Определение параметров новых ферросилициевых печей. Совещание в ЦНИИЧМ, после дискуссии об электрическом режиме ферросплавных печей (июнь 1954 г.), вполне обоснованно решило рекомендовать для расчетов в качестве исходного параметра полезное (фазовое) напряжение.

Показано [146], что задавшись лучшими (низшими) значениями r и x для обеспечения высоких значений cos ? и ?_э и оптимальным для данного сплава значением N_{полезн. фаз}, нетрудно рассчитать u₂ и I₂ для трехфазной печи любой мощности по уравнению

предполагая отсутствие сдвига фаз между током и напряжением внутри ванны печи. График зависимости между током и вторичным линейным напряжением печного трансформатора, построенный по приведенному уравнению, является ориентировочным, так как значения r и x при увеличении тока в действительности не будут постоянными. С ростом тока r уменьшается, так как применяются шины и электроды большего сечения; в связи с этим меняется и х, особенно при изменениях диаметра распада электродов. При проектировании ферросилициевых печей, в зависимости от принимаемого варианта конструкции, должен быть уточнен конкретный вид функций r=fi(I₂) и А-= /2(/2). Тем не менее важно подчеркнуть, что значения r и x не должны быть выше некоторых реально достижимых в настоящее время величин.

М. Ю. Байчер доложил на Всесоюзном совещании работников ферросплавной промышленности (1957 г.), что в новых печах ОКБ треста «Электропечь» удается снизить x до 0,96 • 10^-3 – 1,06 • 10^-3 ом; при этом Г. М. Вайнштейном и Б. М. Струнским отмечены ошибки, касающиеся «длинной» расшихтовки пакета шин и контактных башмаков печи ОКБ-260 мощностью 12 500 ква.

И. Г. Живилюк [160] считает, что могут быть достигнуты x не выше 7 – 8 • 10^-4 ом и r не выше 1,8 – 2,0 • 10^-4 ом.

Совещание приняло решение о строительстве новых ферросилициевых печей мощностью 12 – 15 мвт с параметрами 1,0 • 10^-3 ом и r <0,15 • 10^-3 ом, и о проектировании печи мощностью 20 мвт. При условии постоянства r и x с током будут расти 1/2 и и падать

и

Из рассмотрения этих зависимостей следует, что увеличение мощности ферросилициевых печей связано прежде всего с увеличением тока при относительно небольшом увеличении вторичного напряжения печного трансформатора. Рост с током вторичного напряжения и мощности трехфазной ферросилициевой печи показан графически (рис. 61) для двух предельных значений: для u = 80 в (а) и для и = 55 в (б).

Для упрощения принято, что X = 8 • 10^-4 ом и что r в этом случае обратно пропорционально току, т.е. I₂ = const = 9 в, ? прямо пропорционально а ?_? = const для данного и.

Из графиков видно, что требуемый энергосистемой cos ? = 0,92 достигается для u =80 в при мощности печи не боле 12 мвт (13 мва), а для к = 55 в при мощности не более 6,7 мвт (7,4 мва). Можно идти на снижение cos ? до 0,8 (одновременно устанавливая устройства, компенсирующие реактивность); снижение cos ? ниже 0,8 явно нецелесообразно, поскольку полезная мощность, достигнув максимума, падает. Cos ? = 0,8 обеспечивается для u = 80 в при мощности печи не более 22 мвт (27,5 мва), а для u = 55 в при мощности не более 11,5 мвт (14,4 мва).

Следовательно, максимальная кажущаяся мощность печного (трехфазного) трансформатора для ферросилициевой печи при существующей технологии составляет 27,5 мва. Этот трансформатор должен иметь диапазон вторичных линейных напряжений от 120 до 200 в при наибольшем вторичном токе 83 ка (для ступени 192 в). Достаточно 12 ступеней (каждая ~ 7 в). Сохранение мощности на низших ступенях напряжения нецелесообразно, так как при 120 в не нужен ток больше 35 ка, а на ступени 140 в – больше 60 ка.

Картина изменится при x < 8 • 10^-4 ом. Так, при x = 6 • 10^-4 ом и cos ? = 0,8 мощность печи для и = 55 в достигает 15,3 мвт или 19,2 мва. Поэтому особенно ценны усилия конструкторов в этом направлении.

Основные конструктивные размеры ферросилициевой печи зависят от допускаемого тока. При токе 50 ка самоспекающиеся электроды могут иметь диаметр 91 см, что соответствует плотности тока 7,7 а/см². Учитывая, что фактическое рабочее сечение электрода меньше конструктивного, можно принять расчетную плотность тока. 7 а/см². Так как, по данным М. И. Гасика, самоспекающийся электрод в рабочей части обладает удельным электросопротивлением не большим, чем прессованные и обожженные электроды, то плотность тока 7 а/см² действительно допустима.

Естественно, что необходимо тщательное изготовление электродной массы и надлежащий надзор за службой электродов на печах. При i = 7 а/см² для тока в 50 ка нужен электрод диаметром 96 см, т.е. округленно 100 см, для тока в 60 ка – 105 см. Увеличение диаметра электрода сверх необходимого ведет к резкому увеличению его веса (при увеличении диаметра на 10% вес увеличивается на 21%) медленному расходу электрода по высоте и затруднению перепусков, к увеличению диаметра распада электродов и застыванию центральной крестовины колошника.

Внутренний диаметр ванны определяется допустимым расстоянием между боковой поверхностью электродов и футеровкой. Опытом установлено, что для печей мощностью 10 мвт достаточным является расстояние 750 мм; для более мощных печей это расстояние следует увеличить до 850 мм. Следовательно, для мощных проектируемых печей внутренние диаметры ванн достигнут 5,5 м и не превзойдут 6,0 м. Глубина ванны печи при достаточном погружении электродов в загруженные материалы не может быть меньше 1700 мм. Целесообразно иметь запас для увеличения высоты слоя шихты в отдельных случаях. Однако нужно учитывать условия, необходимые для механизированной загрузки шихты.

Количество печей в новом ферросилициевом цехе зависит от проектной производительности цеха А, поскольку от нее зависит суммарная устанавливаемая мощность печных трансформаторов P_t.

где w – удельный расход энергии на 1 т ферросилиция;

k₁ – отношение фактического времени работы к календарному времени, соответствующему выдаче А_w продукции (год, сутки);

k – коэффициент, учитывающий нормальные колебания нагрузки.

Улучшение электрического режима действующих печей. Многие действующие ферросилициевые печи несут излишние тепловые потери при повышенном полезном напряжении. Понижать применяемое вторичное напряжение, несмотря на выгоду меньшего удельного расхода электроэнергии, рекомендовать при этом можно не всегда; в иных случаях переход на низшую ступень напряжения связан с резким понижением фактической мощности агрегата, а следовательно, и с заметным уменьшением производительности. Для правильного решения задачи необходимо снять электрические характеристики на интересующих ступенях, в том числе, конечно, u_{полезн.фаз} = f(I₂).

Тщательно изучив правильно снятые (при длительной работе на каждом заданном режиме) электрические характеристики, можно дать ряд конкретных выводов. Снижению полезного напряжения могут содействовать, например, увеличение тока (поскольку его допускают сечения всех частей токопровода, возможное увеличение недостаточных сечений, улучшение охлаждения и т.п. меры), уменьшение коэффициента мощности другими средствами (увеличением диаметра распада и длины рабочих концов электродов, уменьшением бифилярности других участков токопровода), уменьшение электрического к. п. д. сходными путями. Предпочтительнее всего, разумеется, увеличить ток, в результате чего можно одновременно получить и повышение мощности и снижение удельного расхода электроэнергии, т.е. значительное увеличение выплавки ферросилиция. Но для уменьшения чрезмерных потерь с колошника не следует пренебрегать (парадоксальным на первый взгляд) некоторым увеличением электрических потерь – реактивных и даже активных.

Для получения возможности увеличить ток при высоком полезном напряжении не следует останавливаться перед затратами на переделки короткой сети или трансформатора и на вызванные переделками простои печи. Эти затраты быстро окупаются. Наоборот, в тех случаях, когда нет опасности чрезмерного повышения полезного напряжения, следует стремиться к улучшению электрического режима, снижая электрические потери печного трансформатора и короткой сети; легче всего это осуществить некоторым повышением вторичного напряжения печного трансформатора.

Переделка обмотки трансформатора на запорожском заводе позволила увеличить ток с 35 до 40 ка и напряжение со 138 до 145 в (u_{полезн.фаз} = 60 в). Бывает и так, что нормальный электрический режим может быть создан лишь после замены обладающего большими потерями печного трансформатора новым. Трансформаторы «МБМ» с активным сопротивлением 0,093 • 10^-3 ом и реактивным сопротивлением 0,378 • 10^-3 ом должны заменяться в первую очередь: активные потери такого трансформатора составляют 4% забираемой из сети мощности. Активное сопротивление новых трансформаторов той же мощности не должно превышать 0,035 • 10^-3 ом, реактивное – 0,135 • 10^-3 ом. Новые печные трансформаторы безусловно должны обладать устройством для переключения ступеней под нагрузкой примерно через каждые 5 в, Необходимость такого приспособления вызывается прежде всего непостоянством напряжения на клеммах первичной обмотки печного трансформатора. Энергетические системы гарантируют пределы колебаний напряжения на своих шинах в ±5%, что даже для вторичного напряжения в 120 в означает разбег от 114 до 126 в. Такие колебания, допускаемые часто в пределах нескольких часов, например между вечерним максимумом и ночным минимумом сетевой нагрузки, сильно отражаются на передвижениях электродов, на изменениях фактической мощности и, в конечном счете, заметно ухудшают показатели производства ферросилиция. В периоды крупных ремонтов генераторов энергосистема поддерживает напряжение на нижнем пределе, что снижает не только полезное напряжение, но и мощность ферросилициевых печей, нанося двойной удар их производительности.

Еще четверть века назад Л. И. Морозенский и Г. М. Вайнштейн показали, что выгоднее принять снижение мощности на одну печь (вплоть до остановки ее), чем «незначительно» уменьшить мощность всех печей цеха или завода [88]. Так, при использовании мощности в 18 тыс. квт равномерно на трех печах средний расход электроэнергии составлял 5290 квт-ч/т при выплавке 45%-ного ферросилиция, а при работе двух из них на полной мощности (по 6600 квт) за счет третьей (4600 квт) средний расход энергии снижался до 4800 квт-ч/т, соответственно меняется суммарная производительность.