15. Мероприятия по снижению энергоемкости технологического процесса в дсп (интенсификация и снижение энергоемкости написаны вместе). Технико-экономические показатели эксплуатации современных дсп.

а) Интенсификация (т.е. сокращение длительности технологического цикла τ_пл= τ_пдг+τ_эн+τ_ок+τ_вст) и снижение энергоемкости выплавки электростали в виде уменьшения удельного расхода электроэнергии W_у=W_2у+ W_3у обеспечиваются:

1. совершенствованием тех процесса за счет:

-применения кислорода для сжигания топлива в ТКГ, продувки и обезуглероживания ванны жидкого металла, вспенивания шлака, дожигания технологических газов в свободном пространстве;

-продувки ванны жидкого металла порошкообразными реагентами;

-совмещения отдельных технологических операций (раннее шлакообразование, обезуглероживание металла в энергетический период);

-выноса операций рафинирования, доводки и раскисления металла в агрегаты внепечной обработки;

-совершенствования технологии плавления металлошихты в энергетический период плавки при рациональном электрическом режиме работы ДСП (высокая электрическая мощность, работа со вспененным шлаком на длинных дугах с высокими λ и η_э и при работе на остатке жидкого металла и шлака с использованием их энтальпии, возможности ранней дефосфорации металла следующей плавки;

-рациональной загрузки металлошихты с заданной насыпной плотностью, определенным соотношением различных фракций металлолома, правильным их расположением в рабочем пространстве ДСП;

2. изменением энтальпии применяемых шихтовых материалов:

-при предварительном подогреве лома;

-при использовании жидкого чугуна;

-при работе на остатке жидкого металла и шлака от предыдущей плавки;

3. уменьшением теплопотерь:

-из рабочего пространства, имеющего теплотехнически рациональные геометрические размеры;

-при использовании энергосберегающих водоохлаждаемых панелей;

-за счет ускорения расплавления шихты в результате применения альтернативных источников тепловой энергии мощностью P_доп и увеличения тем самым тепловой мощности нагрева

Р_н=k_испS_ном λη_э+P_доп

-за счет сокращения длительности операций подготовительного периода плавки, при загрузке металлошихты путем повышения быстродействия гидроприводов исп-х мех-в и при выполнении ремонта рабочего слоя футеровки подины;

4. уменьшением электрических потерь:

-при рациональном графике ввода электрической мощности (k_исп) с учетом тепловоспирнимающей способности рабочего прост-ва печи;

-при рациональном режиме работы электропечной установки, обеспечивающем необходимый уровень интенсивности излучения электрической дуги при оптимальных λ и η_э;

-за счет совершенствования конструкции вторичного токопровода;

-за счет сокращения длительности энергетического периода плавки (времени работы печи под током).

б) Техническая характеристика любой ЭПУ содержит, минимум, 2 основных параметра: номинальное значение мощности преобразователя (полная S_ном или активная Р_ном)и вместимость печи в виде кол-ва металла ,выплавляемого за одну плавку, m_o (масса нагреваемого объекта). Эти основные параметры определяют все технико-экономические показатели ДСП. Технический уровень печи оценивают такими ТЭП, как производительность М_г и удельный расход электроэнергии W_у. Годовая производительность М_г определяет уровень условно-постоянных расходов в себестоимости продукции

и удельных капитальных затрат в ЭСПЦ. 16. Принцип действия, классификация, особенности конструкции, электрооборудования, техники безопасности и эксплуатации плазменно-дуговых печей. Типы плазменных генераторов (плазматронов)

Принцип действия основан на преобразовании электрической энергии в тепловую за счет экзотермической энергии разряда, существующего в потоке плазмообразующего газа.

ПДП могут быть (классификация):

-с огнеупорной футеровкой для выплавки высоколегированных сталей и сплавов из исходных шихтовых материалов;

-с кристаллизатором для переплава расходуемой заготовки.

ПДП с плазматронами постоянного тока прямого действия имеет в огнеупорной футеровке ванны подовый электрод, сообщающий положительный потенциал жидкометаллической ванне. Подовый электрод должен иметь надежную систему охлаждения с соответствующей сигнализацией для снижения взрывоопасности ПДП такой конструкции.

Начало работы ПДП осуществляется зажиганием дуги между катодом и анодом плазматрона, а затем подают газ. Струя газа вытекает из сопла, отрывает дугу от него и замыкает цепь на металле (фактически это еще один анод). После появления дуги между катодом и металлом выключается из цепи сопло-анод плазмотрона. Дуга горения может достигать 1...2 м. Высокая температура плазмы обеспечивает высокую скорость плавления и нагрева металла. А большая длина дуги, при устойчивом горении, вне зависимости от обвалов шихты и всплесков жидкой стали способствует хорошей работе всего агрегата

…

Установки ПДП комплектуют управляемыми источниками питания с крутопадающей внешней характеристикой и с автоматической стабилизацией силы тока на базе тиристорных выпрямительных агрегатов типа ТПВ. Уменьшения пульсаций выпрямленного тока достигают включением последовательно с плазматроном сглаживающего реактора типа СРОС или РС. Источник вспомогательной дуги представляет собой неуправляемый выпрямитель. Осциллятор состоит из повышающего трансформатора, дросселя, конденсатора и разрядника, образующих колебательный контур с частотой 250 кГц при напр-ии до 3 кВ.

…

Расположение плазматронов и плазменных дуг в рабочем прост-ве определяется электроразрядными, электромагнитными, теплообменными и технологическими условиями.

Электроразрядные условия связаны с малой величиной продольного градиента напряжения в столбе плазменной дуги (при горении в аргоне grad U=1-5 В/см и длина дуги достигает 1-1,5 м при напряжении 300-500 В) и значительным его снижением по ходу плавки при повышении тем-ры рабочего прост-ва и улучшении условий ионизации плазмообразующего газа в столбе.

Электромагнитные условия связаны с возможным сильным взаимодействием плазменных дуг постоянного тока, когда они стягиваются к центру ПДП при их параллельном расположении. Такое ЭМ взаимодействие, зависящее от силы тока (I²_д), длины дуг (I_д) и расстоянии между ними (р) вызывает неустойчивую работу ПДП. Для нормальной работы ПДП необходимо :

-для 2х дуг l_д<(1,3-1,35)p;

-для 3х дуг l_д< p.

При конструктивных трудностях соблюдения этого условия плазматроны устанавливают наклонно в специальных отверстиях футеровки стены.

Теплообменные условия харак-т теплопередачу от плазменной дуги в рабочее прост-во ПДП: на боковую пов-ть фут-ки падает в основном излучение (90% всего теплового потока) от плазменной дуги как линейного высокотемпературного (10-25 тыс К) излучателя; на ванну в зоне анодного пятна поступает 35-50 % тепла в рез-те конвективного переноса плазмы из столба дуги.

Направленность излучения высокотемпературного столба на ванну сост-т не более 40 %, практически отсутствует экранирование тепловых потоков на свод.

Технологические условия связаны с проблемой перегрева жидкого металла в зоне анодного пятна, конвективным и массопереносом в ванне. В многоплазмотронных ПДП плаз-ны целесообразно располагать на периферии ванны, тангенциально к гориз-й плоскости. Это вызывает образование конвективных потоков металла, а также дает возможность снизить теплопотери через корпус плазматрона и повысить тепловой КПД.

…

Плазматрон – устройство для преобразования электрической энергии источника питания в тепловую энергию потока плазмы.

В зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую различают плазматроны: дуговые, индукционные (высокочастотные), электронные (сверхвысокочастотные).

Наибольшее распространение получили дуговые плазматроны, в которых возможно достижение теп-ры плазмы порядка 10^4 К сжатием столба дуги стенками канала (гидродигамическое сжатие), газовым потоком (аэродинамическое сжатие) или внешним магнитным полем (ЭМ-сжатие). Движение газа в разрядной камере плазматрона может быть аксиальным и тангенциальным (вихревым).

Воздействие внешнего магнитного поля может быть:

-продольным, вызывает стабилизацию и сжатие плазменной струи;

-поперечным, вызывает вращение струи. При этом может иметь место частичное или полное (по окружности) перемещение дуги. Это широко используют для увеличения срока службы канала, повышения напряжения дуги, улучшения условий теплопередачи к нагреваемому газу и повышения плотности тока, а также для получения развертки плазменной струи, что позволяет получить источник тепла практически любой концентрации энергии и любых размеров.

В качестве материала для электрода используется активированный вольфрам.

Плазмотрон состоит из водоохлаждаемого корпуса с крышкой, катода с вольфрамовым наконечником и медного анода с отверстием в виде сопла. В верхней части плазмотрона имеется отверстие для ввода плазмообразующего газа в пространство между катодом и корпусом.