Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

7.38 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1915 16 17 18 19 > Следующая >>>

откуда
			Е -	1 /''		, / =	f i	== ] /	^ 2 5 ? .		(6-2)
				'	я О э		Е	у	k
	Далее определяют				плотность тока		в электроде ô == IIS3.			Величина
ô	не	должна	превосходить			величину,		приведенную на		кривой	ô --=
=	/	(D 3 ) (рис.	6-2). Если ô			превосходит допустимую величину, то					диа
метр		электрода увеличивают.

								Руд
О	0,1	02	0,3	ОЛ	0,5	0,6	0,7	0.8квт!см!
Рис.	6-1. Зависимость		коэффициента k			от	удельной	мощности
			в	электроде

Основным недостатком этого метода расчета следует считать боль шой разброс значений k и отсутствие методики по выбору н а п р я ж е н и я на трансформаторе д л я заданной величины полезной мощности на электродах.

М. Моркрамер [711 в расчетах т а к ж е использует величину так называемого периферического активного сопротивления электрода, которую он называет удельным сопротивлением плавильного тигля р т . Исходя из предположений, что ток от торца электрода не ответвляется, а проходит исключительно по электроду, нижним концам электрода придают форму полушарий; линии тока вследствие симметрии перпен-

141

д и к у л я р н ы поверхности полушария и расположены по ней равномерно.

Моркрамер		теоретически	получает зависимость	Андреа (6-1)	д л я со
противления		тигля:
			# т = - ^ - -		(6-3)
Н и ж е	приведены средние значения удельного сопротивления тигля
р т > ом-см,	полученные Моркрамером в результате обработки				большого
числа измерений:
	Ферромарганец (стандартный)			0,38
	Силикохром			0,44
	Ферросилиций		75%	0,50
	Карбид кальция			0,56
	Чугун			1,00
	Феррохром			2,00

Рис. 6-2. Зависимость максимально				Рис. 6-3. Максимальная нагрузка само
допустимой	плотности тока		в элек-	спекающихся электродов
троде	от	его диаметра
Моркрамер		указывает,	что	значения р т , приведенные выше, не

следует рассматривать как абсолютно точные, так как они зависят от сопротивления компонентов шихты и в особенности от вида загружае

мых углеродистых материалов. Поэтому Моркрамер предлагает	в к а ж
дом конкретном случае определять величину р т в небольшой	лабора

торной печи, используя выражения (6-3). Моркрамер приводит следую щую зависимость между максимальным током в электроде и его диа метром D3:

/	= cVW,			(6-4)
макс	У	э'	у	'

гд е с — постоянная, D3 — в см, I — в а. Тщательная проверка пре

дельных значений, проведенная Моркрамером, показала, что более

точным	является выражение / м а к с	= 20Dà'7 .	На	рис. 6-3	приведены
максимальные нагрузки самоспекающихся электродов в					зависимости
от их	диаметра.
Следует указать, что и эти зависимости			не соответствуют практике
работы	руднотермических печей.	Улучшение		качества	электродной

142

массы, условий ее коксования и другие меры позволили достигнуть значительно более высоких плотностей токов в электродах, чем это

показано на		рис. 6-3. Так, на карбидной печи мощностью	69	Мв-а
в Тросберге		[80] при диаметре самоспекающегося электрода	1500	мм,
максимальная плотность тока достигает 7,3 а/см'2, На мощных				кар
бидных печах в СССР достигнута плотность тока в электродах 6,5				а/см2,
[81 ] . Вопрос		о допустимых плотностях тока в электроде имеет боль
шое практическое значение в связи с ростом единичной			мощности
агрегатов, и потому исследованию в этой области следует			уделить
особое	внимание.
Исходя из ранее принятых условий, можно определить			удельную
мощность на		поверхности раздела торец электрода—тигель:
		Л У Д = ^ ,		(6-5)
где Рп	— мощность тигля .

При заданном процессе и определенном сырье потребление энергии при нормальном режиме есть величина постоянная. Опыты, прове денные на различных печных установках, подтвердили это положение и позволили Моркрамеру получить средние значения удельных мощ

ностей і і у д , вт/см2,	на	поверхности раздела торец	электрода—тигель
д л я различных продуктов:
Ферромарганец (стандартный)			110
Силикохром			165
Ферросилиций		75%	190
Карбид	кальция		260
Чугун			180
Феррохром			320

Данные, приведенные выше, так же, как и представленные ранее, зависят от физических свойств применяемого сырья и поэтому, указы вает М. Маркрамер, должны рассматриваться как ориентировочные.

Из (6-5) следует:

D 3 =		l / ~ _ ? f i L .		(6-6)
		у	Зяг)уд
Если это соотношение подставить в (6-3), то при номинальной				мощ
ности, получим:
			Г'
Ri	*	V	ë E -	( 6 - 7 )
	*	V	ë E -	( 6 - 7 )

Сопротивление тигля обратно пропорционально корню квадратному из мощности тигля печи.

М. Моркрамер приводит методику выбора параметров электропеч

ных трансформаторов. Мощность печного	трансформатора
S = - ^ - ,	(6-8)
COS ф

н а

где А — удельный расход электроэнергии при получении целевого продукта; Q — проектируемая производительность печи. Имеем:

COS	ф	COS ф		yj c o s ф	ц c o s	ф
Отсюда
З Я Т		Т ) С О З ф		" Ч С О Э ф	}/	Зі1 2 С 0 8 2 ф
Подставляя значение		RT из (6-7),		получим*
		4	А
	7 = 0 , 7 1 / ' ü ü L z W						(6-9)
				Р?т1уд
		COS ф	\|/	Yj3		( 6	. 1 0 )
		COS ф	\|/	Yj3		4	'
З н а я величины A,	Q,	р т , т)у д , іі, cos op, можно определить величину

номинального напряжения и номинального тока печного трансформа

тора. З н а я ток, определяют диаметр электрода.	Необходимо	отметить,
что в выражения (6-9) и (6-10) входят величины,	определение	которых

весьма затруднительно. Кроме того, следует иметь в виду, что опреде ление cos Ф также представляет определенные трудности, ибо с ростом единичных мощностей электропечных агрегатов задаваться постоян ными значениями cos ф недопустимо, так как величина cos ф сама зависит при заданной реактивности печного контура от отношения величин тока и н а п р я ж е н и я [82]. На наш взгляд представляет интерес работа О. Кьюльсета [73], в которой он исследует величину сопротив ления ванны руднотермической печи. Электрод электроплавильной печи рассматривается как заземляющий электрод, погруженный в за грузку . При этом предполагается, что удельное сопротивление за грузки р = const, расстояние между соседними электродами с диа

метром D3	достаточно большое, а глубина			погружения	электрода не
очень сильно отклоняется от значения DJ2.				При этих	предположе
ниях
		1-	D3		(6-11)
	2nl	1-			(6-11)
	2nl
или ближе	к современным печам
		R==0&£_r=_k_			( 6 1 2

где H — высота ванны (расстояние от поверхности загрузки до подины), / — глубина погружения электрода в загрузку; k — по стоянная, зависящая от удельного сопротивления загрузки .

* У Моркрамера в формуле (6-10) ошибочно указан коэффициент 0,48 вме сто 0,63.

144

Аналогичным методом расчета при сравнении круглых и прямо угольных электродов пользовался Коледа.*

При этом Кьюльсет считал, что более правильные результаты дает

выражение R \/D3		= const,	заменяющее		выражение			Андреа		RD3 =
const.
Н а	основании	статистической обработки				результатов			измерений		в
работе	Кьюльсета	приводятся следующие формулы:
		I = kxD332,		ка, E = k2D3,		в,				(6-13)
где среднее значение kx			46, а	среднее	значение		k2	=	70;	/ — ток
в электроде; Е — полезное			напряжение между электродом							и ванной.
В этом случае		значение	мощности на		ванне
		Р в = ЗЕІ		= 9 6 5 0 D f	кет.					(6-14)
При	этом характерно,		что	средние	значения		коэффициентов				kx

и k2 получены из значений, которые весьма сильно отличаются от сред

них величин. Значения отклонений достигают			+	(20 н - 25) % .
Таким образом, О. Кьюльсет, как бы уточняет				выражения Ф. Ан
дреа и М. Келли дл я токов и напряжений на электродах печей					типа
«Тисленд—Холле» (печи для плавки		чугуна).
Дальнейшее	усовершенствование	методик	расчета М. Келли и
М. Моркрамера	было проведено Г. Циммером [72]. Вместо того,				чтобы
исходить из мощности в тигле и из н а п р я ж е н и я			на электродах,		автор
преобразовал формулы, приведя их к напряжению				на выводах	транс

форматора. Циммер считает, что неправильно оперировать с более упрощенными формулами, в которые входят напряжение и мощность в тигле, так как при этом не учитывается, ни мощность потерь, ни реактивная мощность установки, а это как раз те факторы, которые содействуют определению лучших режимов работы печей. Следует отметить, что на это обстоятельство в 1956 г. обратил особое внимание Я- С. Щедровицкий [83]. Однако при переходе от н а п р я ж е н и я на ванне к напряжению трансформатора Циммер допускает существенные неточности (на них указывал впоследствии Андреа 184]), из которых основные следующие: а) выбор коэффициента мощности 0,8 сделан про извольно и не обоснован; б) окончательная формула дл я тока я в л я ется неправильной, вследствие того, что выбор входящих в нее величин сопротивлений является неточным. При этом следует отметить, что, как и М. Моркрамер, Г. Циммер пытается дать общие выражения дл я тока и напряжения на трансформаторе, увязав их с параметрами корот кой сети и реактивным сопротивлением печного контура.

Рассматривая методы расчета руднотермических печей, предло женные зарубежными специалистами, нельзя не упомянуть о методике М. Гро [85] и ее модификации Л . Стази,** которые нашли широкое

* Доклад М. Коледы	на V I Международном конгрессе по электротермии в
Брайтоне в 1968 г.
** Доклад Л . Стази	на 111 Международном конгрессе по электротермии
в Париже в 1953 г.

10 Я. Б. Данцис

145

применение в проектной практике западноевропейских стран. В ос нову этих методик положено понятие об образуемом вокруг каждого электрода естественном плавильном тигле, в котором протекают ос

новные

физико-химические превращения.

Расчет

приводится

дл я

однофазных

печей, а

трехфазные

печи

с круглыми электродами, расположенными по вершинам

равносторон

него треугольника,

рассматриваются

как сочетание

трех

однофазных

печей со смежными тиглями. При этом принимается, что диаметр

тигля

равен

его высоте

для случая однофазных

печей и 1,2 DT

дл я слу

чая

трехфазных

печей.

nDbir

nDl

Мощность

печи

= р

где

р — удельная

объем

S = р

ная

мощность

тигля .

Следовательно,

D T

= |

^ .

(6-15)

-.2

Ток

тигле

/ =

где

; — плотность

тока

в тигле.

Зада-

ваясь плотностью

тока

в электроде

б,

определяют диаметр электрода

1 / — . Н а п р я ж е н и е на выводах

печного

трансформатора

мощ-

по

•г

ности

и=

— =

. Д л я

практических

расчетов

1 ро

рекомендует

п о

мощность р •— 225

вт/дм3;

следующие значения

постоянных: удельная

плотность

тока

в тигле

/ =

1 а/см2;

плотность

тока

в электроде ô =

= 3,25^-4,50

а/см2.

Исходя из этих данных, Гро получает следующие выражения д л я

выбора

тока

н а п р я ж е н и я

электропечных

трансформаторов:

= 78540*.

. ,

(6-16)

где DT

—

в м,

I — в a,

U — в в . На основной

недостаток

метода рас

чета Гро, заключающийся в необходимости обеспечения

постоянства

удельной объемной мощности и плотности тока в тигле,

совершенно

справедливо указал А. М. Микулинский

[76]. Л . Стази,

уточняя

ме

тод

расчета Гро для ферросплавных

печей, предлагает

исходить

из

следующих расчетных коэффициентов: удельная объемная мощность

тигля р - 270 em/дм3; плотность		тока в тигле	/'	1 а/см2,	д л я элек
тродов Седерберга	плотность тока	в электродах	о б	а/см2,	для блоч
ных электродов 8	а/см2.
При выборе тока и напряжения		печных трансформаторов А. С. Ми

кулинский исходит из практики, согласно которой все изменения ос новных параметров печей являются в конечном счете следствием из менения электрического поля в печи, в связи с чем для установления зависимости параметров от мощности целесообразно воспользоваться условиями подобия электрических полей. При этом критерии подо-

146

бия можно получить из выражения закона Ома в дифференциальной форме:

ô = — - L g r a d f / ,

(6-17)

где ô — плотность тока в электроде; р — удельное сопротивление тигля; U — напряжение между электродом и подиной.

Плотность тока может быть представлена выражением, пропорцио нальным величине IID\, а правая часть выражением, пропорциональ ным величине Un/pD3, где Un — напряжение между электродом и подиной печи. Отношение этих величин А. С. Микулинский называет критерием подобия электрического поля ЭП:

І ^ =	ЭП,	(6-18)
р/
так как
		і_ _і_
		2 „ 2
		3_
	2	2
откуда	А	РАС
откуда
_2_	_2_ J _ 1_
у = _ Ш І £ _ А І £ І _ .		(6-19)
т] 3	cos qp

Это выражение и используется для расчетов параметров электро

печных трансформаторов. При этом необходимо вычислить значение
критерия подобия дл я образцовой печи	и задаться значениями cos ф
и г). Таким образом, и по Микулинскому	при выборе тока и н а п р я ж е

ния необходимо задаваться значениями cos ф и т), которые сами за

висят	от тока и напряжения .
Я-	С. Щедровицкий [83] при определении параметров новых пе

чей, считает необходимым учитывать активное сопротивление г ко роткой сети и реактивное сопротивление печного контура х. Задавшись сопротивлениями г и х, обеспечивающими высокое значение электри ческого к. п. д. г|, и оптимальным дл я данного сплава полезным на пряжением <УП, можно рассчитать напряженке на выводах трансфор матора U2 и ток / 2 дл я печи любой мощности. При этом принимается допущение об отсутствии сдвига фаз между током и напряжением

внутри ванны. Д л я печи	трехфазного тока
и ^ Ѵ	щ и п + І2гу + ІЩ.	(6-20)

При расчетах Щедровицкий считает известными величины полез ных фазовых напряжений для данного процесса и величины г и х. Следует отметить, что при данном методе расчета остается неизвест ным закон изменения величины <7П в зависимости от тока. Можно лишь установить для заданных значений Ua закон изменения вторич-

10*

147

ного н а п р я ж е н и я на трансформаторе от величины тока. На необходи мость определения величин U2 и / 2 с учетом г и х при использовании работ М. Келли, М. Моркрамера и Ф. Андреа указывает также Пер сон [86].

Г. Ф. Платонов [791 при расчете параметров руднотермических печей определяет расчетное рабочее напряжение на печи (напряжение

между	каждым из электродов и подиной) по формуле:
					і / п =	С і р п Ч - 1 6 ,
где Рп — полезная мощность на							электроде;	цт — тепловой		к. п. д.
печи;	с, — постоянная,			определяемая экспериментально на дейст
вующих		печах данного		производства при переработке					одного и того
ж е сырья по одной и той ж е схеме.
Платонов указывает,				что тепловые к. п. д. мощных					промышленных
печей близки друг к другу,					а показатели степени г)т значительно ниже,
чем показатели степени Рп					и D3,		в связи с чем в большинстве			расчетов
влиянием		изменения	п т	можно			пренебречь и	из указанных		формул
исключить тепловой			к.	п. д.		В	этом случае	получаются формулы,

аналогичные формулам Гро и Стази. Далее предлагается, исходя из расчетных или определенных путем моделирования параметров токопроводящей сети, подсчитать фазное напряжение печного трансфор матора

	^Ф = *ЛіОі coscp)"1 ,
где и — электрический к. п. д.
Очевидно	автор предлагает задаваться величинами г\ и cos ф, так
как по параметрам токопровода эти величины без знания		искомых
величин тока	и напряжения на выводах трансформатора	рассчитать
невозможно.
На других	работах в этой области мы не останавливаемся, так как

их результаты практически близки к результатам, полученным в вы

шеизложенных	работах.
Какие ж е основные выводы можно сделать из рассмотренных выше
работ? На наш взгляд, следует остановить внимание на двух					основных
выводах.
1. Практически все методы расчета могут быть сведены к зависи
мости:
		Un = cPl			(6-21)
где Un — напряжение между		электродом и	подиной печи		(полезное
напряжение);	Рп — мощность	на электроде	(полезная	мощность);
с — величина,	определяющая	связь между	полезным	напряжением

и полезной мощностью дл я данного процесса; n — показатель степени.


2.	Отсутствует	правильная		методика	определения величин напря
жения	и тока электрических			трансформаторов		с учетом	параметров
г и X , что в конце		концов	я в л я е т с я важнейшей			задачей дл я правиль
ного выбора параметров			электропечного		трансформатора		при задан-

148

ной полной мощности электропечной установки. Д л я решения этой задачи необходимо провести тщательный анализ выражения (6-21).

Принимаемое многими авторами положение т\| cos <р const	дл я
широкого диапазона мощностей неправильно [821. На основании	ста

тистических данных, полученных для печей средней мощности многие

авторы	принимают г\| cos ср =		0,78. Но это совершенно					несправедливо
д л я большинства печей большой мощности, у которых								г\| cos ф может
колебаться в весьма широких			пределах дл я разных				руднотермических
печей, что видно из произведенных нами					расчетов,			результаты ко
торых	представлены в	табл.	6-1.
						Таблица		6-1
	Значение	r\ cos q> для мощных			трехфазных
		руднотермических		печей
					Г) cos	ф для	печей
	Н а и м е н о в а н и е продукта				мощностью,		Мв-а
	Н а и м е н о в а н и е продукта
					40	60		80
	Карбида кальция			0,78		0,76		0,70
	Ферромарганец			0.68		0,63		0,58
	Кремний алюминиевый сплав			0,59		0,53		0,47

Более того, для целого ряда печей средней мощности,		работающих
при оптимально	низких значениях полезных напряжений значения
cos ф < 0 , 7 8 , что	подтверждает практика работы таких	печей. Так,

например, трехэлектродная печь ОКБ - 747 дл я плавки силумина мощ


ностью	16,5 Мв-а при рабочем токе 50—52 ка, со ступенями н а п р я ж е
ния на трансформаторе 140 в (мощность, потребляемая						из сети,			состав
л я л а 9150 кет) имела коэффициент мощности 0,73 — 0,75 при									полез
ном напряжении			52 в [87].
При 1] — 0,9			произведение и cos ф -— 0,657 -г- 0,675,				в то		время
как некоторые авторы указывали, что печи для производства									силу
мина большей мощности будут иметь более высокие значения									произ
ведения т\| cos ф			[88]. Д л я мощной	шестиэлектродной		печи, в		которой
плавится силикомарганец (63 Мв-а),				для которой	cos ф должен				иметь
более	высокие		значения, чем дл я	трехэлектродных		печей,		cos ф -----
= 0,7	[131.
Если		учесть, что развитие электротермии идет по пути					увеличения
единичных мощностей электропечных агрегатов, что связано								со сни
жением cos ф, то становится очевидным, что при расчете							их	парамет
ров нельзя задаваться значением cos ф.
Легко		показать, что формулы,		полученные	Келли,		Циммером,

Моркрамером, Микулинским и другими авторами, приводятся к еди

ному выражению типа	U	ср^. Формулы М. Келли (6-2) и М. Мор-
крамера (6-10) могут	быть	приведены к	выражению
и п = 0,63 Ѵ~^%Л		р п П - 5 [С = 0,63	7 " р ] г ^ ; п = 0,25) .

149

Формула	M .	Гро (6-16) — к	выражению
	Un	= - 0,118\| r р Р п 3	3	(С -	0,118	Ур	; п =	0,33) .
Формула	А . С. Микулинского			(6-19) — к		выражению
	Un	- ^ / ( Э П ) 2 р 2 о Р ° п	3 3	(С Y(ЭП)2р2б			;	п = 0,33) .
Вместе	с тем следует отметить,				что приоритет			формулы вида U -----

— ср'1 принадлежит А . С. Микулинскому.

Основные результаты опубликованных работ по выбору напряже

ния	руднотермических		печей	сводятся			к	следующим		зависимостям:
				Ѵф	=	схРпф,				(6-22)
										(6-23)
где	сх,	с 2 , п — постоянные,		определяемые				из данных		действующих
печных		установок.
	Формула (6-22) позволяет			найти		напряжение на			трансформаторе
д л я	заданной мощности		Р ф , если		известны			постоянные		сх и п. В дей
ствительности величина сх в				уравнении			не	является	постоянной для
широкого диапазона мощностей.					Можно показать,				что величина сх

была бы постоянной, только когда в исследуемом диапазоне мощно

стей	т) cos ф = const. В этом случае легко перейти от формулы (6-22)
к формуле		(6-23) и наоборот. Однако г\| cos ф ф const	и поэтому	фор
мула	(6-22)	не может быть прямо использована дл я	определения	на

п р я ж е н и я на трансформаторе, так как и коэффициент мощности и электрический коэффициент полезного действия сами зависят не только от параметров короткой сети, но и от отношения тока к напря


жению, которое в свою	очередь изменяется с		изменением	мощности.
К сожалению, в вышеупомянутых работах			по расчету	печей, как
справедливо указывает	Я. С. Щедровицкий	[83], при выборе напря
жения трансформатора	руднотермических	печей не учитывались из

менения cos ф и г) с изменением мощности, что привело к весьма су щественным погрешностям. Л и ш ь в работах В Н И И Э Т О М. Ю . Байчером и 3. А . Горыниной учитывалось влияние cos ф, что совершенно

правильно отметил А . С. Микулинский [76]. Исходным уравнением
в этих работах является уравнение вида:
Un = cP%.	(6-24)
В этом уравнении коэффициент с принимается постоянным,	не за

висящим от ïj и cos ф. Если такое допущение может быть принято в вы ражении (6-23), то в выражении для Un, написанного в формуле (6-24), коэффициент с также зависит от параметров короткой сети. Зависи

мость (6-23) относится непосредственно к ванне, и постоянство			коэф
фициента с 2	в этом случае	имеет определенный физический смысл: он
не зависит	от параметра х	и г короткой сети. Следует иметь в	виду,

что в общем случае величина с 2 не является постоянной, однако наши исследования показали, что она изменяется в незначительных преде-

150

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1915 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
24.10.202310.41 Mб25Данилов К.Б. 35-мм стационарные кинопроекторы.pdf
#
19.10.20236.31 Mб19Данилов, Б. С. Однополосная передача цифровых сигналов.pdf
#
19.10.20235.88 Mб23Данилов, Л. В. Электрические цепи с нелинейными R-элементами.pdf
#
19.10.20233.44 Mб15Данилов, П. П. Машинист дорожных бетоноукладочных и бетоноотделочных машин.pdf
#
19.10.20232.76 Mб50Данилов, П. П. Машинист козлового крана.pdf
#
23.10.20237.38 Mб52Данцис Я.Б. Методы электротехнических расчетов руднотермических печей.pdf
#
23.10.20238.47 Mб17Данченков М.Б. Повышение эффективности производства сыров.pdf
#
22.10.202318.26 Mб39Дашевский, В. Г. Конформации органических молекул.pdf
#
29.10.20235.21 Mб16Два чуда космической техники специальный выпуск..pdf
#
29.10.20231.51 Mб12Движение механизма под действием заданных сил программированное учебное пособие для студентов механических специальностей..pdf
#
29.10.20234.69 Mб13Двоскин В.Н. Сборные резцы.pdf