Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Вятский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Контрольная Суворовой.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.04.2025

Размер:

209.41 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 22

1.3 Глубина проникновения тока

При ярко выраженном поверхностном эффекте (при высокой частоте

тока и при больших диаметрах проводника) уменьшение плотности тока от

поверхности в глубь проводника происходит по экспоненциальному закону.

Вопрос 38. Дать классификацию дуговых печей по способу

превращения электрической энергии в тепловую. Особенности руднотермических печей и печей электрошлакового переплава.

Электродуговых печей классифицируются на печи переменного и постоянного тока.

Дуговые печи постоянного (ДППТ, ДПС) и переменного (ДСП) тока имеют аналогичные исполнения основных конструктивных элементов, одинаковые схемы загрузки шихты и разлива металла, используют одни и те же огнеупорные материалы, позволяют применить одни и те же технологические процессы плавления и доводки металла.

Однако, имеются и существенные различия в компоновке конструкции печей, характере ведения плавки и в составе оборудования, что вызвано различием в характере физических процессов в дугах постоянного и переменного тока. Учет этих различий позволяет определить зоны наиболее эффективного применения печей ДПС и ДСП.

В отличие от ДСП, ДПС имеет один вертикально расположенный сводовый электрод, который закреплен в корпусе электрододержателя и через отверстие в центре свода введен в плавильное пространство электропечи. Это позволяет выполнять печи ДПС более газоплотными, чем ДСП, а также обеспечивает более равномерный прогрев шихты и футеровки по периметру ванны (без локальных перегревов футеровки напротив электродов в ДСП и более низкой скорости плавления на откосах в промежутках между электродами).

Электропитание ДПС производится от специализированного полупроводникового источника постоянного тока, отрицательный полюс которого соединяется со сводовым электродом (катодом), а положительный полюс соединяется с конструкцией токоподвода к переплавляемому металлу (аноду). Токоподводы к сводовому и подовым электродам имеют участки в виде гибких водоохлаждаемых кабелей, позволяющих наклонять печь для выпуска жидкого металла в ковш и скачивания шлака в шлаковню через рабочее окно.

Источник представляет собой комплект оборудования, включающий силовой трансформатор, преобразователь постоянного тока, сглаживающие реакторы, теплообменник. При компактном объёмно-планировочном решении по размещению такого источника в печном пролёте сталеплавильного цеха на нулевой отметке устанавливается печной трансформатор, а над ним размещается преобразователь постоянного тока, сглаживающие реакторы и теплообменник.

Преобразователь постоянного тока оснащён электронным регулятором, обеспечивающим высокую стабильность и независимую тонкую регулировку токового режима в широком диапазоне изменения напряжения печной дуги. Кроме того, источник имеет регулятор, обеспечивающий поддержание заданного уровня напряжения дуги путем осевого перемещения сводового электрода, при котором происходит изменение длины дуги.

Наличие двух независимо работающих регуляторов тока и напряжения печной дуги на печах ДПС позволяет обеспечивать на них в период расплавления более высокую, по сравнению с печами ДСП, стабильность электрического режима, вследствие чего ликвидируются толчки давления в рабочем пространстве печи. При хорошей герметизации и стабильности давления в печи в ней ликвидируется подсос воздуха в рабочее пространство, благодаря чему обеспечивается низкий по сравнению с печами ДСП угар шихты в период расплавления (не более 3% в печах ДПС против 8-10% в печах ДСП); снижаются пылегазовыбросы по сравнению с печами ДСП, значительно уменьшается и уровень шума (на 10-15 ДБА).

Важным технологическим преимуществом печей ДПС, является эффективное электромагнитное перемешивание ванны металла полем проходящего через нее постоянного тока. Использование электромагнитного перемешивания, наряду с созданием в печном пространстве восстановительной атмосферы, позволяет экономней расходовать ферросплавы.

В ДПС расплавляемый металл контактирует только с анодным пятном электрической дуги, а в ДСП на металле попеременно располагаются анодное и катодное пятна. Поскольку плотность тока и удельный тепловой поток в анодном пятне на порядок ниже, чем в катодном, при плавке в ДПС испаряется значительно меньше металла и шлака и образуется в 6–8 раз меньше пыли, чем при плавке в ДСП.

Вместе с тем, постоянная полярность (минус) на графитированном сводовом электроде печи приводит к сокращению его эрозии по сравнению с работой на переменном токе. По опытным данным при силикотермической восстановительной плавке в дуговой печи постоянного тока расходуется 1,0-1,3 кг. электродов на 1000кВт.час. израсходованной электроэнергии. Экономия расхода графитированных электродов при плавке стали в ДПС по сравнению расходом в ДСП является значительной статьёй экономии.

В целом, при плавке стали в печах ДПС (ДППТ) по сравнению с плавкой в ДСП можно обеспечить следующие преимущества:

-уменьшить расход графитированных электродов на 5-7 кг на тонну жидкого металла;

-снизить угар шихты на 5-6%

-снизить расход ферросплавов на 15-20% ;

-уменьшить пылевыбросы, уровень шума и фликер в питающей энергосистеме;

-организовать эффективное электромагнитное перемешивание жидкого металла.

Назначение руднотермической печи (РТП)

Получение металлов (кремния, хрома, марганца, титана, вольфрама, ванадия и др.) или их ферросплавов из руды.
Получение желтого фосфора из руды.
Расплавление руд.
Получение медно-никелевого штейна.
Плавка огнеупоров, карбида бора, электрокорунда.

Получение карбида кремния (карборунда)

Особенности РТП

1) Шихта не электропроводная в холодном состоянии, начинает проводить эл. ток при нагреве ее дугой. Протекание тока по проводящей шихте приводит к дополнительному выделению тепла внутри печи. Это дополнительное тепло, в зависимости от конкретного технологического процесса может составлять как относительно малую долю в общем балансе тепла (рафинировочные печи для получения чистого металла), и основную долю (печи для получения карборунда).

2) Энергоемкость проводимых в РТП процессов очень велика. Она доходит до 10000 кВт·ч на 1 тонну продукта, что в 10 раз выше, чем в дуговых печах. Это связано с тем, что материалы, обрабатываемые в печах, имеют высокие температуры плавления и количество шлака превышает количество полезного продукта. В РТП преобладают реакции, идущие с поглощением тепла

3) Для многих рудно-термических процессов (получение чугуна, фосфора, никелевого штейна) характерны крупные объемы производства. Поэтому здесь используют очень мощные печи (до 100 МВА). Имеются серьезные проблемы с загрузкой и выгрузкой, удалением газов, выделяемых печью (СО). Все это создает тяжелые условия труда.

4) Печи работают непрерывно. Капитальный ремонт - 1 раз/1,5 года. Поэтому требуется высокая надежность печи в местах, подвергающихся сильному нагреву.

5) Эл. режим печи сравнительно спокоен, т.к. последовательно или параллельно с дугой включено сопротивление шихты. Дуга горит устойчиво, т.к. имеют место большие токи дуг и высокие температуры в зонах дуги, а также обеспечивается хорошая теплоизоляция дуги. Толчки тока невелики, а эксплуатационные КЗ отсутствуют.

Печи электрошлакового переплава

Печи электрошлакового переплава не являются дуговыми в полном смысле этого слова, так как дуговой процесс здесь имеет место только при пуске или аварийном режиме работы. Однако по назначению, элементам конструкции и методике расчета они имеют много общего с вакуумными дуговыми печами, поэтому их целесообразно рассмотреть при изучении дуговых печей.

В отличие от вакуумных дуговых печей, обычно работающих на постоянном токе, печи электрошлакового переплава питаются переменным током 50 Гц.

Электрошлаковый процесс (ЭШП) был разработан впервые институтом электросварки Е.О.Патона АН УССР и прошел первые промышленные испытания в 1958 г. В сравнительно короткий срок этот процесс получил широкое применение для производства высококачественной стали в отечественной промышленности и за рубежом. Сущность процесса заключается в следующем.Расходуемый электрод 1 из переплавляемого металла погружается в слой жидкого электропроводящего флюса (шлака) 2, размещенный в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе 3, к которому примыкает водоохлаждаемый поддон 4. Переменный электрический ток, проходящий по электроду и шлаку, поддерживает последний в расплавленном состоянии. Часть тепла, выделяемого в шлаковой ванне, передается электроду, торец которого оплавляется. Капли металла, стекающие с торцаэлектрода, проходят через слой шлака, очищаются в результате контакта с ним и формируются в кристаллизаторе в виде слитка 5, верх которого образует лунка жидкого металла 6. Размеры и форма слитка соответствуют размерам и форме внутренней полостикристаллизатора. В процессе плавки на боковой поверхности слитка образуется шлаковая корочка (гарнисаж) толщиной 1-3 мм, служащая естественной тепловой и электрической изоляцией слитка от кристаллизатора.

Металл, выплавленный электрошлаковым способом, отличается малым содержанием газов и неметаллических включений, повышенной плотностью и высокими механическими свойствами. Однако при этом способе газы удаляются из металла менее эффективно, чем при вакуумной плавке, поэтому основной областью применения ЭШП является переплав стали с целью очистки ее от неметаллических включений. Перспективно также применение ЭШП для улучшения качества электротехнических сталей и цветных металлов.

Печи ЭШП относятся к печам периодического действия. Полный цикл складывается из собственно плавки и вспомогательных операций. Процесс плавки в свою очередь состоит из этапов формирования шлаковой ванны из флюса, установившегося процесса направления слитка и выведения усадочной раковины.

Отличительные особенности электрошлакового переплава металла от других металлургических способов литья. Металл, полученный с помощью технологии электрошлакового переплава дает в отливке плотность недостижимую ни одним процессом внепечной обработки расплава.

Выбор нагревательных элементов

Задача 1

Для печи сопротивления периодического действия, в которой осуществляется нагрев стальных изделий, необходимо выбрать нагреватели и разместить их в рабочем пространстве печи.

исполнение нагревателя – проволочная спираль открытая;
мощность нагревателя на фазу – 25 кВт;
напряжение на нагревателе – 220В;
конечная температура нагреваемого изделия - 700С

Решение: Т.к. конечная температура нагреваемого изделия равна 700С, выбирается материал нагревателя – фехраль Х13Ю4 с максимальной рабочей температурой t=800С (1, приложение 1).

Удельная поверхностная мощность идеального нагревателя

Удельная поверхностная мощность рассчитываемого нагревателя:

Для стальных изделий (исполнение нагревателя проволочный спиральный на полочке) по (2, табл.1.2, стр.16) определяется _ЭФ=0,39.

Коэффициент теплового излучения ₁=0,55 (2,табл.1.1, стр.13).

Коэффициент ₂ определяется по (2, табл.1.2, стр.16) ₂=0,8(т.к. нагреваемые изделия стальные).

В случае, когда нагреватели выполнены из проволочной спирали

Диаметр нагревателя будет равен, м:

где _Г – удельное объёмное электрическое сопротивление (1, приложение 1)

Для обеспечения надёжной работы печей не рекомендуется применение для нагревателей проволоки диаметром меньше 5 мм, так как при малых размерах сечения окисление материала приводит к значительному сокращению срока службы нагревателей.

Длина нагревателя, м

Определяем массу спирали, кг.

-плотность материала, прил.1

Определяем шаг спирали, мм.

Определяем длину спирали,м

Светотехнический расчёт освещения

Задача 2

В производственном помещении произвести светотехнический расчёт освещения: выбрать тип светильников, размещение их, мощность источников света. Размер помещения 6243,2 м, характер окружающей среды – нормальн, освещённость Е_н=300 лк, коэффициенты отражениея _п = 0,7, _с = 0,5, _р=0,3, z=1,1. Высоту рабочей поверхности принять h_раб = 0,8м, высоту отвеса h_с = 0,5м.

Для расчёта применить метод коэффициента использования светового потока.

ЛСП 02, КСС – Д-2 по (3, табл. 4.4, стр.17)

Расстояние от светильников до рабочей поверхности, м

где h_с – высота свеса светильника, м

Расстояние между рядами светильников, м

где _С – относительное расстояние между светильниками, принимается 1,2 для косинусной кривой силы света (3, стр. 21, табл.4.9)

Количество рядов светильников,

Расстояние от крайнего ряда до стены, м

Должно выполняться условие:

Индекс помещения, о.е.

По (3, табл.4.8, стр.20) в зависимости от индекса помещения и коэффициентов отражения находится коэффициент использования помещения _п=111%.

Коэффициент использования светового потока, о.е.

где _с – КПД светильника (3, табл. 4.4 , стр.18), _с = 72%

Световой поток одного ряда светильников, лм

где к_з – коэффициент запаса (3, табл.4,1, стр.16);

z – отношение Е_ср/Е_ном, для ЛЛ z = 1,1;

n – число рядов светильников

По рассчитанному потоку подбирают по (3, табл.4.10, стр.21) ближайшую стандартную лампу такой мощности, световой поток которой не должен отличаться более чем на +20 или –10%. Принимаются лампы ЛБ –40, поток од ной лампы Ф_ном.л = 2850 лм.