Диссертация (Разработка способов улучшения технико-экономических показателей и методики выбора рациональных режимов плазменно-дуговых сталеплавильных печей)

ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ5ГЛАВА 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ПЛАЗМЕННОДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ161.1. Устройство плазменно-дуговых сталеплавильных печей иэнергетические параметры дуг161.2. Электрические и тепловые режимы плазменно-дуговыхсталеплавильных печей211.3. Источники питания и схемы электроснабжения плазменнодуговых сталеплавильных печей291.4.

Выводы по первой главе37ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТАРАЦИОНАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ДУГИ В ПЛАЗМЕННОДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ392.1. Локальные и средние угловые коэффициенты излученияповерхностей и объемов392.2. Разработка методики расчета угловых коэффициентов излучениядуги на поверхности при их нахождении во взаимопараллельныхплоскостях452.3.

Определение локальных угловых коэффициентов излучениядуги при наклонном положении плазмотрона в ПДСП492.4. Разработка методики расчета рационального положения дуги вплазменно-дуговых сталеплавильных печах542.5. Выводы по второй главе632ГЛАВА 3. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ, ИЗЛУЧАЕМОЙ ДУГАМИ НАМЕТАЛЛ, ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ ПЛАЗМОТРОНОВИ ДЛИНАХ ДУГ В ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫХСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ653.1. Исследование влияния длины дуги и ее положения натеплообмен в плазменно-дуговых сталеплавильных печах653.2. Исследование влияния угла наклона плазмотрона на теплообменв плазменно-дуговых сталеплавильных печах743.3.

Выводы по третьей главе81ГЛАВА 4. РАСЧЕТ РАЦИОНАЛЬНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ДУГИ ИРАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СНИЖЕНИЮ УДЕЛЬНОГОРАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫХСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ844.1. Исследование влияния смещения анодного пятна на теплообмени расчет рационального положения плазмотрона и дуги в плазменнодуговых сталеплавильных печах844.2. Расчет рационального положения и длины дуги и разработкамероприятий по снижению удельного расхода электроэнергии вплазменно-дуговых сталеплавильных печах4.3.

Выводы по четвёртой главе98111ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГОРЕЖИМА ПДСП С ДВУМЯ ПЛАЗМОТРОНАМИ, СВОДОВЫМ ИСТЕНОВЫМ1145.1. Разработка конструкции ПДСП с сводовым и стеновымплазмотронами1145.2. Разработка электрического режима ПДСП с сводовым истеновым плазмотронами12035.3. Выводы по пятой главе124ЗАКЛЮЧЕНИЕ125СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ131ПРИЛОЖЕНИЕ1544ВВЕДЕНИЕВ настоящее время доля электростали, то есть стали, выплавляемой вдуговых сталеплавильных печах, в мировой выплавке стали составляет более35% (33% в 1999 г.

[1]). Выплавка стали к 2015 г. прогнозируется на уровне830 млн.т/год при доле электростали 40%. Выплавка электросталипродолжаетувеличиватьсявместескислородно-конверторнымпроизводством стали, потеснив до 10-12% мартеновское производство,которое было основным в производстве стали в начале 20 века. Вместимостьпечей увеличилась с 3 т в 1900 г. до 150-200 т в 2000 г.Рост вместимости печей сопровождался ростом мощности печей с 0,45МВА в начале 20 века до 100 МВА в конце 20 века. Производительностьпечей возросла с 100 тыс.т стали в год в 1950-е годы до 500 тыс.т стали в годв 1990-е годы до 1 млн.т стали в год в 2000 г., рост мощности печейосуществлялсятрансформатора,затокасчетувеличениядуги.Вторичноенапряжениянапряжениеэлектропечногоэлектропечноготрансформатора увеличилось с 100 В в начале 20 в.

до 760-1100 В в концевека, ток дуги возрос за этот период с 2 кА до 60-70 кА дуговыхсталеплавильных печах трехфазного тока (ДСПТТ) и до 100 кА в дуговыхсталеплавильных печах постоянного тока (ДСППТ). Печи постоянного токаДСППТ получили промышленное распространение с 1970-х годов сразвитием полупроводниковой техники и в настоящее время конкурируют сДСПТТпомощности,производительности,удельномурасходуэлектроэнергии и электродов.

Первичное напряжение электропечноготрансформатора возросло с 6, 10 кВ до 110 кВ.За столетний период существования дуговых сталеплавильных печей(ДСП) вследствие совершенствования электрооборудования, электрических итепловыхрежимов,технологииплавкисталиудельныйрасходэлектроэнергии снизился с 800-750 кВт∙ч/т в начале века до 485 кВт∙ч/т в51970-е годы. В последующие 1980-е годы удельный расход электроэнергиивозрос с 485 до 590 кВт∙ч/т, несмотря на ряд предпринимаемых мер поснижению потребления электроэнергии печами, что требовало объяснения.Объяснитьданноеявлениеможнобылоисследовавэнергетическиепараметры электрических дуг ДСП, так как электрические дуги являютсяосновными источниками энергии в дуговых сталеплавильных печах.

На долюэлектрическихдугприходится55-65%энергии,поступающейвсовременную высокомощную большегрузную дуговую сталеплавильнуюпечь.Основнымиэнергетическимипараметрамиэлектрическихдуг,характеризующими распределение мощности излучения электрических дуг врабочем пространстве ДСП и плазменно-дуговых сталеплавильных печей(ПДСП) являются угловые коэффициенты излучения и коэффициентыполезного действия электрических дуг. Проведенный анализ историиразвития дуговых сталеплавильных печей показал отсутствие к 1996 г.методики расчета основных энергетических показателей электрических дугДСП и ПДСП: коэффициента полезного действия и угловых коэффициентовизлучения электрических дуг на поверхности ванны металла [1-67].В настоящее время при реконструкции цехов металлургических имашиностроительныхпредприятийпринимаюткустановкедуговыесталеплавильные печи трехфазного и постоянного тока, что вызваноблизкими технико-экономическими показателями работы печей с различнымродом тока.

Преимущество печей постоянного тока по сравнению с такимиже по мощности и емкости печами трехфазного тока следующие: стабильнееэлектрический режим, меньше пылегазовых выбросов и воздействие напитающую сеть, несколько ниже расход электродов и уровень шума. Однакопечи постоянного тока по сравнению с печами трехфазного тока имеютнедостатки: больший расход огнеупоров, выше на 1,5-2 % электрическиепотери, наличие подового электрода с ограниченным сроком службы,необходимостьработысжидким6стартом.Данныепотребленияэлектроэнергии печами трехфазного и постоянного токов противоречивы: впубликациях инофирм [12] приводятся сведения о меньшем на 5-10 %удельном расходе электроэнергии в электродных печах постоянного тока посравнению с расходом в печах трехфазного тока, в отечественныхпубликациях данные имеют обратный характер.

Например, в работе [55]приводятся сведения о том, что при работе 12-т печи постоянного тока посравнению с печью трехфазного тока такой же емкости и мощности расходэлектроэнергии на 10-12 % больше. Фирма Danitly (Италия) предлагаетдуговые сталеплавильные печи трехфазного и постоянного тока емкостью100-160 т, причем приводит одинаковый показатель расхода электроэнергии360-400 кВт∙ч/т для печей трехфазного и постоянноготока,расходэлектродов соответственно 1,2-1,7 и 1,7-02,2 кг/т [55].Удельныйрасходэлектроэнергиииэлектродовзависитотраспределения мощности дуг в печи, напряжения, силы тока, геометрическихпараметров, положения дуг, шлакового режима. Для ответа на вопрос ораспределении мощности в печах трехфазного и постоянного тока,потреблении ими электроэнергии, расходе электродов при одинаковойемкости и мощности необходима разработка методики расчета угловыхкоэффициентов излучения и коэффициента полезного действия дуг ДСП иПДСП, которая позволит сравнить технико-экономические показатели ДСП иПДСП расчетным путем.

Это особенно актуально в настоящее время, когдаидетжесткаяконкуренциямеждуфирмами-производителямипечейразличного рода тока и необходимы объективные, независимые данные оперспективности использования постоянного или трехфазного тока в печах.Разработка методики расчета КПД дуг дуговых и плазменно-дуговыхсталеплавильныхпечейактуальнавнастоящеевремявсвязиснеобходимостью проведения энергосберегающих мероприятий во всехотрасляхпромышленностиРоссииивыполнениемпрограммыЭнергосбережения, курируемой на Правительственном уровне. Разработка7методики расчета коэффициента полезного действия дуг ДСПТТ, ДСППТ,ПДСП позволит анализировать и прогнозировать расход электроэнергии впечах, выбирать рациональные режимы и способы плавки стали в ДСП иПДСП с наименьшим расходом электроэнергии и электродов за плавку.Дуги в сталеплавильных печах горят в их рабочем пространстве в парахметаллов при давлении, близком к атмосферному, что оказывает решающеевлияние на распределение мощности в дугах.

По данным В.Пашкиса, Н.В.Окорокова [70], ВНИИЭТО [69] для дуг сталеплавильных печей характерноследующее распределение электрической мощности: вся мощность дугипреобразуется в ней в тепловую, причем 80-90 % – в тепловой потокизлучения столба дуги, 10-20 % – в конвективный поток и тепловой потокэлектродных пятен.