книги из ГПНТБ / Иванько, В. Ф. Пультовщик сталеплавильной электропечи учеб. пособие

Участки стен между электродами являются более холод­ ными, и в этих местах обычно задерживается шихта. На рис. 66 холодные зоны печи отмечены черным цве­ том. Увеличение диаметра распада электродов улучша­ ет условия расплавления шихты при наличии поворота печи, но одновременно увеличивает неравномерность тепловых зон. При этом требуется особенно тщательный уход за футеровкой, своевременное переключение на бо­ лее низкие напряжения и даже использование поворота в восстановительный период.

При работе печи в начальный период плавления, когда дуга под электродом закрыта со всех сторон ших­ той, вся мощность дуги излучается на шихту.

§ 3. РАЦИОНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ПЛАВКИ

При определении рационального электрического ре­ жима приходится рассматривать отдельно период рас­ плавления твердой шихты, окислительный и период ра­ финирования стали. Для наибольшей производительно­ сти печи полезную мощность и величину тока следует выбирать несколько меньше максимума полезной мощ­

в период расплавления шихты называется режимом по максимуму производительности. Естественно, что при выборе режима следует пользоваться реальными элект­ рическими характеристиками. Однако для периода рас­ плавления шихты в ту часть периода, когда шихта оста­ лась на откосах и дуги горят открыто, нужно учитывать распад электродов, наличие вращения ванны и своевре­ менно уменьшать мощность, вводимую в печь, переклю­ чением на более низкую ступень напряжения с одно­ временным уменьшением силы тока. Ток на другой сту­ пени определяется из рассмотрения характеристики этой ступени.

Значение мощности в период расплавления на мак­ симальной ступени напряжения неоднозначно, так как неоднозначны характеристики. В начальный период плавления мощность сети и полезная мощность меньше,-

181

чем в середине периода, так как со временем разогре­ ваются шихта и электроды, наводится шлак и несину­ соидальность токов и напряжений уменьшается. Это изменение мощности должно быть отражено в графике электрического режима печи.1 Иногда в теории рассмат­ ривают электрический режим в период расплавления на минимум расхода электроэнергии. Для такого режима

дов кипения и рафинирования следует остановиться на нижнем пределе тока (особенно для периода кипения). Наименьший ток должен быть таким, чтобы при нем со­ хранялось непрерывное горение дуги. Практически это легко проверить, включив электронный осциллограф в цепь измерения напряжения дуги.

В восстановительный период плавки активная мощ­ ность, подводимая в печь, должна компенсировать теп­ ловые потери печи и обеспечивать нагрев металла до за-

1 На рис. 67 в начальной части графика мощности расплавле­ ния показано примерное изменение мощности из-за несииусоидальности.

182

данной температуры, расплавление и нагрев легирован­ ных присадок, расплавление и нагрев шлакообразующих и проведение химических реакций с поглощением тепла (эндотермических).

Подводимая полезная мощность в восстановитель­ ный период постепенно снижается и в конце периода равна мощности тепловых потерь. График изменения мощности по периодам плавки для некоторых марок стали на 60-г печи приведен на рис. 67.

В основе выбора рационального режима для печей ВДП и ЭШП лежат постоянная скорость наплавления слитка и снижение мощности при выведении усадочной раковины, когда подводимая мощность несколько мень­

очистку подины от остатков шлака и быструю заправ­ ку печи;

б) осуществить быструю механизированную завалку шихты, чтобы печь не была долгое время открытой;

в) подготовить электроды (сменить свечи), чтобы во время плавки не было необходимости их наращивать.

При подготовке шихты для завалки необходимо в бадью завалить немного легковесной шихты, затем тя­ желовесной, а сверху снова легковесную шихту, чугун, стружку и кокс, если он предусмотрен шихтовкой.

Осмотр оборудования печи электриком и слесарем должен быть закончен к окончанию завалки и сделана запись результатов осмотра в журнал пультовщика.

Трансформатор должен быть переключен на ступень напряжения по заданному режиму расплавления, а элек­ троды приподняты от шихты, чтобы не включить на

183

короткое замыкание. Печь включается по команде стар­ шего сталевара с соблюдением при этом правил техни­ ки безопасности. Пультовщик поворачивает ключ вклю­ чения главного выключателя в сторону включения и про­ веряет состоявшееся включение по загоревшейся крас­ ной лампе выключателя и по фазовым вольтметрам вторичного напряжения. Очень важна проверка сразу при включении выключателя показаний фазовых вольт­ метров. При нормальном состоянии все_три вольтметра показывают фазное напряжение в V 3 меньше напря­ жения на указателе переключателя ступеней. Если один из вольтметров дает показание нуль, а два других — ли­ нейное напряжение, то это может быть при следующих обстоятельствах:

1) электрод фазы с нулевым напряжением касается шихты, следовательно, эта фаза получила нулевой по­ тенциал по следующей цепочке: электрод — шихта — разогретая подина — кожух печи — искусственный нуль трансформатора печи;

2) электрод фазы с нулевым напряжением имеет за­

ров пультовщик должен приподнять электрод заземлен­ ной фазы от шихты, после чего все вольтметры будут показывать фазные напряжения. Тогда переключатели ПВ переключаются с ручного на автоматическое регу­ лирование и все три электрода начинают двигаться вниз. Один из электродов может раньше других коснуться шихты, тогда потенциал электрода, потенциал напряженческой части блока измерения и сравнения автома­ тики равны нулю и нулю равно напряжение на ЭМУ данной фазы. Электрод останавливается действием ди­ намического торможения. Рабочий ток дуги через один электрод, стоящий на шихте, проходить не может, так как в цепи электрода после шихты имеются большое сопротивление подины печи и сопротивление, которые создали искусственную звезду на трансформаторе. Но эти сопротивления соизмеримы с сопротивлениями вольт­ метра и автоматики, поэтому вольтметр и автоматика работают. Затем подходит к шихте второй электрод или третий или оба одновременно. Через шихту происходит

184

короткое замыкание электродов, разогревающее концы электродов и участки шихты, сопровождающиеся крат­ ковременным броском тока, так как сразу вступают в действие токовые участки блока измерения и сравнения автоматического регулирования и электроды приподни­ маются вверх. Между электродами и шихтой загорает­ ся дуга, которая в первое время очень неустойчива. Шихта под электродами подплавляется, и электроды непрерывно движутся вниз. Пультовщик устанавливает регуляторам задание согласно графику режима и конт­ ролирует выполнение задания по ленте регистрирующе­ го ваттметра, по амперметрам низкой стороны и по счет­ чикам среднеквадратичного тока, после чего корректи­ рует задание.

Замечено, что когда электроды, находящиеся в верх­

да электроды достигают уровня металла у подины, то режим выдерживается достаточно точно. Таким образом, в период проплавления толщи шихты происходит не­ который недобор заданного количества электроэнергии. Печи, которые оборудованы механизмом вращения, мо­ гут иметь несколько периодов проплавления толщи ших­ ты. Для устранения этого недобора опытные пультовщики увеличивают задание на регуляторах, когда электро­ ды движутся к подине, а когда они доходят до металла на подине, задание регуляторам уменьшается в соответ­ ствии с режимом. При наличии в схеме регулятора вы­ числительного устройства задачу выбора электроэнергии осуществляет вычислительное устройство, причем более качественно, чем пультовщик.

Когда электроды доходят до металла на подине, го­ рение дуг улучшается, а по амперметрам в цепи элек­ тродвигателей заметно, что прекратились импульсы тока в направлении опускания электрода (амперметры в це­ пи электродвигателей с двусторонней шкалой). Если печь имеет механизм поворота, то печь разворачивают и проплавляют еще два раза колодцы в шихте. Если по­ ворота нет, то пока электроды закрыты со всех сторон шихтой, печь работает на полную мощность, шихта под­ плавляется и опускается вниз, уровень жидкого металла увеличивается и электроды начинают подниматься вверх.

185

Временами опускаются вниз большие массы шихты, ме­ талл резко поднимается вверх и захлестывает на неко­ торое время электроды. Такое явление называют обва­ лом шихты, автоматические регуляторы реагируют мгно­ венно и на максимальной скорости поднимают элек­ троды вверх.

Все последние системы автоматических регуляторов имеют на выходе к двигателю напряжение тем больше, чем больше небаланс в печи. В некоторых случаях при больших обвалах шихты, угрожающих отключением главного выключателя, следует вводить в работу дрос­ сель. Когда электроды полностью раскрываются из ших­ ты, а шихта остается по краям печи, нужно применять кислород для подрезки шихты с целью ускорения рас­ плавления. Одновременно следует принимать меры по уменьшению несинусоидальности дуги дачей шлакообразующих.

Пультовщик ведет контроль по показаниям приборов, в том числе среднеквадратичных счетчиков, корректируя режим с соответствующей записью в журнале. В конце периода расплавления, когда открытая длинная дуга может разрушать футеровку, трансформатор переключа­ ют на более низкую ступень согласно режиму. При отра­ ботанной технологии это переключение производят после выбора заданного количества электроэнергии на высо­ кой ступени напряжения. Конец периода расплавления определяется расплавлением всей шихты и взятием про­ бы на химический анализ. В конце расплавления запи­ сывают показания всех приборов для подсчета коэффи­ циента мощности и расхода электроэнергии за период. В некоторых случаях рационально применить поворот

Ведение плавки пультовщиком в окислительный пе­ риод заключается в выполнении заданного электричес­ кого режима и записи всех произведенных операций. По­ мимо решения технологических задач, описанных в тех­ нологии, в окислительный период металл должен быть нагрет до температуры выпуска.

Ведение плавки в период рафинирования металла должно обеспечить решение технологических задач по удалению серы, хорошему расплавлению легирующих и

186

металлов, затем мощность постепенно снижается. В этот период очень важно не допустить науглероживания ме­ талла электродами, особенно низкоуглеродистых сталей. Для этого необходимо:

1) рафинирование низкоуглеродистых сталей в конце периода вести на ступенях напряжения с более длинной

Экономия электроэнергии на плавке стали зависит от хорошей, организованной работы бригады сталеваров и пультовщика.

Проведение скоростных плавок обеспечивает получе­ ние экономии электроэнергии, а для этого необходимы качественная и быстрая очистка и заправка печи, каче­ ственная подготовка и быстрая завалка, своевременная смена электродов, точное выдерживание электрического режима пультовщиком, рациональный расход электро­ энергии в момент, когда электроды идут к подине, хоро­ шее распределение электроэнергии по фазам печи, сво­ евременное применение кислорода для подрезки шихты, применение кислорода в окислительный период, быстрое скачивание шлака с помощью электромагнитного пере­ мешивания, электромагнитное перемешивание металла при рафинировании и ускорение рафинирования приме­ нением синтетических шлаков. Организованное дружное выполнение всех перечисленных этапов гарантирует про­

тродных кольцах велики;

187

4)максимальному удалению токоподводов короткой сети от металлических конструкций, а в некоторых слу­ чаях выполнению металлических конструкций из немаг­ нитного материала;

5)своевременному устранению зазоров между элек­ тродами и охладительными кольцами и закрыванию заслонки рабочего окна.

Потери электроэнергии в стальных магнитных конст­ рукциях достигают значительных величин. Так, по дан­ ным [14], в трех охлаждающих кольцах электродов при токе в 30000 а потери мощности составляют 42 кет. При этом каждое из колец выполнено очень рационально: из

охлаждающие кольца из трех витков такой же трубы, но из нержавеющей стали, то потери мощности в них при том же токе составят только 7 кет. Отсюда видно, на­ сколько эффективно в некоторых случаях применять конструкции из немагнитной стали для получения эко­ номии электроэнергии. Поэтому с целью уменьшения по­ терь электроэнергии стальные конструкции, поддержи­ вающие шинопроводы в камере трансформатора, вы­ полняют из немагнитной стали.

Из немагнитной стали готовят также болты и шпиль­ ки для крепежа соединений короткой сети.

Коэффициент мощности оказывает большое влияние на производительность печи и себестоимость стали. Если коэффициент мощности ниже 0,9, увеличивается стои­ мость электроэнергии за счет прибавок к стоимости электроэнергии. Прибавка, увеличивающая стоимость электроэнергии, тем больше, чем коэффициент мощно­ сти ниже 0,9. Так, при коэффициенте мощности, равном 0,8, потребитель выплачивает дополнительную сумму в виде штрафа в размере 7% стоимости всей израсходо­ ванной энергии. На некоторых заводах, чтобы избежать штрафов, используют самый легкий, но неэкономичный путь — устанавливают мощные батареи конденсаторов на фидерной подстанции, питающей электропечи; при этом не используется возможность увеличить естествен­ ный коэффициент мощности самих электропечей. Нужно в первую очередь увеличить коэффициент на электропе-

188

чах, что дает одновременно и рост производительности, и некоторую экономию электроэнергии в короткой сети.

Главный резерв естественного улучшения коэффици­ ента мощности на электропечи — совершенствование ко­ роткой сети. Конкретные решения по этому мероприя­ тию даются в исследовательских работах, некоторые из них были выполнены автором. Одновременно нужно по­ стоянно выполнять следующие меры при ведении плав­ ки:

1) снижать несинусоидальность дуги как можно раньше за счет наводки шлака; некоторыми исследова­ телями рекомендуется проводить плавление со шлаками на основе боя шамота, что улучшает коэффициент мо­ щности на 0,02 *;

2) исследовать, определять и выдерживать рациональ­ ные режимы для печей большой и средней емкости для каждой фазы в отдельности;

3)шунтировать своевременно дроссель;

4)не допускать длительный холостой ход печного трансформатора.

Следует отметить, что не исключается необходимость установки конденсаторных батарей на фидерной под­ станции электропечного цеха, но это нужно делать тогда, когда будут использованы все возможности естественно­ го улучшения коэффициента мощности на дуговой печи.

§ 5. ВЕДЕНИЕ ПЛАВКИ НА ПЕЧИ ВДП И ЭШП

После подготовки оборудования вакуумно-дуговой печи к плавке (чистки и установки поддона, кристалли­ затора, чистки и установки расходуемого электрода, гер­ метизации печи и создания вакуума, проверки водяного охлаждения всех узлов и установки программатора авто­ матического управления печью) включается печь и элек­ трод движется до соприкосновения с темплетом или стружкой из материала электрода. Автоматический ре­ гулятор обеспечивает автоматическое зажигание дуги и быструю ликвидацию кратковременного короткого за-

* Автореферат канд. диссертации Б. М. Никитина «Электро­ проводность шлаков и ее влияние на электрический и тепловой ре­ жимы работы дуговой сталеплавильной печи». Днепропетровск, 1964.

189

мыкания расходуемого электрода (катода) на темплет-- анод, что необходимо для нормальной работы источни­ ков питания печи ВДП.

После короткого замыкания электрода на темшіет ре­ гулятор сразу приподнимает электрод и между электро­ дом и темплетом возникает электрическая дуга, начина­ ет разогреваться и плавиться расходуемый электрод. Капли расплавленного металла с электрода стекают на темплет, образуя начало слитка. В печи создан вакуум, но дуга горит в разреженных парах металла расходуе­ мого электрода, причем давление паров в зоне дуги вы­ ше, чем в вакуумной камере. Если давление в вакуумной камере 10~4 мм рт. ст., то давление паров в зоне дуги со­ ставляет 1G™3—10~2 мм рт. ст. Первые капли расплав­ ленного металла на темплете сразу застывают, но на не­ котором расстоянии охлаждающее действие поддона становится меньше и под расходуемым электродом обра­ зуется лунка жидкого металла, размеры которой через некоторое время стабилизируются.

а сверху расплавляются новые порции металла. Качест­ во процессов наплавления слитка зависит от скорости расплавления расходуемого электрода, которая должна быть постоянной для данного кристаллизатора, системы его охлаждения и переплавляемого металла.

Автоматическая регулировка обеспечивает регулиро­ вание силы тока, длины дуги и величины напряжения на дуге при сплавлении электрода, напряжении источника. Важно также, чтобы при работе печи длина дуги была меньше, чем расстояние между стенкой кристаллизатора и расходуемым электродом, так как в этом случае дуга перебросится на кристаллизатор. Дуга между электро­ дом и кристаллизатором может привести к прожогу кри­ сталлизатора, попаданию воды в плавильное простран­ ство и взрыву. При удлинении дуги и значительном ос­ лаблении концентрации паров расходуемого электрода катодные пятна не остаются в торце электрода, а пере­ мещаются по сторонам электрода вверх, при этом через смотровое стекло перископа наблюдается свечение газов в камере печи. Такое явление называют «ионизацией».

190