Диссертация (Создание и внедрение энергоэффективных дуговых и шлаковых электропечных комплексов с использованием постоянного тока и тока пониженной частоты), страница 6

Дуговые сталеплавильные печи постоянного тока, которые разрабатывались ВНИИЭТО, а затем российскими фирмами Экта, Аконт, Сибэлектротерм, Арктерм, Комтерм, обладают рядом преимуществ перед печами переменного тока промышленной частоты [83, 211, 216, 227]. Потребителей привлекают вДППТ низкий расход электродов, уменьшение угара металлошихты и легирующих элементов, снижение отрицательного влияния на питающую сеть, улучшениеэкологических характеристик (снижение запыленности отходящих газов и шума)[214].

Как правило, такие печи выполняются с одним сводовым электродом, который является катодом. Анодом служит металл, к которому снизу через подинуподводится положительный потенциал. Наибольший интерес представляет нижний токоподвод, выполненный в виде стержневых подовых электродов. Биметаллические стержни, имеющие водяное охлаждение в нижней своей части за преде32лами кожуха печи, проходят сквозь футерованную огнеупором подину и в верхней части контактируют с металлической ванной. Данная конструкция подовыхэлектродов, разработанная и получившая распространение в России [150], имеетряд конструктивных и эксплуатационных преимуществ, в том числе позволяеторганизовать направленное движение металла в ванне печи.Имеются публикации, авторы которых предлагают с целью повышениядоли излучения дуги, падающей на ванну жидкого металла, выполнять многоэлектродную конструкцию дуговых сталеплавильных печей постоянного тока[90] (до 4 сводовых электродов).

Но указанные выше разработчики ДППТпредпочитают конструкцию с одним сводовым электродом, которая позволяетсоздать симметричное тепловое поле с равномерным нагревом футеровки попериметру ванны.Благодаря особенностям теплообмена дуги постоянного тока, в ДППТ реализуют процессы, разработанные сотрудниками ВНИИЭТО (г. Москва) иОВИИЭТО (г. Истра), которые в печах переменного тока проводить не получается. В [67] представлены данные о переплаве лома алюминиевых сплавов вДППТ емкостью 0,4 тонны и в РТП постоянного тока. Показан значительныйрост производительности и снижение удельного расхода электроэнергии посравнению с печами сопротивления.1.3.

Шунтирование электрической дуги и последовательное с ней включение сопротивления шлака в дуговых и руднотермических печахпеременного и постоянного тока.В [99] рассмотрены варианты классификации печей по различным признакам: по характеру прохождения тока и распределения мощности в рабочем пространстве печи (преобладает выделение мощности в дуге или в шихте, либонаблюдается смешанное распределение тока и мощности);33 по технологическим процессам – с полным или избирательным восстановлением окислов, соответственно количеству образующегося шлака (бесшлаковые, шлаковые, многошлаковые и с сульфидными превращениями) по агрегатному состоянию продуктов плавки (твердому, жидкому, газообразному); по характеру перемещения шихты относительно электродов – со сходомшихты и с неподвижной шихтой (либо частично подвижной шихтой как впереплавных периодических процессах); по конструктивным признакам – герметизации (открытые, закрытые, герметичные), количеству электродов, форме ванны. по технологическим признакам (соотношение между температурой протекания основного процесса и температурой перехода всей шихты в текучеесостояние),Во многих публикациях, в которых рассматриваются энергетические аспекты работы печей, приоритетное внимание уделяется доле мощности дуги (отполной мощности печи), поскольку наибольшую температуру в рабочем пространстве печи имеет дуга, влияющая на все происходящие в печи процессы.Не меньшее внимание в технической литературе уделяется исследованию закономерностей растекания тока и распределения мощности, выделяющейся прирезистивном нагреве материалов в колошнике печи и в жидкой ванне.

М. С.Максименко, А. С. Микулинский, А. Д. Свенчанский, М. Я. Смелянский, Г. А.Сисоян, Б. М. Струнский, Я. С. Щедровицкий, Р. Дуррер, Г. Фолькерт, B. Bowman, K. Kruger обращают внимание также на значительное влияние соотношения между долями мощности, выделяющейся в дуге и в омическом сопротивлении материалов, на характер технологических процессов [38, 88, 99, 192, 195,196, 205, 221, 223, 240].В дуговой сталеплавильной печи дуга, как правило, горит между электродом и металлом [240]. Под действием давления газов прианодной области столба дуги в шлаке образуется лунка.

В [240] приведена зависимость напряжения34на шлаковой ванне и дуге от глубины шлаковой ванны и окисленности шлака.Из этих данных следует, что обычно шлак в ДППТ имеет низкую электропроводность и напряжение на электроде недостаточно для последовательноговключения сопротивления шлаковой ванны и дуги. Для некоторых процессов,например плавки ильменита (FeTiO3), имеющего высокую электропроводностьоколо 400 cим/м, используется режим, при котором дуга горит на ванну шлака.В этом случае активное сопротивление шлака включено последовательно с дугой.

Из-за низкой электропроводности шлака в ДППТ шунтирующий дугу токмал по сравнению с током дуги (даже при касании электрода шлаковой ванны)и его можно не учитывать.В РТП с погруженной дугой, дуговой разряд шунтирован активным сопротивлением твердых шихтовых материалов или расплавленным шлаком, а в некоторых случаях, при низком электрическом сопротивлении шлака, включен сним последовательно [88, 192, 204, 205]. При протекании восстановительныхреакций в зоне рабочих концов, погруженных в шихту электродов, образуетсябольшое количество СО, в результате чего создается давление, необходимоедля образования газовой полости.

Дуга, горящая в газовой полости на рабочемконце электрода, шунтирована активным сопротивлением шихты и/или шлака,на которые ток стекает с боковой поверхности электрода. В некоторых процессах схема замещения представляет собой цепочку из последовательно включенной дуги и сопротивления шлака, параллельно которым включено шунтирующее активное сопротивление шихты.В трехэлектродных печах выделяют две составляющие шунтирующего тока: токи «звезды», замыкающиеся через нулевую точку печи (обычно – это ванна жидкого металла) и токи «треугольника», которые замыкаются между электродами в верхних горизонтах ванны. Результаты более детального исследования распределения мощности и тока в различных зонах ванны трехэлектроднойкруглой РТП, выполненного Н.

А. Марковым, П. П. Чердовских с помощью физической модели в [93], приведены на рис. 1.2.35Моделирование выполнено для соотношения геометрических размеровванны H=0,38 DВ; DЭ = 0,18 DВ (H, DВ – глубина и диаметр ванны, DЭ – диаметр электрода). Для большинства руднотермических процессов превышениетоков треугольника над токами звезды, отрицательно влияет на показателиплавки. Поэтому на пути совершенствования руднотермических процессов,требуется решить задачу исключения или снижения токов треугольника.321Рис. 1.2. Зависимость составляющих токов звезды IYб (1), токов треугольникаI∆б (2) и отношения тока звезды к току, идущему с боковой поверхности электрода IYб/Iб (3) от диаметра распада электродов Dр /Dв (Dв – диаметр ванны)Влияние перемещения электродов на показатели работы ферросплавныхпечей рассмотрены в [221]. Показано, что обычно используемый метод регулирования электрического режима печи перемещением электродов ведет к недоиспользованию установленной мощности печных трансформаторов, а также котклонениям от оптимального распределения мощности в ванне печи и снижению ее производительности.

Предлагается стабилизировать положение рабочего конца электрода в ванне печи [38, 88, 99, 204, 221]. Однако общее мнение оспособе реализации этой задачи отсутствует. В [21] приведена зависимость36удельного расхода электроэнергии от заглубления электродов (усредненнаяглубина от уровня шихты на середине колошника) при выплавке кремнистыхсплавов, показанная на рис. 1.3. Результаты исследования влияние заглубленияэлектродов на различные показатели работы печи приведены также в [176].Приведенные на рис.

1.3 зависимости и мнение большинства исследователей указывают на то, что для каждого конкретного процесса существует оптимальное положение электрода в печи и его заглубление в шихту. С оптимальным положением электрода в ванне РТП тесно связаны исследованные вработах В. Л. Розенберга, А. Ю. Вальдберга, Б.

М. Струнского, А. С. Микулинского, В. И. Жучкова, К. С. Елкина оптимальное значение напряжения на электроде и газовый режим печи [98, 187, 205], а также интенсивность и характерсхода шихты на колошнике [233].В работах Я. Б. Данцис, Г. М. Жилов, В. Л. Розенберг, Ю. М. Миронов, В.А. Тарасов отмечают такой важный параметр печей, как их предельная мощность, которая непосредственно связана с реактивным сопротивлением электропечного контура, а опосредованно определяется комплексом параметров печей, включая количество электродов и схему их подключения [6, 30, 31, 100].Рис. 1.3. Зависимость удельного расхода электроэнергии W от заглубленияэлектродов hэ при мощности трансформаторов: 1 – 11 МВА, 2 – 14 МВА37При исследовании сложной системы взаимосвязанных физических и химических процессов, происходящих в печи, А.