Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и постановка задачи.
1. Обзор состояния вопроса .6
2. Постановка задачи 15
3. Характеристика объектов исследования 16
Глава II. Электрические параметры вторичных токопроводов ферросплавных печей.
1. Активные и индуктивные сопротивления 24
2. Токораспределение по проводникам вторичного токопровода 31
3. Коэффициент мощности печей 48
4. Сравнительная оценка параметров цепи печного контура ферросплавных печей средней мощности .50
Глава III. Эксплуатационные характеристики вторичных токопроводов.
1. Механические свойства, микроструктура, удельное электрическое сопротивление материала шин после длительной эксплуатации 54
2. Определение надежности работы многоамперных шинопроводов по результатам эксплуатации 67
3. Тепловой режим проводников по участкам вторичных токопроводов. 72
4. Исследование дуговых разрядов в многоамперных шинопроводах из меди и алюминия 79 Глава ІV. Разработка рациональных конструкций элементов и узлов вторичных токопроводов ферросплавных печей.
1. Контактные сопротивления элементов вторичного токопровода 99
2. Анализ преимуществ шинного пакета с естественным воздушным охлаждением 114
3. Обоснование предельно возможных
токов в шинных пакетах 124
4. Разработка рациональной конструкции элементов вторичных токопроводов 130
5. Рекомендации по использованию вторичных токопроводов усовершенствованной конструкции 141
Глава V. Внедрение результатов исследования на действующих печных установках.
1. Внедрение усовершенствованных конструкций вторичных токопроводов на действующих электропечных установках 144
2. Экономическая эффективность применения вторичного токопровода совершенствованной конструкции на ферросплавных электропечах 145
Заключение 148
Литература 152
- Обзор состояния вопроса
- Активные и индуктивные сопротивления
- Механические свойства, микроструктура, удельное электрическое сопротивление материала шин после длительной эксплуатации
- Контактные сопротивления элементов вторичного токопровода
- Внедрение усовершенствованных конструкций вторичных токопроводов на действующих электропечных установках
Обзор состояния вопроса
Одним из элементов электрооборудования руднотермических электропечей является токопровода - совокупность проводников, соединяющих низковольтные выводы источника питания с рабочей зоной. Параметры токопровода оказывают значительное влияние на электрические характеристики электропечной установки и на техникоэкоми-ческие показатели работы печи.
Мощность потерь (Л-І) в токопровода современных электропечных установок достигает уровня 2000-3000 кВт и определяется, в числе других, фактором рационального исполнения вторичного токопровода.
Различают следующие элементы вторичного токопровода: (1-І) а) компенсаторы - гибкие ленты, соединяющие выводы низшего напряжения печного трансформатора с шинным пакетом;
б) шинный пакет - состоящий либо из прямоугольных шин, либо из трубчатых водо-охлаждаемых проводников;
в) неподвижный башмак - для соединения и передачи тока от шинного пакета к гибким проводникам;
г) пакет гибких проводников - для передачи тока от неподвижного башмака к подвижному;
д) подвижный башмак - для соединения и передачи тока от пакета гибких проводников к электрододержателю;
е) проводники и токопроводящие конструкции электрододержа теля;
ж) контактные щеки - для передачи тока от электрододержате ля к электроду;
з) электроды.
Активные и особенно индуктивные сопротивления токопровода оказывают определяющее влияние на характеристики электропечной установки.
Для компенсаторов применяется медная лента S= 0,5 мм и шириной 80-ІООмм (Л-2), из нее набираются пакеты равновеликого сечения длиной 500мм, либо алюминиевая $= 1,0мм длиной 300 мм (Л-3). Присоединение к выводам трансформатора и токопровода осуществляется с помощью болтового соединения.
При конструировании, изготовлении и монтаже компенсаторов (Л-І) необходимо учитывать, что, защищая выводы трансформаторов от механических нагрузок, компенсаторы могут явиться причиной серьезной аварии в виде короткого замыкания непосредственно на выводах трансформатора. Целесообразно не допускать излишней длины гибкой части компенсатора и устанавливать электроизоляционные перегородки.
В (Л-4) указывается, что выбор схемы короткой сети, проводников и их транспозиции обычно предшествуют расчету индуктивности, индуктивного сопротивления и токов. Геометрия токопровода должна быть определена до этого расчета исходя из ясного физического представления об электромагнитном поле этих проводников. Профиль проводников должен приниматься с максимальным средним геометрическим расстоянием сечения от самого себя. Широкое применение имеют шины прямоугольного сечения с соотношением сторон от 1:10 до 1:30.
С точки зрения уменьшения потерь энергии шихтованные пакеты целесообразно выполнять медными шинами с плотностью М,5А/мм (Л-2). Применение более низких плотностей тока ограничивается, с одной стороны, конструктивными трудностями, с другой стороны, необходимостью экономить медь. Из конструктивных соображений при токе более 50 кА применение шин для шихтованных пакетов становится затруднительным, поэтому следует применять трубошины.
Активные и индуктивные сопротивления
Для объективной оценки преимуществ той или иной конструкции токопроводов проведено исследование на действующих печах:
2,8 - с верхним токопроводов;
5,6 - с глубоким боковым вводом шинопроводов;
7 - типовой конструкции - ОКБ-260;
13 - закрытой печи реконструированной на базе печи 0КБ-4ІГ.
Схемы токопроводов печей отражены на рисунках 1-4. Определение индуктивных и активных сопротивлений печного контура проводилось по известной методике (Л-63,1). Полученные результаты сведены в таблице 6. Определенный интерес представляет анализ значений индуктивных сопротивлений участков печного контура исследованных печей, полученных расчетом по методике (1-29,30). Результаты расчета сведены в таблице 7.
На индуктивное сопротивление печного трансформатора приходится наименьшая доля (8-25$) суммарного сопротивления фазы печного контура; оно составляет 0,070-0,251 мОм (Л-І). Такой широкий диапазон значений X печных трансформаторов обусловлен различием в их конструкции. Более высоким индуктивным сопротивлением (0,145- 0,25 мОм) обладают трансформаторы стержневого типа, нашедшие широкое применение на печах средней мощности (печи Ш 7,13). Применение на печах Ш 2,8,5 трансформаторов с броневым магнито-проводом позволило получить индуктивное сопротивление фазы печного контура на 7-9$ меньше, поскольку у таких трансформаторов индуктивное сопротивление приблизительно в 2 раза ниже.
Механические свойства, микроструктура, удельное электрическое сопротивление материала шин после длительной эксплуатации
По мнению авторов (Л-2,4) одной из причин, препятствующих внедрению алюминия в конструкциях токопроводов рудовосстановительных электропечей является низкая стойкость в условиях металлургического производства. Отмечено, что вибрационные нагрузки, воздействия температуры могут привести к рекристаллизации и ускоренному старению алюминия и, как следствие, к разрушению токопровода. Однако данных по исследованию этих явлений не приводится. Для изучения влияния условий длительной эксплуатации на механические и электрические характеристики, а также на микроструктуру материала шин под руководством автора настоящей работы были проведены специальные исследования.
Для изготовления образцов были взяты фрагменты шин сечением 300x20 из шинопроводах, эксплуатировавшегося на печи РКО-20 около II лет. Была использована шина из участка пакета находящегося против проема в зонте печи, подверженного максимальному воздействию температуры колошника. Одновременно были изготовлены образцы из шины, не бывшей в эксплуатации и изготовленной по одной технологии способом непрерывной отливки в водо-охлаждаемый медный кристаллизатор.
Контактные сопротивления элементов вторичного токопровода
Конструктивное исполнение и условия работы контактных соединений вторичных токопроводов ферросплавных электропечей имеют ряд особенностей, отличающих их от электрических контактов, используемых в электрических машинах и аппаратах, в токопровода общепромышленных установок. Вместе с тем контактные соединения токопроводов дуговых электропечей освещаются в литературе в ограниченном объеме, а специальных исследовании их характеристик практически не проводилось. Наиболее подробно контактные соединения вторичных токопроводов дуговых электропечей освещены в (Л-1,33).
Электрические контактные соединения являются весьма важными элементами вторичного токопровода ферросплавной электропечи. Неправильная конструкция, некачественное выполнение и неудовлетворительное состояние электрических контактов вызывают нагрев и потери электроэнергии в контактных соединениях и могут быть причинами аварий, сопровождающихся простоями электропечей.
Следует отметить, что вопросы создания рациональных конструкций контактных соединений приобрели особую актуальность в связи с применением алюминия в элементах вторичных токопроводов и необходимостью соединения медных и алюминиевых проводников.
Основной характеристикой контактного соединения является его электрическое сопротивление. Сопротивление контактного соединения складывается из сопротивления металла контакта и переходного сопротивления контакта (Л-34,33,35,36).
Переходное (контактное) сопротивление обусловлено тем, что ток, прохода через токопроводящие участки, испытывает сопротивление вследствие стягивания линий тока. В реальных условиях переходное сопротивление состоит из суммы сопротивления стягивания и сопротивления пленки.
Однако присутствие пленок приводит к тому, что изменение переходного сопротивления носит нелинейный характер.
Для контактных соединений, полученных методом сварки, пайки, литья, выражения {2 9 ),(50) имеют ограниченную область применения, так как сопротивление электрического контакта не
- 101 подвержено влиянию такого важного фактора, как сила давления на контакт. Переходное сопротивление таких контактных соединений очевидно зависит от физических и химических свойств образующихся сплавов, твердых растворов, от наличия окисных пленок, а также, от качества выполнения контактного соединения.
Внедрение усовершенствованных конструкций вторичных токопроводов на действующих электропечных установках
Обеспечение все возрастающей потребности в ферросплавах в последние годы в нашей стране осуществлялось не только путем ввода новых мощностей, но и в значительной мере интенсификацией производства на действующих электропечах за счет их реконструкции при одновременном увеличении единичной мощности и улучшении технико-экономических показателей.
Реконструкция печных агрегатов, увеличение их мощности потребовали решения целого ряда вопросов по обеспечению высокой стойкости отдельных элементов, включая вторичный токопровод, значительно влияющий на электрические характеристики печи и определяющий технико-экономические показатели ее работы.
По рекомендациям автора и при непосредственном участии на основании проведенных исследований на Кузнецком заводе ферросплавов реконструированы все печи. Мощность печных установок увеличена с 12,5 - 15 MB.А до 23-29 MB.А при одновременном переводе шести печей в закрытый режим работы. Проектная производительность завода за счет этого увеличена более чем в 2 раза. Годовое производство ферросилиция превысило 400 тыс.т в пересчете на ФС45.
На всех печах завода во вторичных токопроводах применены шинопроводы из алюминия сечением 300x30, 310x35, 360x35, 500x29 на токи от 63 до 85 кА. длительный опыт эксплуатации подтвердил высокую надежность работы вторичных токопроводов.
Достигнуто увеличение коэффициента мощности от 1,5 до 4,6$. На закрытых печах мощностью 23 МВ.А средневзвешенный коэффициент мощности достиг уровня 0,845 0,862 на рабочих ступенях, на открытых с глубоким боковым вводом шинопроводов 0,878-0,910, Верхний токопровод открытых печей открыл широкие возможности дальнейшего совершенствования печей в направлении герметизации зонта, осуществления загрузки труботечками, дожигания колошниковых газов с последующей утилизацией тепла Достигнутые результаты в области совершенствования вторичных токопроводов заимствованы родственными заводами и нашли применение на Серовском заводе, в виде отдельных заимствованных решений на Актюбинском, Стахановском заводах ферросплавов;
