Конструкции и проектирование электропечей
  3.3 Определение размеров электродов

Длина электрода lэл определяется высотой рабочего пространства ДСП:

где h1 - высота рабочего пространства от нижней точки подины до высшей точки свода, мм;

h2 - толщина свода, мм;

h3 - высота выступающей над сводом части уплотнителя электродного отверстия в своде, мм;

h4 - высота корпуса электрододержателя, мм;

h5 - запас длины электрода на однудве плавки, мм;

100-150 -запас длины электрода на случай "роста" футеровки свода при нагреве, мм.

Запас длины h5 приблизительно определяется следующим образом.:

где mэл - расход электрода на плавку, кг;

N - число плавок;

d - плотность электрода (1550-1600 кг/м3).

Определение диаметра электрода представляет собой сложную задачу, решение которой возможно на основе техникоэкономического анализа условий работы электрода в ДСП.

Во-первых, электрод является участком токоподвода, активное сопротивление которого обратно пропорционально Д2эл (т.к. площадь сечения электрода пропорциональна Д2). В части электрода, выступающей из под свода (до электрододержателя), электрическая мощность по закону Джоуля-Ленца представляет собой электрические потери. Аналогичная мощность, выделяющаяся в большей части электрода ниже свода, участвует в теплообмене рабочего пространства, увеличивая тепловую мощность ДСП. По оценкам Н.В. Окорокова, такое тепловыделение по механизму сопротивления внутри мощных ДСП сравнимо с мощностью тепловых потерь, составляя 5-6% мощности, выделяющейся в дугах. Во-вторых, через электрод вследствие высокой теплопроводности (порядка 100 Вт/м*К) происходят тепловые потери из-под свода в систему охлаждения уплотнителя электродного отверстия прямо пропорционально Д2эд (разность температуры велика). В-третьих, при удалении электрода из печи (для наращивания электродной свечи) происходят потери тепловой энергии, израсходованной на изменение энтальпии электрода пропорционально его массе, т.е. примерно Д2эл. В-четвертых, окисление электрода с боковой поверхности может увеличиваться пропорционально Дэл, хотя интенсивное окисление возможно и при малых значениях Дэл вследствие высокой плотности тока и сильного нагрева поверхности.

Кроме этого, необходимо иметь в виду, что электрод является элементом конструкции. Поэтому размеры и вес Электрода влияют на размеры и механическую прочность электрододержателя, механизма передвижения электрода и др.

Размера электрода, в частности диаметр Дэл имеют значение для создания направленного теплообмена в рабочем пространстве ДСП. Т.о. электрические потери в электроде обратно пропорциональны квадрату диаметра электрода, а тепловые потери прямо пропорциональны. Электрические потери в электроде сосредоточены на его внешнем участке от середины электрододержателя до внутренней поверхности свода. Причем тепло, выделяемое электродом внутри печи является полезным теплом.

Расход электродов включает в себя расход в результате распыления в самой дуге и окисления.

Расход на распыление в дуге неизбежен. По опытным данным он пропорционален количеству выделяющейся в дуге электроэнергии и составляет для графитированных электродов в сталеплавильных печах примерно 2 кг на 100 кВт*час электроэнергии.

Окисление электродов возрастает с повышением температуры прямо пропорционально окисляющейся поверхности (практически это боковая поверхность) и увеличивается с ростом кислородного потенциала печной атмосферы, в частности при недостаточном уплотнений электродных отверстий в своде (рис.3.5.).

Зависимость скорости окисления электрода на воздухе от температуры

Рис3.5. Зависимость скорости окисления электрода на воздухе от температуры: 1 - угольный электрод, 2 - графитированный электрод

В зависимости от качества уплотнения расход на окисление может изменяться в несколько раз.

При заданной силе тока зависимость расхода электродов в результате окисления имеет минимум при определенном Дэл. При очень малом Дэл вследствие высокой плотности тока электрод сильно нагревается и потому интенсивно окисляется, в особенности угольный (см. рис.3.5.). С увеличением диаметра электрода плотность тока уменьшается, электрод нагревается меньше (снижается его температура поверхности). При этом резко снижается интенсивность окисления, но возрастает боковая поверхность электрода. При чрезмерно больших диаметрах увеличение окисляющейся поверхности преобладает над снижением интенсивности окисления и расход электродов возрастает. Таким образом, диаметр электрода должен иметь оптимальное значение.

Стоимость эксплуатации электрода в течение плавки выражают следующим образом:

где - сумма электрических потерь в электроде за плавку, кВт*час;

- тоже тепловых потерь, кВт*ч;

m - расход электрода за плавку, кг;

K1 - стоимость электроэнергии, грн./кВт*ч;

K2- стоимость электрода, грн./кг.

Потери энергии в электроде делят на электрический К.П.Д., потому, что оплате подлежит электроэнергия, подводимая к установке.

Для n электродов стоимость эксплуатации равна N*n грн. Стоимость эксплуатации электрода в зависимости от его диаметра показана на рис.3.6.

Зависимость стоимости эксплуатации электрода от его диаметра

Рис.3.6. Зависимость стоимости эксплуатации электрода от его диаметра: 1 - при недостаточном уплотнении, 2 - при улучшенном уплотнении

Из рисунка 3.6 следует, что увеличение диаметра электродов меньше сказывается на стоимости их эксплуатации, чем уменьшение диаметра. С ухудшением уплотнения минимум стоимости сдвигается в сторону больших диаметров и стоимость эксплуатации сильно возрастает.

Диаметр электрода Дэл зависит от сила тока, который должен проходить по электроду. Наиболее желательно иметь соотношение между Iэл и Дэл соответствующее минимуму N. При этом выполняется одновременно условие минимального удельного сопротивления Sэл, a температура наружной части электрода колеблется от 500 до 550°С (при такой температуре окисление невелико).

Однако рассчитать теоретически это соотношение невозможно, т.к. оно зависит от местных условий.

Для практических расчетов можно использовать условие теплового равновесия: выделяемое внутри электрода при прохождении тока тепло должно отводиться его поверхностью.

На этом основании для наружной части электрода можно записать равенство мощностей (выделяемой при прохождении тока и отводимой поверхностью на единицу длины электрода):

Отсюда:

или

где Кn - безразмерный коэффициент увеличения сопротивления в результате влияния поверхностного эффекта (для электродов диаметром 300, 500, 750 мм соответственно равен 1,04, 1,10, 1,25);

- удельное электросопротивление электрода,

q - поверхностная нагрузка, характеризующая теплоотдачу с единицы поверхности электрода, Вт/см2.

При температуре поверхности t = 500°C, q = 2,0-2,1 Вт/см2.

Под величиной Iэл надо понимать среднеквадратичную силу тока, составляющую по данным Н.В. Окорокова для крупных печей примерно 0,8 вторичного номинального тока. Найденный диаметр электрода необходимо проверить по допустимой плотности тока (для печей Украины по Держстандарту, а для зарубежных – по каталогу).

или

  3.3 Определение размеров электродов
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ