Способ определения растекания тока в ванне трехфазной руднотермической печи

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респубпик п>902330 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)»Явлено 22.10 ° 79 (21) 2831797/24-07 (Sl)M. Кл. с присоединением заявки М

Н 05 В 7/148

F 27.D 21/00

G 05 F 1/66

- 9нуаарстнкнвМ камнтат

СССР

IIo аннам нзеаретеннй н аткрытнй (23) Приоритет

Опубликовано 30. 01. 82. Бюллетень J4 4

Дата опубликования описания 02.02.82 (53) УДК 621. 365..23(088,8) т

П. П. Чердовских

1 . лкФйЧФ "с

1 „ «Ъ -. p } ««; .- «, . Юфит«г н

Куйбышевский политехнический институт им. В. В.— " ва

) (72) Автор изобретения (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСТЕКАНИЯ ТОКА

В ВАННЕ ТРЕХФАЗНОЙ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ

ПЕЧИ

Изобретение относится к электротермии и касается определения параметров и выбора режимов работы действующих и вновь создаваемых руднотермических печей.

Известен способ определения электрических параметров рабочей зоны руднотермической печи, при котором включают дополнительное сопротивление между подиной и одним из электродов, измеряют протекающий через это сопротивление ток. Далее, графически, строя векторные диаграммы, определяют изменения фазных напряжений, изменения токов электродов, изменения токов

1S звезды вследствие включения добавочного сопротивления. Затем определяют сопротивление звезды делением изменения фазного напряжения на изменение тока звезды и рассчитывают токи звезды делением соответствующего фаэного напряжения на соответствующее оопротивление звезды. Токи звезды позволят .судить о растекании тока (1 ).

Однако рассмотренный способ приводит к значительным изменениям режимов печи, так как включение дополнительных сопротивлений существенно меняет токи электродов и напряжения печи, требует выключатели на большие токи для включения упомянутых сопротивлений.

Известен способ определения сопро-тивлений подэлектродного пространства руднотермической печи, при кото-, ром три посторонних источника питания, обеспечивающие одинаковые синусоидальные ЭДС, подключают к электродам печи звездой, нуль звезды подключают к подине печи. Посторонние источники имеют частоту, отличающуюся от частоты токов печи. Затем амперметрами -и вольтметрами, реагирующими только на частоту посторонних источников, измеряют токи, обусловленные посторонними источниками и протекающие между электродами и подиной печи,. а также напряжения, обусловленные посторон3 90233 ними источни ками, между электродами и подиной. Далее находят сопротивления звезды делением упомянутых напря" жений на соответствующие упомянутые токи. По модулям фазных напряжений и указанным сопротивлениям звезды находят токи звезды, ведут определение расте.кания тока (2).

Однако данный способ недостаточно точен, так как точки звезды, получен- ð ные с его помощью, не соответствуют реальным. Более того, этот способ достаточно точного и полного представления о растекании тока не дает, так ак определяемый ток звезды протекае о большим объемам и неизвестно, ка ° . кая его доля протекает под электродом, а какая в верхней части ванны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения растекания тока в ванне трехфазной руднотермической печи, при котором вводят в ванну печи пару измерительных электродов, например, цилиндрической формы, измеряют комплекс напряжений между. этими электродами, обусловленный рабочими токами печи, и расстояние между центрами этих электродов, затем подключают к ним дополнительный источник напряжения и измеряютЗр с его помощью сопротивление шихты между электродами, вводят измерительные электроды в геометрически подобную однородную ванну, измеряют аналогичные параметры на них, выво35 дят их из однородной ванны и дополнительно измеряют комплекс напряженности электрического поля s середине отрезка, соединяющего центры измерительных электродов ванны и удельное

4Р электрическое сопротивление среды ванны и по измеренным параметрам определяют частичные токи в печи.

Известный способ дает более точную и полную информацию о растекании то4$ ка, так как он позволяет определять растекание линейных токов в многоэлектродных или токов треугольника в трехэлектродных печах по частичным токам (3).

Однако способ имеет и существенные недостатки, так как определение растекания токов треугольника или линейных токов между электродами печи не дает полного представления о растекании тока по объему ванны. других местах о растекании тока можно судить только косвенно по отношени0 4l ям частичных токов и общего тока электрода печи или по разности об" щего тока и упомянутых частичных токов. Перемещение материалов также приводит к некоторым изменениям измеряемых величин. Определение частичных токов в вдругих местах рассмотренным способом приводит. к ошибкам вследст.вие неточности определения усиления напряженности электрического поля при внесении измерительных электродов с помощью однородной ван" ны. Находить усиление напряженности электрического поля можно только в точках плоскости симметрии, Цель изобретения — повышение точности определения частичных токов путем и сключени я вли яни я искажения поля в печи, вызванного наличием измерительных электродов.

Для достижения указанной цели дополнительно измеряют комплекс напряжения между измерительными электродами ванны, а частичные токи определяют по формуле кь Ks u ь

R К - Ор у где I - комплекс частичного тока;

R, R„- сопротивление между измерительнымими эле кт родами одно родной ванны и печи; расстояние между центрами изме ри тел ьных электродов однородной ванны и печи;

0,0> комплекс напряжения между измерительными электродами однородной ванны и печи;

Е„ - комплекс напряженности элект / рического поля удельное электрическое со О, противление среды однородной ванны;

S - площадь, через которую протекает частичный ток, причем измерительные электроды в печи перемещают вертикально вниз со скоростью схода шихты, а упомянутые измерения на печи производят в точках, расположенных на расстоянии 0,025 м друг от друга.

Кроме того, для исключения влия ния колебаний состава шихты, напряже-. ний и,токов печи вертикальные перемещения проводят 5-7 раз для каждого режима и определенные частичные токи усредняют за все количество измерений.

На фиг. 1 представлено расположение измерительных электродов в круг35

Находим сопротивление R„ между измерительными электродами печи путем деления 0 из (3) на 1и из (1), учитывая, что напряженность E и е середи" не между центрами измерительных электродов равна произведению удельного

5 90233 лой печи; на фиг. 2 - то же, в прямоугольной печи.

При в ключении и сточни ко в к соответствующим измерительным электродам печи и однородной ванны электрические поля, обусловленные этими источниками в небольших соответственных объемах, внутри которых находятся эти измерительные электроды, где протека" ет основная, часть тока дополнительно- 10 го источника, будут приблизительно подобны. Кроме того, искажение полей тока печи и ванны между и около измерительных электродов, размещенных в тех же соответственных точках печи 15 и однородной ванны, после их внесения в указанные точки будут приблизительI. о одинаковы. Одинаковость указанногЬ усиления объясняется приблизительным подобием электрических полей, обусловленных токами печи и ванны в упомянутых небольших состственных объемах. Чем меньше упомянутые объемы, где рассматриваются указанные поля, по сравнению соответственно с объемом печи и ванны, тем больше проявляются упомянутые подобия.

Ток от дополнительного источника напряжения между измерительными элект.родами печи можно выразить следующим образом:

3 = СИ 3 .Юи, (1) где I - ток мейду измерительными электродами печи, обусловленный дополнительным источни ком;

С„- коэффициент, зависящий от распределения тока этого источника; плотность тока источника в

И середине между центрами измерительных электродов печи, направленная по линии, соединяющей эти центры; расстояние между центрами

И измерительных электродов печи.

Аналогично выражается ток дополнительного источника между соответственными измерительными электродами

50 однородной ванны

2 !

Ь= СЪ>Ъ 7Ь (2) где 1 - ток между измерительными электродами однородной ванны от этого источника;

С вЂ” коэффициент, .зависящий от

55 распределения этого тока; плотность тока источника в середине между центрами измерительных электродов ван- : ны, направленная по линии, соединяющей эти центры; расстояние между центрами измерительных электродов ванны.

Коэффициенты С„ и С, приблизительно равны вследствйе упомянутого приблизительного подобия полей токов источников.

Напряжение между измерительными электродами печи, обусловленное .источником, выразится следующим образом

0è = K„Eè" и, (3) где 0 .- напряжение между измерительными электродами печи, обус- . ловленное источником;

К„ - коэффициент, зависящий от распределения тока источника; . Е - напряженность электричесИ ко го поля от и сточни ка в се,редине между центрами и 3мерительных электродов печи, направленная по линии, их соединяющей; расстояние между упомянутыИ ми центрами.

Аналогичнс выражается напряжение . между изме ри тель ными эле кт родами ванны, обусловленное дополнительным источникомм

0„= К„,.Е Е„, (4) где 0 - напряжение между измерительЪ ными электродами ванны, обусловленное источником;

К1 - коэффициент, зависящий от распределения тока источника в ванне;

Е„ - напряженность электрического поля от источника в середине между центрами измерительных электродов ванны, направленная по линии,их соединяющей; .о расстояние между упомянутыми центрами.

Коэффициенты КИ и К приблизительно равны вследствие упомянутого при" близительного подобия.

7 902330 сопротивления р> на плотность тока в этой точке и

«и Уи и

R = -(Аналогично, используя (4) и {2) 5 и и зная удельное сопротивление среды ванны, находим сопротивление К между и измерительными электродами однород- щ ной ванны

Теперь можно получить формулу для одсчета приближенного значения комлекса частичного тока, протекающео через площадку S, расположенную ерпендикулярно линии, соединяющей очки, где были расположены центры змерительных электродов. Центр плоадки совпадает с серединой между указанными точками. Эту формулу полу1в чаем, учитываемыми из (5) и Е> из (6)

1= — 5 = -- — — Eb — 5, (7)

u> tt,.в

Ри Оф и ки РЬ где I - частичный ток, протекающий через площадку, расположенную между точками, где были расположены центры измерительных электродов;

U,0 - комплексы напряжения между измерительными электродами пары соответственно печи и ванны, обусловленные токами печи и ванны;

Д„ 9.- расстояние между центрами

Иу н измерительных электродов пары соответственно ванны и печи;

Р, Р - сопротивление между измери3 } тельными электродами пары соответственно ванны и печи; .

Е1 - комплекс напряженности электрического поля в середине между точками, где были расположены центры измерительных электродов пары ванны,нйправленной по линии, соединяющей эти точки;

О, - удельное сопротивление среды однородной ванны;

5 — площадка, через которую протекает частичный ток в печи,, расположенная в середине между точками, где находятся центры измерительных электродов, и перпендикулярно линчи, соединяющей эти точки.

0и /Ье

Е „ д Е (6) bb

Учитывая, что С С и К„К „пол,учаем

Ъ Ри йЬ, ф . -и

15 откуда находим выражение удельного сопротивления в середине между центрами измерительных электродов печи

Еи и- Г„ Ь

Определение комплекса напряженности как отноаение комплекса напряжения между измерительными электродами на расстояние между их- центрами приводит к неточностям вследствие упомя- 25 нутого искажения поля. Значение этой напряженности находим из условия, вы" текающего из упомянутого приблизиI тельного подобия полей, обусловленх токами печи и однородной ванны зв в окрестности соответственных измерительйых электродов

Еи Е ) . 0 Ли Oy/Й ) где Е>, Е - комплексы напряженности электрического поля в середине между точками, где расположены центры измерительных электродов соответственно печи и однородной ванны, направленные по линии, соединяющей соответствующие точки и обусловленные токами печи . и ванны;

0„, Ut - комплексы напряжений меж ду измерительными электродами, обусловленные соответственно токами печи и ванны; расстояние между центрами измерительных электродов печи и ванны.

Из этого приближенного соотношения находим упомянутый комплекс напряженности электрического поля в пе55 чи

Частичный ток, подсчитанный по ,этой формуле, соответствует обычному состоянию ванны,, когда измерительных электродов в ней нет.Это объясняется упомянутым уточнением поля с помощью однородной ванны. Одной парой измерительных электродов определяют целый

- ряд частичных токов, протекающих через площадки, центры которых располагаются на одной вертикали, находящейся в середине между вертикалями, через которые проходят центры измери(тельных электродов этой пары. Малое

10 расстояние по вертикали между упомянутыми центрами, например 25 мм, способствует получению более достоверной и точной картины растекания тока.

B предлагаемом способе измеритель" ные электроды перемещают не только около упомянутых плоскостей симметрии, но и около электродов печи, между электродами печи и ее стенками. В >0 этих местах измеряемое поле не будет равномерным даже на малом участке между измерительными электродами плоской формы при их размещении в заданной точке. Поэтому операция измерения комплекса напряженности. электрического поля между измерительными электродами зондом. приводит к неточностям. Следует добавить, что плоские измерительные электроды недостаточно прочны, сложны в изготовлении.

Поэтому целесообразнее применять цилиндрические, более прочные и более простые в изготовлении. В условиях применения измерительных электродов 25 цилиндрической формы измеряемое поле между измерительными электродами тем более не будет однородным и при менение упомянутой операции измерения напряженности неискажающим зондом приводит к еще большим неточностям.

Используя результаты измерений и полученную формулу, подсчитывают комплексы частичных токов, соответствующие различным моментам времени.

Причем, для повышение точности вертикальные перемещения проводят 5-7 раз для каждого режима и определенные частичные токи усредняют за все время измерений.

Для упомянутых измерений и подсчетов можно применить быстродействующую автоматическую информационную систему контроля и переработки инфор45 мации, которая измеряет все необходимые величины, ведет необходимые подсчеты и выдает результаты в виде ! таблицы не только частичных токов, но и других необходимых измеренных и подсчитанных величин в зависимости от времени.

Пример. Растекание тока определяется в ванне круглой трехфазной трехэлектродной печи РК0-10,5 мощностью 10500 кВ А, предназначенной для выплавки ферросилиция. Диаметры электродов этой печи 1000 мм, диаметр ваны 5200 мм, диаметр распада электродов 2500 мм, глубина ванны 2100 мм.

На фиг. 1 и 2 показаны электроды 1, 2 и 3 данной печи. Для определения растекания тока используют измерительные электроды 4 цилиндрической ,формы диаметром 100 мм. Измерительные электроды располагают парами и по одному. Расстояние между центрами измерительных электродов пары равно

150 мм, высота каждого измерительного электрода равна 100 мм. Их располагают не только около упомянутых плоскостей симметрии расположения электродов печи, но и около электродов, между электродами печи и ее стенками. Измерительные электроды каждой пары перемещают так, чтобы линия, соединяющая их центры, была направлена приблизительно по направлению наибольшей горизонтальной составляющем плотности тока в середине между указанными центрами. Для этого центры измерительных электродов пары устанавливают на одинаковом уровне, а сами электроды между собой жестка связывают с помощью изолированных стержней, на которых они крепятся.

Пары измерительных электродов, перемещаемые симметрично плоскости симметрии, проходящей через ось печи и ось электрода 1, позволяют найти частичные токи треугольника, протекаю" щие через площадки упомянутой плоскости. Симметрия растекания тока позволит найти приближенные значения час-. тичных токов треугольника, протека" ющих через аналогичные симметричные площадки двух других плоскостей симметрии, проходящих через ось электрода 2 и ось электрода 3. Модули частичных токов, протекающих через площадки упомянутых плоскостей, будут приблизительно равны модулям частичных токов, протекающих через анало1гичные площадки плоскости симметрии, прохоияшей чеоез ось электооаа I. Па ры измерительных электродов, расположенные около электрода 1, позволяют найти приближенные значения частичных токов, протекающих через площадки, расположенные между каждой из указанных пар. Учитывая симметрию растекания тока, определяют приближенные . значения частичных токов, протекаю.щих через аналогичные площадки; расположенные симметрично плоскости симметрии, проходящей через ось электрода l, а с другой стороны также нахо11 9023 дят частичные токи, протекающие через аналогичные площадки, расположенные около двух других электродов, электродов 2 и 3, Одинарные измерительные электроды,. перемещаемые около электрода 3, позволяют найти частичные токи, стекающие с площадок поверхности этого электрода. Вторым парным измерительным электродом каждому из упомянутых одинарных является сам 10 электрод 3. Учитывая симметрию расте. кания тока, определяют приближенные значения частичных токов, стекающих с аналоги.чных участков поверхности с другой стороны э ого электрода. . 15

Также определяют частичные токи, стекающие с аналогичных участков двух други х зле кт родов печи.

Определение растекания тока ведут в определенном режиме работы печи, щ когда выплавляют материал определенного качества, в данном случае ферросилиций. При этом поддерживают состав шихты, глубину погружения электродов и глубину ва ны, а также комп- г лексы линейных напряжений приблизительно такими, какими они бывают во время упомянутого режима. Контроль осуществляют с помощью фазного напряжения и комплекса тока соответствую- З0 щего электрода при соответствующем линейном напряжении. Приблизительное постоянство этих величин говорит о неизменной глубине погружения этого электрода. Это объясняется тем, что ток и фазное напряжение электрода зависит главным образом от глубины его погружения, если линейные напряжения и состав шихты практически не меняются.

Затем перемещают измерительные электроды сверху вниз вместе с перемещением материалов ванны 5-7 раз в течение соответственного количества

45 плавок так, чтобы центр измерительного электрода каждой пары двигался по одной из выбранных вертикалей. .Сопротивление между измерительными электродами каждой пары и комплекс напряжения между ними измеряют, как

50 только центр измерительного электро" да достигает одной из очередных выбранных точек, расположенных на расстоянии 25 мм друг от друга на указанной вертикали. Причем, сопротивле- 5 ние измеряют непосредственно сразу же до или после измерения комплекса напряжения между ними.

30 12

Измеряют комплексы линейных и фазных напряжений и комплексы токов электродов печи через каждые 2 мин.

Во время перемещения измерительных электродов в. печи состав ее шихты, глубину ванны поддерживают такими же, какими они были при предварительном определении параметров, следя за тем, чтобы комплексы линейных и фазных напряжений и комплексы токов электродов были бы близкими к упомянутым средним значениям величин, определенных предварительно.

Подсчитывают средние значения комплексов линейных и фазных напряжений, средние значения комплексов токов электродов за период времени перемещения измерительных электродов. Затем в соответствующие точки однородной ванны, геометрически подобной ванне печи, поочередно устанавливают подоб- ные измерительные электроды и измеряют сопротивление между измерительными электродами каждой пары, измеряют удельное сопротивление среды однородной ванны. Включают однородную ванну на линейные напряжения, комплексы которых пропорциональны средним значениям комплексов линейных напряжений печи, определенных за время перемещения измерительных электродов в ней, и измеряют комплекс напряжений между измерительными электродами каждой пары однородной ванны и комплекс напряженности электрического поля в середине между точками, где находились центры измерительных электродов пары, направленной по линии, соединяющей эти точки. Также измеряют комплексы фазных напряжений однородной ванны.

Далее подсчитывают частичные токи для отдельных моментов времени и средние значения этих величин в выбранных точках. При этом при подсчете средних значений частичных токов не учитывают частичных токов, которые получены во время, когда или линейные, или фазные напряжения или токи электродов отклоняются более, чем íà " 203 от соответствующих средних значений величин, определенных предварительно.

Подсчитывают отношения средних значе4 рий частичных токов и средних значеЙи и токов соот ветст вующи х электродов печи за период времени нахождения из мерительных электродов в печи. Подсчитывают отношения соответствующих средних значений комплексов линейных напряжений за время нахождения измери13

9023 тельных электродов в печи и линейных напряжений однородной ванны, подсчитывают отношения соответствующих сред, них значений комплексов фазных напря" жений печи за указанный период и со- 5 ответствующих фазных напряжений однородной ванны.

Далее сравнивают между собой средние значения комплексов частичных токов и отношения этих таков и средних значений токов электродов по всему объему ванны печи. Это дает общую, полную, цельную и точную информацию о растекании тока. Сравнивают между собой упомянутые отношения линейных . напряжений с упомянутыми отношениями фазных напряжений. Получают представление о том, как осуществлено уточнение частичного тока с помощью однородной ванны. Кроме того, сравнивают 20 величины, полученные предварительно до перемещения измерительных электродов, с соответственными величинами, полученными во время их перемещения.

Это показывает; в какой мере происхо- >5 дит повторение режима работы печи во время перемещения измерительных электродов, а также подтверждает достовер" ность полученных результатов при сравнительно небольшом количестве измере- 30 ний, необходимых для подсчета средних значений частичных токов.

Предлагаемый способ определения . растекания тока дает более точную, цельную и полную информацию о расте- З кании тока, необходимую для выбора рабочих режимов действующих и конструк" тивных параметров проектируемых печей, что позволит улучшить качество продукции, повысить производительность печи, а также снизить себестоимость продукции.

Формула изобретения

1. Способ определения растекания тока в ванне трехфазной руднотермической печи, при котором вводят в ванну печи пару измерительных электродов, например, цилиндрической формы, измеряют комплекс напряжений между этими электродами, обусловленный рабочими токами печи, и расстояние между центрами этих электродов, .затем подключают к ним дополнительный источник напряжения и измеряют с его

1помощью сопротивление шихты между

30 14 электродами, вводят измерительные .электроды в геометрически подобную однородную ванну, измеряют аналогичные параметры на них, выводят их из однородной ванны и дополнительно измеряют комплекс напряженности электрического поля в середине отрезка, соединяющего центры измерительных электродов ванны и удельное электрическое сопротивление среды ванны, и по измеренным параметрам определяют частичные токи в печи, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности определения частичных токов путем исключения влияния искажения поля в печи, вызванного наличием измерительных электродов, дополнительно измеряют комплекс напряжения между измерительными электро" дами ванны, а частичные токи опредечяют по формуле

0 где 1 - комплекс частичного тока;

91З,Р1,- сопРотивление межДУ измеРительными электродами однород" ной ванны и печи; расстояние между центрами измерительных электродов однородной ванны и печи;

0,0 - комплекс напряжения между из-. мерительными электродами однородной ванны и печи;.

Е1 - комплекс напряженности электрического поля; - удельное электрическое сопротивление среды однородной ванны;

5 - площадь, через которую протекает частичный ток, причем измерительные электроды в печи перемещают вертикально вниз со скоростью схода шихты, а упомянутые измерения на печи производят в точках, расположенных на расстоянии

0,025 м друг от друга.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения частичных токов путем исключения влияния колебаний состава шихты, напряжений и токов печи, указанные вертикальные перемещения проводят 5-7. ра3 для каждого режима и определенные частичные токи усредняют за все количество измерений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР. N 379063, кл. H 05 В 7/14, 1971.

902330 1(2, Авторское свидетельство СССР и 392424, кл. Qi01 g 27/00, 1971.

3. Авторское свидетельство CCCP

М 571017, кл. Н 05 В 7/148, 1974.

Составитель О. Турлак

Редактор В. Пилипенко ° Техред N. 1 еРгель Корректор А. Гриценко

Заказ 12442/74 Тираж 855 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 5 Москва Ж-Я Раушская наб.д д. 4/$

Филиал linn "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4