Конструкции и проектирование электропечей
  1.6.1 Постановка задачи

Энергетический режим представляет собой график изменения мощности по ходу плавки в виде числа и величины ступеней мощности или напряжения электропечного трансформатора. Этому графику соответствует определенный расход электрической энергии, который задают специальному дозатору в виде программы плавки для автоматического регулирования и управления. Технологически рациональные соотношения геометрических размеров рабочего пространства ДСП обеспечивают благоприятное распределение тепловых потоков, величины которых зависят от мощности дуг, т.е. от подводимой к электродам мощности. Поэтому рациональный энергетический режим в течение плавки является необходимым условием правильной эксплуатации ДСП.

В разные периоды плавки энергетический режим будет отличаться. Энергоемкий процесс нагрева и расплавления твердой металошихты целесообразно проводить на максимально возможной мощности для сокращения длительности этого периода. Энергетический период (плавление) занимает свыше половины времени всей плавки. Расход энергии составляет 60-80% общего расхода электроэнергии.

Технология выплавки стали связана с меньшими энергозатратами, часть необходимой тепловой энергии может выделяться непосредственно в объеме жидкого металла при экзотермических реакциях. Энергетический режим технологического периода плавки должен обеспечивать необходимую температуру металла и футеровки.

В общем случае тепловую мощность, вводимую в печь в виде мощности нагрева Pн, можно представить в виде трех слагаемых:

где Pпол - полезная мощность;

Pакк - мощность, характеризующая скорость изменения энтальпии футеровки, т.е. восполнение энергии, аккумулируемой футеровкой

Pт.п. - мощность тепловых потерь.

Повышение температуры футеровки по ходу плавки вызывает снижение Pакк, но увеличивает Pт.п. Обе эти величины, как показывают данные энергетических балансов ДСП, одного порядка, что позволяет принять их сумму приблизительно постоянной. Это количество тепла не вызывает перегрева и разрушения футеровки, т.к. целиком поглощается и отводится от внутренней поверхности теплопроводностью.

Остальная часть мощности нагрева Pпол определяет теплообмен в свободном пространстве печи. В случае отсутствия экзотермических процессов и газокислородных горелок тепловая мощность ДСП выделяется в дугах. Поэтому считают, что и Pпол излучается частично на шихту, а частично - на футеровку. От футеровки эта мощность (не считая Pакк и Pт.п.) излучается (и отражается) на шихту. В начале плавки, когда шихта холодная, эта теплопередача будет значительной, а по мере нагрева шихты - будет снижаться согласно закону Стефана-Больцмана.

При разработке режима нагрева в энергетический период исходят из следующих условий:

  • расплавить металошихту за время э, определяемое величиной экономически оптимальной мощности ДСП Sном;
  • подвести соответствующее количество тепловой энергии Wp, определяемое из теплового баланса за этот период;
  • подводить мощность для компенсации тепловых потерь (Pт.п.) и нагрева футеровки (Pакк) таким образом, чтобы избежать перегрева футеровки.

Расчет процесса плавления шихты очень сложен, кроме того, практика показывает, что энергетический режим периода расплавления зависит от большого числа факторов, не поддающихся расчету (насыпная плотность шихты, способ ее укладки, количество тепла, потерянного при простоях и т.п.). Поэтому энергетические режимы отдельных плавок сильно различается.

Технические трудности плавного изменения мощности печного трансформатора зазывают необходимость ступенчатого регулирования (в виде ломаной линии).

На начальной стадии нагрева (см. рис.1.7) вводится только половина номинальной мощности. Затем начинается период закрытого горения дуг, когда перегрев футеровки невозможен. На этом участке вводят электротехнически допустимую максимальную мощность, призывающую номинальную в 1,2 и более раз. Затем мощность понижают во избежание перегрева футеровки.

График энергетического режима плавки в ДСП

Рис.1.7. График энергетического режима плавки в ДСП

Энергетический режим периода расплавления имеет несколько ступеней мощности, которые регулируют ступенями вторичного напряжения U. Применение трансформаторов c большим числом ступеней напряжения, переключаемых под нагрузкой позволяют вести процесс по любому заданному графику в зависимости от температуры футеровки и шлака.

Практические графики нагрева очень часто отличаются от расчетных. Например в крупнотоннажных ДСП при насыпной плотности шихты 0,8-1,2 т/м3 оказывается возможным почти все расплавление проводить на максимальной мощности, снижая ее только в конце периода, т.к. за время энергетического периода температура футеровки очень часто не достигает даже температуры шлака (TфTш).

  1.6.1 Постановка задачи
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ