Расчет электро-дуговой печи

Графитированные электроды изготавливают из малозольного нефтяного или пекового кокса  с добавками смолопека. Спрессованные  из них заготовки электродов обжигают сначала в газовых печах при  температуре около 1300⁰С, а затем в печах сопротивления при температуре 2500⁰С. После обжига и графитизации электроды подвергают механической обработке. Их изготовляют секциями. В торцах секций выполняют гнезда с винтовой резьбой. Соединение отдельных секций осуществляют с помощью цилиндрических или конических ниппелей (рисунок 9), которые обычно изготовляют из заготовок с повышенной прочностью. Ниппели для электродов с диаметром меньше 200 мм имеют резьбу с шагом 8,47 мм, а ниппели большего диаметра – 12,7 мм.

При диаметре электродов более 400 мм сборку отдельных секций электродов осуществляют не всухую, а на пасте или пеке. Кроме того, для свинчи вания электродов обязательно применять специальные устройства, которые  обеспечивают необходимое усилие при затяжке электродов. В противном случае от динамических усилий, возникающих при горении дуг, электроды развинчиваются, и ток в этих местах уже идет не по всему их сечению, а только по ниппелю, что приводит к их перегреву и обрыву. На дуговых печах малой вместимости применяют электроды диаметром 300 и 350 мм; средней 500 мм; большой 555 и 610 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9 - Соединение электродов посредством цилиндрического (а) и конического (б) ниппелей

 

При нормальной работе электропечей расход графитированных электродов на 1 т  жидкого металла составляет 4-6 кг при кислом и 6-9 кг при основном процессах выплавки стали. С целью уменьшения разъедания шлаком поверхности графитированных электродов их иногда пропитывают раствором борсодержащих соединений. При этом удельный расход электродов снижается на 25 %.

3. Расчет для определения размеров дуговой электросталеплавильной печи и ее основных электрических параметров

 

Печь  с номинальной емкостью 25 т, работающая с оптимальной садкой

₂₅

1,4 = 35 т.

 

 

Объем ванны

1 т жидкой стали занимает объем  0,14 м³, 1 т шлака — 0,333 м³. Кратность шлака составит 0,07.

Отсюда ванна печи после капитального ремонта иметь объем

(25

0,14) + (25 0,07 0,333) = 4,0828 м³.

3.1 Глубина и диаметр ванны

 

Примем следующие условия:

1) форма ванны — сфероконическая  (рисунок 10); 2) уровень шлака в  окислительный период плавки  совпадает с уровнем порога  загрузочного окна и с уровнем  нижней кромки выпускного отверстия; 3) отношение диаметра зеркала  ванны к глубине ванны D/H = 5; 4) высота сферической части ванны h₁ = 0,2 Н.

Объем ванны равен сумме объемов  усеченного конуса и шарового сегмента

V_B=

где    R — радиус зеркала ванны на уровне порога;

r — радиус шарового сегмента;

h₂  — высота усеченного конуса.

Так как по условию D = 5Н;   R = 2,5Н;   h₁ = 0,2Н;   h₂  = 0,8Н; 

d = D-2h₂  = 3,4Н; r = 1,7Н, то

Vв = 12,1H³, или 0,0968D³.

 

 

Рисунок 10 - Форма плавильного пространства дуговой печи

 

   Для объема = 4,0828 м³:

Глубина ванны Н = 696,43 мм 700 мм.

  Диаметр  зеркала D =3500 мм.

Диаметр сферической части ванны  d =2380 мм.

Высота сферической части h₁ = 140 мм.

Высота  конической части h₂ = 560 мм.

 

 

 

3.2 Размеры плавильного пространства

 

Уровень откосов на 200 мм выше уровня зеркала ванны, то диаметр плавильного пространства на уровне откосов

D_П.П  = 3500+200 = 3700 мм.

Высота  H₁ от порога до пят свода может быть принята равной

0,42D

0,44D,

т. е.    H₁  = 3500

0,44 =1540 мм.

Уклон стен рекомендуется равным 10% от высоты пят свода над уровнем  откосов, т. е.

Диаметр плавильного пространства на уровне пят свода 

D₁  = D_П.П+2

144 = 3988 мм.

Высота подъема для магнезитохромитового свода равна

h₃  =

Толщина свода 300 мм. Расстояние от зеркала ванны до центральной части свода равно

1540+462,5 = 2002,5 мм

 

 

3.3 Толщина футеровки

  На уровне верхнего края откосов  толщина стен равна 535мм; она составляется из 10мм асбеста, 65 мм пеношамота и 460 мм магнезита.

Толщина подины для печей с электромагнитным перемешиванием металла примерно равна 90% от глубины ванны, т. е. 765 мм. Футеровку подины образуют: 20 мм инфузорной земли или шлаковой ваты, 65 мм пеношамотного кирпича, 65 мм шамотного кирпича, 410 мм магнезитового кирпича (3×130 и 2×65 мм), 205 мм магнезитовой набойки.

3.4 Диаметр кожуха

 

Внутренний  диаметр кожуха равен 

D_K  = D_П.П+2

=3700 +2 535 = 4770 мм.

 

Кожух выполнен из железа толщиной 45 мм, то наружный диаметр кожуха

D_К.Н  = 6620 +2

45 = 6710 мм.

Печной  трансформатор предназначен для преобразования электроэнергии высокого напряжения (35 или 110 кВ) в электроэнергию низкого напряжения в пределах от 600 до 110 В в зависимости от мощности трансформатора.

Трехфазный  трансформатор имеет связанные  между собой три сердечника, на каждом из которых имеются по две  обмотки. Обмотки высокого напряжения в связи с малой силой тока выполняют из медного провода  небольшого сечения, а вторые обмотки  из медных шин большого сечения. Сердечник  с обмотками помещен в бак, заполненный маслом, которое является хорошим изолятором и охлаждающей  жидкостью. Печные трансформаторы бывают с естественной и принудительной циркуляцией масла.

Трансформатор устанавливают в отдельном помещении  как можно ближе к печи, что  способствует сокращению расхода меди и снижению электрических потерь.

Трансформатор оборудуют переключателем напряжения, предназначенным для  увеличения или снижения потребляемой мощности. Для этого на первичной  обмотке трансформатора делают несколько  отпаек, которые выводят на переключатель  ступеней напряжения. Переключение трансформатора с одной ступени на другую осуществляют масляными переключателями, имеющими приводы с дистанционным управлением  с пульта печи. На печах малой  вместимости переключение ступени  проводят при снятом напряжении, а  на печах большой вместимости  – под нагрузкой, что позволяет  сократить длительность переключения и общую продолжительность плавки, а также более рационально  расходовать электроэнергию во время  плавки. Переключение под нагрузкой  облегчается благодаря большому числу ступеней напряжения. Так, трансформатор  мощностью 25 МВ*А имеет 23 ступени  напряжения в пределах 417–131 В.

 

3.5 Выбор мощности трансформатора

 

Эмпирическое соотношение: кажущаяся мощность трансформатора

P _K=

,

  где P _K - в киловольт-амперах;

D_К.Н - наружный диаметр кожуха в метрах;

-продолжительность плавления  номинальной садки; 

Р _К  =

По практическим данным для периода  плавления

Р_ср = 0,8Р_К  =30600

Полезная мощность за период плавления

Р_пол = Р_срcos

= 24480

Здесь соs и -средние значения для периода плавления. Если принять расход электрической энергии на плавление 1 т шихты, подогрев металла выше температуры плавления на 100°, плавление и подогрев шлака равным 440 квт-ч, то для садки в 90т потребуется 440 90 = 39600 квт-ч. Для садки в 126 т потребуется 440 126 = 55440 квт-ч.

В первом случае выбранный трансформатор обеспечит плавление за 2,11 час ; во втором случае за 2,96 часа.

 

3.6 Выбор ступеней напряжения

При выборе верхней ступени вторичного напряжения рекомендуется следующее  эмпирическое соотношение

U_л=15

,

где Р_к—кажущаяся мощность трансформатора.

Для нашего примера U_Л= 15 . Для печей средней емкости (до 70 т) рекомендуется 8 ступеней напряжения, из них низшая не должна превышать 130 в. Плавное снижение мощности можно обеспечить при следующей величине промежуточных ступеней вторичного напряжения:

 

Треугольник     Звезда

1 ступень   470 в  5 ступень (470:1,73) 272 в

2 ступень  (470 0,85) 400 в  7 ступень (400:1,73) 231 в

3 ступень  (400 0.85) 340 в  9 ступень (340:1,73) 196 в

4 ступень  (340 0,85) 289 в  10 ступень (289:1,73) 167 в

6 ступень  (289×0,85) 245 в           11 ступень (245:1,73)   142 в

8 ступень  (245×0,85)  209 в           12 ступень (209:1,73)   121 в

 

 

3.7 Расчет диаметра электродов

Для трансформатора мощностью 30600 ква и вторичного напряжения 380в сила тока

I=

.

Диаметр электрода определяется по формуле

D=

,

где I-сила тока;

-удельное сопротивление электрода  при 500^O, для графитированных электродов = 10 ом/мм²´м;

k—коэффициент для графитированных электродов k=2,1 (вт/см²};

d=

.

Ближайший размер электродов, выпускаемых промышленностью, 610 мм. Сечение такого электрода равно 2920,985 см². Плотность тока для электрода

диаметром 610 мм

.

Останавливаем свой выбор на электроде  диаметром 610 мм.

3.8 Диаметр распада электродов

Равномерность излучения на стены достигается, когда отношение диаметра распада  электродов к диаметру зеркала ванны  близко к 0,3.

Для моего расчёта

d _расп = 0,3D = 0,3 5350 = 1605 мм.