книги из ГПНТБ / Сисоян, Г. А. Электрическая дуга в электрической печи

На характеристиках здесь и в дальнейшем будут приняты следующие обозначения:

5 М. у — общая мощность установки;

Р— подведенная активная мощность;

Рн— мощность, выделяющаяся в печи (на нагрузке);

Электрический режим печи регулировали электромашинным регулятором типа РМД-2,5 по принципу г — а = 0, где z — дей­ ствительное значение регулируемой величины, а — ее заданное зна­ чение.

На рис. 122 приведена принципиальная схема включения вибра­ торов 1—8 осциллографа в одной фазе. Вибраторы сдвоены для одно­ временной регистрации явлений на разных скоростях.

Серии осциллограмм снимали как в период расплавления, так и в период рафинирования.

Следует указать, что на современных мощных печах устанавли­ вают более совершенные регуляторы. Схема одного из таких уст­ ройств приведена на рис. 123.

На выходе задатчика мощности ЗМ сигнал пропорционален раз­ ности (bU — cl) и определяет величину скорости электродвигателя перемещения электрода ДЭ. Этот сигнал через узел зоны нечувстви­ тельности УЗН и блок усилителей Б У подается в одну из систем управления фазой угла отпирания тиристоров СИФУ1 или СИФУ2, которые регулируют значение напряжения на обмотке двигателя ДЭ, а следовательно, и его скорость. Зона нечувствительности регуля­ тора устанавливается с помощью потенциометров R 1 и R2.

Однако же осциллограммы, снятые на печах с регулированием по этой схеме, существенно не отличаются от осциллограмм, снятых на печах с регуляторами старой конструкции.

3. Осциллограммы силы тока и напряжения сталеплавильной печи в период расплавления

Как отмечено выше, в самый начальный период расплавления столб дуги одним своим концом опирается на поверхность расплав­ ляемых твердых кусков металла; дуга в это время крайне неустой­ чива, длина ее непрерывно меняется, она горит с частыми обрывами, длящимися значительное время. В этот период форма кривых мгно­ венных значений тока и напряжения резко искажена. Кривые

171

напряжения дуги имеют явно выраженные ники возникновения

и исчезновения, кривые тока — более или менее длительные паузы. В значительной степени изменяются также амплитудные значения токов и напряжений дуги. Временами горение дуги прекращается. Поэтому огибающая амплитудных значений токов и напряжений имеет весьма сложную форму. Толчки тока иногда достигают величин, приближающихся к значению тока короткого замыкания печи; иногда же ток прекращается совсем и печь работает вхолостую, пока регуляторы вновь не приведут электроды в соприкосновение с ших­ той. Чтобы смягчить токи короткого замыкания, в этот период же­ лательно работать на низких ступенях напряжения со включенным дросселем. На рис. 124, а показана осциллограмма работы печи в на­ чальный период расплавления. Регистрировали вторичный ток одной фазы, ток / я якоря электромашинного усилителя (ЭМУ), его напря­ жение и мощность. Запись огибающей проводили со скоростью 4 мм/с. Как видно из осциллограмм, дуга в это время горела весьма нерав­ номерно и со значительными паузами.

Через каждые 15— 20 с дуга обрывается и восстанавливается через некоторый промежуток времени, необходимый для соответствующего перемещения электрода и установления повторного контакта между электродом и кусками шихты. Из осциллограмм тока якоря, напря­ жения и мощности ЭМУ видно, что в это время регуляторы фаз печи усиленно работают и непрерывно перемещают электрод в необходи­ мом направлении.

Записи осциллограмм при разных скоростях показывают резкие колебания амплитуд тока фазы. Они настолько велики и разнооб­ разны, что трудно даже говорить о какой-либо закономерности их изменения. Это понятно. В начальный период плавки одним концом дуга опирается на оплавляющиеся куски шихты; вследствие этого длина дуги все время меняется и горение дуги носит переходящий характер. Всякие попытки построения вольтамперных характеристик для амплитудных или эффективных значений в этот период терпят, конечно, неудачу.

Форма кривых мгновенных значений тока и напряжения дуги в этот период меняется в очень широком диапазоне. При обрыве дуги ток исчезает, в первые моменты появления тока напряжение дуги приобретает резкие пики возникновения и исчезновения; кри­ вая тока в начале имеет значительные паузы при небольших ампли­ тудах, затем эти паузы уменьшаются.

К моменту, когда электрод прорезает толщу шихты, на дне ко­ лодца образуется лужица жидкого металла и дуга начинает гореть на ее поверхности. Тепловые условия горения дуги в этот период зна­ чительно улучшаются. Длительные обрывы дуги прекращаются, и она начинает гореть непрерывно; кривая тока в это время в той или иной степени отступает от синусоиды. В это время также наблюдаются

что огибающая тока не имеет разрывов и, следовательно, дуга горит непрерывно, но временами всплески токов достигают значительных

172

Величин. Они происходят в моменты, когда куски сходящей вниз шихты случайно соприкасаются с электродом. На рис. 125 приведена огибающая мощности дуги, снятая к концу периода проплавления колодцев. К этому моменту дуга горит непрерывно и длительных пауз не имеет. Но это не значит, что ток дуги непрерывен внутри периода. Вследствие общих неблагоприятных тепловых условий в моменты прохождения тока через нуль могут возникать значительные паузы.

Во второй, основной период, расплавление происходит главным образом вследствие теплоизлучения дуги и передачи тепла от жидкого металла твердым кускам шихты. Случайные контакты между элек­ тродами и шихтой резко уменьшаются, но все же они бывают. Тепло­ вые условия горения дуги еще больше улучшаются, и она горит гораздо спокойнее. Паузы в огибающей тока исчезают, и она стано­ вится более или менее плавной. Кривые тока и напряжений продол­ жают оставаться сильно искаженными. На рис. 126 приведены кри­ вые мгновенных значений тока, напряжения и мощности дуги в се­ редине периода расплавления одной плавки, а на рис. 127 показаны кривые силы тока и напряжения подводящей сети для такого же периода другой плавки. Они показывают значительные искажения кривых.

Но к концу расплавления форма кривых сглаживается.

На рис. 128 приведена одна из осциллограмм конца периода расплавления, когда основная масса шихты уже проплавилась и на поверхности жидкого расплава плавало небольшое число кусков твердого металла. На этой осциллограмме записаны кривые силы тока, напряжения и мощности фазы. Кривая силы тока несколько искажена и в точках перехода через нуль имеет небольшие паузы. Кривая напряжения не имеет пиков возникновения и исчезновения, она приобрела почти трапецеидальную форму, причем горизонталь­ ный участок на некоторых полу периодах имеет выпуклость вверх. Наличие высших гармоник в кривой силы тока этого периода до­ казывается резкими искажениями формы кривой напряжения под­ водящей сети (рис. 129).

Следует отметить, что форма кривых силы тока и напряжения, даже для наиболее спокойного периода расплавления — его конца,— не единообразна и изменяется в весьма широких пределах. Поэтому формы кривых на приведенных выше осциллограммах не следует считать единственными. На рис. 130 приведены осциллограммы дру­ гой плавки. Мы видим, что кривые тока и напряжения в этом случае значительно отличаются по форме от кривых предыдущих осцил­ лограмм. Наконец, на рис. 131 зарегистрировано значительное изме­ нение формы кривых силы тока и напряжения в течение 10— 15 пе­ риодов, т. е. десятых долей секунды.

В целом процесс расплавления можно характеризовать так. В на­ чале расплавления дуга горит неспокойно, с частыми обрывами. Кривые мгновенных значений тока сильно искажены и имеют паузы. Огибающая максимальных значений также имеет паузы, обусловлен­ ные обрывами дуги. С течением времени дуга начинает гореть непре­ рывно, а кривые силы тока и напряжения сглаживаются.

174

Рис. 129. Осциллограмма напряжения подводящей сети в конце периода расплав­ ления

4* Осциллограммы силы тока и напряжения сталеплавильной печи в период рафинирования

В период рафинирования в печи уже нет твердой завалки и дуга горит на поверхности жидкого металла. Теплообмен в этот период происходит в основном в результате излучения столба дуги на по­ верхность металла и внутреннюю полость печи. При этом излучение претерпевает многократное отражение как от металла, так и от сте­ нок. В этот период почти целиком исключены короткие замыкания электрода с металлом. Поэтому при рафинировании металла дроссель выводят из контура. Таким образом, в период рафинирования в ванне печи создаются весьма благоприятные тепловые условия для горения дуги; она горит спокойнее и устойчивее, чем в период расплавления. Незначительные возмущения, обусловленные кипением металла

176

время печь работала очень устойчиво. Незначительные возмущения ликвидировались очень быстро. Более или менее длительное воз­ мущение, зарегистрированное в конце осциллограммы, объясняется тем, что в это время в печь была подана корректирующая шихта. После всплеска тока регулятор привел печь к заданному режиму, но подача новой порции шихты снова нарушила установившийся режим. Однако и на этот раз регулятор быстро привел печь в нор­ мальное состояние. В конце плавки зафиксированы мгновенные зна­ чения силы тока, напряжения и мощности фазы (рис. 135). Они пока­ зывают, что дуга горела непрерывно, форма всех кривых весьма близка к синусоиде и высшие гармоники имели незначительные амплитуды.

Из всех этих осциллограмм видно, что форма кривых силы тока и напряжения дуги сталеплавильной печи может меняться в весьма широких пределах и зависит от теплового состояния ванны и общих условий горения дуги.

Глава V I I I

Дуга в ферросплавных печах

1. : Введение

Ферросплавы составляют обширную группу материалов, исполь­ зуемых в металлургии. Все они характеризуются тем, что содержат определенный процент железа. Для получения ферросплавов не­ обходимы высокие температуры. Поэтому в подавляющем большин­ стве случаев их получают в электрических печах.

В основном работа всех ферросплавных печей протекает по сме­ шанному принципу. Часть энергии выделяется в дуге, часть — в шихте, когда она находится в твердом или жидком состоянии. Со­ отношение этих количеств энергии может быть различным, но можно с уверенностью сказать, что в любой электрической ферросплавной

дуги в ферросплавных печах, остановимся на параметрах и электри­ ческих характеристиках некоторых печей.

2. Параметры современных ферросплавных печей

Исследования были проведены на ряде печей распространенных типов с трансформаторами мощностью 16 500 и 7500 кВА при вы­ плавке ферросилиция, силикомарганца и углеродистого ферро­ марганца.

178

Остановимся сначала на параметрах двух типов печей мощностью

7500 кВА.

Печи обоих типов укомплектованы трехфазными трансформа­ торами с принудительным охлаждением масла. Обмотки соединены по схеме звезда—звезда; переключатель ступеней напряжения— встроенного типа, с одновременным переключением всех трех фаз без нагрузки. У трансформаторов первого типа предусмотрено пять ступеней напряжения, а у трансформаторов второго типа — шесть. Номинальное напряжение с высокой стороны трансформаторов обоих типов составляет 10 кВ. В табл. 6 и 7 приведены характеристики трансформаторов обоих типов.

Короткие сети печей разнотипны, но для проведения эксперимен­ тов конструкция сетей существенного значения не имела, поэтому на ней не будем останавливаться. В отношении электрических ха­ рактеристик обе короткие сети довольно близки друг к другу. В табл. 8 и 9 приведены эти характеристики.

Как видно из этих таблиц, активные и реактивные сопротивления контуров печей обоих типов почти совпадают.

Ванны печей обоих типов — прямоугольные, электроды располо­ жены в ряд; внутренние размеры ванны следующие: длина 7200, ширина 3050, нормальная глубина ванны 2100 мм; в некоторых пе­ чах глубина ванны уменьшена до 1700 мм.

Электроды всех печей самоспекающиеся, диаметром 1000 мм; расстояние между осями электродов 2100 мм.

Футеровка стенок и пода обеспечивает достаточно высокую тепло­ вую изоляцию ванны. При нормальных условиях эксплуатации пе­ чей температура кожуха ванны, за исключением области летки, ко­ леблется в пределах 120— 200° С. Только в самых верхних зонах, расположенных вблизи краев колошника, она поднимается до 300— 400° С.