Способ настройки модели руднотермической электропечи

Способ настройки модели руднотермической электропечи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских

Социалистических

Республик (u>984068 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 13. 11. 79 (21) 2840780/24-07

Р ) М К т 3

Н 05 В 7/148 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДКб21. 365. 23 (088.8 ) Опубликовано 23.12,82 Бюллетень Йо 47

Дата опубликования описания 23.12.82

П.П. Чердовских

-" /

Куйбнаевский политехнический ййЬтивут им. В.В. Куйбышева (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ НАСТРОЙКИ МОДЕЛИ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ

ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Изобретение относится к электротермии и касается выбора режимов работы и определения конструктивных параметров руднотермнческих печей е

Известен способ определения частичных токов с помощью устройства, представляющего собой однородную ван- ну, подобную геометрически ванне ""-" Р3Стенки этой ванны делают иэ непроводящего материала, электроды делают из металла, а границу раздела металлического расплава и слабопроводящих сред ванны моделируют листом металла, расположенным на дне ванны. Таким же листом металла моделируют нижнюю часть стенок ванны, выполненную иэ угольных блоков. Среда ванны однородна и имеет удельное сопротивление значительно больше удельного сопротивления металла.

На границе непроводящих стенок и поверхности ванны нормальная составляющая плотности тока равна нулю, как и в соответственных точках печи. Тангенциальная составляющая напряженности электрического поля на поверхности электрода и на поверх-4 ности листа металла ванны будет равна нулю, как и в соответственных точках печи.

Подключая к электродам ванны трехфазную-систему линейных напряжений, находят картины эквипотенциальных и силовых линий. По этим картинам судят о растекании тока. Поскольку картины не дают достаточного количественного представления о растекании тока, то по ним находят токи, соответствующие токам звезды печи, текущие на подину и металлический расплав, находят токи, соответствующие токам треугольника, теку15 щие между электродами, минуя подину и расплав. Определение указанных токов по картинам сложно, требует много времени и недостаточно точно.

Это объясняется тем, что в соответ21) ствующих точках печи и однородной ванны не выполняется подобия граничных условий и не собюподается пропорциональность удельных сопротивлений. Известен способ определения частичных токов с помощью упомянутой ванны путем изоляции части поверх:ности ее электрода, а также внесением изоляционных перегородок межЗ0 ду электродами f1).

Этот способ не требует построения картин поля, однако он тоже не обеспечивает достаточной точности вследствие несоблюдения граничных условий и пропорциональности удельных сопротивлений . a соответственных точках,печи и однородной ванны.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ настройки модели руднотермической печи, выполненной в виде ячеистой трехмерной сетки из переменных резисторов, при котором разбивают ванну печи на элементарные объемы, измеряют сопротивления части объемов, доступных для непосредственных измерений и в ячейках сетки, со: ответствующих измереннйм объемам, сопротивления резисторов устанавливают пропорциональными измеренным сопротивЛениям объемов ванны f 2 .

Токи, протекающие через подэлек 2Q тродную зону, непосредственно опреде- лить затруднительно. В подэлектродных зонах могут гореть дуги и протекать процессы, слабо изученные. Процессы и токи, протекающие через под- 25 электродную зону, в значительной мере влияют на растекание тока в других частях объема. Причем, чем ближе точка к подэлектродной зоне, тем сильнее упомянутое влияние на плотность тока в ней. Кроме того, если под электродом протекают процессы, сильно не отличающиеся от процессов в других элементах объема печи, и нет дуг, токи подэлектродной эоны промоделировать затруднительно, так как практически невозможно определить удельное" сопротивление в этих зонах. Это, в свою очередь,, повлияет на точность определения час. тичных токов в других элементах объема ванны печи.

Цель изобретения - повышение точности настройки модели для последующего более. точного определения . растекания токов в ванне руднотерми- 45 ческой печи.

Поставленная цель достигается тем, что подают на модель линейные напряжения, пропорциональные линейным напряжениям печи, измеряют на печи и модели комплексы фаэных напряжений, токов электродов и частич- . ных токов треугольника, протекающих через каждую плоскость симметрии расположения электродов в печи, срав- 55 нивают измеренные параметры печи и модели и регулируют величину сопротивлений резисторов в ячейках модели,. соответствующих объемам ванны, недоступным для непосредственных из- @) мерений, до достижения пропорциональности между измеренньйи параметрами йечи и модели.

Все элементы объема ванны печи моделируют резисторами. Элементы объема печи получают путем деления: объема ванны совокупностью поверхностей. Во-первых, все пространство делят плоскостями симметрии расположения электродов на три сектора так, чтобы в середине каждого сектора находился соответствующий электрод печи. Затем все пространство делят горизонтальными поверхностями на слои так, чтобы каждый слой имел примерно одинаковую .глубину, а погруженная часть электрода делилась ими на равные участки длины (4-5 участков). Кроме того, проводят еще два вида поверхностей: поверхности, проходящие через ось каждого электрода; и поверхности, охват ывающие электроды. В результате такого проведения указанных поверхностей весь объем ванны делят на элементы, представляющие собой усеченные призмы.

Каждый элемент моделируют резистором. Для этого определяют сопротивления между каждой гранью элемента и соответствующей поверхностью, проходящей через его центр. Поверхность, проходящая через центр, проходит приблизительно параплельно упомянутой грани элемента и делит его другие грани, которые она пересекает, приблизительно пополам.

Для каждого элемента определяют столько сопротивлений, сколько он имеет граней. Центру каждого элемента печи соответствует узел устройства.

От каждого узла отходят резисторы.

Для уменьшения количества резисторов резисторы, соответствующие частям прилегающих друг к другу сосед- них элементов, моделируют одним, его сопротивление пропорционально сумме сопротивлений указанных частей элементов. В результате такого моделирования получают ряд реэистивных сеток, каждая из которых соответствует слою объема ванны. Сетки связаны между собой резисторами, соответствующими суммам сопротивлений прилегающих друг к другу частей элементов, расположенных друг над другом. Часть элемента, прилегающая к электроду, моделируется одним резистором, который включает между узлом устройства, соответствующего центру этого элемента, и фазным проводом устройства, потенциал которого соответствует потенциалу поверхности электрода печи.

Также часть элемента, прилегающего к поверхности расплавленного металла или угольной подины, моделируют одним резистором, включая его между узлом, соответствулцим центру этого элемента, и нулевым проводом устройства, потенциал которого соответствует потенциалу рас984068 плавленного металла и угольной подины.

Концы резисторов, соответствующих сопротивлениям элементов, прилегающих к поверхности электрода,.поверхности угольной подины, поверхности расплавленного металла, объединяются в группы и присоединяются к соответствуюцим проводникам устройства через шунты, которые позволяют изме-. рить токи, соответствующие частичным токам печи.

Подключенные к фазному проводу шунты, к которым подсоединяются .группы упомянутых резисторов, позволяют измерить токи, соответствующие частичным токам, стекающим с участков поверхности электрода. Подключенные к нулевому проводу шунтй, к которым присоединяются группы ре-. зисторов, позволяют измерить токи, соответствуюцие частичным токам звезды.

Модель позволяет измерить токи, соответствующие частичным токам треугольника, и токи, соответствующие частичным токам, протекающим через отдельные участки сечений ванны.. Упомянутые токи определяют путем деления комплекса напряжения на соответствующем сопротивлении на . это сопротивление.

Все резисторы регулируемые. Это позволит получать необходимые зна- чения сопротивлений, соответствую- . щих сопротивлениям элементов объема ванны. Последовательно с каждым включают выключатели, которые позволяют отключать резистор.

На фиг. 1 показано расположение электродов в плане ванны круглой печи; на фиг. 2 — схематически элементы объема ванны в плане половины сектора, прилегающего к электроду; на фиг. 3 — сечение A-A на фиг.2, элементы объема ванны.

Пример настройки модели и определения частичных токов приведен для круглой трехэлектродной руднотермической печи РКО-10,5 мощностью

10500 ко, предназначенной для выплавки ферросилиция. Диаметры элек тродов этой печи равны 1000 мм, диаметр ванны равен 5200 мм, диаметр распада электродов 2500 мм, глубина ванны 2100 мм. Электроды 1, 2 и

3 печи расположены в ванне печи с боковыми непроводящими стенками 4 и угольной подиной 5. На дне ванны имеется жидкий расплав б. Элементы объема ванны, на которые она разбита, имеют ширину 7,. длину 8 и высоту 9.

Модель состоит из резисторов 10, образующих ячейки сетки.

Для определения сопротивлений резисторов определяют сопротивления частей элементов объема между одДля определения частичных токов с помощью модели предварительно определяют средние значения ком лек65 сов линейных и фазных напряжений, а ной из граней и поверхностью, проходящей через его центр. Для каждого элемента необходимо определить столько сопротивлений, сколько он имеет граней. На фиг. 2 и 3 круж5 нами показаны центры элементов, а прямоугольниками резисторы, замецающие упомянутые сопротивления частей элементов объема. Причем каждь1й центр элемента объема совмещается

10 с соответствующим узлом, к которому подключаются резисторы. Сопротивления частей, прилегающих друг к другу элементов, замещаются одним резистором. Сопротивления частей эле15 ментов, прилегающих к электродам 1, 2 и 3 расплавленному металлу б н угольной подине 5, замещаются одним резистором.

На фиг. 2 и 3 показаны кружки

-20 на поверхности электрода 1, угольной подины 5 и металлического расплава б для подсоединения этих резисторов. В устройстве электроды печи заменяются соответственными

25. фазными проводами. Потенциалы этих проводов соответствуют потенциалам электродов. Подина и расплавленный металл заменяются в устройстве нулевым проводом, потенциал которого соответствует потенциалу подины и

З0 расплавленного металла.

В рассматриваемом варианте для определения частичных токов в печи достаточна модель, содержащая шесть слоев сеток, расположенных один над другим. Нижняя сетка соответствует нижнему слою, расположенному между расплавленным металлом и концами электродов. Остальные сетки соответствуют слою глубиной, равной 1/5 глу40 бины погружения электрода.

Для измерения тока, соответствующего частичному току, стекающему с участка поверхности электрода, концы сопротивлений каждой сетки, по45 тенциалы которых соответствуют потенциалу -электрода печи, соединяют проводом и подключают к соответствуюцему фазному проводу устройства через шунт, с гомощью которого изме50 ряют укаэанный ток. Концы сопротивлений, потенциалы которых соответствуют потенциалу подины 5, и металлического расплава б объединяются в группы, каждая из которых подсое55 диняется к общему нулевому проводу устройства через шунт, поз воляюций измерять ток, соответствующий частичному току звезды, текущему на отдельный участок поверхности расплавленного металла б или угольной по60 дины 5.

9840б8 также токов электродов рассматриваемой печи, измеряя эти величины через каждые 5 мин в течение 10-ти плавок.

Кроме того, предварительно определяют средние значения комплексов частичных токов треугольника, протекающих через площадки, расположен- ные в каждой плоскости симметрии расположения электродов печи. Одна из таких площадок находится в плоскости симметрии расположения электро- IO дов 1 и 2, ее размеры (соответственно, ширина, длина и высота) 7, 8 и 9.

Две другие площадки таких же размеров расположены также в других двух плоскостях симметрии. 15

Для определения средних значений частичных токов треугольника устанавливают параллельно каждой из упомянутых плоскостей симметрии пару плоских измерительных электродов так, чтобы середина между центрами измерительных электродов совпадала с центром площадки, через которую протекает определяемый ток.

Затем измеряют сопротивление между измерительными электродами каждой пары, комплексы напряжения между ними через каждые 5 мин в течение

10-ти плавок. Кроме того, в соответственные точки однородной ванны, геометрически подобной ванне печи, устанавливают подобные измерительные электроды и измеряют (как было сказано выше) сопротивление, комплекс напряженности электрического поля в середине между центрами измерительных электродов пары, направленной по линии, соединяющей эти центры, двойным; неискажающим поле зондом. Затем, не меняя положения зонда и убирая измерительные элек40 троды, повторно измеряют комплекс напряженности электрического поля.

Измеряют и удельное сопротивление среды однородной ванны.

Имея результаты измерений, необ- g5 ходимых для определения частичных токов треугольника (их значения .определяют по известной формуле), определяют их средние значения. Кроме того, устанавливают пары измерительных электродов так, чтобы середина между их центрами совпала с центром. части элемента объема ванны, и измеряют сопротивления между ними через каждые 5 мин в течение 10-ти плавок. Сопротивления около элек55 тродов печи измеряют одинарным измерительным электродом. Вторым измерительным электродом является элект род печи. Далее, в со от вет ст ве н ные гочки упомянутой однородной ванны устанавливают подобные пары измерительных электродов и измеряют сопротивление между ними. Имея значения указанных сопротивлений, определяют удельное сопротивление в 65 где R ..к

Sy,сопротивление трубки К; длина трубки, проведенная через центры поперечных сечений трубки К; удельное эквивалентное сопротивление подэлектродного пространства; поперечное сечение трубки. центре каждой части элементов объема, кроме тех, которые находятся под электродом и недоступны для упомянутых измерений, и определяют средние значения удельных сопротивлений в укаэанных центрах. Имея размеры частей элементов объема, определяют средние значения сопротивлений упомянутых частей элементов объема.

Резисторы, соответствующие сопротивлениям элементов объема части ванны, необходимые для измерения, подбирают и устанавливают в соответствие со средними значениями сопротивлений сходственных частей элеменТоВ объема печи. Иодель включают на трехфазную систему линейных напряжений, пропорциональную средним значениям линейных напряжений печи, и, меняя величины резисторов, соответствующих труднодоступным объемам, измеряют комплексы фазнь1х напряжений, комплексы токов электродов и комплексы частичных токов треугольника модели, добиваясь того, чтобы выполнялась приблизительная пропорциональность значений этих величин соответствующим значениям сред- них величин печи.

Измеряют величины сопротивлений этих резисторов, при которых достиг- . йута упомянутая пропорциональность соответственных величин печи и модели. Имея эти сопротивления, находят соответственные величины эквивалентных сопротивлений подэлектродных пространств печи, эквивалентные удельные сопротивления подэлектрод= ных пространств, эквивалентные сопротивления элементов объема подэлектродных пространств. Затем с помощью шунтов измеряют токи, соответствующие частичным токам печи.

Приблизительное значение эквивалентного удельного сопротивления подэлектродного пространства, которые на фиг. 3 выделены жирным пунктиром, определяют так. Границы подэлектродного пространства и ее элементов объема близки к линиям тока и эквипатенциалам. Трубка тока имеет длину 9 = 1„. Проводимость одной трубки выражают как величину, обратную сопротивлению й„ этой трубки к т к

984068 .

10

Формула изобретения

Способ настройки модели руднотермической электропечи, выполненной

15 в виде ячеистой трехмерной сетки из переменных резисторов, при котором разбивают ванну печи на элементарные объемы, измеряют сопротивление части объемов, доступных для

20 непосредственных измерений и в ячейках сетки, соответствующих измеренным объемам, сопротивления резисторов устанавливают пропорциональными измеренным сопротивлениям

25 объемов ванны, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения т очности настройки модели, подают на омодель линеййые напряжения, прап рциональные линейным напряжениям пе30 измеряют на печи и модели ком1 ексы фазных напряжений, токов электродов и частичных токов трегольника, протеканиях через каждую

У ю плоскость симметрии расположени я электродов в печи, сравнивают изенные параметры печи и модели и. мерен ний егулируют величину сопротивле

P резисторов в ячейках модели, со и соот ветствующих объемам ванны, недоступным дл непосредственных измерений, до

40 достижения пропорциональности ме ду я ж измеренныьк параметрами печи и модели.

1м Kk

Коэффициент К„ позволит найти частичный ток печи йо соответствующему току устройства, измеренного с помощью шунта.

Коэффициент К„- величина вещественная. Коэффициенты К„ и К, то се будут практически вещественными, если фазы соответствующих линейных напряжений печи и устройства будут одинаковы.

Предлагаемый способ настройки модели трехфазной руднотермической печи позволяет находить более точную цельную и полную информацию о рас- пределении тока по объему ванны пеИсточники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Сисоян Г.А. Электрическая дуга в электрической печи. М., Металлургиздат, 1961, с. 330-336.

2. Марков Н.A. и Чердовских П.П.

Ф

50 Распределние тока в ванне дуговой печи. М;, "Энергия",, 1966, с. 31-34.

Все поперечное сечение подэлек- .тродного пространства. делится на 12 секторов, а каждый сектор делится на 3 части. Следовательно, все сечение подэлектродного пространства делится на 36 частей (К меняется от

1 до 36) . Полная проводимость подэлектродного пространства 1fg в нап-. равлении от конца электрода 1 к расплаву 6 выразится из формулы

4 к=эх 6 к к=16

"-Х.

К=1 Р к к= к откуда получим к=за „

p=- z к 8к

-rye p - удельное эквивалентное сопротивление подэлектродного пространства;

R - сопротивление подэлектродного пространства;

1 - длина трубки;

S — поперечное сечение трубки. к

При указанном. делении на трубки многие трубки будут иметь одинаковые размеры. Это упрощает подсчет р .Если отношение соответствующих сопротивлений печи R,„и модели R „будет равно К (К = ", а отношение соотR ветствующих напряжений печи 0р и устройства 0 равно К„(К„= - .— "-), то отношение соответствующих. токов печи

l и устройства Т,„будет чи. Это IIoSP ëèò находить оптимальные конструктивные параметры вновь создаваемых печей и рациональные режимы действующих, что, в свою очередь, дает возможность повысить

5 производительность печи, снизить .себестоимость выплавляемого материала что приведет к значительному экономическому эффекту.

984068

А -A

Составитель О. Турпак )

Редактор В. Лаз аренко Техред Й. Гергель Корректор И. Ватри кина

Заказ 9960/77 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППЛ "Патент",, г.ужгород, ул.Проектная, 4