Способ настройки модели руднотермической электропечи

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22 Заявлено 13. 11. 79 (21) 2840780/24-07 Р 1 М К з Н 05 В 7/148 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(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(54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ МОДЕЛИ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙЭЛЕКТРОПЕЧИ Изобретение относится к электротермии и касается выбора режимов работы и определения конструктивных параметров руднотермнческих печейеИзвестен способ определения частичных токов с помощью устройства, . представляющего собой однородную ван- ну, подобную геометрически ванне и"-и 3.Стенки этой ванны делают иэ не- проводящего 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 поверхйости ванны нормальная составляющая плотности тока равна нулю, как и в соответственных точках печи. Тангенциальная составляющая напряженности электрического поля на поверхности электрбда и на поверх.4ности 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, теку щие между электродами, минуя подинуи расплав, Определение указанных токов по картинам сложно, требует много времени и недостаточно точно.Это объясняется тем, что в соответ ствующих точках печи и однороднойванны 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 межЗ 0 ду электродами 13Этот способ не требует построениякартин поля, однако он тоже не обеспечивает достаточной точности вследствие несоблюдения граничных условий и пропорциональности удельныхсопротивлений, в соответственных точках,печи и однородной ванны.5Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсяспособ настройки модели руднотермической печи, выполненной в виде ячеистой трехмерной сетки из переменныхрезисторов, при котором разбиваютванну печи на элементарные объемы,измеряют сопротивления части объемов, доступных для непосредственных измерений и в ячейках сетки, со; 15ответствующих измереннйм объемам,сопротивления резисторов устанавливают пропорциональными измереннымсопротивлениям объемов ванны2 ).Токи, протекающие через подэлек 20троднуюэону, непосредственно опреде-лить затруднительно. В подэлектродныхзонах могут гореть дуги и протекатьпроцессы, слабо изученные. Процессы и токи, протекающие через подэлектродную зону, в значительноймере влияют на растекание тока вдругих частях объема. Причем, чемближе точка к подэлектродной зоне,тем сильнее упомянутое влияние наплотность тока в ней, Кроме того,если под электродом протекают процессы, сильно не отличающиеся от процессов в других элементах объемапечи, и нет дуг, токи подэлектроднойэоны промоделировать затруднительно, так как практически невозможно определить удельное" сопротивлениев этих зонах. Это, в свою очередьповлияет на точность определения частичных токов в других элементахобъема ванны печи,Цель изобретения - повышение точности настройки модели для последующего более, точного определения .растекания токов в ванне руднотермической печи.Поставленная цель достигаетсятем, что подают на модель линейныенапряжения, пропорциональные линейным напряжениям печи, измеряют напечи и модели комплексы фаэных напря.жений, токов электродов и частич- .ных токов треугольника, протекающихчерез каждую плоскость симметриирасположения электродов в печи, сравнивают измеренные параметры печи имодели и регулируют величину сопротивлений резисторов в ячейках модели, соответствующих объемам ванны,недоступным для непосредственных из- р)мерений, до достижения пропорциональности между измеренными параметрами йечи и модели.Все элементы объема ванны печимоделируют 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, охватывающие 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, по" тенциал которого соответствует потенциалу поверхности электрода печи. Также часть элемента, прилегающего к поверхности расплавленного металла или угольной подины, моделируют одним резистором, включая его между узлом, соответствукщим центру этого элемента, инулевым проводом устройства, потенциал которого соответствует потенциалу расплавленного металла и угольной подины.Концы резисторов, соответствующихсопротивлениям элементов, прилегающих к поверхности электрода,.поверхности угольной подины, поверхностирасплавленного металла, объединяются в группы и присоединяются к соответствуюцим проводникам устройствачерез шунты, которые позволяют изме-.рить токи, соответствующие частичным токам печи.Подключенные к фазному проводушунты, к которым подсоединяютсягруппы упомянутых резисторов, позволяют измерить токи, соответствующие частичным токам, стекающим сучастков поверхности электрода. Подключенные к нулевому проводу шунтЫ,к которым присоединяются группы ре-.зисторов, позволяют измерить токи,соответствуюцие частичным токамзвезды.Модель позволяет измерить токи,соответствующие частичным токамтреугольника, и токи, соответствующие частичным токам, протекающимчерез отдельные участки сечений ванны Упомянутые токи определяют путем деления комплекса напряжения насоответствующем сопротивлении на.это сопротивление.Все резисторы регулируемые. Этопозволит получать необходимяе зна-чения сопротивлений, соответствую- .щих сопротивлениям элементов объемаванны. Последовательно с каждымвключают выключатели, которые позволяют отключать резистор.На фиг. 1 показано расположениеэлектродов в плане ванны круглойпечи; на фиг. 2 - схематически элементы объема ванны в плане половины сектора, прилегающего к электроду; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2,элементы объема ванны,Пример настройки модели и определения частичных токов приведендля круглой трехэлектродной руднотермической печи РКО,5 мощностью10500 кВА, предназначенной для выплавки ферросилиция. Диаметры электродов этой печи равны 1000 мм,диаметр ванны равен 5200 мм, диаметрраспада электродов 2500 мм, глубина ванны 2100 мм, Электроды 1, 2 и3 печи расположены в ванне печи сбоковыми непроводящими стенками 4и угольной подиной 5, На дне ванныимеется жидкий расплав б. Элементыобъема ванны, на которые она разбита, имеют ширину 7, длину 8 ивысоту 9.Модель состоит из резисторов 10,образующих ячейки сетки,Для определения сопротивлений резисторов определяют сопротивлениячастей элементов объема между одной из граней и поверхностью, проходящей через его центр. Для каждого элемента необходимо определитьстолько сопротивлений, сколько онимеет граней. На фиг, 2 и 3 круж 5 нами показаны центры элементов, апрямоугольниками резисторы, замещающие упомянутые сопротивления частейэлементов объема, Причем каждьйцентр элемента объема совмещается 10 с соответствующим узлом, к которому подключаются резисторы. Сопротивления частей, прилегающих друг кдругу элементов, замещаются одним резистором. Сопротивления частей эле ментов, прилегающих к электродам 1,2 и 3 расплавленному металлу б нугольной подине 5, замещаются однимрезистором.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 электродыпечи заменяются соответственными 25. фазными проводами. Потенциалы этихпроводов соответствуют потенциаламэлектродов. Подина и расплавленныйметалл заменяются в устройстве нулевым проводом, потенциал которогосоответствует потенциалу подины и З 0 расплавленного металла.В рассматриваемом варианте дляопределения частичных токов в печидостаточна модель, содержащая шестьслоев сеток, расположенных один наддругим. Нижняя сетка соответствуетнижнему слою, расположенному междурасплавленным металлом и концамиэлектродов, Остальные сетки соответствуют слою глубиной, равной 1/5 глу бины погружения электрода.Для измерения тока, соответствующего частичному току, стекающему сучастка поверхности электрода, концы сопротивлений каждой сетки, по тенциалы которых соответствуют потенциалу электрода печи, соединяютпроводом и подключают к соответствуюцему фазному проводу устройствачерез шунт, с гомощью которого изме ряют укаэанный ток, Концы сопротивлений, потенциалы которых соответствуют потенциалу подины 5, и металлического расплава б объединяютсяв группы, каждая из которых подсое 55 диняется к общему нулевому проводуустройства через шунт, позволяюцийизмерять ток, соответствуюций частичному току звезды, текущему наотдельный участок поверхности расплавленного металла б или угольной по дины 5. Для определения частичных токовс помоцью модели предварительно оп"ределяют средние значения комнлек 65 сов линейных и фазных напряжений, атакже токов электродов рассматриваемойпечи, измеряя эти величины через каждые 5 мин в течение 10-ти плавок.Кроме того, предварительно определяют средние значения комплексовчастичных токов треугольника, протекающих через площадки, расположен-ные в каждой плоскости симметрии расположения электродов печи, Одна изтаких площадок находится в плоскости симметрии расположения электродов 1 и 2, ее размеры (соответственно, ширина, длина и высота) 7, 8 и 9.Две другие площадки таких же размеров расположены также в других двухплоскостях симметрии. 15Для определения средних значенийчастичных токов треугольника устанавливают параллельно каждой из упомянутых плоскостей симметрии паруплоских измерительных электродовтак, чтобы середина между центрами измерительных электродов совпадала с центром площадки, через которую протекает определяемый ток.Затем измеряют сопротивление междуизмерительными электродами каждойпары, комплексы напряжения междуними через каждые 5 мин в течение10-ти плавок. Кроме того, в соответственные точки однородной ванны, геометрически подобной ванне печи, устанавливают подобные измерительные электроды и измеряют (какбыло сказано выше) сопротивление,комплекс напряженности электрического поля в середине между центрамиизмерительных электродов пары,направленной по линии, соединяющейэти центры, двойным, йеискажающимполе зондом, Затем, не меняя положения зонда и убирая измерительные элек 40троды, повторно измеряют комплекснапряженности электрического поля.Измеряют и удельное сопротивлениесреды однородной ванны,Имея результаты измерений, необходимых для определения частичныхтоков треугольника (их значения .определяют по известной Формуле), определяют их средние значения. Крометого, устанавливают пары измерительных электродов так, чтобы серединамежду их центрами совпала с центромчасти элемента объема ванны, и измеряют сопротивления между нимичерез каждые 5 мин в течение 10-типлавок. Сопротивления около элек 55тродов печи измеряют одинарным измерительным электродом, Вторым измерительным электродом является электрод печи. Далее, в соответственныегочки упомянутой однородной ванныустанавливают подобные пары измерительных электродов и измеряют сопротивление между ними, Имея значения указанных сопротивлений, определяют удельное сопротивление в 65где йк1 сопротивление трубки К;длина трубки, проведеннаячерез центры поперечных сечений трубки К;удельное эквивалентное сопротивление подэлектродногопространства;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 фазнь 1 х 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 В этой трубки5 кй р.к10 Формула изобретения Способ настройки модели руднотермической электропечи, выполненной 15 в виде ячеистой трехмерной сеткиазиз переменных резисторов, при котором разбивают ванну печи на элементарные объемы, измеряют сопротив"ление части объемов, доступных для 20 непосредственных измерений и вячейках 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 повышеният очности настройки модели, подают наомодель линеййые напряжения, прап рциональные линейным напряжениям пе чиф измеряют на печи и модели ком 1 ексы фазных напряжений, токовэлектродов и частичных токов тр- егольника, протеканвих через каждуюУ юплоскость сиюетрии расположени яэлектродов в печи, сравнивают изенные параметры печи и модели имереннийегулируют величину сопротивлеррезисторов в ячейках модели, сои соответствующихобъемам ванны, недоступнымдл непосредственных измерений, до 40 достижения пропорциональности ме дуяжизмереннюк параметрами печи и ьюдели. 1 и К Коэффициент К позволит найти частичный ток печи йо соответствующему току устройства, измеренного с помощью шунта.Коэффициент К- величина вещественная, Коэффициенты К и К, токе 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 экспертизе1. Сисоян Г.А. Электрическаядуга в электрической печи. М Металлургиздат, 1961, с. 330-336,2. Марков Н.а. и Чердовских П.П.Ф50 Распределние тока в ванне дуговойпечи. 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 1 И в нап". равлении от конца электрода 1 к расплаву 6 выразится из ФормулыкМ ; кМ 9З К РК Т К К откуда получимк=Замкм 8 кгде р - удельное эквивалентное сопротивление подэлектродногопространства;В - сопротивление подэлектродного пространства;1 К- длина трубки,5 - поперечное сечение трубки.кПри указанном. делении на трубки многие трубки будут иметь одинаковые размеры. Это упрощает подсчет р.Если отношение соответствующих сопротивлений печи К, и модели Кбудет равно К (К = ", а отношение соотг,ветствующих напряжений печи 0, и устройства О равно К(К= "-), то отношение соответствующих. токов печи 1, и устройства Т, будет чи. Это:поз р лит находить оптимальные конструктивные параметры вновьсоздаваемых печей и рациональныережимы действующих, что, в своюочередь, дает возможность повысить 5 производительность печи, снизить .себестоимость выплавляемого материала что приведет к значительномуэкономическому эффекту.984068 А -д 70 итель О, ТурпаЙ.Гергель едакт 7Подпиомитета СССРоткрытийкая наб., д.4/ Тираж 862 ИПИ Государственного по делам изобретени 5, Москва, Ж, Ра з 9960/ о 1130 д, ул,Проектн Л "Латент" г.уж ли Сосазаренко Тех Корректор И.Ватрушкин