книги из ГПНТБ / Данцис Я.Б. Методы электротехнических расчетов руднотермических печей

В этой таблице наряду с номинальными режимами печной уста­ новки приведены значения рабочих режимов, соответствующих такой работе печи, при которой длительно может обеспечиваться макси­ мальное рабочее значение мощности, потребляемой из сети.

Кроме универсальных электрических характеристик, целесооб­ разно строить дополнительные электрические характеристики, назы­ ваемые иногда сводными и представляющие собой зависимость элек-

10 20]30 W 50 60ІРЩ 90'100/1СЩЧЗОМ'150160170'180 ка

Рис. 5-1. Универсальные электрические характеристики фосфорной печи 50 Мв-а

трических величин от напряжения на трансформаторе (рис. 5-2). Эти характеристики строятся обычно для двух значений токов — рабочего и номинального — и позволяют проследить изменения электрических величин в зависимости от изменения ступеней напряжения . Такие характеристики очень удобно использовать для мощных электропечей с большим числом ступеней напряжения на трансформаторе, которые переключаются под нагрузкой.

Построение электрических характеристик для несимметричных электропечных установок значительно труднее, так как при работе печного трансформатора с равными ступенями напряжений по всем фазам и с равными токами в электродах активные мощности на фазах

Таблица 5-

Электрические характеристики электропечных установок

132

печи оказываются различными. Это объясняется явлениями, подробно рассмотренными в гл. 2: электромагнитным переносом мощности в ко­ роткой сети и сдвигом нулевой точки печи относительно нуля транс­ форматора вследствие различных активных и реактивных сопротивле­ ний отдельных фаз печной установки.

оЛ •80 •10 V 0,2 •W V5

При этом в современных прямоугольных печах с расположением электродов в ряд при работе печи на равных ступенях с равными то­ ками разница мощностей фаз печи может достигать 50—60% от сред­ ней мощности фазы печи. Естественно, что для таких печей необхо­ димо не только строить электрические характеристики для каждой фазы в отдельности, но и решать задачи выбора наиболее рациональ ­ ных электрических режимов, при которых неравномерность распре­ деления мощностей по отдельным фазам была бы минимальной при достаточно большой общей полезной мощности печи. Современные

133

ную задачу, так как измерения необходимо производить с низшей стороны печного трансформатора, при этом необходимо считаться с наводимыми на измерительные провода э. д. с. от шинопроводов и электродов, где протекают большие токи (порядка сотни килоампер). Экспериментальные методы определения параметров отдельных фаз на действующих печах рассматриваются в гл. 7. Работа печей с рав­ ными мощностями возможна как при равных токах в фазах, так и при неравных. Работа с равными токами или близкими к равным более предпочтительна с технологической точки зрения. Выравнивание мощ­

отдельных фаз. Такой режим работы трансформатора не всегда допу­ стим по условиям работы трансформаторов (главным образом, трехстержневых). В случаях, когда перекос по ступеням недопустим, вы­ равнивание мощностей по фазам возможно при неравных токах в фа­ зах печи. Следовательно, задача выравнивания мощностей по электро­ дам сводится либо к определению ступеней напряжения трансформа­ тора при заданных токах, либо к определению токов при заданных ступенях. В первом случае необходимо определить, на каких ступенях должен работать печной трансформатор. Так как в несимметричных трехфазных цепях имеет место сдвиг нулевой точки нагрузки (печи) относительно нулевой точки трансформатора, то напряжение на вы­ водах трансформатора относительно нуля печи не равно напряжению относительно нуля трансформатора. З н а я мощность и токи в фазах печи, а также параметры фаз, можно рассчитать напряжения на вы­ водах трансформатора относительно нуля печи. Д л я того ч-тобы опре­ делить ступени напряжения на трансформаторе, при которых будут иметь место рассчитанные напряжения относительно нуля печи, не­ обходимо знать напряжение между нулями печи и трансформатора. Положение нулевой точки печи можно определить экспериментально либо графо-аналитически.

Экспериментально положение нулевой точки определяется с по­ мощью замеров напряжений четырьмя вольтметрами, два из которых включаются на две фазы между выводами низшего напряжения транс­ форматора и нулем трансформатора, а два других — между теми же выводами трансформатора и нулем печи. Знание этих величин напря ­ жений позволяет несложным построением определить положение ну­ левой точки печи относительно нулевой точки трансформатора.

Д л я контроля правильности определения нулевой точки печи можно включить аналогично еще два вольтметра на третью фазу транс­ форматора. Как видно, экспериментальное определение нулевой точки

134

нение нагрузки в процессе работы. Знание области, в которой проис ходят колебания нулевой точки печи, имеет значение не только при построении электрических характеристик, но и при использовании автоматического регулирования для измерений потенциала нулевой точки печи. Исследования дрейфа нулевой точки печи, произведенные на многих действующих несимметричных печах, показали, что при данной последовательности фаз область дрейфа нуля в рабочих режи­ мах печи является небольшой, что позволяет строить электрические характеристики относительно усредненного положения нулевой точки. Графо-аналитическое решение задачи определения положения' нуля печи было приведено в гл. 2.

Электрические характеристик и печи при несимметричных ре жи ­ мах рассчитываются по фор му­ лам:

фазы несимметричной карбидной печи с прямоугольной ванной мощ­

электрические характеристики для той же печи. Из рис. 5-4 видно, что кривые построены в зависимости от фазных напряжений относительно

135

тельно нуля печи и относительно нуля трансформатора, в связи с чем

5-2. Расчет производительности руднотермических печей

В литературе обычно приводится следующая формула для расчета произво­ дительности руднотермических печей [67]:

полная мощность трансформатора, /се-а; cos ф — средневзвешенный коэффициент

=0,90 ч- 0,92, k3 = 0,96 н- 0,98.

Необходимо отметить, что использование формулы (5-3) дает хорошие ре­ зультаты для печей малой и средней мощности и встречает определенные затруд­ нения при определении производительности современных мощных руднотерми-

136

ческих печей, что объясняется отсутствием достаточно надежных данных по коэффициенту мощности и коэффициенту Ах . На современных мощных печах трансформаторы имеют широкий диапазон регулирования напряжения и вве­ дение в расчет коэффициента k3 теряет смысл, так как при колебаниях напря­ жения с высшей стороны трансформатора всегда можно изменить соответствую­ щую ступень напряжения для получения необходимого электрического режима.

На основании проведенного нами анализа работы большого количества мощных карбидных, фосфорных и других руднотермических печей представляет более целесообразным использовать следующую формулу для расчета произво­ дительности мощных руднотермических печей, базирующуюся на статистической обработке их графиков нагрузки:

137

для очистки фосфорных газов от пыли летками для слива феррофосфора и дру­ гим оборудованием, что в целом ряде случаев ограничивает использование макси­ мальной мощности печей. Д л я мощных фосфорных печей РКЗ-48ф и РКЗ-72ф

зования максимальной мощности (рис. 5-6). На этом же рисунке приведена кри­ вая зависимости средней мощности при заданных максимальных значениях запаса мощности, потребляемой из сети. Следует предположить, что аналогич­ ные зависимости справедливы и для других руднотермических печей.

138

В табл. 5-3 приведены значения удельных расходов электроэнергии для ос­ новных руднотермических производств, они могут быть использованы при рас­ чете производительности печей.

Глава шестая

РА С Ч Е Т Ы Р У Д Н О Т Е Р М И Ч Е С К И Х ПЕЧЕЙ

До настоящего времени не существует теоретических методов рас­ чета руднотермических печей, устанавливающих строгие соотношения между номинальными значениями мощности, тока и напряжени я трансформатора, а такж е между электрическими и геометрическими параметрами печи. Это объясняется тем, что совокупность процессов, происходящих внутри ванны печи (энергетических, физических, гид­ родинамических, химических и др.) является достаточно сложной, а методы экспериментального исследования не доведены до того совер­ шенства, при котором можно было бы установить необходимые зако­ номерности для создания строго обоснованной теории расчета рудно­ термических печей. Поэтому расчетные формулы, применяемые дл я определения основных параметров руднотермических печей бази­ руются на сочетании статистических экспериментальных данных и общих закономерностей физических процессов.

Расчетами руднотермических печей занимались многие специа­ листы, как за рубежом (Ф. Андреа [69], М. Келли [70], М. Моркра - мер [71], Г. Циммер [72], О. Кыольсет [73], Г. Куртис [74], Е. Ро -

печи (диаметр электрода, распад электродов, габариты ванны) при известных токах и напряжениях .

139

К сожалению, до настоящего времени нет общепризнанного метода расчета руднотермических печей. Создание такого метода расчета яв ­ ляется одной из актуальнейших проблем электротермии.

Всвязи с этим представляется целесообразным рассмотреть основ­ ные результаты наиболее серьезных исследований в этой области, найти взаимосвязь между различными методами расчета и на основа­ нии анализа попытаться дать рекомендации для расчета руднотерми­ ческих печей.

В1920 г. Ф. Андреа [69] ввел понятие о так называемом перифери­

ческом активном сопротивлении электрода:

периферического сопротивления удельная поверхностная мощность

щиеся к различным производствам:

Большинство значений k относится к закрытым трехфазным элек­ тропечам, однако следует учесть, что данные, относящиеся к открытым печам и к однофазным печам, по мнению Келли, заключены в тех ж е пределах.

На рис. 6-1 представлены экспериментально установленные зави­ симости между коэффициентом k и удельной поверхностной мощностью электрода дл я печей различного назначения с нормальным техноло­ гическим и электрическим режимом. Отсюда вытекает следующий по­ рядок расчета при заданной величине полезной мощности на электроде

1. Задаются значением k, по рис. 6-1 находят поверхностную мощ­

140