Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энерготехнологические параметры выплавки ферросплавов в электропечах. Монография
.pdf
150
200
120
Мощность трансформатора, МВА
Сила тока электрода, кА
100
y = 9,28 x
R2 = 0,952
50
0
0306090
Рисунок2.2–Ростсилытокаэлектродадля86-тиотечественных
изарубежныхпечейдлявыплавкиферросилициясувеличением
мощностипечныхтрансформатороввдиапазоне7,5–105МВ·А
(коэффициенткорреляцииR=0,976)
0,62
С повышением мощности печи возрастают электромагнитные наводки в цехе, увеличивается доля реактивных потерь на вторичной
стороне и, как следствие, ухудшаются естественные коэффициенты
мощности.Поэтому,длякрупныхпечейнаблюдаетсядалеконеэквивалентноеповышениемощностивваннеферросплавнойпечи,сростом
мощности печных трансформаторов,практически для всех основных
сплавов, но особенно при выплавке углеродистого ферромарганца.
Снижениекоэффициента мощности ферросплавных печей с увеличениеммощностипечныхтрансформаторовприведенонарисунке2.3.
Эффективным дорогостоящим решением данной проблемы является дополнительная комплектация классической ферросплавной
печиустановкойпродольно-ёмкостной компенсации(УПК) реактивной мощности. При этом мощность УПК с ростом мощности печи
приближаетсякмощностипечноготрансформатора,чтотребуетдополнительныхфинансовых затрат, которыесопоставимы со стоимостьюпечноготрансформатора.
51
0,8
1
585
Мощность трансформатора, МВА
Коэффициент мощности
0,6
0,4
Рисунок2.3–Изменениеестественногокоэффициентамощности64-х
печейсмощностьютрансформаторов10,5–81МВ·Адлявыплавки
Установлено, что предельная мощность печей, выплавляющих
ферросилиций, при которой не требуется компенсации реактивной мощности, составляет 10–12 МВ·А; при мощности печей 24–
30 МВ·А компенсация необходима. Если мощность круглых печей
при выплавке ферросиликомарганца, не требующих компенсации
составляет 10–12 МВ·А, то для ферромарганцевых печей эта величина равна 6 МВ·А. Компенсация реактивной мощности необходима для печей при выплавке ферромарганца при мощности более
13–16 МВ·А, а для печей при выплавке ферросиликомарганца при
мощности24–30МВ·Аиболее,согласноданнымработ[97,98].
Применениекомпенсацииреактивноймощностипозволяетповысить
коэффициентмощностипечейдо0,90–0,92,чтоприводитквозрастанию
капитальныхиэксплуатационныхзатрат.Какпоказалирасчеты,придостигнутоймощностипечей,затратына компенсациюреактивной мощностиневсегдаэквивалентныулучшениютехнико-экономическихпоказателейотповышенияединичноймощностиагрегата[98].
Поэтому, вновь вводимые и реконструируемые электропечи для
выплавкиферросилиция, ферромарганцаиферрохромауглеродотер-
y = 1,54 x
R2 = 0,734
525456
ферросилиция(коэффициенткорреляцииR=0,857)
-0,22
52
мическим процессом в основном не превышают уровня мощности
81–105МВ·А,которыйбылдостигнутвпредыдущиедесятилетия.
Данная ситуация обусловлена тем, что рост силы тока электродов опережает увеличениерабочего напряженияпри выплавке ферросплавов,чтовызываетповышениеотношениятокакнапряжению.
В результате возрастают индуктивные потери электроэнергии в короткойсетииснижаетсякоэффициентмощностипечи.Этоприводит
ктому,чтоувеличиваетсяразрывмеждуустановленноймощностью
трансформатораиактивноймощностьювваннепечи,
На основании отмеченных тенденций в изменении параметров
ферросплавныхпечей,согласноглавы1,былисобраныисистематизированыданныеотечественныхизарубежныхэлектропечейдлявыплавкиферросилиция.
Рассматриваяпараметры 86-ти ферросплавных электропечейдля
выплавки ферросилиция, которые были статистически обработаны
и приведены в работе [99], можно отметить, что при возрастании
мощности печных трансформаторовот 7,5 до 105,0 МВ·А, диаметр
самообжигающихсяэлектродовувеличивается постепенной зависимости,какследуетизрисунка2.4.
Приэтомпропорционально увеличению размеров электродавозрастают: диаметр распада электродов, глубина и диаметр ванны,
атакжеразмерыкожухапечи.
Увеличение размеров ванныпечиотрицательно влияет на тепловуюработу ванныпривыплавкеферросплавов как в открытых, так
изакрытыхпечах.Увеличениегабаритовванныферросплавнойпечи
соответственноприводитквозрастаниюмассыстальныхметаллоконструкцийплавильногоцеха.
К томуже повышение силы токаэлектрода увеличиваетсечение
токопроводавторичной сети, размеры и массуконтактных щёк,что
вызываетповышенныйрасходцветныхметаллов.
Примощностипечей10,5–22,5МВ∙Аколичествомедныхконтактныхщекнаодинэлектродравновосьми.Начинаясмощностипечей
27,6 МВ∙Аиболее,увеличивается масса и количествомедных кон-
53
тактныхщекот8до10–12-тинаодинэлектрод.Соответственнора-
2000
5
Мощность трансформатора, МВА
Диаметр электродов, мм
стётрасходобщийрасходмединаоборудованиепечи[100].
Для круглых трехэлектродных печей при увеличении диаметраэлектродовот950мм(мощностьпечи–10,5МВ·А)до2000мм
(мощность–81МВ·А)общаямассамедиконтактныхщёквозрастает
в3разас5,28до16,02тнакаждуюпечь.
1500
1000
500
0255075100 12
Рисунок2.4–Изменениедиаметрасамообжигающихсяэлектродов
84-хферросплавныхпечейпривыплавкекремнистыхсплавов
Пристатистическойобработкеданныхработ[11,100–103],получена
зависимость,изменениямассымедиконтактныхщёкэлектрододержателя,приувеличениидиаметрасамообжигающихсяэлектродов.Даннаязависимостьприведенанарисунке2.5ипрактическиимеетлинейныйвид.
Экстраполяцияполученных данных придальнейшемувеличении
диаметров электродов свыше достигнутой величины (2000 мм) до
2300–2400ммпоказала,чтоэтоприведёткувеличениюобщеймассы
медныхконтактныхщёкдо18тиболеенаоднупечь.Данноеобстоятельствозначительноувеличиткапитальныеиэксплуатационныезатраты,дажебезучётарасходамединашинопроводвторичнойсети.
54
y = 468,29 x
R2 = 0,925
сувеличениеммощноститрансформаторов
(коэффициенткорреляцииR=0,962)
0,31
18
14
10
6
Масса меди контактных щёк, т
2
8001100 1400 1700 2000 2300
Диаметр электрода, мм
Рисунок2.5–Изменениеобщеймассымедиконтактныхщёк
электрододержателяферросплавнойпечиприувеличениидиаметра
самообжигающихсяэлектродов(коэффициенткорреляцииR=0,979)
y = 0,0095 x – 3,85
R2 = 0,959
При больших величинахсилы токаэлектрода, переменный электрическийтоксчастотой50Гц,течётнеповсемусечениюэлектрода, а имеет определённную глубинупроникновения в тело самообжигающегосяэлектрода.Поэтомуэффективноесечениетокопровода
несколько меньшедиаметраэлектродапечи. Такой фактордополнительно влияет на увеличение диаметров самообжигающийхсяэлектродовферросплавнойпечи.Какследствие,сувеличениемдиаметра
электродаснижаетсяплотностьтокавэлектроде,чтоуменьшаетконцентрациюмощностивванне ферросплавнойпечи,таккакразмеры
ванныпропорциональныдиаметруэлектрода.
В практике ферросплавного производства имелся опыт эксплуатации печей с большим диаметром электродов. Одноэлектродные,
однофазныепечиМигемощностью13МВ·Аработаливтрёхфазной
системе по три в одномэнергоблоке. Диаметр электрода составлял
3850мм,таккакбылрассчитаннаток230–250кА[103].Такойэлектродбылкомбинированным.Угольныесекторабылирасположеныпо
кольцу образующей электродадля большой токовойнагрузки.Центральнаячастьэлектрода,черезсистемустяжек,заполняласьэлектродноймассой. Диаметр центральной,самообжигающейсячастиэлек-
55
тродасоставлял2280мм.Общаямассакомбинированногоэлектрода
былавесьма значительнаоколо100т итребовала мощныхметаллоконструкцийцеха. Также известен опыт эксплуатации аналогичных
печейМигесэлектродомдиаметромдо2500мм,которыйсостоялиз
стальногокожухаисамообжигающейсячасти,ноимелсложнуювнутреннююконструкцию[104].Однакоэксплуатацияподобныхкомбинированных электродов вызывала много технологических сложностейибольшойрасходцветныхметалловдлятокоподвода.
Всвязисэтимпредставляетинтересрассмотретьизменениемассы1п.м.стальногокожухаиобщеймассы1п.м.самообжигающегося
электрода,всоответствиисданнымиработы[11],посуществующим
типоразмерамдляэлектродовферросплавныхпечей(рисунок2.6).
Увеличениедиаметраэлектродовот950до1900–2000ммповышаетотношениемассы стальногокожухак массеэлектродас5,7 %до
9,2–10,6%[11,100].Приэтомпроисходитувеличениерасходалистовойсталиприизготовлениикожухаэлектродовиобщихрасходовна
выплавкуферросплавов.Общаямасса1п.м.электродавозрастаетпо
степеннойзависимости,амассастальногокожухаэлектрода–полинейнойзависимости(рисунок–2.6).
56
7500
6000
4500
3000
1500
Масса 1 п.м кожуха и электрода, кг
Рисунок2.6–Изменениемассы1п.м.стальногокожуха
исамообжигающегосяэлектродаферросплавнойпечи
- кожух электрода
- самообжигающийся электрод
2
R
= 0,952
2,09
y = 0,0006 x
R2 = 0,998
y = 0,42 x - 355,61
0
800 1200160020002400
Диаметр электрода, мм
приувеличенииегодиаметра
Систематизацияистатистическаяобработкаданных,приведенных
100
2500
Диаметр электрода, мм
Общая масса электрода, т
в работах[100–103]показала, что рост общей массы электродапри
увеличении егодиаметра происходит по экспонентнойзависимости
(рисунок2.7).
96
Рисунок2.7–Изменениеобщеймассысамообжигающегося
электродаферросплавнойпечиприувеличенииегодиаметра
(цифрыуточек–массавтоннах;данныепоэлектродамсдиаметром
Наоснованиипроведённогоанализаизменениядиаметраимассы
самообжигающегосяэлектрода,представленноговработе[99],отмечаетсяследующее.Придиаметреэлектрода1200мм(мощностьпечи
16,5МВ·А)массаэлектроднойсвечисоставляла8,2т.Приувеличениидиаметраэлектродадо1500мм(мощностьпечи40МВ·А),масса
электродаувеличиваетсяболеечемв2разаисоставляет16,7т.При
диаметреэлектродов1900–2000мм(мощностьпечи81МВ·А)общая
массаэлектроднойсвечивозрастаетдо44–53т,тоестьв5,4–6,5раза
более, чем для типовой печи мощностью 16,5 МВ·А с диаметром
электрода1200мм.
y = 0,80 e
0,0021x
80
R2 = 0,985
60
10,8
14,1
b
30,4
23,5
16,7
40
20
8,2
0
500100015002000
более2000мм–расчетные)
84
72
62
53
44,2
36,6
57
Соответственнодля трехэлектроднойпечимощностью 81МВ·А,
общая масса трёх электродовсоставляет 132–159 т.Для удержания
такоймассынеобходимо увеличиватьиусиливатьметаллоконструкцииферросплавногоцеха,чтоприводитквесьмазначительномувозрастаниюкапитальныхзатрат.
Создание и эксплуатация самообжигающихся электродов диаметромоколо2000 мм встречаетряд трудностей.Как показалоценочный анализ, который приведен в работе [102], увеличение диаметраэлектродовот 1200 до2400 мм позволяетповысить силутока в
2,5 раза, но при этомобщая масса электродержателяувеличивается
в10раз,акапитальныезатратына1кАсилытокаэлектродаферросплавнойпечивозрастаютв15–20раз.
В связи с тем, что дальнейшее увеличение диаметра электродов
ферросплавных печей в принципе становится нерациональным, однимиз направленийповышениямощностисчитали созданиемногоэлектродныхкольцевыхпечей,которыебыимелишесть,девять,или
двенадцатьэлектродовменьшегосечения.Однако,дажеопытныеиспытания образцов таких печейс количествомэлектродов болеешести,приводиликтехнологическимсложностяхпривыплавкеферросплавовипроблемамуправленияпечнымагрегатом.
Следуетотметить, что опытэксплуатации печейпри повышении
мощностиот16,5до81МВ∙Апоказал,чточембольшеразмерыванны и мощность трансформатора печи, тем относительно ниже уровеньеё практическогоосвоения привыплавкеферросплавовихуже
технико-экономическиепоказателиработы[105].Например, привыплавке75%-ногоферросилицияудельныйрасходэлектроэнергиине
снижается,аувеличиваетсяс8500до9800кВт∙ч/т(+15,3%)приповышениимощностипечис10,5до25,0МВ∙А.Аналогичноеявление
отмеченоприповышениимощностипечейдо40–81МВ∙А.
Такимобразом,какпоказаланализэнерготехнологическихпараметровферросплавныхпечейприповышениимощноститрансформатора
от16,5–24,0МВ∙Аотношениетокаэлектродакрабочемунапряжению
составляетоколо300–350.Примощностипечей40МВ∙А,данноеотношениепревышаетвеличину400,апримощностипечей75–81МВ∙А–
более550–750,чтоявляетсяэнергетическиневыгоднымиз-забольших
активныхииндуктивныхпотерьэлектроэнергиивкороткойсети.
При этом изменение силы тока электрода в диапазоне от 40 до
160кАнавторичнойсторонепечнойустановкидляпечейразличной
58
мощности10,5–81МВ·А, обусловливаетувеличениедиаметрасамообжигающихсяэлектродов от 900 до значительных размеров 1800–
2000мм.
Увеличение диаметров электродов затрудняет их эксплуатацию,
повышаетрасходмединатокоподводкэлектродампечи,существенно увеличивает массу металлоконструкций цеха и механического
оборудования печи, а также повышает капитальные затраты как на
реконструкцию,такнастроительствоновыхпечей.
Однимизсамыхотрицательныхфакторовтакогоукрупненияферросплавныхпечейявляется,точторостдиаметровэлектродовигабаритовтокоподводанавторичнойстороне,увеличиваетиндуктивность
короткойсети. Врезультатепроисходитснижениеестественногокоэффициентамощностипечейот0,85–0,90до0,40–0,46,чтоприводит
кувеличивающемуразрывумеждуустановленноймощностьютрансформатораиактивноймощностьювваннепечи.Данноеобстоятельствонегативно влияетна производительностьферросплавногоагрегатаинавеличинуудельногорасходаэлектроэнергии.
Исследованиепричин ухудшения работыферросплавныхпечейс
ростом их мощности показывает,что основным факторомявляется
повышение отношениетокаэлектродак рабочему напряжению, как
отмеченов главе1,чтокосвенно указывает на снижениеактивного
сопротивленияванны.Вработах[106–108]проведенанализформулы
определениявеличины полезногонапряженияна основе данных работы[109]дляферросплавныхэлектропечей:
n,
U=C·P
(2.1)
где:U–полезноефазноерабочеенапряжение,В;
C–коэффициентпропорциональности;
P–полезнаямощность,кВт
n–показательстепени,принимающийзначения0,25–0,33.
Учитывая,чтовеличинанапряженияможетбыть выраженачерез
отношение:U =P/I,где:I – силатока электрода.Спомощью выражения (2.1) можно получить зависимость величины тока электрода
59
от мощности ферросплавной электропечи (в расчёте на один электрод),выражение(2.2):
I=1/С∙P
1–n,
(2.2)
Изданноговыраженияследует,чтосувеличениеммощностиферросплавнойпечи,силатокаэлектрода,растетвквадратепристепени
n=0,33ивкубеприn=0,25,поотношениюкнапряжению.
Наоснованиивыражений(2.1)и(2.2)можетбытьполученазависимость изменениясопротивленияванны отмощности ферросплавнойпечи[106–108]:
R
где:R
–сопротивлениеванныферросплавнойпечи;
в
=C2∙Pk, (2.3)
в
k–показательстепени(k=2n–1).
Дляданногодиапазонавеличиныстепениn,аименно (0,25–0,33)
значенияпоказателястепени (2n–1), увеличинымощности,имеют
отрицательныезначения[106–108].
Поэтому, повышение мощности для существующих конструкций
ферросплавныхпечейисоответственносхемыреакционныхплавильныхзонвваннепечи(притрадиционныхраспадахэлектродов),приводит к снижению величины сопротивления ванны. Как следствие,
ухудшаются энерготехнологические параметры печейпри выплавке
ферросплавов. Этим объясняется наблюдаемое энергетически невыгодноеявление, когда рост величины единичной мощности печного
трансформатора далеко неэквивалентен увеличению электрической
мощностивваннепечи.
Рассматривая параметры ферросплавных печей для выплавки
кремнистых, хромистых и марганцевых сплавов, следует отметить
опережающийростсилытокавэлектродахпоотношениюкрабочему
напряжениюприувеличении мощности. Особеннозначительноувеличиваются диаметры самообжигающихся электродов(до 2000 мм)
исоответственно массаэлектроднойсвечи имасса механическогои
контактногооборудования[99].
Однако основным нежелательнымфактором,с ростоммощности
печи,являетсяснижениесопротивленияванны,чтоприводиткработе на большойсилетокав электродах(40–160кА)изначительным
активными индуктивнымпотерям навторичнойстороне(снижение
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]