Материал: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие.

КОРОТКАЯ СЕТЬ

Токоподвод вторичного напряжения (короткая сеть) является важной частью конструкции ферросплавной печи, он включает проводники тока от обмотки трансформатора к контактным щекам, щеки и электроды.

Электрический баланс мощной ферросплавной печи показывает, что потерн в короткой сети составляют около 35% общих потерь или 7— 15% подведенной мощности (в том числе 3—10% в шинах, трубах, щеках и 4— 12% в электродах).

По короткой сети мощных ферросплавных печей протекают токи силой в десятки тысяч ампер, что обусловливает появление вокруг проводников сильных магнитных полей. Поэтому многие явления, с которыми в обычных силовых сетях не считаются вследствие их незначительности, здесь приобретают большое значение. К ним от­ носятся поверхностный эффект и эффект близости, неравномерная нагрузка фаз по силе тока и мощности, индукционный нагрев ме­ таллических конструкций токопроводов и печи. При большой силе

и печью, а также к загрузке сети большой реактивной мощностью. При конструировании короткой сети мощных печей важно полу­ чить минимальное индуктивное сопротивление, прибегая к макси­ мальному сокращению длины сети, расположению проводников различных фаз возможно ближе друг к другу и бифилярности сети, выбору наивыгоднейшей формы сечения проводника с учетом того, что коэффициент самоиндукции уменьшается с увеличением отно­ шения периметра к площади поперечного сечения, а также макси­ мально возможному удалению проводников от массивных стальных конструкций.

Серьезное внимание должно быть обращено и на уменьшение активных потерь в токопроводе и, в частности, на хорошее охлажде­ ние его, так как с ростом температуры растет активное сопротивле­ ние проводника и, следовательно, потери электроэнергии в нем.

Экономичная плотность тока для медных шин составляет 1,5— 2,0, а для алюминиевых 0,8 А/мм2. Гибкие ленты или кабели токоподвода располагают по возможности в стороне от прямого воздей­ ствия тепла, выделяемого колошником. Желательно также защищать их от воздействия лучистой теплоты асбестовыми щитами или, еще лучше, заменять их водоохлаждаемыми кабелями. Плотность тока в гибкой связи допускают в 1— 1,7 А/мм2.

Кабели или ленты с неподвижного конца закрепляют в неподвиж­ ных башмаках шинного пакета, по которому подается ток от транс­ форматора, а у подвижного конца — в подвижных башмаках, от которых идет токопровод к щекам электрододержателя самой печи. Условия работы контактного башмака, расположенного над колош­ ником или вблизи него, очень тяжелы. Водяное охлаждение здесь обязательно. Рекомендуемая плотность тока в контактах башмаков должна составлять 0,1—0,2 А на 1 мм2 поверхности контакта,

452

Токоподвод от подвижного башмака к щекам электрододержателя выполняют, как правило, в виде охлаждаемых водой труб размерами 50/30, 60/40 или 80/50 мм, т. е. с толщиной стенки 10— 15 мм. Плот­ ность тока в медных водоохлаждаемых трубах можно принимать равной 4—7 А/мм2. Наиболее слабыми местами токопровода, вызы­ вающими большое количество простоев, являются контакты. Необ­ ходимо, где это только возможно, заменить контактные соединения сваркой.

На рис. 168 показана схема взаимного расположения проводни­ ков, идущих от трансформатора к печи. При таком расположении проводников их соединение «треугольником» осуществляют вблизи печи. На участке А В бифилярность осуществлена полностью, но участок ВС может дать значительную асимметрию. Схема, изобра­ женная на рис. 169, по которой соединение «треугольников» осуще­ ствляется на самих электродах, позволяет получать токопровод с хорошо компенсированными магнитными потоками. Пример токоподвода с соединением «звездой» между электродами показан на рис. 170, но такая схема не обеспечивает одинаковые условия ком­ пенсации для всех трех фаз.

Величины активного и индуктивного сопротивлений короткой сети определяют электрические характеристики печи.

На рис. 171 показаны две электрические характеристики печей. Обе характеристики построены для одинаковых ступеней напряже­ ния трансформаторов одинаковых номинальных мощностей. Разли­ чие этих характеристик объясняется различием активного RK с и реактивного Х к с сопротивлений короткой сети этих печей из-за различного конструктивного оформления.

Рассмотрение графиков электрических характеристик показы­ вает, что при увеличении силы тока активная и полезная мощности печи возрастают до определенного предела, а затем понижаются вследствие ухудшения cos ср и увеличения электрических потерь. Максимум активной мощности соответствует cos ср = 0,707 (при <р = 45°). Максимум же полезной мощности получается при более высоком cos <р, равном примерно 0,78. Это говорит о том, что печи не должны работать при cos ср, меньшем чем 0,78. Следует отме­ тить, что при повышении индуктивного сопротивления снижение мощности печи наступает при меньших значениях силы тока

(рис. 171, б).

Потери в токоподводящей сети, характеризуемые кривой потерь (линия Рпот), повышаются пропорционально квадрату силы тока печи. В верхней части кривой величины этих потерь возрастают сильнее, чем величины полезной мощности печи. Поэтому работают обычно по режиму, определяемому только повышающейся частью ветви кривой Рпол при достаточно высоком cos ср. Это уменьшает активные и реактивные электрические потери.

Обеспечение удовлетворительных электрических характеристик (cos ср и Р,пол) печной установки при заданном рабочем напряжении все более затрудняется по мере увеличения мощности печи ввиду роста индуктивного сопротивления печного контура.

. .453

Уменьшение величины Хк с может быть получено применением тока пониженной частоты (25 и 16 г / 3 Гц), однако обеспечение пита­ ния мощных печей такими источниками энергии встречает большие

Рнс. 171. Электрические характеристики печей с одинаковыми трансформаторами и различ­ ными параметрами коротких сетей:

технические трудности, и в настоящее время для печей большой мощности (30— 100 MBA) применяют искусственную компенсацию реактивной мощности включением в цепь печи емкостного сопро­ тивления конденсаторной батареи.

эл е к т р о д ы

Вферросплавной промышленности широкое применение полу­ чили набивные самоспекающиеся (самообжигающиеся) электроды, основными преимуществами которых являются возможность изгото­ вления электродов большого диаметра и их низкая стоимость (они

454

в 3 раза дешевле графитированных и в 1,5 раза дешевле угольных). Угольные электроды применяют при выплавке кристаллического кремния, а графитированные — при производстве безуглеродистого феррохрома, металлических хрома и марганца и т. п. сплавов. Вопросы эксплуатации графитированных электродов были рассмо­ трены выше.

Обычно применяют круглые самоспекающиеся электроды диа­ метром до 1,5 м, реже на прямоугольных печах применяют плоские электроды размером до 3200x800 мм. Для обеспечения надежного контакта между электродом и щекой необходимо, чтобы форма электрода была геометрически правильной.

Основными составляющими электродной массы для самоспекающихся электродов являются антрацит и каменноугольный кокс. Антрацит характеризуется высоким содержанием углерода, большой механической прочностью, малой пористостью, низким содержанием золы и летучих. Каменноугольный кокс отличается относительно высокой зольностью (от 8 до 18%), но более низким электросопроти­ влением. Обычно в состав массы входит 49% термоантрацита, 23% смеси ( 1 : 1 ) графитированного кокса и графитированной стружки, 28% каменноугольного кокса и 23% (к массе сухой шихты) каменно­ угольного пека.

Электродная масса должна содержать не более 9% золы и от 13 до 19% летучих. Она должна быть хорошо перемешана, однородна по составу и не иметь загрязнений и посторонних включений. Тем­ пература ее размягчения должна быть не менее 65° С.

Самоспекающийся электрод представляет собой заполненный электродной массой металлический кожух с внутренними ребрами, выполненный из листовой стали толщиной от 1,25 до 3 мм. Кожух, изготавливаемый из отдельных секций длиной 1,4— 1,8 м, служит формой для электродной массы, предохраняет электрод от окисления воздухом, обеспечивает прохождение электрического тока от электрододержателя к обожженной части электрода, а также усиливает передачу тепла к верхней необожженной части электрода.

Назначение внутренних ребер состоит в увеличении поверхности соприкосновения с электродной массой для лучшего удержания последней и улучшении электропроводности и механической проч­ ности электрода. Число ребер колеблется в зависимости от диаметра электрода от 3 до 1 2 , причем высота ребра соответственно увеличи­ вается от 100 до 300 мм. Для улучшения сцепления с массой ребра надрезаются в виде «язычков», отгибаемых поочередно в разные

стороны.

Наращивание следующей секции кожуха осуществляют газовой сваркой или электросваркой постоянным током.

Основными источниками тепла для обжига электродной массы в процессе эксплуатации электродов служат: передача тепла по обо­ жженной части электрода из ванны печи; тепло, обусловленное со­ противлением контактов щека — электрод и сопротивлением столба электрода между контактными щеками и поверхностью колошника; теплоизлучение колошника и тепло, выделяемое сгорающими газами.

455

На рис. 172 показано примерное распределение температуры в области электродного зажима. Первая стадия обжига массы на длине около метра состоит в нагреве ее с 25 до 65° С, в результате чего кусковая масса размягчается и сливается в блок (если масса загружалась в твердом виде без предварительного подогрева). На втором участке длиной также около метра температура массы поднимается с 65 до 200° С у кожуха и до 350° С в центре электрода,

образуя так называемый «конус спека­ ния». Под контактные щеки масса посту­ пает еще пластичной. На последней стадии обжига, под щеками, на участке также длиной около 1 м, температура массы поднимается до 800° С и из-под щек электрод выходит обожженным. Участок в щеках является самым важ­ ным, так как здесь бурно выделяются летучие (пики при 500 и 700—750° С).

тактных щек примерно на 4—5 м; при загрузке жидкой массы — на 1 — 2 м.

Для обеспечения надлежащих условий обжига электрода наибо­ лее целесообразно применять автоматический непрерывный пере­ пуск его по заданной программе. При отсутствии такого устройства перепуск электродов следует проводить ежесменно. Промежуток между перепусками должен быть не менее 6 ч. Величина перепуска колеблется от 100 до 250 мм в зависимости от диаметра электрода, плотности тока в нем и технологических особенностей процесса.

Выход из щек необожженного электрода приводит к очень тяже­ лой аварии — обрыву электрода, часто связанному с высыпанием полужидкой массы на колошник печи. На закрытых печах такая авария сопряжена с дополнительными трудностями по удалению обломка из ванны печи.

456