Энергетический режим периода расплавления

При разработке энергетического режима в этот период исходят из следующих условий:

1) расплавить металлошихту за время τ_эн, определяемое величиной экономически оптимальной мощности ДСП S_ном;

2) подвести соответствующее количество тепловой энергии , определяемое из теплового баланса за этот период;

3) часть энергии в виде суммы ΔW_ак + ΔW_т.п с учетом допущения, сделанного при постановке задачи, подвести с постоянной мощностью ΔР_{ак +} Р_т.п ≈ const; другую часть, равную – (ΔW_ак + W_т.п), подвести так, чтобы в любой момент тепловой поток, излучаемый на футеровку, мог передаваться шихте, не вызывая перегрева футеровки.

Расчет процесса плавления шихты крайне сложен; кроме того, практика показывает, что энергетический режим периода расплавления зависит от большого числа факторов, не поддающихся расчету (насыпная плотность шихты, способ ее укладки, количество тепла, потерянного в подготовительный период τ_пдг и т.д.), поэтому энергетические режимы отдельных плавок на практике весьма различны.

Ниже изложена методика, разработанная Н.В. Окороковым.

Как уже было отмечено, во избежание разрушения футеровки полезную мощность, эквивалентную и вводимую во время «открытого» горения дуг, необходимо изменять в соответствии с излучательной способностью футеровки. Другими словами, график изменения полезной мощности должен быть согласован с кривой в координатах « » или аналогично « ». Технические трудности изменения мощности трансформатора ДСП в виде непрерывной кривой вызывают необходимость ее ступенчатого изменения (на рис. 29 – в виде ломаной линии АБВГДЕЖЗИК). Точка Л на оси абсцисс соответствует температуре окончания периода расплавления Т_эн, которую достигают за время τ_эн. Сделав допущение, что температура нагреваемой шихты меняется линейно во времени, можно найти масштаб времени на оси абсцисс .

Участок АБ, соответствующий началу расплавления (см. § 4), показывает необходимость снижения мощности нагрева примерно вдвое. Участок ВГ, соответствующий этапу «закрытого» горения дуг, показывает возможность увеличения тепловой мощности независимо от излучательной (а точнее, тепловоспринимающей) способности футеровки. Как отмечалось, на этом этапе вводят электротехнически допустимую максимальную мощность, превышающую номинальную в 1,2 и более раз. Участок ломаной ДЕ – ЖЗ – ИК, соответствующий «открытому» горению дуг, вписывают в кривую излучательной способности футеровки.

В координатах «мощность – время» площадь, ограниченная ломаной линией АБВ…КЛ, соответствует энергии, излучаемой (или воспринимаемой) футеровкой за время τ_эн без учета (ΔW_ак + W_т.п), т.е. W_пол; высота равновеликого прямоугольника 0МНЛ – средней полезной мощности . Это дает возможность получить масштаб активной мощности на оси ординат .

Добавив к ординатам графика постоянную ординату, равную (Р_ак + Р_т.п), получим график изменения во времени тепловой мощности, вводимой в рабочее пространство ДСП (ломаная линия 0А₁Б₁В₁ ....К₁Л). Если масштаб разделить на величину электрического КПД и коэффициента мощности , можно получить масштаб полной мощности . Тогда эта ломаная линия будет представлять график изменения полной мощности трансформатора .

Построенный таким способом энергетический режим периода расплавления в виде графиков или , несмотря на ряд принятых допущений, соответствует двум основным условиям:

1) за данное время в ДСП вводится нужное количество тепловой энергии (W_2н);

2)подводимая мощность обеспечивает надежную тепловую работу футеровки.

Энергетический режим периода расплавления имеет несколько ступеней мощности, которые регулируют ступенями вторичного напряжения . Применение трансформаторов с большим числом ступеней напряжения, переключаемых под нагрузкой, и соответствующих систем автоматического регулирования мощности позволяет практически изменять энергетический режим по графику, близкому к кривым, приведенным на рис. 29 (для соответствующей Т_фут). В этом случае достаточно определить только высшую и низшую ступени, так как регулятор сможет подобрать из большого числа ступеней необходимую промежуточную ступень мощности. Изменение условий теплообмена в ДСП по мере расплавления шихты различной насыпной плотности может привести к тому, что графики изменения мощности, построенные на основе практических данных, будут отличаться от приведенного теоретического. Например, в крупнотоннажных ДСП при насыпной плотности шихты 0,8…1,2 т/м³ оказывается возможным почти все расплавление проводить на максимальной мощности, снижая ее только в конце периода, так как за время периода τ_Э температура футеровки очень часто не достигает даже температуры шлака (T_фут < Т_шл).

Энергетический режим периода расплавления характеризуют следующими показателями:

1) коэффициент использования максимальной мощности (на рис. 29 ступень В₁Г₁) ;

2) коэффициент использования средней мощности (на рис. 29 – линия М₁Н₁) ;

3) длительность закрытого горения дуг τ_зкр, составляющая обычно