6.5.3. Визначення ступенів вторинної напруги , номінального струму і діаметру електродів

Ступені вторинної напруги. Для нормального перебігу плавки потрібно мати в різні періоди різні потужності і довжину дуги. Це досягається перемиканням високовольтної обмотки пічного трансформатора. Плавлення ведуть на повній потужності трансформатора і довгих дугах (на найвищому ступені напруги), рафінування – на малій потужності і коротких дугах (на нижньому ступені). Підвищення робочої напруги дозволяє зменшити силу струму, знизити втрати в шинах і електродах, підвищити електричний ККД і cos.

Введення в піч енергії більшої потужності облегшується шляхом підвищення вторинної напруги, яка досягає на діючих печах 600 В.

При виборі верхнього ступеня вторинної напруги для малих печей можна рекомендувати такі емпіричні формули (S_н в КВА):

- для основних печей

, В; (6.34)

- для кислих печей

, В, (6.35)

а для крупних печей напругу вибирають, виходячи з параметрів активного і реактивного опору і заданого часу розплавлення. Можна користуватися також емпіричною формулою:

, В. (6.36)

Найбільш великі закордонні печі мають вищий ступінь напруги 450-840 В.

Нижній ступінь напруги у період відновлення не повинен перевищувати 120-163 В (верхні значення – для найбільш великих печей). Більш висока напруга, а значить, більш довгі дуги, викликають перегрів футерівки склепіння і стін.

Число ступенів напруги залежить від напруги верхнього ступеня:

Напруга верхнього ступеня, В	200-250	260-300	320-400	400-500	600
Число ступенів напруги	2-4	4-6	6-8	8-12	до 23

Нижче наведені діапазони напруги в залежності від місткості печі, які рекомендовані ДЕСТ 7207-69:

Діапазон напруги, В	104-225	116-242	115-280	120-320	132-390	146-430	163-480
Місткість печі, т	1,5	3	6	12	25	50	100

Половина ступенів виконується при зєднанні обмоток високої напруги по схемі “трикутник”, інша половина – по схемі “зірка”.

Наприклад, потужність трансформатора крупної 100 т печі складає 35000 кВА. Тоді вища робоча напруга, розрахована по (6.36), складає 490 В. Проміжні ступені вибираємо таким чином. Приймаємо число ступенів рівним 10 (5 по схемі “зірка”, 5 – “трикутник”). Найнижчу ступінь напруги вибираємо рівною 163 В при включенні обмоток по схемі “зірка”, тоді найнижча ступінь при ввімкненні цих же обмоток по схемі “трикутник” дорівнюватиме 282 В. При рівномірній зміні напруги на пяти ступенях, які ввімкнені по схемі “трикутник”, коефіцієнт переходу від ступеня до ступеня складе 1,15.

Коефіцієнт переходу знаходиться з рівняння геометричної прогресії (a_i=a₁q^i-1). У нашому випадку 490=282q⁴. Звідси q1,15.

Отже, при ввімкненні обмоток на високій стороні по схемі “трикутник” маємо ступені напруги 460, 429, 373, 324, 282 В, а по схемі “зірка” – 284, 247, 215, 187, 163 В.

Діаметр електродів. Електроди мають значний електричний опір. При проходженні через електроди струм нагріває їх. При цьому губиться до 8 % електроенергії. Для зменшення електричних втрат потрібно було б використовувати електроди великого діаметру та зменшувати цим щільність струму. Але при збільшенні діаметра електрода з печі виноситься більша кількість тепла. Крім цього, більша кількість тепла віддається повітрю розпеченими електродами, які піднімаються з печі під час випуску плавки і завантаження шихти. Для зменшення втрат необхідно, щоб температура електродів над самим склепінням не перевищувала 500С. Для цього щільність струму не повинна перевищувати певного значення для кожного розміру і сорту електрода.

Діаметр електрода знаходиться по формулі, см:

, (6.37)

де I – лінійна сила струму, А ;  - питомий опір електрода при 500С (для графітованих електродів =8-15 Оммм²/м, для вугільних 30-80 Оммм²/м); К_е – коефіцієнт (для графітованих електродів К_е=2,0-2,1 Вт/см²).

Також можна розрахувати діаметр електрода по граничній щільності струму, А/см².

Наприклад, для трансформатора потужністю 35000 кВА і вторинної напруги 490 В

А; мм.

Вибираємо електрод діаметром 610 мм.

Перевіряємо щільність струму:

А/см².

Ця величина знаходиться у необхідних межах:

Діаметр електрода, мм	100	150	200	250	300	350	400	500	600
Гранична щільність струму, А/см2	32	26	23	21	19	18	16	15	15

Розрахунки по вищенаведеним рівнянням не завжди приводять до вірного рішення. В цьому випадку можна скористатися даними ДЕСТ 4426-74:

dел., мм	Щільність струму, А/см2	І, кА
75	34	1,3
100	32	2,5
150	26	4,6
200	23	7,2
250	21	10,3
300	19	13,4
350	18	17,3
400	16	20,1
450	16	25,4
500	15	29,4
555	15	36,2

З тим, щоб забезпечити електродами великовантажні ДСП, в останній час проводиться комплекс робіт, направлений на істотне поліпшення якості великих електродів. Електрометалургійна промисловість повинна отримати електроди з більш щільною, направлено-орієнтованою, тобто "волокнистою" кристалічною структурою зерен графіту.