характеризуется тем, что металлическая шихта, подплавленная снизу жидким металлом и мощными дугами, начинает обваливаться, открывая при этом дуги, которые интенсивно облучают футеровку печи. Опасность недопустимого перегрева футеровки и весьма низ­ кий тепловой к. п. д. приводят к необходимости снижения мощности дуг. Начинается четвертый последний интервал периода плавления.

В течение данного интервала плавки жидкий шлак, покрываю­ щий металл, имеет относительно низкую теплопроводность и при открытых дугах отражает значительное количество тепла на свод и стены печи. Уменьшая напряжения дуг и работая при значительных

дуг. Однако при этом ухудшается средневзвешенный коэффициент мощности (cos cp) за плавку, определяемый, в основном условиями работы печи в период плавления металла.

Втечение плавки происходят непрерывные изменения активных

(г)и реактивных сопротивлений (х) токоподвода, напряжения сети и сопротивлений дуг, которые вносят в процесс случайный характер. Вариации этих величин вызывают изменения полезных мощностей фаз, коэффициента мощности и других показателей электрического

режима.

Выполненные исследования Г62] показали, что из упомянутых выше величин наиболее существенное влияние на вариации мощности оказывают изменения сопротивлений дуг и напряжения сети.

На рис. 56 показан типовой характер изменений средних значе­ ний активной мощности Ра., суммы мощности, аккумулированной

футеровкой печи, тепловых потерь P-zt и коэффициента мощности

cos ф в зависимости от среднего значения силы тока, полученных на печах емкостью 20— 100 т для первых трех интервалов плавления ши­ хты (і = 1, 2, 3). Тонкими линиями показаны расчетные значения электрической мощности — активной Ра и полезной РпоЛ, учитываю­ щие несинусоидальный характер напряжения дуг, жирными — фактические значения с учетом колебания силы тока.

Штриховыми линиями нанесены активная электрическая мощ­ ность Ра и потери Рп э, а также коэффициент мощности cos ф, рас­ считанные для случая синусоидальных напряжений дуг.

Для любого і-того интервала плавки при любом значении силы тока РаІРа р асч <С 1- В реальных условиях протекания процесса

117

Р и с . 56. Зависимость электрических характеристик печи от силы тока

средние фактические значения Ра заметно меньше расчетных Рарасч,

выше случайных величин, а также от объемной плотности и состава шихты, конструкции автоматического регулятора, силы тока задан­ ного автоматического регулятора.

Величину Ра = / (/) при / = /зад = const для одного и ряда интервалов плавки можно измерять счетчиком активной мощности при наличии вычислительного устройства, позволяющего для любой

118

Осуществляя такие измерения на ряде плавок и учитывая сред­ ние значения напряжения сети, можно экспериментально определить среднее значение PJPa Такой приближенный метод учета слу­

чайного характера процесса целесообразен для уточнения сущест­ вующих методов исследования, расчета и выбора режимов выплавки стали каждой марки. Зная расчетное значение Ра = / (/), соответ­ ствующее фактическому значению напряжения сети, и определяя РаІРарасч = / (/), можно построить фактические электрические ха­

рактеристики печи.

Уточненный метод расчета производительности и удельного расхода электроэнергии от выбираемой силы тока

Процесс расплавления связан с передачей металлу и шлаку та­ кого количества энергии, которое обеспечивает их расплавление и перегрев до требуемой температуры выше точки плавления. Эта энергия накапливается в металле и шлаке во времени, поэтому целесообразно рассмотреть технико-экономические и технологичес­ кие условия с точки зрения передачи металлу и шлаку каждой эле­ ментарной порции этой энергии WTexH [4].

Как известно

W = W G 4- W G

где WM и Wm— количество энергии, переданное 1 т металла и шлака, обеспечивающей соответствующее повыше­ ние их температуры, скрытой теплоты плавления;

GH и бш— масса металлической шихты (стали и легирующих) и шлакообразующих.

Исходное уравнение, определяющее баланс энергии для любого интервала плавки, можно приближенно представить как

^эл + ^угл + ^хи„ = ^Техн 4 ' ( Л ,, э + Т р , (ІѴ-18)

119