Определение электрических параметров
Для определения электрических параметров ФСП необходимо знать активное сопротивление ванны Rвн, которая является электрической нагрузкой в силовой цепи питания печи. Картина токораспределения в ванне ФСП позволяет оценить Rвн при некоторых допущениях. Высокая электрическая проводимость электрода и расплава позволяет пренебречь (для упрощения) активными сопротивлениями, включенными последовательно с дугой. В таком случае эквивалентная электрическая схема ванны будет иметь три активных сопротивления Rтгл, Rш и Rфут, включенных параллельно сопротивлению дуги Rд, т.е.
1/Rвн = 1/Rтгл + 1/Rд + 1/Rш + 1/Rфут. (119)
При расчете сопротивления ванны руднотермических печей смешанного нагрева принимают соотношение сопротивлений (Rш + Rфут) / Rд равным для бесшлаковых и шлаковых процессов 3…5; для многошлаковых процессов 0,5…1.
Выделение мощности на шунтирующих сопротивлениях Rш и Rфут при правильно выбранных геометрических параметрах ванны обычно не превышает 30 % тепловой мощности ФСП.
При оценке величины Rд следует иметь в виду, что в ФСП при различных карботермических восстановительных процессах создаются практически одинаковые электрофизические условия для дугового разряда (набор химических элементов в «тигле», температура и др.), которые определяют значение приэлектродных падений потенциала и градиента напряжения в столбе дуги. Изменение длины столба дуги связано с «посадкой» электрода в ванну и обычно ограничено технологией процесса. Это позволяет сделать допущение, что сопротивление дуги любой ФСП, работающей в смешанном режиме, практически постоянно и может быть принято по оценке А.Н. Попова
Rд ≈ const ≈ 8 мОм. (120)
При отсутствии надежных данных для расчета Rвн основные параметры ФСП определяют на основе подобия электрических полей. В качестве критерия ЭП (электрическое поле) принят безразмерный комплекс, получаемый из дифференциального уравнения закона Ома, в виде
ЭП = UполDэд/(Iэдρвн) = RвнDэд /ρвн, (121)
где ρвн – усредненное УЭС ванны ФСП.
Трудности аналитического или экспериментального определения значения ρвн для ФСП различного технологического назначения ограничивают применение критерия ЭП. Для одинаковых технологических процессов с одними и теми же шихтовыми материалами электрическое подобие характеризует размерный комплекс
ЭП1 = ЭПρвн = UполDэд/Iэд. 122)
Критерий ЭП позволяет получить зависимость Uпол от мощности ванны Р1вн (на один электрод) в виде уравнения
Uпол
= с
(123)
которое согласуется с практическими данными эксплуатации как ФСП, так и всего класса руднотермических печей. Коэффициент с и показатель степени n находят эмпирически подстановкой в формулу (123) значений Uпол и Р1вн действующей ФСП, выбранной в качестве прототипа («образцовая» печь). Точность такого полуэмпирического расчета обусловлена уровнем эксплуатационных показателей «образцовой» печи (см. табл. 16), соблюдением всех условий конструктивного, геометрического и электрического подобия, сохранением всех технологических условий. Область применения формулы (123) для большинства процессов зависит от номинального значения полной мощности Sном «образцовых» печей, что ограничивает возможности экстраполяции.