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

Я. Б. ДАНЦИС

МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

„ЭНЕРГИЯ" Ленинградское отделение

1973

ВВЕДЕНИЕ

Д е в я т ым пятилетним планом развития народного хозяйства СССР

предусматривается значительный рост электрификации страны, уве­ личение энерговооруженности труда в промышленности. На базе де­ шевой электроэнергии широкое развитие получат электроемкие про­

с разнообразным электромеханическим оборудованием. Электрическая печь состоит из источника питания (печного транс­

форматора), собственно печи (ванна с электродами) и «короткой сети», связывающей их. В дуговых электрических печах превращение элек­ трической энергии в тепло происходит в основном в электрическом разряде. В отличие от дуговых печей в руднотермических печах вы­ деление энергии происходит в значительной степени и в тех материа­ лах, которые обрабатываются. Такие печи относят к классу дуговых печей сопротивления и называют руднотермическими печами. Коли­ чество энергии, выделяемой в газовом разряде в виде джоулева тепла, может изменяться в зависимости от технологического процесса в ши­ роких пределах.

К руднотермическим печам относятся печи, в которых произво­ дятся такие важнейшие продукты народного хозяйства, как ферро­ сплавы (ферросилиций, ферромарганец, силикомарганец, феррохром, ферромолибден, ферровольфрам, феррованадий, ферробор, феррониобий и др . ), продукты химической промышленности (фосфор, карбид кальция, сероуглерод), продукты цветной металлургии (электроко­ рунд, титанистые шлаки, штейны меди и никеля и др.) и ря д специ­

дам мощных руднотермических печей протекают достаточно большие токи промышленной частоты (примерно 100—150 ка).

Активные сопротивления, определяющие потери энергии, и осо­

3

Короткой сетью или вторичным токоподводом называют совокуп­ ность проводников, соединяющих низковольтные выводы источника

но и электроды (та их часть, которая определяет потери энергии). Короткая сеть является одним из важнейших участков электриче­ ского контура печи, параметры которого оказывают большое влияние на технико-экономические показатели работы печи (коэффициент мощ­ ности, удельный расход электроэнергии и др.). Активное, и особенно индуктивное, сопротивления короткой сети оказывают определяющее влияние на электрические характеристики электропечной установки. По проводникам короткой сети протекают весьма большие токи промышленной частоты, которые обусловливают появление вокруг проводников сильных магнитных полей. Вследствие этого особое зна­ чение приобретают такие явления, как поверхностный эффект, эффект близости, неравномерное распределение тока по отдельным проводни­ кам, перенос энергии (мощности) между отдельными проводниками и фазами. Включение в электрический контур печи реактивного сопротив­ ления короткой сети в значительной степени ухудшает электрические характеристики печи и приводит к загрузке источников ее питания большой реактивной мощностью. Эти явления предъявляют особые требования к коротким сетям: требования минимальной длины, наи­ более рациональной транспозиции проводников, равенства парамет­ ров отдельных фаз, минимальных величин активных и реактивных сопротивлений и т. п. [1 ] . В связи с этим создание рациональной кон­ струкции короткой сети является весьма сложной и важной инженер­ ной задачей, решению которой были посвящены многие работы в СССР

и за рубежом.

Несмотря на то, что за последние годы значительно возросла еди­ ничная мощность электропечей, наиболее распространенными про­ должают оставаться трехэлектродные печи со схемами соединений короткой сети «треугольник на электродах» и «звезда на трансформа­ торе». При этом первая схема чаще встречается на печах с круглыми ваннами, а последняя на печах с прямоугольными ваннами.

5

/

В связи с ростом мощностей начинают создавать шестиэлектродные печи, однако с точки зрения коротких сетей они в значительной сте­ пени повторяют элементы трехэлектродиых печей.

На рис. 1-1 представлены принципиальные схемы коротких сетей «треугольник на электродах» для печей с круглой и прямоугольной

Рис. 1-1. Принципиальные схемы коротких сетей («треугольник на электродах»)

6

я в л я ю т с я: а) гибкие компенсаторы, не допускающие механических нагрузок на выводы печного трансформатора, которые могут возник­ нуть при температурных расширениях проводников пакета; б) гибкая (подвижная) часть короткой сети, обеспечивающая возможность пе­ редвижения по вертикали электродов (в сталеплавильных печах — наклон печи для слива металла и шлака), в качестве которых (приме­

няют пакеты медных лент или кабелей, а в последнее время водоохлаждаемые кабели; в) трубки гибкой части для подвода тока к кон­ тактным щекам; г) контактные башмаки для заделки концов кабелей или лент; д) часть электродов, в которых имеют место потери энергии.

К а ж д а я схема печи и короткой сети имеет свои преимущества и недостатки и выбор той или иной схемы зависит от конкретных усло­ вий: вида производимого продукта, мощности печи, схемы электро­ снабжения, типа трансформатора, величин активных и реактивных сопротивлений, определяющих потери энергии, удобств эксплуата­ ции печи и короткой сети и т. д. Поэтому выбору той или иной кон-

7

струкции электропечного агрегата должна предшествовать большая работа по анализу возможных вариантов.

Общими требованиями, обеспечивающими уменьшение реактивного и активного сопротивлений проводников короткой сети, являются: минимальная длина проводников, расположение проводников парал­ лельно и настолько близко к проводникам, по которым протекают токи противоположного направления, насколько это позволяют ус­ ловия изоляции. Кроме того, необходимо ток к электродам подводить таким образом, чтобы индуктивные и активные сопротивления отдель-

Рис. 1-3. Сечения трубчатых пакетов по А = А на рис. 1-2

ных фаз (включая и электроды) были по возможности одинаковыми, что обеспечивает минимальное проявление неравномерного распреде­ ления мощности под электродами (ликвидация явления «дикой» и

с прямоугольной ванной как со схемой соединения «звезда на транс­ форматоре», так и «треугольник на электродах» имеют практически

имеют несколько большее значение реактивного сопротивления на

сированная звезда» на трансформаторе можно получить такой ж е по­ рядок среднего значения реактивного сопротивления на фазу, как и для короткой сети со схемой соединения «треугольник на электро­ дах». П р и этом обеспечивается практически равномерное распределе­ ние полезных мощностей по фазам.

8

3. Реактивное сопротивление электродов и расплава составляет величину порядка 30—50% от общей величины реактивного сопротив­ ления и возрастает с ростом мощности электропечей.

6)

2п{

яг

Рис. 1-4. Сечения трубчатых и шинных пакетов по А = А на рис. 1-1

4. Явление «дикой» и «мертвой» фаз отсутствует у полностью сим­ метричных печей (рис. 1-1, в) и незначительно выражено у печей с круг­ лой ванной при одностороннем расположении трансформаторов (рис. 1-1, б) Это явление весьма резко выражено у печей с прямоуголь-

9