книги из ГПНТБ / Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками

ские выключатели отключают печи только при аварийных корот­ ких замыканиях и длительных эксплуатационных перегрузках.

На шинах низкой стороны устанавливают три трансформатора тока и напряжения, к которым подключают измерительные приборы и автоматические регуляторы мощности.

Для дуговых сталеплавильных печей применяют, как правило, графитированные электроды 7 круглого сечения диаметром до 600 мм и длиной 2400 мм.

Короткой сетью или вторичным токоподводом называют систему проводников, передающих ток от источника питания (выводов вто­ ричной обмотки печного трансформатора или другого источника) к рабочей зоне печи, где электрическая энергия превращается в теп­ ловую.

Основное требование, которому должна удовлетворять короткая сеть, заключается в создании токоподвода, обладающего минималь­ ным полным сопротивлением ZKC.

Для уменьшения реактивного сопротивления короткой сети наиболее эффективно принимать следующие меры:

а) уменьшение напряжения короткого замыкания печных транс­ форматоров;

б) возможное уменьшение длины шин и кабелей низкого напря­ жения, а также электродов;

в) возможное сближение проводников с противоположными то­ ками или различных фаз, чтобы усилить их взаимную индукцию; г) отделение от проводников низкого напряжения опорных кон­ струкций из магнитных материалов, применение для опорных кон­ струкций вблизи проводников, особенно при больших силах токов,

немагнитных материалов.

10

/ѴУ*

Для печей ДСП емкостью от 10 до 40 т, т. е. для мощности от 5000 до 16000 кВА и силы тока до 25 кА, применяют схему треуголь­ ник на короткой сети (рис. 2, а). В конце шихтованного пакета шинными перемычками осуществляется соединение в треугольник, т. е. все шины а соединяются с шинами г, все шины b — с шинами х,

наконец, все шины с — с шинами у.

Эта короткая сеть, благодаря более совершенному шихтованному пакету, имеет более низкое индуктивное сопротивление, чем корот­ кие сети, выполненные по схеме — звезда на электродах.

Повышение емкости и мощности дуговых сталеплавильных печей требует дальнейшего улучшения параметров коротких сетей. Поэтому для 80-т печей (мощность 25 MBA, сила вторичного тока 34 кА) и для 200-т (мощность 45 MBA, сила вторичного тока 45 кА) при­ нята схема короткой сети треугольник на электродах. Отличительной особенностью такой схемы является то, что обмотки низшего напря­

11

жения трансформатора соединены в треугольник на электродах печей.

На рис. 2, б изображена короткая сеть по схеме несимметричный треугольник на электродах. Преимуществами данной схемы являются дальнейшее снижение индуктивного сопротивления в результате уменьшения индуктивности гирлянд и трубошин, проложенных на рукавах, несущих электрододержатели, а также улучшение симме­ трии токоподвода.

По этой схеме осуществлены короткие сети первых отечественных 80-т ДСП.

В схеме, показанной на рис. 2, в, осуществляется бифилярный токоподвод от всех трех обмоток трансформатора, что обусловленно введением в конструкцию печи четвертого вспомогательного рукава Р, несущего фазный токоподвод к первому электроду в обход третьего. Четвертый рукав Р должен перемещаться синхронно с первым, что осуществляется механической связью этих рукавов. По сравне­ нию со схемой, представленной на рис. 2, б, эта схема дает допол­ нительное снижение индуктивности короткой сети, но основным ее достоинством является значительно меньшее различие индуктивных сопротивлений всех трех фаз печи.

Дальнейшего улучшения схемы треугольник на электродах можно достигнуть, если четвертую стойку специально сконструи­ ровать для устройства токоподвода. В этом случае обычная стойка среднего электрода отсутствует. Она разбивается на две стойки 1 и 2 (рис. 2, г), их движение осуществляется синхронно при помощи связывающего их вала. Консоли обеих стоек сходятся к электродо­ держателю. При такой конструкции печи ее токоподвод может быть выполнен полностью симметричным.

В табл. 2 приведены сравнительные данные коротких сетей неко­ торых дуговых сталеплавильных печей.

Коэффициент мощности (cos <р) является одним из основных энергетических показателей печной установки

12

13

r’u x'i — то же, первичной обмотки трансформатора; ■активные и индуктивные сопротивления соответственно вторичной обмотки трансформатора и короткой сети.

Коэффициент мощности печных установок, как правило, соста­ вляет за плавку 0,85—0,9.

3. Основные положения теории электрической дуги

Основы изучения мощности дуги в электрической печи были заложены^ СССР школой проф. С. И. Тельного. С. И. Тельный и его ученики установили условия непрерывного горения дуги пере­ менного тока, провели ряд исследований поведения дуг в электро­ печах, установили зависимость между длиной дуги и ее напряжением. Г. А. Сисоян, Н. В. Окороков, Ю. Е. Ефроймович и другие заложили основы теории горения мощной дуги переменного тока.

Значительные работы по изучению сварочной дуги, имеющей много общего с дугой в электропечи, проведены Институтом электро­ сварки Академии наук УССР под руководством Е. О. Патона и

К.К. Хренова.

Результаты перечисленных исследований позволили установить,

что необходимым условием возникновения и поддержания электри­ ческой дуги является эмиссия (выбрасывание) электронов из катода. В дуговых печах мощность каждого дугового разряда составляет величину от сотен до нескольких тысяч киловатт.

14

электроде. При неизменной силе тока и увеличении напряжения дуги площадь каждого пятна возрастает. По мере увеличения силы тока площадь каждого пятна также увеличивается. При вторичных напряжениях трансформатора 120— 190 В и силах тока 6— 18 кА диаметры пятен на электроде составляют 8—20 см, а на ванне 12— 28 см. При этом длина открытой части дуги обычно не превышает 4—5 см. При увеличении силы тока отношение размеров пятен к длине открытой части дуги возрастает. Таким образом, геометрические размеры пятен на электроде и ванне заметно превосходят расстояние между нижним торцом электрода и ванной.

Известно, что температура и плотность тока имеют наибольшие значения на оси дуги и уменьшаются по мере удаления от нее [2]. Поэтому можно лишь весьма условно ввести понятие о средней плот­ ности тока J в столбе или пятне дуги, полагая, что

где d — диаметр столба или пятна;

5 — площадь соответствующего круга.

На рис. 7 показано влияние силы тока и напряжения на условную среднюю плотность тока в пятнах дуги. Из рис. 7 видно, что на лю­ бых ступенях напряжения печного трансформатора при увеличении

16

магнитными усилиями, от силы тока и напряжения дуги.

В уравнении (1-7) учтена зависимость S B(U; /), представленная на рис. 6.

Анализ рис. 8 показывает, что чем больше сила тока и чем меньше напряжение на дуге, тем больше плотность тока и глубина погруже­ ния дуги в ванну, обусловленная электромагнитными силами, воздействующими на дугу.

В результате исследования влияния электрического режима на погружение дуги в металл и шлак, выполненного на дуговой печи емкостью 20 т установлено [3], что при силе тока 45 кА глубина погружения дуги в металл превышает 60 мм.

При погружении электрода в металл вплоть до момента корот­ кого замыкания между электродом и металлом образуется дуговой разряд. Наименьшее значение напряжения на дуге перед коротким замыканием (КЗ) составляет 17—27 В. Эта величина, примерно, характеризует аноднокатодное напряжение. Когда вся дуга погру­ жается в шлак и заостренный конец электрода приближается к уровню металла, дуга с центрального участка электрода перебра­ сывается на заостренный конец электрода, этим обусловлено умень­ шение длины и напряжения дуги и увеличение силы тока.

Выполненные исследования позволили также установить, что мощность, выделяемая тремя дугами, погруженными в металл, может при силе тока 25—35 кА достигать 3500—6000 кВт, этим обеспечивается очень большая скорость нагрева металла при высо­ ком тепловом к. п. д. Таким образом, на основе работ по исследова­ нию дуги установлено, что под влиянием электромагнитных сил, сжимающих столб дуги, а также аэродинамического действия паров и газов в ванне под дугой образуется мениск, на котором попеременно возникают катодное и анодное пятна.

18

Высокая температура пятна и мениска вызывает бурное испаре­ ние материала ванны, и, что осо­ бенно важно, возникновение мощ­ ного теплового потока, направлен­ ного от пятна и мениска к ванне металла. Увеличение силы тока и мощности дуги обусловливает увеличение размеров пятна и мениска и глубины погружения дуги в ванну. При этом сущест­ венно возрастает тепловой поток, направленный от дуги к ванне. Таким образом, можно полагать, что при прочих равных условиях чем больше поверхность пятна

электрических параметров дуги, физико-химических свойств шлака, толщины его слоя и др. Можно

полагать, что при непрерывном увеличении силы тока глубина ме­ ниска в ванне непрерывно возрастает, причем сначала электрод достигает зеркала металлической ванны, после чего дуга все больше погружается в металл.

Горение дуги переменного тока в сталеплавильной печи проис­ ходит в условиях периодического изменения питающего напряжения.

На рис. 9, а изображены идеализированные кривые изменения силы тока і, напряжения дуги е и напряжения сети U для случая, когда индуктивность печи равна нулю. При синусоидальном питаю­

где Е — напряжение зажигания дуги.

Из уравнения (1-8) видно, что время перерыва в горении дуги уменьшается с понижением Е и увеличением Ем. С момента зажига­ ния дуги в цепи появляется ток і. При увеличении силы тока иони­ зация дуги вследствие нагрева усиливается и проводимость ее суще­ ственно увеличивается. Поэтому напряжение е, необходимое для поддержания дуги, уменьшается, что видно из рис. 9, а. При боль­ шой силе тока напряжение дуги стабилизируется и уже от него не зависит.