Механическое оборудование печей

Опора печи и механизмы ее наклона

Для опоры корпуса печи на фундамент и для наклона печи при сливе металла служит люлька. Она (рис. 126, 3) выпол­нена в виде горизонтальной сварной коробчатой плиты с двумя опорными сегментами За. Механизм наклона может быть с гидравлическим (рис. 126, а) или электромеханическим (рис. 126, б) приводами. В первом случае подаваемая в гидроцилиндры 1 под давлением жидкость вызывает выдвиже­ние или опускание штоков 2, во втором- электродвигатели 6 с редукторами 4 обеспечивают продольное перемещение зубчатых реек 5. При перемещении штоков или реек опорные сегменты люльки перекатываются по горизонтальным фунда­ментным балкам опорных станин 7 печи, что вызывает кача­ние люльки и наклон печи.

Разновидности печей в зависимости от способа открывания для загрузки

Шихту в современные электродуговые печи загружают сверху с помощью корзин с открывающимся днищем (см. рис. 136,5).

В зависимости от способа открывания для загрузки свер­ху различаются печи с: а) поворотным сводом; б) выкатным корпусом; в) откатывающимся сводом. Эти печи отличаются компоновкой и устройством механического оборудования.

Печи с поворотным сводом бывают двух типов: с опорой механизма отворота свода на люльку и на отдельный фунда­мент. У современных печей первой разновидности (рис.127, а) свод 3 подвешен к полупорталу 2, который вместе с электродами 5 и системой их перемещения закреплен на по­воротном валу 8, опирающемся на люльку. Для загрузки ших­ты свод поднимают на 150-300 мм, подтягивая к полупорта­лу, а электроды поднимают из рабочего пространства. Затем вращением вала 8 отворачивают свод с электродами на угол 85°, открывая тем самым рабочее пространство. Наклон печи в сторону сливного желоба 11 и рабочего окна 4 обеспечи­вают качанием люльки. Печь с опорой механизма отворота свода на отдельный фундамент показана на рис. 129.

У печи с выкатным корпусом (рис. 127, б) портал 6 жестко закреплен на люльке 9, к порталу подвешен свод 3 и на портале крепятся электроды 5 с системой их перемеще­ния. Кожух 1 печи установлен на тележке 12, которая с по-

Ж

мошью ходовых колес 7 может передвигаться по рельсам, уложенным на люльке. Перед загрузкой свод поднимают, электроды выводят из рабочего пространства, после чего кожух выкатывают из-под портала в сторону рабочего окна 4. Люлька обеспечивает наклон печи вместе с порталом.

Распространена и другая разновидность печей с выкатным корпусом. В них портал со сводом и электродами опирается на два отдельных опорных сегмента. Кожух печи закреплен на люльке и выкатывается из-под портала вместе с люлькой. При наклоне печи люльку замковым устройством жестко сое­диняют с опорными сегментами портала, сегменты люльки и портала имеют одинаковый радиус кривизны, чем обеспечи­вается совместный синхронный наклон кожуха и портала.

В печи с откатывающимся сводом (рис. 127, в) портал 6 и кожух 1 опираются на общую люльку 9, причем портал установлен на ходовых колесах 7, и может перемещаться по рельсам, уложенным на люльке; к порталу крепится свод 3 с электродами. Перед загрузкой свод с электродами 5 подни­мают и портал откатывается, съезжая с люльки в сторону желоба 11 или рабочего окна 4. Качанием люльки обеспечи­вают наклон печи вместе с порталом; портал при наклоне жестко скрепляют с люлькой специальными упорами.

В настоящее время печи с выкатным корпусом и откаты­вающимся сводом считаются устаревшими. В последние годы строятся более совершенные печи с поворотным сводом. Мно­гие печи вместимостью выше 25 т (кроме высокомощных пе­чей) оборудуются механизмами поворота кожуха вокруг вер­тикальной оси и устройствами для электромагнитного пере­мешивания металла.

Механизмы подъема—поворота свода

Как отмечалось, печи с отворачиваемым сводом бывают двух разновидностей: с опорой механизма отворота свода с электродами либо на люльку, либо на отдельный фундамент.

Печи с опорой механизма отворота свода на люльку. Большая часть строившихся в последние десятилетия оте­чественных печей этого типа схожи с устройством 100-т пе­чи, схематически показанной на рис. 128. Корпус печи (на рис. не показан) опирается на люльку 8 через четыре опор­ных тумбы 9. Свод 12 подвешен к полупорталу, состоящему из двух Г-образных стоек 14, с помощью цепей 11, переки-

Рис. 128. Механическое оборудование печи с опорой механизмов подъема—пово-1>ота свода на люльку:

/ - поворотная плита; 2 — электродвигатель с редуктором; 3 — конический |у6чатый сектор; 4 — вал; 5 — подпятник; б — верхний опорный роликовый под­шипник; 7 — привод (электродвигатель и червячный редуктор с тяговым вин­том); 8 — люлька; 9 — опорные тумбы; 10 — механизм вращения; 11 — цепи; /.' - свод; 13 — ролики; 14 — Г-образные стойки; 15 — синхронизирующий вал; /ft — ролики опорных тумб; 17 — кольцевой рельс; 18 — ролики, предотвращаю­щие боковое смещение корпуса; 19 — корпус печи

путых через ролики 13. Концы цепей соединены с приводом 7 (электродвигатель и червячный редуктор с тяговым винтом), который перемещает цепи, обеспечивая подъем и опускание свода. Два привода 7 соединены синхронизирующим валом 15. Полупортал закреплен на литой стальной поворотной пли­те 1, которая одним концом насажена на поворотный вал 4 диаметром 750 мм. Вал закреплен в люльке, опираясь на подпятник 5 и верхний 6 и нижний роликовые подшипники. Нращение вала осуществляет электродвигатель с редуктором 2 через коническую шестерню, входящую в зацепление с коническим зубчатым сектором 3, закрепленным на валу 4. Ма поворотной плите 1 между Г-образными стойками закреп­лены три стойки механизма перемещения электродов (на рис. 128 не показаны).

При открывании печи для загрузки включают привод 7, приподнимая свод на 150-300 мм, и поднимают электроды, выводя их из рабочего пространства. Далее включают привод 2, поворачивая вал 4 на угол в 80°; вместе с валом вокруг его оси поворачивается плита 1 и закрепленные на ней пор­тал, свод и электроды, открывая рабочее пространство сверху.

Печь снабжена механизмом вращения ванны. Он предназна­чен для поворота печи вокруг вертикальной оси на 40° в одну и другую сторону относительно нормального положения. Это позволяет во время плавления при трех, положениях ко­жуха проплавлять в шихте девять "колодцев", что сокращает время расплавления шихты. Возможность вращения обеспечи­вается благодаря тому, что корпус 19 печи посредством прикрепленного к нему кольцевого рельса 17 опирается на ролики 16 опорных тумб 9. Один или два механизма вращения 10 установлены на люльке; каждый из них состоит из элект­родвигателя с редуктором, выходной вал которого входят в зацепление с закрепленным на корпусе печи зубчатым секто­ром, благодаря чему вращение вала вызывает поворот корпу­са. При включении механизма 10 и вращении корпуса кольце­вой рельс 17 катится по роликам 16, а ролики 18 предот­вращают боковое смещение корпуса. На высокомощных печах в таком механизме нет необходимости, поскольку в процессе расплавления вокруг трех электродов образуется, общая пла­вильная зона или колодец (см. рис. 137), а не три отдель­ных проплавляемых колодца, характерных для Невысокомощных печей.

Печи с опорой механизма отворота свода на отдельный фундамент эксплуатируются уже много лет. Имеется несколь­ко их разновидностей. Современных вариант устройства рас­смотрим (рис. 129) на примере отечественной высокомощной печи (ДСП-100И6). Корпус печи жестко закреплен на люльке 1. Он включает нижнюю часть 2 (опору ванны) из стального листа и стеновой каркас 3 из труб со стеновыми панелями 4 и рабочим окном 5. Водоохлаждаемый свод 6 с помощью четы­рех гибких тяг 7 подвешен к двум консолям 8, которые объединены в общую жесткую конструкцию с порталом 13 и шахтой 18. В нижнем положении Портал опирается на люльку через закрепленные на ней две тумбы 14, а свод 6 — на корпус печи. В шахте 18 размещены три гидроцилиндра, ко-

А гг

Рис. 129. Печь с опорой механизма подъема—поворота свода на отдельный фун­дамент:

/ — люлька; 2 — кожух печи (нижняя часть); 3 — стеновой каркас; 4 — стено-ные панели; 5 — рабочее окно; 6 — водоохлаждаемый свод; 7 — гибкие тяги; Н - консоли; 9 — хомут; 10 — пружинно-гидравлический механизм; 11 а,б,в — короткая сеть; 12 — телескопические стойки электрододержателей; 13 — пор­тал; 14 — тумбы; 15 — направляющие колонны; 16 — конический хвостовик ка­ретки; 17 — каретка; 18 — шахта; 19 — ролики; 20 — поворотная платформа; 71 — опорный вал; 22\ — дугообразные рельсы; 23 — опорные ролики; 24, 25 — идроцилиндры; 26 — выступ

торые перемешают телескопические стойки 12 электрододер-жателей. Электроды в электрододержателе зажимают с по­мощью хомута 9 и пружинно-гидравлического механизма 10; ток от гибких кабелей к электрододержателям подводят водоохлаждаемыми медными трубами 11 а.

Механизм отворота свода с электродами расположен на отдельном фундаменте и включает поворотную платформу 20 с закрепленными на ней двумя направляюшиими колоннами 15 и перемещаемую по ним вверх-вниз с помощью системы роликов 19 каретку 17. При открывании рабочего пространства печи вначале из него выводят электроды путем подъема стоек 12. Одновременно с помощью двух гидроцилиндров 25 перемещают каретку 17 вверх; при этом конический хвостовик 16 карет­ки входит в соответствующее отверстие портала, а выступ 26 прилегает к шахте. Движущаяся вверх каретка поднимает портал, консоли и шахту и закрепленные на них свод и электроды. После подъема свода на 200—300 мм каретку 17 останавливают и с помощью гидроцилиндра 24 начинают пово­рот платформы 20 вокруг опорного вала 21; опорные ролики 23 платформы при этом движутся по дугообразным рельсам 22. Вместе с платформой вокруг оси 21 поворачиваеется все приподнятое кареткой оборудование, включая свод и элект­роды; поворот ведут до полного открывания рабочего прост­ранства печи.

Эта печь, как и все новые высокомощные, имеет гидрав­лические приводы основных печных механизмов, являющися более быстродействующими, чем электромеханические.

5. Электроды и механизмы для их зажима и перемещения

Ток в плавильное пространство дуговой электропечи посту­пает по электродам. Выдерживать высокие температуры и сохранять в то же время достаточную прочность и хорошую электропроводность могут только изделия из углерода. При­меняемые в электросталеплавильном производстве так на­зываемые графитированные электроды изготовляют из мало­зольных углеродистых материалов: нефтяного или пекового кокса с добавкой связующего — каменноугольного пека. Раз­молотый кокс после прокаливания при ~ 1300 °С смешивают с расплавленным пеком в обогреваемых (до 150 °С) смесите­лях. Далее смесь прессуют в заготовки и обжигают их в га-

зовых печах при 1300 °С, а затем в электрических печах при температурах 2500—2700 °С, достигаемых за счет про­пускания через них тока силой 60—120 кА.

Обожженные заготовки подвергают механической обработ­ке, придавая им форму цилиндра.

Удельное электросопротивление графитированных электро­дов равно 8—13 мкОм ■ м; в соответстии с ГОСТ допустимая плотность тока для электродов диаметром от 100 до 610 мм находится в пределах от 35 до 12—14 А/см², уменьшаясь с ростом диаметра электрода. Для высокомощных печей в по­следнее время организовано производство графитированных электродов с особо низким удельным электросопротивлением, допускающим в электродах диаметром 500-600 мм плотность тока до 25—30 А/см² (вместо 12—14 А/см² для обычных).

Диаметр электродов, см, рассчитывают по допустимой плотности тока (»_доп, А/см²):

D = V4l/(ni_aon),

где / — сила тока в электроде, А.

Электроды изготавливают в виде цилиндрических секций диаметром от 100 до 610 мм и длиной до 1500 мм. Работаю­щий на печи электрод получают соединением нескольких сек­ций. Для этого в каждом торце секций имеется гнездо с винтовой нарезкой, куда ввинчивают ниппель, соединяющий две секции (рис. 130).

В процессе эксплуатации нижняя часть электрода окис­ляется и разрушается потоком электронов дуги, т.е. элект­род укорачивается. Поэтому с целью поддержания постоянст­ва длины дуги электрод постепенно опускают. Когда элект-рододержатель приближается к своду, производят "перепус-

Рис. 130. Соединение электродов при помощи цилиндрического (а) и конического (б) нип­пеля

кание" электрода: разжимают электрододержатель, поднимают его вверх и захватывают (зажимают) электрод на более вы­соком уровне, чтобы можно было вновь постепенно опускать его по мере укорачивания. Периодически производят также "наращивание" электродов — к верху укоротившегося элект­рода с помощью ниппеля присоединяют очередную секцию.

Расход графитированных электродов на 1 т стали состав­ляет при основном процессе 4—9 кг, при кислом 4—6 кг.

Механизмы для зажима и перемещения электродов

Каждый из трех электродов имеет свой независимый механизм зажима и перемещения. Механизм состоит из электрододер-жателя и устройств, обеспечивающих перемещение его с электродом в вертикальном направлении. Применяются ме­ханизмы перемещения электродов двух типов: с кареткой и с телескопической стойкой. В первом (рис. 131, а, б) элект­рододержатель рукавом 7 крепится к каретке 5, которая на направляющих роликах перемещается по неподвижной верти­кальной стойке. Во втором (рис. 131, в) рукав 7 электро-додержателя закреплен на подвижной стойке, перемещающейся внутри полой вертикальной неподвижной стойки. Подвижную часть механизмов снабжают противовесом, что позволяет уменьшить мощность привода. Привод, перемещающий электро-

Рис. 131. Механизмы зажима и перемещения электродов с кареткой (а, б) и телескопической стойкой (в):

/ — привод; 2 — противовес; 3 — неподвижная стойка; 4 — канат; 5 — каретка; б — блок; 7 — рукав электрододержателя; 8 — электрод; 9 — рейка; 10 — под­вижная стойка; 11 — гидроцилиндр; 12 — поршень

ды со скоростью 0,6—3 м/мин, может быть гидравлическим (рис. 131, в) или электромеханическим с передачей движе­ния от электродвигателя с помощью системы канатов и бло­ков (рис. 131, а) или зубчатой рейки (рис. 131, б).

Электрододержатель служит для зажима и удержания электрода в заданном положении и для подвода к нему тока. Он состоит из рукава и закрепленных на нем головки, за­жимного механизма и токоподвода. Наибольшее применение получили электрододержатели с пружинно-пневматическим ме­ханизмом зажима электрода. Конструктивное исполнение электрододержателей отличается многообразием, но в зави­симости от способа зажима электрода в головке их можно свести к двум разновидностям.

В одной (рис. 132, а) головка выполнена в виде кольца или полукольца и подвижной нажимной колодки. Электрод в рабочем положении зажат в кольце колодкой за счет усилия пружины. Если нужно освободить электрод, то в пневмо-цилиндр подают воздух, поршень и рычажный механизм сжи­мают пружину, перемещают колодку вправо, освобождая электрод. Во второй разновидности (рис.132, б) головка состоит из неподвижной колодки и хомута, охватывающего электрод. Электрод прижат к токоведущей колодке с помощью хомута за счет усилия пружины, передаваемого рычажной си­стемой 7. При подаче воздуха в пневмоцилиндр хомут сме­щается влево, освобождая электрод. На новых высокомощных печах вместо пружинно-пневматических устанавливают схожие с ними пружинно-гидравлические механизмы зажима электро­дов; общий вид такого механизма представлен на рис. 129.

з 9 5 6 б

Главный или высоковольтный выключатель предназначендля разрыва высоковольтной цепи под нагрузкой. Его устройство обеспечивает гашение электрических дуг, возни­кающих между контактами выключателя в момент их разъеди-

нения. В зависимости от спо­соба гашения дуги различают масляные, воздушные, элект­ромагнитные и вакуумные вык­лючатели. В масляном выклю­чателе^ дугу размыкания гасит минеральное масло, заполняю­щее бак выключателя. В воз­душном дугу гасит поток сжа­того воздуха; благодаря от­сутствию масла он является пожаро- и взрывоопасным. В электромагнитных выключате­лях гашение дуги производит­ся создаваемым в момент раз­мыкания контактов поперечным

Рис.133. Схема электропитания дуговой печи: КВН — кабель высокого напряжения; Р — разъединитель; ГВ - главный выключатель; ТН — трансформатор напряжения; ТТ — транс­форматоры тока; Др — дроссель (реактор); ШВ — шунтирующий выключатель; ПТ — печной трансформатор; ПСН — переключатель ступеней напряжения; ПД/Y — переключатель "треуголь­ник—звезда"; 1 — электрод; 2 — дуга; 3 — металлическая ванна

магнитным полем. Преимуществом этих выключателей является то, что они не нуждаются в сжатом воздухе и изоляционном масле. Вакуумные выключатели, используемые в цепях с на­пряжением 110 кВ и более, отличаются высоким сроком служ­бы, поскольку их контакты расположены в запаянной вакуум­ной дугогасительной камере.

Главный выключатель служит для всех оперативных вклю­чений и выключений печной установки во время ее работы. Кроме того, по сигналам соответствующих датчиков он отключает установку при нарушении нормального режима ра­боты (росте силы тока в короткой сети, повышении темпера­туры масла в системе охлаждения трансформатора и темпера­туры воды в системе охлаждения элементов печи и др.).

Дроссель или реактор служит для стабилизации горения дуг и ограничения токов короткого замыкания путем введе­ния в цепь индуктивного сопротивления и выполнен в виде трех обмоток с сердечниками, помешенными в кожух с мас-

лом. Большое число витков в обмотках обеспечивает высокое индуктивное сопротивление дросселя. Иногда дроссель уста­навливают в одном кожухе вместе с трансформатором.

При включенном дросселе коэффициент мощности cos^p установки снижается, поэтому' после того, как в ванне на­копится много жидкого металла и дуги начинают гореть устойчиво, дроссель отключают, шунтируя его с помощью вспомогательного масляного выключателя.

На печах с трансформатором мощностью > 10 MB • А индук­тивное сопротивление трансформатора и короткой сети дос­таточно велико и в дросселе нет необходимости.

Печной трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии высокого напряжения в энергию низ­кого напряжения. Трехфазный печной трансформатор состоит из трех связанных между собой сердечников, на каждом из которых закреплены обмотки высокого и низкого напряжения. Сердечник с обмотками помещены в кожух, заполненный тран­сформаторным маслом, являющееся изолятором и охлаждающее трансформатор. В трансформаторах мощностью > 5 MB • А при­меняют принудительную циркуляцию масла, которое пропуска­ют через водяной маслоохладитель. У некоторых трансформа­торов мощностью до 10 MB • А в кожухе с маслом дополнитель­но размещен дроссель, а у многих высокомощных — переклю­чатель ступеней напряжения, работающий под нагрузкой.

Мощность печных трансформаторов с течением времени увеличивают. Ранее мощность выбирали исходя из того, что полностью она используется только в период расплавления шихты, а в течение окислительного и восстановительного периодов — лишь на 30—70 %, так как после расплавления уменьшается потребность в подводимом в печь тепле. Поэто­му из-за низкой степени использования дорогостоящего высокомощного трансформатора считали более экономичным ставить на печь более простой и дешевый маломощный транс­форматор. В последние 10—15 лет сооружают дуговые печи преимущественно с высокомощными (600—900 кВ • А на 1т стали) трансформаторами, которые расплавляли бы шихту примерно за 1 ч. Эффективное использование высокой мощ­ности обеспечивается при этом за счет изменения техноло­гии плавки — вынесения основных операций рафинирования из печи в ковш. Данные о мощности трансформаторов на вновь сооружаемых и старых печах приведены ниже:

Вместимость печи, т 6 12 25 50 100 150 200

Мощность трансформа­тора, MB ■ А:

рекомендуемая 4 8 12,5 32 80 90 125

на старых печах 2,8-4 5-8 9-12,5 15-50 25-50 - 45

Печные трансформаторы конструируют так, что в период плавления они могут работать с перегрузкой в 20%. Переключатель ступеней напряжения служит для регулирова­ния мощности, отдаваемой печным трансформатором, что достигается путем изменения вторичного выходного напряже­ния трансформатора, т.е. напряжения на его низкой сторо­не. Для регулирования выходного напряжения в первичной высоковольтной обмотке делают несколько отпаек, выведен­ных на переключатель напряжения. Включая в работу большее или меньшее число витков первичных обмоток изменяют коэф­фициент трансформации и, тем самым, напряжение во вторич­ных обмотках, т.е. выходное напряжение трансформатора. Приводом переключателя обычно управляют дистанционно из пульта управления печи.

У печных трансформаторов мощностью 15—20 MB • А и бо­лее применены переключатели с 23 ступенями напряжения, позволяющие производить переключение под нагрузкой и рас­полагаемые в одном кожухе с трансформатором. Для менее мощных трансформаторов предусмотрены отдельные переключа­тели с 2—12 ступенями напряжения, они могут работать лишь при снятой нагрузке (отключенном главном выключателе).

На малых печах используют переключение обмоток высоко­го напряжения со схемы соединения "треугольник" на схему "звезда" и наоборот; переключение с "треугольника" на "звезду" уменьшает вторичное напряжение в 1,7 раза.

Короткой сетью называют токоподвод от трансформатора до головки электрододержателя. Она включает шины, идущие от трансформатора через стены трансформаторного отделе­ния, гибкие кабели от стены до рукава электрододержателя и шины или водоохлаждаемые трубы над рукавом электродо­держателя. На рис. 129 показаны элементы короткой сети 100-т дуговой печи — водоохлаждаемая токоведущая труба Па, гибкий кабель 116 и шина lie, идущая к трансформа­тору.

Поскольку на пути от трансформатора до электродов про­текает ток большой силы (до 50—100 кА), а электрические

потери в цепи пропорциональны величине тока в квадрате, длину короткой сети стараются делать минимальной, а печ­ной трансформатор устанавливают возможно ближе к печи. Длина гибкого участка должна обеспечить возможность наклона печи и подъема и опускания электродов; гибкие кабели на крупных печах делают водоохлаждаемыми.

Автоматический регулятор мощности или регулятор поло­жения электродов служит для поддержания заданной длины и мощности дуги на каждой ступени напряжения трансформато­ра. Мощность дуги при неизменной величине подводимого напряжения можно изменять, регулируя длину дугового про­межутка (длину дуги); при увеличении длины дугового про­межутка растет его электросопротивление, вследствие чего снижается сила тока дуги и, следовательно, ее мощность.

Автоматический регулятор, устанавливаемый на каждой фазе, используя в качестве входных сигналы, пропорцио­нальные силе тока и напряжению короткой сети, поддержи­вает неизменным заданное соотношение между напряжением и силой тока фазы, что при постоянном напряжении трансфор­матора обеспечивает постоянство силы тока, длины и, тем самым, мощности дуги. Если длина и сила тока дуги по какой-то причине изменились, регулятор воздействует на привод, который перемещает электрод до тех пор, пока будет восстановлено заданное соотношение между током и напряжением, т.е. заданная мощность дуги.

Контрольная и защитная аппаратура. На стороне высокого напряжения в главной цепи установлены (см. рис. 133) трансформаторы тока и напряжения, которые служат для под­ключения контрольно-измерительной и сигнальной аппаратуры и реле максимального тока, отключающего установку при аварийных коротких замыканиях. От трансформаторов тока, расположенных на шинах после печного трансформатора, и подаваемого напряжения короткой сети питается еше одна группа аппаратов: контрольно-измерительные приборы, авто­матический регулятор мощности (см. выше) и реле макси­мального тока, защищающее трансформатор от перегрузки (отключающее установку при полуторакратном увеличении тока в течение 10 с).

Устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла. Таким устройством оборудованы многие печи вмес­тимостью более 25т, работающие по традиционной технологии

Рис. 134. Схема электромаг­нитного перемешивания ме­талла в дуговой печи в ре­жиме скачивания шлака (а) и перемещения ванны (б): 1 — статор; 2 — обмотка

с окислительным и восстановительным периодами. Устройство обычно включают во время восстановительного периода и при сливе шлака. Перемешивание ускоряет выравнивание состава и температуры металла, раскисление, десульфурацию и уда­ление неметаллических включений, облегчает скачивание шлака.

Под днищем печи, выполненным из немагнитной стали, устанавливают (см. рис. 134) вытянутый сердечник (ста­тор), изогнутый по форме днища, с двумя обмотками. Обмот­ки статора питаются двухфазным током низкой частоты (0,5—2 Гц) с углом сдвига фаз 90°, что создает в металле бегущее магнитное поле. Взаимодействие перемещающегося магнитного потока с наводимыми им в металле вихревыми токами вызывает перемещение нижних слоев металла в опре­деленном направлении, верхние слои металла начинают при этом перемещаться в противоположном направлении. Измене­ние направления движения металла достигают переключением полюсов одной из обмоток. Расход электроэнергии на элект­ромагнитное перемешивание составляет 5—20 кВт • ч/т.

5 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Электрическая дуга является основным источником тепла в дуговой сталеплавильной печи. Электрическая дуга или ду­говой электрический разряд в газовой среде — это поток электронов и ионов между анодом и катодом. При приложении к последним напряжения достаточной величины происходит эмиссия электронов с катода которые, соударяясь с моле­кулами газа в межэлектродном пространстве, вызывают их ионизацию; при этом положительно заряженные частицы дви­жутся к катоду, а электроны к аноду, создавая дугу. Дви­жущиеся к аноду электроны бомбардируют его, в результате

чего кинетическая энергия электронов превращается в теп­
ловую и световую, аналогичный процесс идет на катоде,
бомбардируемым положительно заряженными частицами; темпе­
ратура бомбардируемого пятна анода составляет
3600-4000 °С, катода 3200-3600 °С, а температура столба
дуги достигает 6000 °С.

В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между элект­родами и металлом (жидкая ванна, нерасплавившаяся шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных га­зов и паров металла и шлака. Поскольку дуговые печи пита­ются переменным током, в течение каждого полупериода ме­няются катод и анод, а напряжение и сила тока дуги дости­гают максимума и проходят через ноль. Эмиссия электронов с катода существенно облегчается при повышении температу­ры катода, поэтому в дуговой печи после расплавления ших­ты дуга горит более устойчиво, чем в начале плавки при холодной шихте. Длина дуги на больших высокомощных печах может достигать 150—200 мм, сила тока 60—100 кА.

Мощность печного трансформатора и дуги. Как уже отме­
чалось (п. 5, § 1), в течение многих лет дуговые печи,
работавшие по традиционной технологии с окислительным и
восстановительным периодами, оснащали трансформаторами с
невысокой удельной мощностью (от 130 до

200—400 кВ • А/т). В последние 10—15 лет, как правило, сооружают печи с высокомощными трансформаторами (600—900 кВ • А/т). Требуемую мощность трансформатора оп­ределяют расчетом, задаваясь длительностью периода рас­плавления шихты, которую принимают в пределах 1,0— 1,2 ч. Связь между этими параметрами следующая:

т • cos <р • т)_эл • К '

где S — номинальная мощность трансформатора, кВ • А; Т — масса металлической завалки, т; Q — удельный расход электроэнергии за период плавления (расплавление шихты и нагрев металла и шлака до ~ 1550 °С), кВт • ч/т; т — дли­тельность расплавления, ч; cos <p — коэффициент мощности печной установки; т?_эл — электрический к.п.д. установки; К - коэффициент, учитывающий колебания электрического ре­жима из-за неустойчивости горения электрических дуг (К «0,85).

Величина Q на высокомощных печах составляет 400— 430 кВт • ч/т, на печах с трансформаторами невысокой мощ­ности 450—480 кВт • ч/т. Значение т)_эл изменяется в преде­лах 0,95—0,8 и определяется величиной электрических по­терь в короткой сети, снижаясь при росте этих потерь; cosy изменяется в пределах от 0,9 до 0,7—0,6, его сниже­ние означает ухудшение использования отбираемой трансфор­матором из сети электроэнергии (снижение активной подво­димой в печь мощности р_л).

Подводимая от трансформатора в печь мощность (активная
мощность р_а) определяется по известному для трехфазной

цепи соотношению: р_а = {//cos <p, где U — величина

вторичного напряжения печного трансформатора, В; /— сила тока в короткой сети (сила тока дуги), А_г Полезная мощ­ность (суммарная мощность дуг) р_л меньше р_а и равна: Рл ⁼ РаЧэп- Таким образом, мощность дуг в основном опре­деляется величиной питающего напряжения и силой тока ду­ги, а также значениями cosy и п_эл. Характер зависимости между этими величинами при постоянном значении вторичного напряжения трансформатора показан на рис. 135.

Регулирование подводимой в печь мощности и мощности дуг осуществляют двумя способами: путем переключения сту­пеней вторичного напряжения печного трансформатора (в пределах от 110 до 600—900 В) и изменением силы тока дуги /. Регулирование / основано на следующей закономерности: при неизменном вторичном напряжении величина / зависит от

с<х<РЛи Р.мвт

Рис. 135. Электрические ха­рактеристики 100-т дубовой электропечи для ступени на­пряжения 486 В: р_а — активная мощность; р_д — мощность дуг; р_э„ — мощность электрических по­терь; Т}_эд — электрический к.п.д.; cos ip — коэффициент мощности; / — сила тока

чего кинетическая энергия электронов превращается в теп­
ловую и световую, аналогичный процесс идет на катоде,
бомбардируемым положительно заряженными частицами; темпе­
ратура бомбардируемого пятна анода составляет
3600-4000 °С, катода 3200-3600 °С, а температура столба
дуги достигает 6000 °С.

В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между элект­родами и металлом (жидкая ванна, нерасплавившаяся шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных га­зов и паров металла и шлака. Поскольку дуговые печи пита­ются переменным током, в течение каждого полупериода ме­няются катод и анод, а напряжение и сила тока дуги дости­гают максимума и проходят через ноль. Эмиссия электронов с катода существенно облегчается при повышении температу­ры катода, поэтому в дуговой печи после расплавления ших­ты дуга горит более устойчиво, чем в начале плавки при холодной шихте. Длина дуги на больших высокомощных печах может достигать 150—200 мм, сила тока 60—100 кА.

Мощность печного трансформатора и дуги. Как уже отме­
чалось (п. 5, § 1), в течение многих лет дуговые печи,
работавшие по традиционной технологии с окислительным и
восстановительным периодами, оснащали трансформаторами с
невысокой удельной мощностью (от 130 до

200—400 кВ • А/т). В последние 10—15 лет, как правило, сооружают печи с высокомощными трансформаторами (600—900 кВ • А/т). Требуемую мощность трансформатора оп­ределяют расчетом, задаваясь длительностью периода рас­плавления шихты, которую принимают в пределах 1,0— 1,2 ч. Связь между этими параметрами следующая:

т • cos <р • т)_эл • К '

где S — номинальная мощность трансформатора, кВ • А; Т — масса металлической завалки, т; Q — удельный расход электроэнергии за период плавления (расплавление шихты и нагрев металла и шлака до ~ 1550 °С), кВт • ч/т; т — дли­тельность расплавления, ч; cos <p — коэффициент мощности печной установки; т?_эл — электрический к.п.д. установки; К - коэффициент, учитывающий колебания электрического ре­жима из-за неустойчивости горения электрических дуг (К «0,85).

Величина Q на высокомощных печах составляет 400— 430 кВт • ч/т, на печах с трансформаторами невысокой мощ­ности 450—480 кВт • ч/т. Значение п_эл изменяется в преде­лах 0,95—0,8 и определяется величиной электрических по­терь в короткой сети, снижаясь при росте этих потерь; cosy изменяется в пределах от 0,9 до 0,7-0,6, его сниже­ние означает ухудшение использования отбираемой трансфор­матором из сети электроэнергии (снижение активной подво­димой в печь мощности р_а).

Подводимая от трансформатора в печь мощность (активная
мощность р_а) определяется по известному для трехфазной

цепи соотношению: {//cos <p, где U — величина

вторичного напряжения печного трансформатора, В; /— сила тока в короткой сети (сила тока дуги), А_г Полезная мощ­ность (суммарная мощность дуг) р_л меньше р_а и равна: Ря ⁼ Pa4w Таким образом, мощность дуг в основном опре­деляется величиной питающего напряжения и силой тока ду­ги, а также значениями cosy и т|_эл. Характер зависимости между этими величинами при постоянном значении вторичного напряжения трансформатора показан на рис. 135.

Регулирование подводимой в печь мощности и мощности дуг осуществляют двумя способами: путем переключения сту­пеней вторичного напряжения печного трансформатора (в пределах от 110 до 600-900 В) и изменением силы тока дуги /. Регулирование / основано на следующей закономерности: при неизменном вторичном напряжении величина / зависит от

cos<p,/it, р,мвт

активного и реактивного сопротивлений короткой сети (на данной печи относительно постоянных) и от сопротивления воздушного промежутка между электродом и металлом. Изме­няя величину последнего, т.е. длину дуги, достигают изме­нения / (при увеличении дугового промежутка его сопротив­ление возрастает и поэтому / уменьшается и наоборот).

Для каждой ступени вторичного напряжения находят опти­мальные значения /, для чего строят полученные на основа­нии расчетов графики, аналогичные показанному на рис. 135. Величину / и соответственно длину дуги выбирают, стараясь обеспечить высокую мощность дуги при возможно больших значениях т)_эл и costp. Учитывают также то, что в период плавления, когда излучение дуг передается окружаю­щему их лому, желательно работать с длинными дугами, т.е. при увеличенной их излучательной поверхности, а при жид­кой ванне — на более коротких дугах с тем, чтобы умень­шить облучение стен и свода печи. Выбранный оптимальный режим на каждой ступени напряжения поддерживают с помощью автоматических регуляторов мощности дуг.

Электрический режим печей, работающих по традиционной технологии, основывается на том, что по потреблению электроэнергии процесс плавки делится на два этапа: пер­вый включает период расплавления, в течение которого рас­ходуется ~ 2/3 общего количества электроэнергии (430— 480 кВт • ч/т), второй — окислительный и восстановитель­ный периоды, когда после расплавления металла потребность в подводимой мощности резко снижается. Во время окисли­тельного периода подводимая мощность должна обеспечить нагрев металла до температуры выпуска и компенсацию теп-лопотерь, а в восстановительный период преимущественно поддержание температуры металла на необходимом уровне и компенсацию теплопотерь. Соответственно в период плавле­ния работают на высших ступенях напряжения трансформатора и относительно длинных дугах, что обеспечивает высокую подводимую мощность и хорошую излучательную способность дуг, в окислительный период — на средних ступенях напря­жения и в восстановительный период — на низших ступенях и укороченных дугах, что снижает подводимую мощность и уменьшает излучение на футеровку печи.

На высокомощных печах технология плавки включает пери­од плавления и короткий окислительный период, проводимый

с нагревом жидкого металла. Значительную часть периода плавления, когда излучение дуг поглощается стальным ло­мом, экранирующим стены печи, работают на высших ступенях напряжения и длинных дугах (при относительно небольших токах), что обеспечивает хорошую излучательную способ­ность мощных дуг при высоких значениях cos <p (~ 0,9). После сформирования жидкой ванны, чтобы уменьшить облуче­ние стен печи переходят на работу с короткими при больших токах и напряжении высокомощными дугами. Такие дуги в значительной мере заглублены в ванну, что увеличивает пе­редачу тепла жидкому металлу, но из-за больших токов сильно снижается cos^> (до 0,7—0,6). Чтобы повысить эко­номичность электрического режима разработана технология работы с "пенистыми" шлаками: во время плавления и окис­лительного периода на шлак загружают порции мелкого кок­са, это вызывает вспенивание шлака пузырями СО, образую­щимися при окислении углерода кокса. Электрические дуги оказываются погруженными во вспененный шлак, что позволя­ет несколько увеличить длину дуг, уменьшив силу тока; при этом cos^p возрастает до 0,8—0,85. По такому режиму рабо­тают большинство высокомощных печей.