книги из ГПНТБ / Каблуковский А.Ф. Перспективы развития электрометаллургии

ния на двигателе перемещения электрода. В этом случае двига­ тель поднимает электрод до тех пор, пока не восстановится нуж­ ное значение тока. Если увеличится напряжение дуги, то двига­ тель опускает электрод. Так происходит каждый раз, когда на­

рушается электрический режим плавки, т. е. нарушается опре­ деленное заданное соотношение между током и напряжением дуги.

Режим по ходу плавки не остается постоянным. В зависимо­ сти от периода плавки и от температуры металла подводимую к печи мощность приходится изменять. Для этого в современных электромашинных регуляторах существует регулировочный авто­ трансформатор (ЛАТР), которым устанавливается нужное со­ отношение между током и напряжением дуги. Эту операцию по ходу плавки периодически выполняет оператор на пульте управ­ ления вручную.

Регулируя положение электродов, автоматический регулятор только восстанавливает нарушенный режим, но не учитывает различных отклонений, имевших место в прошедшие моменты

времени, результатом чего может быть перебор или недобор электроэнергии. При работе регулятора с вычислительным устройством задание регулятору устанавливает вычислительное устройство (ВУ). Вычислительное устройство запоминает все на­ рушения электрического режима, которые возникают во время плавки, суммирует их и, произведя необходимые вычисления, на­ ходит поправку к заданию регулятору. Эта поправка непрерывно по ходу плавки вводится в блок-задания регулятору — ДП

(дроссель подмагничивания), который устанавливается в этом

случае вместо регулировочного автотрансформатора. Таким образом, при работе с ВУ не только восстанавливается за­

регулирования электрического режима позволяет выдерживать заданные среднеквадратичные значения токов и заданные средне­ взвешенные значения полезной мощности дуг с погрешностью не более 2,0%.

На печах с вычислительными устройствами период плавления металла проводят с максимально допустимыми токами; с до­ статочно высокой точностью управляют процессом введения электроэнергии в печь и тем самым достигают более стандартно­ го теплового и электрического режима плавки и сокращения «е продолжительности.

Новая конструкция токоподвода

Недостатком существующих конструкций токоподводов от печного трансформатора до электродов (коротких сетей) яв­ ляется неравенство и большие значения сопротивлений фаз.

В результате этого у печей емкостью более 10—15 т ухудшаются электро-технические показатели работы.

Для устранения указанных недостатков ЦЛА и рядом заво­ дов создана новая конструкция короткой сети [9].

В существующих конструкциях коротких сетей от шести выво­ дов трансформатора (три начала и три конца трех его обмоток) до электродов прокладывают три пакета шин, кабелей и труб. В новой конструкции введены шесть пакетов, каждый примерно

вдвое меньшего сечения, что позволяет от выводов трансформа­ тора и до электродов вести пакеты начала и конца каждой из его обмоток рядом, т. е. бифиллярно (рис. .10).

Для укладки пакетов и осуществления компенсированного

треугольника на электродах используют четвертую Г-образную

стойку.

Сравнение характеристик старых и новых коротких сетей на печах емкостью 5 и 20 т позволило установить:

а) среднее значение реактивного сопротивления при новой Короткой сети уменьшилось у печи емкостью 5 т в 2,8 раза, а у печи емкостью 20 т в 1,65 раза;

б) различие абсолютных значений реактивных сопротивлений

полезных мощностей «дикой» и «мертвой» фаз при новой кон­ струкции уменьшилось с 15,5 до 2,5%, т. е. полезные мощности фаз и мощности дуг стали практически одинаковы;

г) активное сопротивление новой короткой сети на 20-т Печи уменьшилось на 1,10-4 ом, в связи с этим электрические потери в короткой сети снизились примерно на 25% и для установки в

целом — на 20%;

д) при уменьшении реактивного сопротивления в новой ко­

роткой сети в 1,6 раза, уменьшении ее активного сопротивления на 25%, неизменном значении мощности тепловых потерь и

мощности трансформатора значение рабочих токов в период

плавления на 20-г печи повышено до номинального тока транс­ форматора, т. е. последняя мощность увеличилась на 16% (по сравнению со старой короткой сетью), а длительность периода

расплавления шихты уменьшилась; е) при напряжении 240 в коэффициент мощности печи

(cos <р) повышается до 0,93.

Новую короткую сеть целесообразно применять как на но­ вых, так и на действующих печах. Применение ее на 40-т печах

позволит при существующих трансформаторах мощностью

15000 ква примерно на 30 мин. сократить длительность плавки и на 0,05 повысить cos <р.

Известно, что в электрододержателе, в месте контакта щеки

с электродом существует значительное переходное сопротивле­

ние, которое изменяется во времени и вызывает заметные потери электроэнергии (до 1%). Для уменьшения переходного сопро­ тивления и устранения причин, вызывающих его изменение по

20

ходу плавки, на ряде печей установлены водоохлаждаемые

электрододержатели, выполненные из стали УЗ (рис. 11).

Подвод тока в электрододержателе осуществлен с двух про­ тивоположных сторон двумя контактными поверхностями, на ко­

торые наварен слой хромистой меди (до 1 % Сг). Контактное со­ противление в указанных электрододержателях уменьшилось более чем в два раза. Таким образом, применение новой кон-

Рис. И. Водоохлаждаемый электрододержатель

22

струкции токоподвода на действующих печах емкостью 15 т и более, имеющих треугольник на вторичной обмотке трансфор­

матора, позволит значительно улучшить электротехнические и технико-экономические показатели работы агрегатов.

Измерение температуры

Для разработки наиболее правильного (оптимального) элек­

трического и теплового режима плавки, обеспечивающего хоро­ шее качество металла и высокую производительность агрегата, необходимо знать изменение температуры металла, шлака,

внутренней поверхности стен и свода печи по ходу плавки. Для контроля температуры металла, шлака и футеровки дуговой электропечи применяют термопары различной конструкции.

Термопара обычно состоит из защитного огнеупорного на­ конечника, двух термоэлектродов, металлического или графито­ вого наконечника, изогнутой трубки, изолирующих двухканаль­ ных глиноземистых бус и головки с запасом термоэлектродной проволоки. В качестве термоэлектродов наиболее часто приме­ няют проволоки из вольфрама и молибдена с 0,5% алюминия или платины и платины с 10% родия, или вольфрама с 5% рения и вольфрама с 20% рения и др.

Многократные измерения (8—10 раз) по ходу плавки позво­

ляют сталевару и мастеру более правильно управлять электри­

ческим и тепловым режимом печи, обеспечивая выпуск металла с требуемой температурой.

На ряде печей установлены устройства для непрерывного контроля температуры внутренней поверхности футеровки стен и свода [Ю], состоящие из термопар и самопишущих потенциомет­ ров. На рис. 12 показана конструкция термопары для измерения температуры стен и свода. Корпус термопары состоит из двух металлических труб 2, соединенных муфтой 3. На трубу 2 навин­

чивается графитовый блок 4, в который при помощи графитовой пробки 5 или огнеупорной замазки устанавливается наконечник 6. Термоэлектроды расположены по оси термопары и изолируют­ ся глиноземистыми двухканальными бусами. Запасные термо­ электроды помещены на текстолитовых катушках в головке 7 термопары. С помощью штепсельной вилки 8 к термопаре под­ водятся провода от многоточечного электромеханического элек­ тропотенциометра типа СП, помещенного на пульте печи. При­ менение такого потенциометра позволяет без подъема электро­ дов и отключения печного трансформатора контролировать тем­ пературу термопарами, закладываемыми в стены и свод печи. Для ввода термопар в свод печи при его сборке оставляют от­ верстие диаметром 60—80 мм, а в соответствующие места бло­ ков стен закладывают стандартные магнезитовые трубки; в ко­ жухе печи прорезают отверстия.

23

Применение вольфрамо-молибденовых термоэлектродов с до­

бавкой 0,5% алюминия, разработанных Центральным научноисследовательским институтом черной металлургии, выявило, что после 2,5—4 час. их показания на 10—25° превышают показания

контрольной платинородий-платинородиевой термопары (с содер­ жанием родия 6 и 30%). Защитные наконечники, изготовлен-

Рис. 12. Термопары для непрерывного измерения температуры внут­ ренней поверхности футеровки:

1 — огнеупорная подмазка; 2 — металлическая труба: 5 — муфта; 4 — гра­ фитовый блок; 5 — замазка термопары; 6 —< наконечник; 7 — головка тер­ мопары; 5 — штепсельная вилка; 9 — огнеупорный стакан

ные из глинозема с добавкой 1 % двуокиси титана, без примене­ ния обмазки для защиты их от теплового удара, как правило, на­

дежно защищают термоспай в течение 3—4 час. и более при установке в стене печи и в течение 4—8 час. при установке ее в

своде печи.

Таким образом, сводовая и стенная термопары позволяют не­ прерывно в течение плавки измерять температуру внутренней поверхности футеровки с погрешностью, не превышающей при­ мерно 25°.

При стабилизации распределения электроэнергии между фа­ зами печи, в частности с применением вычислительных устройств, контроль температуры стен и свода проводят только в двух участках футеровки, которые испытывают наибольшую тепловую нагрузку. Характер изменения температуры свода и стен и под­

водимой мощности для дуговой электропечи с фактической ем-

24

костью 20 т при выплавке шарикоподшипниковой стали ШХ15 методом переплава с кислородом приведен на рис. 13.

Из приведенного графика видно, что температура футеровки зависит от периода плавки и подводимой мощности.

В период загрузки шихты, когда ванна выкатывается из-под свода на рабочую площадку, температура стен и свода заметно снижается. В первую половину периода плавления температура

Температура,

Мощность, кбт

Рис. 13. Характер изменения температуры свода 1 и стен 2 и подводимой мощности при выплавке стали ШХ15 в 20-т печи методом переплава с кисло­ родом

Когда шихта полностью оседает и дуги начинают непосредствен­ но облучать стены и свод, температура последних быстро увели­ чивается. В результате отключения печи в период продувки ван­ ны кислородом температура футеровки к концу плавления ших­ ты несколько снижается, при этом разница температур стен и свода заметно уменьшается. Вследствие интенсивного теплоизлу­ чения открытого зеркала ванны при науглероживании металла

и наведении нового шлака температура стен и свода повышает­

ся. Ускоренное введение в печь шлакообразующих и уменьшение

величины кусков извести, шамота и плавикового шпата улучша­ ют тепловой режим печи в данный период плавки. После уплот­ нения отверстий вокруг электродов и наведения карбидного шлака температура футеровки несколько уменьшается, а затем

25

начинает равномерно увеличиваться. Образующийся при карбид­ ном шлаке дым защищает свод от теплового излучения дуг и шлака и несколько уменьшает его температуру по сравнению с

температурой стен.

Из-за малой полезной электрической мощности печи и не­ большой длины открыто горящих дуг температура стен и свода к концу рафинировки выравнивается. Контроль температуры внутренней поверхности футеровки позволяет существенно уменьшить длительность периода плавления металла в результа­

те увеличения длительности работы печи на высшей ступени на­ пряжения и мощности. Недопустимые значения температуры стен, как правило, получаются прежде всего в начале восстано­ вительного периода плавления !(метод переплава). Температура футеровки, как правило, не лимитирует любого повышения мощ­ ности при проплавлении шихты и закрытом горении дуг под сло­ ем нерасплавившегося металла.

Влияние температуры металла на качество стали

Несмотря на то, что неметаллические включения содержатся в стали в незначительном количестве, они существенно влияют на свойства стали. Содержание кислорода в металле, носителями которого являются неметаллические включения, определяет

многие свойства стали: пластичность, ударную вязкость, уста­ лостную прочность и другие физические свойства.

При выплавке стали ШХ15 на печи, оборудованной новыми устройствами контроля и управления технологическим процес­ сом, было изучено влияние температуры на загрязненность стали неметаллическими включениями.

Температуру металла измеряли термопарами погружения 8—10 раз по ходу плавки в ванне печи и в ковше после выпуска плавки.

Загрязненность готового металла включениями оценивали металлографическим путем по ГОСТ 801—47. Плавки проводили на свежей шихте с окислением ванны железной рудой и кислоро­ дом.

Было установлено, что для получения минимума оксидных включений в готовой стали ШХ15 температура металла по ходу плавки (в любой момент независимо от периода) не должна пре­

вышать определенной оптимальной величины (рис. 14). Как вид­ но из рисунка, для условий выплавки в 20-т дуговых печах тем­

пература жидкой ванны в течение плавки не должна превышать 1590—1600°, т .е. перегрев металла выше температуры плавления стали ШХ15 (1460—1470°) более чем на 130° не желателен. Если

температура металла в один из моментов плавки превышает ука­

занное выше значение, количество оксидных включений в гото­

вом металле увеличивается. В результате проведенных исследо­ ваний на 20-т печах был выработан наиболее рациональный тем­ пературный и электрический режим плавки стали ШХ15

26

(рис. 15). Применение вычислительных устройств и регулирова­ ние электрического режима по температуре металла и футеров­ ки обеспечило выплавку 60% плавок в полном соответствии с

Рис. 14. Зависимость качества стали ШХ15, выплавленной на свежей шихте, от максимальной температуры за плавку

Рис. 15. Рациональные температурный 1 и электрический 2 режимы плавки стали ШХ15 на свежей шихте с рудным кипом

оптимальным режимом. Сравнение оценок оксидных включений в плавках, выплавленных в строгом соответствии с установленным режимом и с отклонением от него, приведено в табл. 2.

2Z

С нарушениями ...... 53 205 54,5 28,4 5,9 7,8 '■5 1,9 1,89 17,0

Меньшая загрязненность плавок, проведенных без нарушения режима, оксидными включениями, показывает целесообразность разработки для всех печей, выплавляющих подшипниковую сталь, оптимальных электрических и температурных режимов.

Применение на ряде печей новых устройств контроля управ­ ления технологическим процессом показало возможность сокра­

Механизация трудоемких работ и автоматизация управления технологическим процессом плавки позволят в семилетке значи­

тельно увеличить производительность действующих дуговых электропечей.

2. НОВЫЕ СПОСОБЫ ФУТЕРОВКИ И РЕМОНТА ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

Одним из резервов повышения производительности дуговых

электропечей является увеличение стойкости их футеровки. Сов­ ременная тенденция применять дуговые печи большой емкости

(80—180 т), устанавливать более мощные трасформаторы с по­

вышенным вторичным напряжением, а также продувать ванну, кислородом повышает еще больше требования к огнеупорным материалам.

Футеровка свода. В условиях больших тепловых на­ грузок динасовый кирпич в сводах печей имеет низкую стойкость, поэтому его заменили более стойким магнезитохромитовым кир­ пичом. Динасовый кирпич используют только в тех печах, где выплавляют более легкие по тепловому режиму марки стали.

Применение динасовых сводов на электропечах от общего коли­ чества сводов в 1958 г. составило всего 27—32%.

Применение магнезитохромитового кирпича взамен динасово­ го позволило ряду заводов повысить стойкость сводов в 3—4 ра­ за. Большинство сводов дуговых электропечей выполняют сек­

торно-арочной кладкой. Такая кладка имеет высокую строитель­ ную прочность и проста в изготовлении. Для увеличения строи-

28