Способ регулирования мощности дуговой электропечи трехфазного переменного тока

Способ регулирования мощности дуговой электропечи трехфазного переменного тока относится к электротехнике, а именно к электрометаллургии и способам регулирования мощности в трехэлектродных дуговых печах переменного тока. Технический результат - повышение их производительности и снижение удельного расхода электроэнергии. При перемещении электрода одной из трех фаз в рабочем пространстве дуговой печи для достижения симметричного режима работы регулируют реактивную составляющую сопротивления короткой сети за счет изменения емкостей батарей конденсаторов, включенных параллельно двум другим фазам короткой сети. Емкость батарей выбирают по эмпирическому соотношению. 1 табл.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрометаллургии и способам регулирования мощности в трехэлектродных дуговых печах переменного тока, и направлено на повышение их производительности со снижением удельного расхода электроэнергии.

Известен способ регулирования мощности в ванне трехфазной дуговой электропечи, заключающийся в том, что производят перемещение одного из трех электродов, мощность под которым отличается от заданной, а два других электрода в этот момент перемещают в обратном направлении [1]. Активная мощность P_э в рабочем пространстве печи, выделяющаяся под одним электродом, определяется по формуле

где I_э - ток в электроде, кА; Z_э - сопротивление цепи тока, включающее сопротивление печного контура, сопротивление дуги и сопротивление ванны металла, Ом; ϕ - угол сдвига фаз между напряжением U_э и током I_э.

При перемещении электрода величины I_э, Z_э и cosϕ изменяются на всех электродах. Для перемещающегося электрода Z_э изменяется из-за сопротивления дуги.

Недостатком этого способа является то, что для двух перемещающихся электродов Z_э не остается величиной постоянной, а изменяется в зависимости от положения элементов короткой сети. Доминирующей составляющей сопротивления является его реактивная составляющая индуктивного характера. Она составляет до 99,7% от величины полного сопротивления. В фазе с минимальным сопротивлением сети при равенстве сопротивлений дуг протекают максимальные токи, а в фазе с максимальным сопротивлением - минимальные токи. Поэтому с изменением реактивных сопротивлений фаз короткой сети при перемещении электродов происходит смещение нейтральной точки нагрузки относительно нейтральной точки трансформатора. Напряжение смещения нейтрали определится выражением [2]

где R_k - сопротивление k-й фазы короткой сети, Ом; I_k - ток в k-й фазе, А; X_mn - собственные и взаимные реактивные сопротивления фаз, Ом.

Полная активная мощность печного агрегата при этом не меняется. Однако производительность печи в результате становится меньше, чем при симметричном режиме работы. Уменьшение производительности фазы с минимальным рабочим током не компенсируется увеличением производительности фазы с максимальным рабочим током [2].

Задачей изобретения является повышение производительности дуговой электропечи и снижение удельного потребления электроэнергии путем регулирования реактивного сопротивления печного контура с выравниванием мощностей по фазам.

Заявляемый способ предполагает при регулировании для увеличения мощности дуги, под электродом под которым произошла просадка шихты, а следовательно, уменьшилось значение тока (мощности) дуги, переместить этот электрод вниз (тем самым уменьшить сопротивление контура и увеличить ток через данный электрод) и одновременно для выравнивания реактивной составляющей сопротивления короткой сети к двум другим фазам короткой сети подключить батареи косинусных конденсаторов. Мощности, снимаемые с двух других электродов, в этом случае останутся неизменными. В обратном случае для снижения мощности дуги в фазе поднимают электрод вверх, а изменением емкости подключенных в двух других фазах батарей конденсаторов регулируют реактивное сопротивление короткой сети с целью выравнивания мощностей по фазам.

Предлагаемый способ регулирования мощности дуговой электропечи трехфазного переменного тока был проверен в производственных условиях на действующей печи ДСП-100 с номинальной мощностью печного трансформатора 45 MB·А при выплавке углеродистой стали. Эксперимент подтвердил правильность способа, а также позволил определить количественную зависимость между управляющим воздействием (изменение емкости регулирующего устройства) и рассогласованием по току фаз ДСП при выплавке стали. Емкость батареи выражается соотношением

где С - требуемая величина емкости регулирующего устройства, Ф; k - коэффициент, учитывающий особенности физико-химических процессов при плавке в электропечи, который принимается равным (0,03-1,2)·10^-3 с·А/Вт²; ΔI - разница между действующим значением тока фазы короткой сети, в которой перемещают электрод, и величиной действующих значений токов двух других фаз, кА; Δh - расстояние, на которое перемещается электрод при регулировании мощности, м; Н - максимальное вертикальное перемещение электродов, м; Р - номинальная мощность печного трансформатора, МВт; n - масса жидкой составляющей в металлозавалке, кг; N - общая масса металлозавалки, кг.

Разница рабочих токов фаз электропечи определяется эффектом смещения нейтральной точки. Глубина эффекта зависит от разницы индуктивных составляющих сопротивлений фаз короткой сети. Чем больше разница токов фаз короткой сети, тем большая емкостная составляющая должна быть введена в печной контур. Интервал изменения значений коэффициента k=(0,03-1,2) зависит от особенностей физико-химических процессов плавления металла. Он может быть обоснован данными таблицы, в которой для семи значений k приведены значения удельного расхода электроэнергии W_уд и производительности Q печи ДСП-100 при выплавке углеродистой стали.

Таблица
Коэффициент k	ΔI, кА	Δh, м	Н, м	Р, МВт	n/N	С, Ф	Wуд, кВт·ч/т	Q, т/ч
0,02	15	0,16	2,5	45	0,75	0,0035	628,3	28,2
0,03	12	0,13	2,5	45	0,8	0,0042	615,4	29,5
0,08	10	0,09	2,5	45	0,85	0,0086	604,9	29,8
0,2	13	0,14	2,5	45	0,9	0,0655	605,2	30,6
0,6	9	0,1	2,5	45	0,9	0,0972	605,5	30,9
1,2	11	0,11	2,5	45	0,95	0,523	614,3	29,7
1,3	13	0,1	2,5	45	0,98	1,521	628,2	27,8

Основной целью регулирования мощности при работе дуговой электропечи служит повышение ее производительности и снижение удельного потребления электроэнергии. Это может быть достигнуто при симметричном режиме работы, что возможно только при симметрии по фазам мощностей дуг и электрических параметров короткой сети, которые регулируются путем изменения емкости батарей конденсаторов, подключенных параллельно фазам короткой сети.

Литература

1. Патент SU №1662019 A1, H 05 В 7/148. Способ регулирования мощности в ванне трехфазной трехэлектродной электропечи.// Бюл. №25. 1991.

2. Альтгаузен А.П. Электротермическое оборудование. Справочник./ А.П.Альтгаузен. - М.: Энергия. 1980 - 416 с.

Способ регулирования мощности дуговой электропечи трехфазного переменного тока, при котором производят перемещение электродов в ее ванне, отличающийся тем, что для выравнивания мощностей по фазам перемещают электрод одной из фаз, при этом параллельно двум другим фазам короткой сети подключают батареи статических конденсаторов, емкость которых выбирается по эмпирическому соотношению

где С - требуемая величина емкости регулирующего устройства, Ф;

k - коэффициент учитывающий особенности физико-химических процессов при плавке в электропечи, который принимается равным (0,03-1,2)с·А/Вт²;

ΔI - рассогласование по току фаз короткой сети, кА;

Δh - расстояние на которое перемещается электрод при регулировании мощности, м;

Н- максимальное вертикальное перемещение электродов, м;

Р - номинальная мощность печного трансформатора МВт;

n - масса жидкой составляющей в металлозавалке, кг;

N - общая масса металлозавалки, кг.