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

Проверим выполнимость распределения значений напря­ жения дуги при непрерывном горении и сравним его со значениями по данной формуле.

Значения функции распределения, определенные по фор­ муле экспоненциального и эмпирического распределе­ ний, приведены на рис. 53.

Коэффициент вариации случайной величины для дан­

ненциальному. Важным параметром данного распреде­

Экспоненциальное распределение исследуемых величин наиболее близко к эмпирическому распределению.

220

Устройства для контроля режима горения дуг в сталепла­ вильных печах, рассмотренные в начале гл. X V I , не мо­ гут быть применены, если на пульте управления печи бу­ дут установлены обычно применяемые приборы электро­ магнитной системы, так как стрелки приборов данной системы в процессе плавки резко и почти беспрерывно колеблются. Для указанной цели необходимо или соз­ дать новые специальные приборы, или использовать приборы других систем. Наиболее рационально послед­ нее.

Несинусоидальные токи и напряжения могут измерять­ ся приборами различных систем. Приборы этих систем реагируют на различные значения измеряемых величин. Так, показания приборов электромагнитной, электроди­ намической и тепловой систем зависят от действующего значения, магнитоэлектрические приборы с выпрямите­ лем реагируют на среднее по модулю значение величин, а магнитоэлектрические без выпрямителя — на постоян­ ную составляющую. Амплитудные электронные вольт­ метры чувствительны к максимальному значению функ­ ции.

Из условия экспоненциального распределения а=т следует, что для определения параметров кривой такого распределения можно воспользоваться показаниями все­ го лишь одного прибора, а не двух, как это необходимо при законе нормального распределения.

Сокращение числа измерительных приборов вдвое вызы­ вает упрощение схемы измерений, ее монтаж и удобство контроля режима печи.

Для определения параметра экспоненциального распре­ деления необходимы приборы, статистически усредняю­ щие величины исследуемого режима. Для этой цели на-

221

иболее подходящими являются электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы с выпрямите­ лями, которые реагируют на среднее по модулю значе­

среднее значение, определяемое как 1/я J |f (сот)| da>x.

о

В отличие от действующего' значения оно зависит от уг­ ла ipft.

Если за начало отсчета времени принять момент про­ хождения через нуль первой гармоники тока и учесть, что начало k-io\\ гармоники тока смещено по отноше­ нию к началу первой гармоники на угол (три—&ф0, то для кривых /(сот), содержащих постоянную составляю­

На основании данной формулы произведем определение среднего по модулю значения тока дуги печи ДСН-1,5 при различных режимах горения дуги и различных по­ лупериодах изменения кривых тока (табл. 13).

На основании полученных результатов можно сделать

и, следовательно, их можно применить для автоматиче­

* Первый (I) н второй (И ) полупериоды.

222

Рнс. 54. Схема включения приборов выпрямительной системы в цепь д у ­ говой печи

токов, определенными методом гармонического анализа. Относительная точность значений токов, определенных различными методами для различных режимов горения дуг и различных периодов кривых изменений токов, со­ ставляет от 1,17 до 9%, т.е. данные методы дают вы­ сокую степень точности совпадения результатов.

Вывод о возможности использования приборов магни­ тоэлектрической системы для определения среднего зна­ чения токов электрического режима дуговой сталепла­ вильной печи является принципиально новым. Эти дан­ ные опубликованы автором в ряде его работ [137—142]. Одним из положительных достоинств приборов магнито­ электрических приборов является равномерность шкалы. В нашем случае равномерное разделение шкалы на оди­ наковое число делений для определения среднего значе­ ния тока дуги сталеплавильной печи не будет являться достоинством приборов, так как стрелка измерительного прибора во время работы печи будет почти неподвижно находиться на рабочем значении тока, например в сере­ дине шкалы, и будет мало отклоняться при почти непре­ рывных пульсационных изменениях значения тока дуги. Для включения приборов магнитоэлектрической системы необходимо применять полупроводниковые выпрямители (рис. 54).

Если нет особой необходимости использовать выпрями­ тели и приборы магнитоэлектрической системы, то, как

223

установлено автором, ту же задачу могут выполнить приборы индукционной системы. При включении парал­ лельной обмотки однофазного ваттметра такой системы (на линейное напряжение вторичной обмотки трансфор­ матора и последовательно на ток дуги, через трансфор­ матор тока) стрелка прибора будет также устанавли­ ваться на среднем значении тока. Соответственно можно проградуировать шкалу прибора. Шкала приборов ин­ дукционной системы имеет угол разгона, доходящий до 300°. Стрелка прибора при включении его в цепь будет перемещаться в значительном диапазоне делений шкалы, но прибор обладает весьма большой чувствительностью к малым изменениям тока. Благодаря наличию механи­ ческой противодействующей пружины и магнитоиндукционного демпфера, стрелка прибора такой системы име­ ет весьма малое время успокоения. Схема включения приборов приведена на рис. 55.

Таким образом, для автоматического контроля режима горения дуг и установления оптимального режима плав­ ки наравне с приборами магнитоэлектрической системы могут применяться и приборы индукционной системы типа однофазного ваттметра, включаемого для измере­ ния среднего значения тока. Установленные сейчас на пультах управления действующих дуговых печей прибо­ ры электромагнитной системы конструктивно устроены так, что их подвижная часть реагирует на действующее

224

значение тока и имеет довольно большое время успокое­ ния. Включение приборов этой системы в цепь, в кото­ рой происходят непрерывные, резкие изменения тока, вызывает такое непрерывное колебание стрелок ампер­ метров, что отсчет по ним человек физически выполнить не в состоянии. Устранить эти непрерывные пульсации стрелок приборов также нельзя. Они должны быть де­ монтированы и заменены приборами индукционной си­ стемы.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ГОРЕНИЯ ДУГИ

Наиболее распространенным способом регулирования мощности дуговой сталеплавильной печи является изме­ нение длины дуги путем передвижения электродов. Обычно каждый электрод снабжается отдельным авто­ матическим регулятором. В зависимости от рода дви­ гателя регуляторы бывают электрические и гидравличе­ ские. Основным назначением автоматического регулято­ ра является сохранить заданное значение мощности дуги.

Эта мощность однозначно зависит от силы тока, напря­ жения дуги, коэффициента мощности, которые в свою очередь зависят от длины дуги, и, наконец, от отношения между напряжением электрической дуги и силой тока в ней.

Поддерживая постоянной одну из этих величин, полу­ чают заданную мощность дуги.

Таким образом, для регулирования мощности регуля­ тор может поддерживать постоянными ток, напряжение дуги, активную мощность дуги, ток и напряжение дуги одновременно и, наконец, длину дуги.

Все многообразие типов существующих автоматических регуляторов сводится в основном к регулированию об­ щего сопротивления дуги.

В условиях непрерывного увеличения мощности дуговых электрических печей совершенствуются их конструкции, а системы регулирования по существу остаются неизмен­ ными.

ность приступить к разработке новых типов автомати­ ческих регуляторов.

Настоящей работой установлено, что электрическая ду­ га обладает не только переменным активным, но и реак­ тивным индуктивным или емкостным сопротивлениями в каждой гармонической составляющей электрической дуги, т. е. Zn=R-\-jX.

Исходя из этого, можно предложить новый тип автома­ тического регулятора, отличающийся от существующих типов регуляторов тем, что он должен выполнять авто­ матическое изменение параметров цепи, чтобы отчасти сгладить резко переменное изменение параметров элек­ трической дуги в процессе работы дуговой печи.

В зависимости от условий горения дуги регулятор дол­ жен параллельно дуге включать дополнительную индук­ тивность или переменную емкость цепи.

Для увеличения или уменьшения индуктивности целесо­ образно использовать дроссель с автоматическим подмагничиванием и регулированием напряжения трансфор­ матора. Использование подмагничивания дросселя будет автоматически изменять сопротивление цепи и обес­ печивать более устойчивое горение дуги. Аналогичное явление наблюдается при подключении переменной ем­ кости цепи.

Наконец, дальнейшие исследования нелинейности дуги, а также формы её кривых напряжения и тока могут выя­ вить наилучшие условия для горения дуг и способство­ вать созданию более совершенных автоматических регу­ ляторов дуговых печей сталеплавильного типа.

ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО МЕСТА СТАЛЕВАРА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

В существующих в настоящее время цехах дуговых ста­ леплавильных печей (кроме печей больших емкостей) сталевар по-существу не имеет своего рабочего места.

Постоянное нахождение в среде с повышенной темпера­ турой, наблюдение горящей дуги, испускающей мощные потоки света, сильная загазованность окружающего воз­ духа, физическая перегрузка при скачивании шлака и взятии проб на анализ — все это значительно снижает производительность труда и ухудшает состояние здо­ ровья сталевара.

Для надлежащей организации рабочего места плавиль­ щика все существующие в настоящее время и тем более

226

вновь проектируемые печи должны быть оборудованы специальными комнатами или просторными кабинами сталевара. Эти кабины, расположенные недалеко от пе­ чей, должны быть застеклены с двух сторон для возмож­ ности обзора цеха. Внутренние стены кабины должны быть обиты звукопоглощающими плитами и покрыты красками успокаивающих тонов.

В кабине должен быть служебный шкаф сталевара, что­ бы он мог снять спецодежду. Там же должен быть пульт управления всеми механизмами печи, на который выне­ сены электрические приборы, контролирующие электри­ ческий режим печи с помощью либо счетного устройст­ ва, либо светового табло.

На этом же пульте управления должны располагаться приборы, указывающие сталевару температуру свода печи, поступление воды в охладители электрододержателей, температуру металла в печи, часы (указывающие время от начала плавки и продолжительность отдель­ ных ее операций).

Пульт управления должен иметь радио- и телевизион­ ную связь со всеми участками, занимающимися обеспе­ чением подготовки плавки и ее проведением. Так, дол­ жна быть обеспечена радиосвязь с участками подготов­ ки шихты и ее взвешивания, с электриком, слесарем, крановщиками, обслуживающими печь, со спектральной и химической лабораториями.

Для возможности наблюдения за основными процессами подготовки шихты на этих участках должны быть рас­ положены телевизионные установки.

Наиболее опасными моментами ведения процесса плав­ ки стали являются: догрузка шихты, слив металла из печи и наблюдение горения дуг.

Прорыв футеровки, сопровождающийся выливанием ме­ талла из печи, является аварийным режимом и должны быть приняты все необходимые меры для немедленной ликвидации аварии.

В процессе догрузки шихты в печь при поворачивающем­ ся или выкатывающемся своде и во время слива метал­ ла из печи необходимо принимать меры для защиты об­ служивающего персонала от попадания брызг расплав­ ленного металла. Одежда и обувь сталевара должны быть легкими, но теплостойкими и удобными в работе. Для утоления жажды наилучшим средством является

не газированная вода (обычно имеющаяся в цехе), а охлажденный настой зеленого чая с подкисленными таблетками.

Электрическая дуга является источником видимых и ультрафиолетовых невидимых лучей. Видимые лучи на­ столько ярки, что могут вызвать заболевание сетчатки глаза, а иногда и стойкое ослабление зрения вплоть до слепоты. Ультрафиолетовые лучи могут привести к за­ болеванию наружных оболочек глаза. Необходимо за­ щищать глаза от действия лучей электрической дуги. Наилучшим способом защиты глаз являются специаль­ ные темно-синие очки.

РАЦИОНАЛЬНАЯ ФОРМА ПЕЧИ, ЧИСЛО ЭЛЕКТРОДОВ И ИХ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДЛЯ ПЕЧЕЙ БОЛЬШОЙ ЕМКОСТИ

В нашей стране [142] пущена в эксплуатацию самая

Электрическая схема соединения электродов треуголь­ ник на электродах обеспечивает снижение индуктивного сопротивления печи и выравнивание дуговой мощности [143].

В ближайшие годы произойдет дальнейшее значитель­ ное увеличение емкостей печей, а следовательно, и мощ­ ностей печных трансформаторов и токов, протекающих через дуги и расплав металла ванны печи. С целью ис­ пользования токов, протекающих между электродами печи и ванной металла, нами были изучены явления распределения токов дуг в ванне расплавленного ме­ талла.

На основании схем растекания токов в ванне металла при различных вариантах соединения токоподводов и формах ванны печи был сделан вывод, что наиболее ра­ циональной формой ванны печи большой емкости явля­ ется овальная, эллипсоидальная по зеркалу металла. При данной форме ванны печи происходит наиболее рав­ номерное растекание тока в ванне металла и, следова­ тельно, большая стойкость футеровки печи, чем в печах других форм.

228