2.3 Расчет основного оборудования и выбор агрегатов (на заданную производительность.)

_{Каждая феррославная электропечь оборудована группой из трех однофазных трансформаторов, первичные и вторичные обмотки трансформатора которых соединены в «треугольник». При необходимости на высокой стороне возможно переключение на «звезду», суммарная мощность трансформаторов без установки компенсации реактивной мощности 27,0 МВА, с установкой – 27,5МВА.}

_{В плавильном цехе используются трансформаторы следующих типов: ЭОЦНР –12500/10, ЭОЦН – 12000/10 , ЭОЦНК –16000/10, ЭОЦНК –21000/10, Трансформаторы указанных типов предназначены для установки внутри помещений. Охлаждение их осуществляется при помощи принудительной циркуляции масла через водяной охладитель. Трансформаторы размещены в трех специальных камерах, расположенных на отметке +5,4 м плавильного корпуса вокруг печи с таким расчетом, чтобы длина шинного пакета «коротких сетей» была минимальной. Каждый печной трансформатор состоит из собственно однофазного трансформатора, реактора и переключателя ступеней вторичного напряжения, которые расположены в общем баке, залитом трансформаторным маслом.}

_{Печные трансформаторы типа ЭОЦНК-16000/10 и ЭОЦНК – 21000/10 при работе с установкой продольно-емкостной компенсации реактивной мощности имеют более высокие электротехнические показатели и их мощность соответственно 9200 и 9150 кА.}

_{Особенностью трансформаторов тип ЭОЦНК 16000/10 является исполнение регулировочной обмотки главного трансформатора в виде автотрансформатора, электрически с обмоткой вольтодобавочного трансформатора, встроенных в оющий бак в трансформаторах типа ЭОЦНК 21000/10. Основная и регулировочная обмотка связаны индуктивно.}

_{Конденсаторная батарея включена последовательно с обмоткой вольтодобавочного трансформатора и регулировочной обмоткой главного трансформатора.}

_{Конденсаторы между собой соединяются по последовательно-параллельной схеме:}

_{-количество параллельно соединенных конденсаторов в каждой секции (группе) – 12 штук конденсаторов типа КЭК066-40 или 6 штук конденсаторов типа КЭК066-80.}

_{Максимальное количество последовательно соединенных секций (групп) на каждый трансформатор (фазу) – 11-15;}

_{Суммарная рабочая мощность конденсаторной батареи на каждую печь составляет 13100 кВ А. Батарея состоит из 396 конденсаторов типа КЭК 0,66 –40 по 132 шт. в каждой фазе или из 198 конденсаторов типа КЭК 0,66-80 по 66 штук в каждой фазе. Трансформаторный агрегат включает в себя:}

_{-главный трансформатор, имеющий основную и регулировочную обмотки;}

_{-переключающее устройство с реактором;}

_{-вольтодобавочный трансформатор.}

_{Переключение ступеней вторичного напряжения производится дежурным электротехническим персоналом по указанию сменного мастера, может осуществляться дистанционно или вручную.}

_{Переключение вручную производится, как правило, на отключенной электропечи.}

_{При дистанционном переключении необходимо снизить токовую нагрузку до 1000 А, переключение производится при помощи рукоятки на пульте управления трансформаторами.}

_{Таблица 2.3.1 - Характеристика системы из трех печных трансформаторов мощностью 27,0 МВА, 17 ступеней напряжения.}

№ступеней	Суммарная установленная мощность кВА	Сторона высокого напряжения		Сторона низкого напряжения		Коэффициент трансформации	Отношение тока к напряжению сторон
		Вольт	Ампер	Вольт	Ампер
1	27000	10000	1560	225	69200	44,44	308
2	27000	10000	1560	220,5	70584	45,35	320
3	27000	10000	1560	216	71968	46,30	333
4	27000	10000	1560	212	73525	47,17	347
5	27000	10000	1560	208,5	74736	47,97	358
6	27000	10000	1560	204,5	76120	48,90	382
7	27000	10000	1560	201	77504	49,75	386
8	27000	10000	1560	197,5	78888	50,63	399
9	27000	10000	1560	194	80272	51,55	414
10	27000	10000	1560	190,5	81656	52,49	429
11	27000	10000	1560	187	83040	53,48	444
12	26400	10000	1522	183,5	83040	54,50	453
13	25950	10000	1496	180	83040	55,50	461
14	25500	10000	1470	177	83040	56,50	469
15	25050	10000	1445	174	83040	57,47	477
16	24600	10000	1419	171	83040	58,48	486
17	24150	10000	1393	168	83040	59,52	494

_{Определяем установочную мощность трансформатора по формуле:}

_{, (2.3.1)}

_{где G – заданная производительность печи, т/сут;}

_{24 – количество часов в сутках, ч;}

_{cos φ - коэффициент мощности электропечной установки;}

_{К – коэффициент, учитывающий простои печи и колебания электрического режима;}

_{А – удельный расход электроэнергии}

_{W = (96 · 4150) : (24 · 0,80 · 0,95) = 22133}

_{Определяем cos φ установки из соотношения:}

_{, (2.3.2)}

_{cos φ= 0,66: 0,83 = 0,79 .}

_{Принимаем 27000 кВ·А.}

_{Определяем полезную мощность, выделяемую в ванне печи:}

_{Рпол = W · cos φ · ηэл , (2.3.3)}

_{Рпол = 22133 · 0,79 = 17600 кВт}

_{где W – полученная окончательно номинальная мощность трансформатора.}

_{Рассчитываем рабочее полезное фазовое напряжение печи:}

_{Uпол = С · Рnпол , (2.3.4)}

_{Uпол = 4,2 · 176000,33 =67,5 В}

_{Вторичное линейное напряжение печного трансформатора определяем по формуле:}

_{, (2.3.5)}

_{Uл = (67,5 · √3) : 0,79 = 147,8 В .}

_{Число ступеней напряжения определяем из соотношения:}

_{+1 , (2.3.6)}

_{n = (1,2 · 365 – 0,75 · 365): 6 +1 =22.}

_{Силу тока в электроде определяем по формуле:}

_{, (2.3.7)}

_{J = 17600 : (3 · 67,5) = 86,9 кА}

_{По найденной величине силы тока в электроде определяем его диаметр:}

_{, (2.3.8)}

_{dэл = (1,08 · 86900) : 67,5 = 1391 мм}

_{Принимаем диаметр электрода равный 1391 мм. Проверка правильности определения диаметра электрода производится по допустимой плотности тока ( j·А/см2). Для этого определяется практическое значение j по формуле:}

_(2.3.9)

_{Jрасч = (4· 86900) : (3,14 · 14002) = 0,056 А/см2}

_{Производим проверочный расчет ηэл.}

_{, (2.3.10)}

_{Ηэл. расч. = 0,0014 : (0,0011 + 0,0,00067,5) = 6,0}

_{uде Rв - активное сопротивление ванны печи;}

_{r – активное сопротивление короткой сети.}

_{, (2.3.11)}

_{Rв= 67,5: 86,900 = 0,001 Ом}

_{Производим проверочный расчет cos φ :}

_(2.3.12)

Кожух и футеровка электропечи

Огнеупорная футеровка ферросплавной печи включает сле­дующие участки: стены, подину, свод, выпускное отверстие. Для каждого участка применяются материалы соответствующие теплофизическим и термохимическим параметрам процессов, происходящих в дан­ной зоне.

Футеровка ванны электропечи образует в период эксплуатации плавильное пространство, в котором протекают высокотемпературные восстановительные процессы, собирается и сохраняется шлак между выпусками.

Ванна печи состоит из кожуха и огнеупорной футеровки. Ванна должна обладать достаточной прочностью и жесткостью, высокой огнеупорностью, обеспечивающей работоспособность печи в течение не менее 16 лет.

Кожух ванны печи сварной из листовой конструкционной стали толщиной 20 – 25 мм. Основные размеры кожуха приведены в таблице 2.4.3.

Качество сварных швов должно быть проверено ультразвуком, дефектоскопом. Перед началом капитального ремонта с полной заменой ванны кожух монтируется в разлив очном пролете на стеллаже, изготовленном из рельсов и шпал. Уровень стеллажа должен превышать уровень решетки балок опорной плиты механизма вращения ванны на 20 мм , чтобы обеспечить надвижку новой ванны взамен демонтируемой.

Таблица 2.3.2. - Кожух ванны сварной из листовой конструкционной стали

Техническая характеристика ванн	Размеры
Диаметр кожуха максимальный, мм	9600
Высота ванны по кожуху, мм	5125
Диаметр песочного затвора, мм - внутренний - наружный	9600 10400
Внутренний диаметр ванны по кирпичной кладке, мм	8230
Наружный диаметр по угольной футеровке, мм	8820
Внутренний диаметр ванны по угольной футеровке. мм	8020
Глубина ванны, мм	2900

Для рабочего слоя используют периклазоуглеродистые огнеупоры, из­готовленные из высокостойкого спеченного периклаза (с долей электро-плавленного периклаза порядка 30-70%) с остаточным содержанием угле­рода 5-17%. Горячие зоны футеруют периклазоуглеродистым кирпичом с содер­жанием остаточного углерода 10-15% и 95-97% MgO с добавкой 50% и бо­лее плавленого периклаза. В прочих участках верхней части стен применяют менее стойкий периклазоуглеродистый кирпич на пековой связке без применения плавленого периклаза с содержанием MgO 97% и остаточного углерода порядка 10-12%. Для нижней части стен (зона с наименьшей на­грузкой) используется периклазоуглеродистый кирпич на пековой связке с содержанием остаточного углерода 5%, в редких случаях - безуглероди­стый. Кладку рабочего слоя стен ведут насухо к арматурному слою без за­зоров, при необходимости вырезая замковый кирпич.

Футеровка выпускного отверстия. Выпускное отверстие формирует­ся с помощью огнеупоров подготовленных форматов. Материалы, из кото­рых изготавливаются данные изделия, должны иметь хорошую термостой­кость и сопротивление физико-химическим воздействиям, эти показатели представлены в таблице 2.4.4. Фу­теровка выпускного отверстия состоит из гнездовых блоков, работающих в течение всей кампании, заменяемых колец и втулки, с отверстиями необ­ходимого диаметра. К огнеупорам выпускного отверстия предъявляются повышенные требования: открытая пористость порядка 4%, предел проч­ности на сжатие 50-65 Н/мм. Гнездовые блоки изготавливают на пековой связке из плавленого и крупнокристаллического периклаза, втулки и коль­ца - на связке из синтетических смол с применением высокочистых синте­тического или спеченного периклаза с добавкой антиоксиданта.

Таблица 2.3.3. - Физико-химические свойства огнеупоров выпускного отверстия

Материал	Содержание ,%						Плотностькгм		Пористость		Пределпрочности
	MgO	AI2O3	SiO2	Fe2O3	CaO
Периклазоуглеродистый	>97	0.1	0.4	0.2	<2	>3.0		4		>45

Электроды и их работа

В качестве проводника электрического тока на участке от контактных щек до плавильной зоны печи применяютя непрерывные само обжигающиеся электроды. Электроды являются одним из основных элементов печи, от удовлетворительной работы которых зависит результат работы печи и технико-экономические показатели процесса плавки. Самообжигающийся непрерывный электрод представляет собой цилиндрический, диаметром 1400 мм, скоксованный из углерод истой электродной массы блок, непрерывно расходуемый с одного конца ( в ванне печи) и наращиваемый (накоксовываемый) с другого(отм + 22 м) в течение всего времени эксплуатации печи.

Электрическая энергия, подаваемая в электропечь, преобразуется в тепловую не только в дуговом разряде, сосредоточенном у рабочего конца электрода, но и стекает с его боковой поверхности в виде токов шихтовой проводимости. Поэтому электрод изнашивается не только сконца, но и по диаметру.

Электрод из пластичной массы формируется в кожухе, который изготавливается из стального листа в виде отдельных стандартной длины секций в соответствии утвержденных рабочих чертежей и технических условий. Для их изготовления используется стальной лист толщиной 3 мм марок Ст-2 или Ст-3 (ДСТУ 2651-94 ( ГОСТ 380-94)).

Стальной лист, из которого изготавливается кожух, должен быть одинаковой толщины, не иметь следов коррозии, раковин, расслоений и коробления. Стык листа, свернутого в цилиндр, варится сплошным швом. Края цилиндра после сварки стыка загибаются одним или двумя зигами с каждой стороны. В каждом ребре просекаются сквозные отверстия, назначение которых усилить сцепление коксующейся массы с кожухом ребра с одной стороны выступают за пределы цилиндра.

При наращивании кожухов электродов открытых печей производится сваривание всех ребер сопрягаемых секций, при этом сварка производится по всей их ширине.

Основным источником тепла для обжига электродной массы в процессе эксплуатации электродов служат: передача тепла по обожженной части электрода из ванны печи, тепло, выделяющееся в сопротивлении столба электрода между контактными щеками и поверхностью колошника печи, теплоизлучение колошника и тепло, выделяемое сгорающими газами. Первая стадия обжига массы по длине 1 м состоит в нагреве ее от 25 до 65⁰С, в результате чего кусковая масса размягчается и сливается в блок. Под контактные щеки масса поступает еще пластичной. На последней стадии обжига под щеками температуру массы повышают до 800⁰С, из под щек электрод выходит обожженным. Набивка кожухов электродной массой должна производиться не реже одного раза в сутки.

Печи плавильного цеха оборудованы системами водоохлаждения, предназначенными для обеспечения охлаждения деталей, находящихся в зоне воздействия печных газов, нагретых до высоких температур и интенсивного теплового излучения, с целью обеспечения их длительной службы. Непрерывное и интенсивное охлаждение деталей и узлов, работающих в зоне высоких температур, является одним из главных условий их надежной и длительной работы.

Водоохлаждаемые узлы и детали печей имеют специальные герметичные полости или трубы, которые охлаждаются проточной водой и тем самым охлаждают узел или деталь.

Таблица 2.3.4. - Перечень охлаждаемых элементов печей.

Наименованиеводоохлаждаемыхэлементов	Закрытая печь		Открытая печь
	Количество, шт.
	Элементов	Точек ввода воды	Элементов	Точек ввода воды
1.Контактные щеки	30	18	30	18
2.Нажимные кольца	3	6	3	6
3.Траверсы токоподвода	3	6	3	6
4. Подвижный башмак	6	6	6	6
5.Неподвижный башмак	6	6	6	6
6.Щитки мантеля	-	-	12	12
7.Стальные секции свода	6	6	6	6
8.Медные секции свода	15	9	15	9
9.Загрузочные воронки	3	6	-	-
10.Газоотводящие стаканы	2	6	-	-
12.Форсунки газоотвода	6	2	-	-

Система водоохлаждения печи также включает в себя грязевики, напорные коллекторы, сливные воронки и трубы подачи и отвода воды.

Таблица 2.3.5. - Техническая характеристика системы водоохлаждения.

Наименованиепоказателей	Тип печи
	закрытая	открытая
1.Давление воды в напорном коллекторе, кг/см2 не менее	1,5	1,5
2. Температура охлаждающей воды, оС не выше: - на входе - на выходе	30 50	30 50
3. Расход охлаждающей воды: м3/час	400600
4. Количество точек подвода (отвода) воды.	80	75