СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ ПО ОТКЛОНЕНИЯМ ОТ МАКСИМУМОВ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ (НАИБОЛЬШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ)
PROCEDURE FOR CONTROL OVER ELECTRIC MODE FOR DEVIATIONS FROM MAXIMUM OF USEFUL POWER (MAXIMUM OUTPUT) IN ORE-SMELTING FURNACE

Изобретение относится к области металлургии, в частности к рудовосстановительным электропечам ферросплавного производства, и может быть использовано в электротермии при получении любой продукции, технологические процессы которых осуществляются в плавильных агрегатах, оснащенных трансформаторами переменного тока.
Известен способ управления электрическим режимом рудовосстановительных печей по токам электродов и заданной мощности, предельные значения которых выбирают по электрическим параметрам трансформаторов [1, 2].
В табл.1 (фрагмент) приведены электрические характеристики трансформаторов действующей рудовосстановительной печи мощностью 27,6 МВА.
Таблица 1
№ ступени
Полная мощность, кВА
Сторона ВН
Сторона НН
Напряжение, В
Ток, А
Напряжение, В
Ток, А
1
27600
10000
1593
225
70822
3
27600
«
«
216
73772
5
27600
«
«
207
76980
7
27600
«
«
197
80888
9
27300
«
1576
188
83840
11
26000
«
1500
179
«
13
24700
«
1425
170
«
15
23400
«
1350
161
«
17
21940
«
1266
151
«
Выбор рабочих ступеней напряжения производят из числа первых, обеспечивающих постоянную полную мощность. При этом полагают, что работа на токах и мощностях, выбранных таким способом, обеспечивает повышенную производительность печи и пониженный удельный расход электроэнергии. Но в способе отсутствует регистрация полезной мощности, величина которой обеспечивает пропорциональное производство сплава.
В табл.2 приведены расчеты фактических значений активной и полезной мощности по ступеням напряжения табл.1 и возможности их увеличения при токах, соответствующих максимумам полезной.
Таблица 2
№ ступени
Мощности
Ток, А
Мощности при max полезной
Полная, кВА
Активная, кВт
Полезная, кВт
Активная, кВт
Полезная, кВт
Ток, А
1
27600
23330
20622
70822
25308
21512
83840
3
27600
22488
19549
73772
23324
19825
80486
5
27600
21406
18206
76980
21420
18208
77133
7
27600
19792
16259
80888
19401
16491
73406
9
27300
17839
14043
83840
17669
15019
70053
11
26000
15766
11971
«
16017
13615
66699
13
24700
13503
9708
«
14447
12280
63345
15
23400
10933
7137
«
12958
11014
59992
17
21940
7331
3535
«
11398
9688
56266
Недостатками известного способа управления электрическим режимом рудовосстановительной печи являются отсутствие регистрации полезной мощности и ориентации относительно ее максимума по ходу выплавки, что приводит к пониженной ее производительности относительно максимально возможной (см. табл.2). По всем ступеням электрического режима (за исключением пятой) полезные мощности, выбранные по их максимумам, превышают фактические по характеристикам действующих трансформаторов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению, выбранным в качестве прототипа [2], является способ управления электрическим режимом рудовосстановительных печей, предусматривающий стабилизацию мощности фаз по токам электродов и активному сопротивлению. По сути, мощность фаз, определяемая произведением квадратов токов электродов на активное сопротивление под ними, является полезной мощностью, которая прямо пропорциональна производительности печи.
Недостатки прототипа заключаются в отсутствии регистрации полезной мощности и положения ее максимумов по токам электродов и вторичного напряжения по ходу выплавки, а также отсутствует и оценка производительности печи.
Целью изобретения является определение положения максимумов полезной мощности по ходу выплавки и управления электропечью по отклонениям от ее максимумов по регистрируемым параметрам электрического режима.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления электрическим режимом рудовосстановительной печи дополнительно регистрируют изменяющееся отношение активной к реактивной составляющих вторичного фазного напряжения по ходу выплавки, выраженное в виде комплекса электрических параметров: , и определяют положение максимумов полезной мощности по соотношению электросопротивлений активных потерь и реактивного фазы:;
ф
э
где U - вторичное фазное напряжение, В; I - ток электродов, кА; x - реактивное электросопртивление фазы, мОм; r - электросопротивление активных потерь фазы, мОм.
Сущность управления электрическим режимом заключается в том, что по ходу выплавки регистрируемое отношение активной к реактивной составляющих фазного напряжения поддерживают равным соотношению электросопротивлений активных потерь и реактивного фазы. Это равенство можно выразить следующим тождеством:
Установлено, что правая часть тождества для конкретной печи является величиной постоянной вследствие постоянных значений электросопротивления фаз (r и х) на всех ступенях трансформаторов. Левая часть тождества в процессе работы печи не постоянна вследствие изменений напряжения по ступеням трансформатора, колебаний его с высокой стороны и токов электродов. При этом левая часть может быть больше или меньше правой. При равенстве левой части правой электрический режим соответствует максимуму полезной мощности.
На фиг.1 приведена зависимость полезной мощности от отношения активной к реактивной составляющих фазного напряжения. Максимумы полезной мощности при 80 и 100 В и возможных других напряжениях ступеней трансформатора приходятся на значение аргумента
равного 1,20, что соответствует рудовосстановительной печи с электросопртивлениями фазы: активных потерь 0,18 и реактивного 0,98 мОм.
Зависимость производительности печи от того же аргумента получают делением полезной мощности на удельный расход полезной электроэнергии. В понятие удельный расход полезной электроэнергии включают все теплотехнические процессы, протекающие в ванне электропечи: нагрев и плавление шихты, восстановление элементов, разделение продуктов плавки, тепловые потери через кожух и колошник, приведенные на тонну сплава. Установлено, что при использовании близких по качеству шихтовых материалов удельный расход полезной электроэнергии остается постоянным в электропечах различной мощности и конструктивного исполнения.
На фиг. 2 показана зависимость часовой производительности рудовосстановительной печи при 80 и 100 В от
которая повторяет характер изменения полезной мощности, поскольку делится на постоянную величину.
Вертикальные линии, на которых расположены максимумы полезной мощности и производительности печи, делит поле фигур на две части. Электрические режимы, расположенные в левом поле, характеризуются перерасходами электроэнергии, в правом поле - сокращением ее расхода.
Управление электрическим режимом рудовосстановительной печи по отклонениям от максимумов полезной мощности (наибольшей производительности) по приведенному тождеству и фиг.1 и 2 заключается в следующем:
- при  меньше 1,20, что соответствует отклонению от максимума полезной мощности (наибольшей производительности) в энергозатратную область электрических режимов, - уменьшают токи электродов или повышают фазное напряжение до устранения отклонения;
- при  больше 1,20, что соответствует отклонению от максимума полезной мощности (производительности) в энергосберегающую область электрических режимов, - увеличивают токи электродов или уменьшают фазное напряжение до устранения отклонения.
Из результатов испытаний электрических режимов на выплавке силикомарганца (табл.3) следует, что при уменьшении или увеличении аргумента от максимума полезной мощности происходит понижение производительности электропечи. Удельный расход электроэнергии увеличивается при уменьшении аргумента и снижается при его увеличении.
Для управления электрическим режимом рудовосстановительной печи по отклонениям от максимума полезной мощности (наибольшей производительности) принимают пределы отношений активной к реактивной составляющих фазного напряжения 1,20-1,40, увеличение которых на 0,2 не приводит к существенному уменьшению производительности печи.
Таблица 3
Параметры и показатели
Отношение активной к реактивной составляющих фазного напряжения
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
Активная мощность, МВт
13,0
13,3
13,2
13,1
12,4
11,7
Полезная мощность, МВт
10,4
11,3
11,5
11,4
11,0
10,5
Производительность, т/сут
70,7
76,6
81,2
80,5
77,6
74,1
Изменение производительности, %
-12,9
-5,7
0
-0,9
-4,4
-8,8
Удельный расход электроэнергии, кВт·ч/т
4415
4165
4015
3915
3840
3785
Изменение удельного расхода электроэнергии: + перерасход;
400
150
0
-100
-175
-230
- экономия
Соотношение электросопротивлений фазы: <img file="00000006.tif" he="13" wi="32" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
Способ опробован на промышленной силикомарганцевой электропечи мощностью 23 МВА. Отношения активной к реактивной составляющих фазного напряжения на опытной электропечи выдерживали на уровне 1,36, против 0,93 на электропечи, принятой в качестве базы для сравнения. Опытная электропечь была оснащена мнемосхемой, на которой была изображена кривая полезной мощности с энергозатратными и энергосберегающими полями. Реальный электрический режим был представлен перемещающейся точкой в поле мнемосхемы. При отклонении точки за пределы максимума полезной мощности в энергозатратную область:  меньше 1,2 - уменьшали токи электродов до устранения отклонения. При отклонении точки за пределы максимума полезной мощности в энергосберегающую область:  больше 1,4 - увеличивали токи электродов до устранения отклонения. Результаты испытаний: увеличение производительности печи на 6,3% и экономия электроэнергии около 270 кВт·ч/баз.т.
Использование данного способа управления электрическим режимом рудовосстановительных печей позволит с высокой точностью определять положения максимумов полезной мощности по ходу выплавки с энергозатратными и энергосберегающими полями и оперативно устранять отклонения от ее максимумов, что обеспечит наибольшую производительность и снижение удельного расхода электроэнергии.
Источники информации
1. Гаврилов В.А., Поляков И.И., Поляков О.И. Оптимизация режимов работы
ферросплавных печей. - М.: Металлургия, 1996. - 176 с.
2. Величко Б.Ф., Гаврилов В.А., Гасик М.И. и др. Металлургия марганца Украины. - К.: Техника, 1996. - 472 с.