книги из ГПНТБ / Леушин, А. И. Дуга горения. Свойства мощных дуг современных сталеплавильных печей

В соответствии с этими формулами определены все зна­ чения параметров 5, Р, Q, Т, coscp для отдельных (ра­ нее взятых) полупериодов кривых тока и напряжения дуги при условии нормального и прерывистого режи­ мов горения дуги (табл. 10).

Коэффициент coscp определяли путем деления активной мощности при несинусоидальных кривых на кажущуюся мощность несинусоидальных кривых полупериода.

По данным табл. 10 можно сделать вывод, что в первый полупериод значения напряжения дуги несколько выше, чем во второй полупериод, но в последнем случае выше значения тока, мощности и cos ср.

По второму способу определения мощности дуги непо­ средственно по осциллограммам находят мгновенные значения тока и напряжения, а по ним мгновенные зна­

На основании этих данных можно сделать вывод, что сходимость значений активных мощностей, определен­ ных по мгновенным данным тока и напряжения и полу­ ченных методом гармонического анализа (путем разло­ жения кривых тока и напряжения), удовлетворительная.

Таблица 10

Значения параметров плавки прп условии нормального и прерывистого режимов горения дуги

210

ДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ

Различают три вида сопротивлений разрядного проме­ жутка: статическое, дифференциальное и динамическое. Статическим сопротивлением разрядного промежутка называют его сопротивление постоянному току. Диффе­ ренциальное сопротивление — это отношение малого при­ ращения напряжения между электродами к соответству­

между электродами и разрядного тока rRm=U/I. При изменении мгновенных значений тока и напряжения зна­ чения этого сопротивления меняются.

По кривым изменения тока и напряжения дуги автором определено мгновенное значение динамического сопро­ тивления электрической дуги. График изменения мощ­

ческое значение динамического сопротивления при неси­ нусоидальных кривых тока и напряжения составило за первый полупериод л д =0,0612 и за второй полупериод 0,0415 ом при непрерывном горении дуги и соответствен­ но 0,0277 и 0,09 ом за второй полупериод при прерывис­ том режиме горения дуги.

Рис. 49. Изменение мощности и динамического сопротивления дуги для непрерывного (а) и прерывистого (б) горения

211

Из кривых изменения динамического сопротивления ду­ ги при несинусоидальных токах и напряжении можно заключить, что сопротивление дуги за период изменения ее тока и напряжения сильно меняется, чем и объясня­ ется неспокойный, неустойчивый характер горения дуги. В момент перехода тока и напряжения через нулевые значения динамическое сопротивление электрической ду­ ги стремится к бесконечности, т, е. к обрыву горения дуги.

ГЛАВА XVI СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ РЕЖИМА И РЕГУЛИРОВАНИЯ ГОРЕНИЯ ДУГ

В настоящее время во всех обследованных автором ду­ говых печах емкостью 0,5, 1,5, 10, 40 и 80 т на пульт управления сталевара для контроля электрического ре­ жима выведены вольтметры и амперметры электромаг­ нитной системы каждой фазы цепи. Для регулирования горения дуг установлен автоматический регулятор чаще всего в виде электромашинного усилителя.

Стрелки приборов электромагнитной системы во время плавки металла в печи постоянно колеблются. Поэтому судить об электрическом режиме плавки, а тем более получить какую-либо технико-экономическую информа­ цию о ней по показаниям этих приборов нельзя.

Основной причиной такого положения является непра­ вильный выбор типа и системы установленных электро­ измерительных приборов.

Установленные автоматические регуляторы режима го­ рения дуг, хотя и учитывают в той или иной степени го­ рение дуг, но производят почти беспрерывные переме­ щения электродов вне связи с инерционностью, само­ возбуждением и возможностями развития дуги при разрыве цепи.

Существующие способы контроля режима и регулиро­ вания в настоящее время уже сдерживают рациональное использование электропечных установок и снижают их производительность. Необходима реконструкция суще-

212

ствующих систем контроля и регулирования в действу­ ющих электротермических установках и разработка но­ вых модернизированных систем во вновь проектируе­ мых и изготовляемых установках.

Исходя из этого необходимо проанализировать способы совершенствования контроля и регулирования режима горения дуг в сталеплавильных печах.

СРЕДСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Не так давно некоторые исследователи утверждали, что определение параметров электрической цепи, содержа­ щей дугу, имеет характер серьезной научно-исследова­ тельской работы, непосильной для персонала, обслужи­ вающего дуговую печь.

На основании настоящей работы показано, что техниче­ скую информацию об электрическом и технологическом режимах плавки можно получить на основании измере­ ния двух основных величин: тока и напряжения дуги для каждой фазы печи, хотя в действительности изме­ ряется напряжение не в дуге, а в электрододержателе. Современные средства измерительной техники позволя­ ют производить измерение мгновенных, средних и дей­ ствующих величин исследуемого процесса.

По-видимому, измерение мгновенных величин может быть применено для точных исследований. Для выдачи необходимой информации пультовщику или сталевару достаточно действующих значений исследуемого процес­ са. В этом случае проведение анализа и получение не­ обходимых сведений о режиме плавки и технико-эконо­ мических показателях ее значительно ускоряются.

Для выполнения контроля режима плавки и ознакомле­ ния с технико-экономическими показателями оператору или сталевару достаточно измерить не всю генеральную совокупность изменений, а их отдельные дискретные чи­ сленные значения.

Одним из основных достоинств численного метода рас­ чета является возможность использования электронных цифровых машин для определения различных числовых характеристик процесса.

Для быстрого расчета электрического и технологическо­ го процессов плавки могут быть составлены упрощенные программы для числовых машин или счетных устройств,

213

которые и должны помочь пультовщйку и сталевару по­ лучать необходимую информацию о параметрах про­ цесса.

Данное устройство все время должно быть подключено через измерительные трансформаторы. В него должен подаваться ток вторичной цепи печного трансформатора и напряжение дуги.

Дальнейшее следование входного сигнала должно зави­ сеть от оператора. Если нужно получить сведения о про­ цессе, то, определив по амперметру величину протека­ ющего в цепи тока, оператор нажимает соответствующую клавишу или рычажок управления, соответствующий дан­ ному значению тока. В результате ток поступит в счет­ ное устройство. Дальнейшее получение информации мо­ жет быть выполнено при помощи либо счетного устрой­ ства и приборов, либо светового табло.

Первый способ является наиболее точным, но он может быть использован только в печах, вновь вводимых в экс­ плуатацию, и особенно на печах большой емкости. По этому способу входные сигналы на счетное устройство должны отрабатываться с помощью специальных реша­ ющих блоков и выдаваться непосредственно в масшта­ бе интересующих нас величин. Последние должны по­ даваться на специальные указывающие приборы, кото­ рые и служат для сообщения оператору значений измеряемых величин.

Такими приборами могут быть измерены: ток цепи, на­ пряжение, время плавки, мощность дуги в печи, к. п. д., удельная производительность печи, расход электричес­ кой энергии за отдельный измеряемый период или за весь цикл плавки.

Значения параметров могут быть также зафиксированы на перфокарте, отработаны до получения оптимальных значений режима плавки, выданы оператору или стале­ вару. Затем их используют для автоматического регули­ рования режима печи. Данный способ, являясь весьма сложным в разработке, наиболее полно отвечает постав­ ленным требованиям.

Создание специальных пультов управления и примене­ ние вычислительных устройств помогут улучшить ис­ пользование электропечных установок и обеспечат наи­ высшую их производительность при минимальном рас­ ходе электроэнергии.

214

Второй способ (с помощью светового табло) является приближенным, исключительно простым и может при­ меняться для печей любой емкости. Для его применения не нужно специального счетного устройства, но требу­ ется предварительно рассчитать для данной мощности печного трансформатора параметры цепи и построить номограммы, или электрические характеристики печи. Затем необходимо нанести их на специальный лист и ук­ репить на пульте управления печи. Целесообразно шка­ лу характеристик разделить на определенные части, и для характерных значений деления шкалы токов непо­ средственно на характеристиках смонтировать сигналь­ ные лампы светового табло.

Оператор, зная значение тока, протекающего в цепи, на­ жимает кнопку или клавишу, соответствующую опреде­ ленной силе тока. На электрических характеристиках зажигаются сигнальные лампы, указывающие значения режима плавки. При этом оператор управления получа­ ет приближенное значение величины режима плавки и должен сам руководствоваться при дальнейшем ведении плавки.

Данный способ является очень простым. Его примене­ ние дает в руки операторов надежное средство контро­ ля режима плавки, помогает снизить расход электро­ энергии и добиться увеличения производительности ду­ говых печей. При довольно небольших затратах можно получить значительный технико-экономический эффект.

ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА ДУГИ ЗА МИКРОПЕРИОД ЕЕ ГОРЕНИЯ

Предположим, что напряжение дуги (рис. 5) для непре­ рывного режима горения соответствует закону нормаль­ ного распределения [135]

aV 2л

где т — статистическое среднее; а2 — дисперсия.

Из осциллограмм напряжения и тока дуги возьмем лю­ бой период из пяти снятых, определим значения ординат и составим статистическую функцию их распределений

215

7~

P(fl)/ г

An rH-

т'ц = — 25,5 • 0,033 — 5 • 0,033 + 25,5 - 0,066 + + 35,5-0,1 + 45,5-0,16 + 55,5-0,6 = 44,79.

Для определения дисперсии вычислим второй началь­ ный момент по формуле [135]:

i=i

принимая число связей s = 2 и число разрядов k = 6,

+ 25,52-0,066 + 35,52-0,1 + 45,52-0,16 + + 55,52-0,6 = 2370,74.

Пользуясь выражением дисперсии через второй началь­ ный момент [135], когда

216

Выберем параметры а и т нормального распределения так, чтобы выполнялись условия: т- --тх и o2=Dl max ' т. е. примем следующие их значения: m=44,79 и о = = 48,23. Тогда выражение закона нормального распре­ деления примет вид

(X—44,79)»

48,23 V2л

Для вычисления данного выражения рассчитаем

т =

тогда

Пользуясь приложениями к работе [135], вычислим значение f(x) на границах разрядов (табл. 11).

По данным табл. 11 построим гистограмму (рис. 52) и выравнивающую ее кривую распределения (пунктирная линия).

Если проверить согласованность теоретического и ста­ тистического распределения, используя критерии согла-

-2 -1 О 1 2 3 Ь 5 6 7

Рис. 61. Гистограммы значений на­ пряжений (а) и тока (б) дуги

217

Затем составляем сравнительную таблицу числа попа­ даний в разряды /л, и соответствующих значений пр при

218

= 0,00. Следовательно, критерий к2 отвергает распреде­ ление экспериментальных данных значений напряжения дуги по нормальному закону.

Произведем проверку их соответствия по критерию А. Н. Колмогорова. При /г=30 максимальное значение D = 0,35, следовательно, Л=УЭ 1 / ^ = 0 , 3 5 / 3 0 = 1,92.

Для А = 1,92 вероятность р(1) =0,002. Учитывая, что вероятность р{"К) получилась весьма малой и критерий А. Н. Колмогорова свидетельствует о том, что гипотеза распределения значений напряжений дуги по закону нормального распределения не применима, т.е. необхо­ димо найти для данного статистического распределения другие их выражения.

Поскольку изменение среднего квадратического откло­

вести исследование их распределений по экспоненциаль­ ному закону.

Плотность вероятности в случае экпоненциального рас­ пределения имеет вид

При экспоненциальном распределении случайная вели­ чина х может изменяться в пределах OssCx^+oo.

219