Конструкции и проектирование электрических печей

       1.2.2 Электрическое  оборудование ДСП

       Рабочее напряжение электродуговых печей составляет 100 – 800В, а сила тока измеряется десятками тысяч ампер. Мощность отдельной установки может достигать 50 – 140 МВА. К подстанции электросталеплавильного цеха подают ток напряжением до 110 кВ. Высоким напряжением питаются первичные обмотки печных трансформаторов. На рисунке 8 показана схема электрического питания печи [8]

       В электрическое оборудование дуговой печи входят следующие приборы:

       1. Высоковольтный воздушный разъединитель  (ВВР), предназначен для отключения всей электропечной установки от линии высокого напряжения во время производства ремонтных работ на печи.

       2. Главный высоковольтный выключатель (ГВВ), служит для отключения под нагрузкой электрической цепи, по которой протекает ток высокого напряжения. При неплотной укладке шихты в печи в начале плавки, когда шихта еще холодная, дуги горят неустойчиво, происходят обвалы шихты и возникают короткие замыкания между электродами. При этом сила тока резко возрастает. Это приводит к большим перегрузкам трансформатора, который может выйти из строя. Когда сила тока превысит   установленный предел, выключатель автоматически отключает установку, для чего имеется реле максимальной силы тока.

       3. Трансформатор напряжения и трансформаторы  тока (ТН и ТТ) необходимы для понижения напряжения и тока. После них включают измерительные приборы.

       4. Печной трансформатор (ПТ) необходим  для преобразования высокого напряжения в низкое (с 6-10 кВ до 100-800 В). Обмотки высокого и низкого напряжения и магнитопроводы, на которых они помещены, располагаются в баке с маслом, служащим для охлаждения обмоток. Охлаждение  создается  принудительным  перекачиванием масла из трансформаторного кожуха в бак теплообменника, в котором масло охлаждается водой. Трансформатор устанавливают рядом с электропечью в специальном помещении. Он имеет устройство, позволяющее переключать обмотки по ступеням и таким образом ступенчато регулировать подаваемое в печь напряжение.

       5. При переключении масляных выключателей (МВ) можно изменить подаваемую  в печь мощность в 3 раза.

       6. Участок электрической сети от  трансформатора до электродов  называется короткой сетью. Выходящие из стены трансформаторной подстанции медные водоохлаждаемые трубы при помощи гибких, водоохлаждаемых кабелей подают напряжение на электрододержатель. Длина гибкого участка должна позволять производить нужный наклон печи и отворачивать свод для загрузки. Гибкие кабели соединяются с медными водоохлаждаемыми трубами, установленными на рукавах электрододержателей. Трубы непосредственно присоединены к головке электрододержателя, зажимающей электрод. Помимо указанных основных узлов электрической сети в нее входит различная измерительная аппаратура, подсоединяемая к линиям тока через трансформаторы тока или напряжения, а также приборы автоматического регулирования процесса плавки[10].  

       Рисунок 1.12 – Схема включения ДСП. 
 
 

       1.2.3  Электрод графитированный

       Графитированные электроды приеняют в сверхмощных  печах. Они обладают в 4--5 раз меньшим  удельным электросопротивлением (8--13 ом-мм^г1м), что позволяет допускать высокие плотности тока (34--14 а/см²). При одном и том же диаметре электродов в печи с графитированными электродами можно подавать значительно большую мощность. Графитированные электроды хорошо противостоят окислительному воздействию атмосферы печи. Диаметр электродов d рассчитывают, исходя из мощности трансформатора (силы тока), причем плотность тока не должна превышать допустимых величин [9]. 

             1.2.3 Устройство короткой сети

       Короткая  сеть является одним из важнейших  участков в электрическом контуре электропечной установки.

       Короткая  сеть – это совокупность проводников, соединяющих низковольтные выводы печного трансформатора с рабочей зоной ДСП (рисунок 1.2.1).

       Короткая  сеть состоит из трёх участков: медных труб с водяным охлаждением; гибкого токоподвода и медных токоподводящих труб, по которым ток подается непосредственно к электродам 

         
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 – жесткая часть токоподвода;

       2 – гибкая часть токоподвода; 

       3 – токоподводящие трубы;

       4 – подвижный башмак;

       5 – неподвижный башмак;

       6 – головка электродержателя;

        7 – электрод;

       8 – трансформатор

       Рисунок 1.13 – Короткая сеть

       Жесткий участок токоподвода выполняется медными трубами с водяным охлаждением.

       Гибкую  часть короткой сети изготавливают  из медных водоохлаждаемых кабелей. Длина гибкого участка должна обеспечивать возможность наклона печи и подъема и опускание электрода.

       Токоподводящие  трубы от подвижного башмака к электроду изготавливают из меди, внутри они водоохлаждаемые.

       Подвижный и неподвижный башмаки предназначены  для соединения жесткой части  с гибкой частью и гибкой части  с токоподводящими трубами. Башмак – это медная доска, зачастую водоохлаждаемый, со специальными креплениями.

       Присоединение концевых участков короткой сети с  выводами печного трансформатора осуществляется через компенсаторы. Гибкие компенсаторы представляют собой пакеты из тонких медных лент. Они выполняют следующие функции:

       - облегчают условия присоединения труб к выводам печного трансформатора при неизбежных отклонениях во время монтажа;

       - разгружают выводы трансформатора  от дополнительных механических нагрузок, возникающих при температурных расширениях шин КС и при вибрации бака трансформатора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 Расчетная часть 

       2.1 Выбор основных электрических  параметров дуговой сталеплавильной печи.

       2.1.1 Выбор мощности трансформатора  ДСП.

       Максимальную  мощность трансформатора можно ДСП  можно определить по формуле:

       

       

кВА.

       где  – вместимость печи;

         – средний коэффициент  мощности печной установки, принимаем           = 0,8;

         – время расплавления, принимаем = 0,75;

         – коэффициент использования  мощности трансформатора,      принимаем = 0,9;

        – практический расход энергии  за период расплавления с учётом тепловых и электрических потерь печью на 1 т. металла, кВт·ч/т, принимаем  =420 кВт·ч/т.

       Принимаем стандартный трансформатор типа ЭТЦПК – 160000/110 – 87У3. Номинальная  мощность 90000 – 40200 кВА.

       2.1.2 Определение вторичного напряжения.

       Высшую  ступень вторичного линейного напряжения современных ДСП различной мощности можно описать зависимостью типа:

       

       При =0,25 (методика Никольского Л. В.) = 240.

       

В.

       По  ходу плавки вторичное напряжение необходимо снижать согласно  энергетическому режиму. Низшая ступень вторичного напряжения определяется глубиной регулирования напряжения в виде соотношения

       

       

В.

       2.1.3 Определение ступеней вторичного  напряжения.

       Количество  ступеней для печей средней и  большой мощностей - от 8 до 23, принимаем 23 ступени. Разница между ступенями определяется по формуле:

       

В. 

       Таким образом, составляем таблицу:

 

       Таблица 1 – Напряжения ступеней трансформатора ДСП.

       Промежуточные ступени вторичного напряжения получаются изменением числа витков на первичных обмотках трансформатора и переключением схемы соединения первичных обмоток трёхфазных трансформаторов с треугольника на звезду.

       2.1.4 Определение величины силы номинального линейного тока, А.

       

А. 

       2.1.5 Расчет диаметра электрода dэл, мм.

       Наиболее  простой способ определения dэл - по допустимой плотности тока, которая установлена для электродов разного диаметра. Принимаем плотность тока Δi = 28 А/см².

       

 мм, 

       где       - номинальная сила тока в электроде, А.

       Принимаем =610 мм. 

       2.2 Выбор формы и определение  плавильного пространства печи.

       2.2.1 Объём ванны, занимаемый жидкой  сталью, м³:

       

м³,

       где  – удельный объём жидкой стали, ( = 0,145 м³/т ) ;

        – масса жидкого металла, т.

       2.2.2 Выбор рационального значения  соотношения /

       где    - диаметр зеркала металла;

        - глубина металла.

       Выбираем  /   =4,25.

       2.2.3 Выбор наиболее рациональной  формы ванны.

       Полная  глубина сфероконической ванны состоит из двух частей: глубины конической части ванны ( ) и глубины сферической части ванны ( ). Причем и .

       2.2.4 Диаметр зеркала металла.

       

,

       где   - объем жидкого металла, м³;

        - коэффициент, определяется  по формуле: 

       

       

 мм.

       2.2.5 Глубина жидкой ванны: 

       

 мм.

       2.2.6 Глубина конической части ванны:

       

мм.

       2.2.7 Глубина сферической части ванны:

       

мм.

       2.2.8 Диаметр сферической части ванны:

       

мм.

       2.2.9 Объём ванны, занимаемый жидким  шлаком.

       При расчете объема ванны, занимаемого  жидким металлом и шлаком, принимают  следующие значения плотности: для  стали  _ст = 7 т/м³, удельный объем _ст = 0,145 м³/т; для основного шлака _осн.шл = 3,2 т/м³, удельный объем _осн.шл = 0,312 м³/т. Кратность шлака принимаем К = 0,125.

       Таким образом,  для основного процесса

       

м³.

       2.2.10 Высота слоя шлака.

       Высота  слоя шлака может быть определена по упрощённой формуле: