способ регулирования мощности по фазам трехэлектродной дуговой электропечи переменного тока

Формула изобретения

Способ регулирования мощности, при котором производят перемещение электродов в рабочем пространстве дуговой электропечи, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности электропечи и снижения удельного расхода электроэнергии, для выравнивания мощностей по фазам за счет регулирования реактивного сопротивления короткой сети, подключают батарею статических конденсаторов параллельно той фазе, реактивная составляющая сопротивления которой в данный момент больше, а емкость батареи выбирается по эмпирическому соотношению

где С - требуемая величина емкости регулирующего устройства, Ф;

I - рассогласование по току фаз, А;

D - площадь жидкой ванны в спокойном состоянии, м²;

Е - суммарная площадь поперечного сечения трех электродов, м²;

Р - номинальная мощность печного трансформатора, Вт;

n -масса жидкой составляющей в металлозавалке, кг;

N - общая масса металлозавалки, кг;

k - коэффициент, учитывающий особенности физико-химических процессов при плавке в электропечи и равный (0,1-1,5)-10^-11, с·А/Вт².

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ регулирования мощности трехфазной дуговой электропечи, заключающийся в том, что производят перемещение электрода, мощность под которым отличается от заданной, а два других электрода в этот момент перемещают в обратном направлении [1]. Недостатком этого способа является изменение реактивных сопротивлений фаз короткой сети при перемещении электродов дуговой электропечи, что приводит к смещению нейтральной точки нагрузки относительно нейтральной точки трансформатора. Напряжение смещения нейтрали определится выражением [2]

где R_k - активная составляющая сопротивления k-ой фазы короткой сети, Ом; I_k - ток k-ой фазы, A; X_mn - собственные и взаимные реактивные составляющие сопротивления фаз, Ом.

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

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

Заявляемый способ предполагает при работе дуговой электропечи, помимо управления величиной тока дуги каждого из электродов, регулировать реактивную составляющую сопротивления короткой сети так, чтобы смещение нейтрали нагрузки было минимальным. Сущность этого способа заключается в использовании для регулирования реактивной составляющей сопротивления короткой сети батареи косинусных конденсаторов переменной емкости, которая подключается параллельно фазам короткой сети. Пример схемы включения конденсаторных батарей в короткую сеть представлен на чертеже. Конденсаторные батареи подключаются параллельно фазе короткой сети с наибольшим, в данный момент, реактивным сопротивлением. Наиболее распространенным видом несимметрии электрических параметров короткой сети является такой, при котором сопротивление одной из фаз значительно отличается от двух других. Устанавливать конденсаторные батареи необходимо параллельно фазе с наибольшей реактивной составляющей сопротивления. В противоположном случае, когда сопротивление отличающейся фазы меньше чем двух других, то конденсаторные батареи следует устанавливать параллельно двум фазам, индуктивное сопротивление которых больше. Максимальная емкость подключаемых батарей определяется по формуле

где X_max, X_min - максимальное и минимальное сопротивление фаз короткой сети, Ом; f - частота тока сети, Гц; X_вп - внутрипечное сопротивление, определяется суммой сопротивлений электрода и жидкой ванны печи, Ом.

Значения большинства параметров формулы (1) при работе печи могут варьироваться в широких пределах. Для различных периодов плавки они различны. В период расплавления твердой шихты и подвалок значительному изменению будут подвергаться максимальное и минимальное сопротивление фаз короткой сети из-за эффекта смещения нейтральной точки. Также в этот момент будет изменяться внутрипечное сопротивление. Это связано с постепенным опусканием электродов и сокращением пути тока в рабочем пространстве печи. В процессе рафинирования металла значительных изменений параметров не происходит. Существующее смещение нейтральной точки нагрузки относительно нейтральной точки трансформатора в этот период плавки не позволяет печному агрегату работать в оптимальном режиме. Если вывести печь на оптимальный режим, может возникнуть аварийная ситуация. Из-за повышенного излучения дуги фазы с минимальной реактивной составляющей сопротивления возможно разрушение футеровки в рабочем пространстве печи. Для данного периода возникает наибольшая необходимость в выравнивании реактивных составляющих сопротивлений разных фаз.

Предлагаемый способ регулирования мощности по фазам был проверен экспериментально на действующей печи ДСП-100 (номинальная мощность печного трансформатора 45 МВА) 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 изменяется по эмпирической формуле

где С - требуемая величина емкости регулирующего устройства, Ф; I - разница между действующим значением тока фазы короткой сети с наименьшим реактивным сопротивлением и действующим значением тока в одной из двух других фаз, кА; D - площадь жидкой ванны в спокойном состоянии, м²; Е - суммарная площадь поперечного сечения трех электродов, м²; Р - номинальная мощность печного трансформатора, Вт; n - масса жидкой составляющей в металлозавалке, кг; N - общая масса металлозавалки, кг; k - коэффициент, учитывающий особенности физико-химических процессов при плавке в электропечи и равный (0,1-1,5)·10^-11, с·А/Вт² .

Разница рабочих токов фаз электропечи определяется эффектом смещения нейтральной точки. Глубина эффекта зависит от разницы индуктивных составляющих сопротивлений фаз короткой сети. Чем больше рассогласование по току фаз короткой сети, тем большая емкостная составляющая должна быть введена в печной контур. Интервал изменения значений коэффициента k=(0,1-1,5)·10^-11 зависит от особенностей физико-химических процессов плавления металла в печи. 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·10-11	D, м2	Е, м 2	n/N	Р, МВт	I, кА	С, Ф	W уд, кВт·ч/т	Q, т/ч
0,05	56,72	0,292	0,7	45	12	0,005	628,3	27,2
0,1	56,72	0,292	0,75	45	10	0,009	616,5	29,8
0,4	56,72	0,292	0,8	45	9	0,042	608,7	30,9
0,7	56,72	0,292	0,85	45	9	0,097	602,3	30,3
1,1	56,72	0,292	0,85	45	8	0,136	607,6	29,6
1,5	56,72	0,292	0,9	45	10	0,347	612,5	29,0
1,6	56,72	0,292	0,95	45	11	0,815	629,2	27,7

Основной целью установки регулирующих конденсаторных батарей является выравнивание по фазам электрических параметров короткой сети. Это позволит восстановить нарушенный баланс мощностей по фазам и симметрировать мощности, выделяемые дугами в рабочем пространстве печи. В результате повышается коэффициент мощности и электрический КПД печной установки, увеличивается вводимая в печь мощность при рафинировании металла за счет более полного использования мощности печного трансформатора, сокращается время простоев для восстановления футеровки вблизи фазы с минимальным реактивным сопротивлением, уменьшается время работы печи и расход электроэнергии за плавку. Это приводит к повышению производительности и снижению удельного потребления электроэнергии печным агрегатом.

Источники информации

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.