Система удаления и очистки технологических газов

Современные крупные ДСП оборудованы системами газоочистки организованных (через специальные газоотводящие отверстия в своде или корпусе) и неорганизованных выбросов технологических газов.

Интенсивность пыле- и газовыделений из рабочего пространства ДСП зависит от многих технологических факторов, меняется по ходу плавки, составляя от 150 до 2500 м³/(т·ч). Газовая фаза ДСП, создаваемая подсасываемым воздухом, вдуваемым кислородом (в окислительный период) и кислородом оксидов различных элементов, углеродом шихты, графитированных электродов и науглероживающих добавок, а также водородом (при диссоциации водяных паров), состоит из оксида (40…50 %) и диоксида (25…30 %) углерода, азота (25…30 %), кислорода (в окислительный период до 10 %), водорода (до 1 %). Наличие в технологических газах монооксида углерода делает их токсичными, горючими и взрывоопасными; объемная теплота сгорания составляет 3,5…5 МДж/м³. Такие газы при температуре 1500…1900 К уносят до 2,5 МДж/м³ в виде тепловых потерь, что составляет 8…15 % энергии, потребляемой технологическим процессом (см. § 10), что соответствует 100…150 кВт·ч/т жидкой стали.

Эту энергию используют («утилизируют») в качестве вторичного энергоносителя для предварительного подогрева металлолома в теплообменниках и котлах-утилизаторах для получения горячей воды для теплофикации производственных помещений и производства пара для турбогенераторов электроэнергии.

Запыленность технологических газов ДСП достигает в период расплавления 3…15 г/м³, в окислительный период 10…100 г/м³. Общее количество пыли, выносимое из ДСП за всю плавку, составляет 2…5 % от массы металлошихты. Пыль высокодисперсна (70…80 % частиц размером менее 0,5 мкм), содержит оксиды железа (35…65 %), магния (до 35 %), кальция (до 20 %), алюминия (до 15 %), кремния (до 15 %) и других элементов, имеет малую электропроводность, плотность порядка 4 т/м³, легко слипается, т.е. имеет большой угол естественного откоса, налипает на хлопчатобумажные и синтетические ткани.

При медленном и низкотемпературном нагреве металлолома, загрязненного полихлорвиниловыми соединениями и углеводородами, образуются высокотоксичные летучие органические соединения – полихлорированные дибензоДИОКСИНЫ (ПХДД, 75 изомеров) и дибензоФУРАНЫ (ПХДФ, 135 изомеров), отрицательно действующие на иммунную систему человека (международный эталон токсичности – не более 0,1 нг/м³). Обезвреживание газовых выбросов ДСП происходит при нагреве до 1700 К в отдельном термохимическом реакторе, последующем быстром охлаждении водой до 450…550 К («закалка») и сорбционной фильтрации через активированный уголь.

Системы газоочистки характеризуют способом улавливания (сбора или отсоса) газов и методом очистки от пыли (т.е. типом пылеуловителя).

Наиболее эффективным способом сбора газов из рабочего пространства ДСП является прямой газоотсос механической тягой через сводовое газоотводящее отверстие диаметром 600…900 мм.

Система газоотсоса состоит из сводового патрубка, камер дожигания и охлаждения.

Сводовый газоотборный патрубок крепят к сводовому кольцу или к поворотному кронштейну свода, устанавливая над отверстием в своде заподлицо или с зазором 60…80 мм на случай возможного «роста» кирпичного свода. Водоохлаждаемый патрубок по сравнению с футерованным меньше «зарастает» пылью и имеет высокую стойкость (более 1,5 лет) без заметного увеличения тепловых потерь. Скорость газов в патрубке составляет 20…30 м/с.

Камера дожигания представляет собой неподвижный горизонтальный водоохлаждаемый газоход, где за счет организованного подсоса воздуха взрывоопасный монооксид углерода окисляется (дожигается), что сопровождается нежелательным повышением температуры газов до 2000 К.

Между сводовым патрубком и камерой дожигания должен быть регулируемый рабочий зазор 50…250 мм для рассоединения газового тракта во время наклона корпуса и поворота свода. Для этого камера дожигания может иметь подвижную водоохлаждаемую муфту, скользящую по ее наружной поверхности с помощью пневмопривода, управляемого сталеваром с рабочей площадки ДСП.

Камера охлаждения предназначена для охлаждения газов до заданной температуры перед последующей газоочисткой. В верхней части водоохлаждаемой камеры имеется патрубок регулируемого подсоса воздуха (или газовоздушной смеси из системы сбора неорганизованных выбросов над ДСП) для разбавления в 3–6 раз отсасываемых газов и для дополнительного дожигания монооксида углерода. Нижнюю часть камеры дожигания соединяют диффузором с пылевой камерой газохода большого сечения, где происходит осаждение крупных спекшихся частиц в виде шлака.

Система газоотсоса должна регулировать давление под сводом в пределах 5…40 Па (положительное давление). Для этого сводовый патрубок оборудуют дроссельной водоохлаждаемой заслонкой или пневмоотсекателями в виде струй сжатого воздуха под давлением не менее 0,2 МПа.

Неорганизованные газо- и пылевыбросы через неплотности ДСП собирают над печью с помощью зонта, установленного на фермах печного пролета цеха. Такая система предотвращает загрязнение воздушного бассейна вокруг цеха в отличие от ранее использовавшихся аэрационных фонарей.

Для очистки газов от пыли перед выбросом их в атмосферу применяют следующие методы и типы пылеуловителей:

1) электростатическое осаждение в сухих или мокрых электрофильтрах;

2) прямое осаждение в тканевых фильтрах в виде рукавов цилиндрической формы (рукавные фильтры);

3) осаждение в результате столкновения частиц пыли с каплями воды (мокрая очистка) в скоростных (турбулентных) пылеуловителях.

Эффективность газоочистных установок оценивают степенью очистки в виде отношения удаленной пыли к начальной запыленности газа. Наибольшую степень очистки (до 99,7 %) при наименьших эксплуатационных затратах обеспечивают мокрые электрофильтры, но их сооружение обходится в несколько раз дороже.

Достаточно высокую степень очистки (до 99 %) можно получить с помощью рукавных фильтров, но их эксплуатация требует поддержания параметров очищаемых газов (температура, влажность, запыленность), соответствующих материалу рукавов.

Метод мокрой очистки требует наименьших капитальных затрат, более прост в эксплуатации, но связан со значительными затратами на оборотное водоснабжение, обработку шламовых вод и т.д.

Необходимую тягу в газовом тракте системы удаления и очистки технологических газов ДСП создают центробежными вентиляторами-дымососами, устанавливаемыми после пылеуловителя и создающими разрежение порядка 10…12 кПа. Производительность дымососа рассчитывают на максимальное (пиковое) газовыделение в ДСП.

Очищенные газы с запыленностью до 0,1 г/м³ выбрасывают в дымовую трубу.

Электрооборудование

ДСП, являющуюся мощным потребителем электрической энергии, подключают к районной подстанции энергетической системы (внешнее электроснабжение) или к распределительному устройству местной (заводской) ТЭЦ. Внешнее электроснабжение обеспечивают ЛЭП: при напряжении 220 и 110 кВ – воздушными; при 35 кВ – чаще воздушными, реже кабельными; при 10 и 6 кВ – только кабельными. Непосредственно ДСП питают через отдельные ГПП напряжением 6 или 10 кВ (малые ДСП мощностью до 12,5 МВ·А) и 35 кВ (средние ДСП мощностью до 50 МВ·А). Крупные ДСП высокой и сверхвысокой мощности (до 100 и более МВ·А) электротехнически целесообразно питать напряжением 110 и 220 кВ по схеме глубокого ввода энергии.

По надежности электроснабжения ДСП относят к электроприемникам второй категории,допускающим кратковременный (не более 30 мин) перерыв в питании в случае ручного перехода на резервную ЛЭП или секцию ГПП.

Электрическая схема

Электрическая схема ДСП состоит из следующих отдельных схем:

1) силовой цепи, показанной на рис. 54 утолщенными линиями;

2) вторичных цепей управления и защиты;

3) сигнализации;

4) термоконтроля;

5) цепей измерения тока и напряжения;

6) автоматического регулятора электрического режима (АРЭР);

7) силовой цепи привода механизмов ДСП, УЭМП, газоочистки и т.д.;

8) вторичных цепей управления механизмами ДСП.

1. Схема силовой цепи ДСП (см. рис. 54) состоит из следующих основных элементов, начиная от секций ГПП: разъединители Р – высоковольтный выключатель ВВ – электропечной трансформатор Тр в виде агрегата с токоограничивающим реактором (см. рис. 54, а) или регулировочным автотрансформатором (см. рис. 54, б) – вторичный токопровод КС (см. § 6) – электрические дуги (см. § 2).

Для подавления колебаний нагрузки из-за нестабильного горения дуг в период расплавления твердой металлошихты параллельно силовой цепи ДСП высокой и сверхвысокой мощности включают динамические (управляемые) компенсаторы в виде конденсаторной батареи С и реакторов L. Управление обеспечивает тиристорное переключающее устройство.

Рис. 54. Однолинейная электриче­ская схема ДСП
малой (а) и большой (б) мощности

В силовую цепь ВН высокоимпедансных ДСП включают последовательно в каждую фазу специальные однофазные реакторы, имеющие пять ступеней реактивности (0 , 40, 60, 80 и 100 %). Например, на ДСП-100 ММЗ реактор имеет индуктивность 6,36 мГн и индуктивное сопротивление 2 Ом.

2. Схема вторичных цепей обеспечивает дистанционное управление высоковольтным выключателем с пульта управления ДСП.

Цепь включения ВВ блокируют:

а) ключом («вилкой») сталевара, гарантирующий электробезопасность при неотложных ремонтных работах во время плавки на своде или вторичном токопроводе;

б) включением насоса циркуляции масла в системе охлаждения трансформатора;

в) фиксированием положения переключателя схемы соединения или ответвлений («отпаек») обмоток ВН трансформатора (в случае регулирования напряжения без нагрузки).

Цепь отключения ВВ блокируют:

а) при наклоне ДСП в сторону слива металла на угол более 10° (с помощью путевого выключателя на фундаментной балке и опорном сегменте);

б) при подъеме свода;

в) при включении привода механизма переключателя ступеней напряжения без нагрузки;

д) при срабатывании релейной защиты;

е) при длительном превышении температуры масла в системе охлаждения трансформатора;

ж) при длительном превышении температуры воды в системе охлаждения элементов ДСП (см. § 8).

Релейная защита современных ДСП имеет:

а) реле максимального тока типа РСТ-40, устанавливаемые на стороне ВНи обеспечивающие мгновенное (за 0,1…0,15 с) отключение ДСП при аварийных КЗ;

б) реле максимального тока типа РТ-80, устанавливаемые на стороне НН и воздействующие на ВВ через реле времени при эксплуатационных КЗ длительностью более 10 с;

в) газовые реле трансформатора (и автотрансформатора), реагирующие на локальное термическое разложение масла в системе охлаждения;

г) разрядники РВ(см. рис. 54, б)типа РВМГ, устанавливаемые на стороне ВН(35 кВ и выше) и защищающие обмотки трансформатора от коммутационных и атмосферных (при открытой установке) перенапряжений.

Напряжение цепей управления и защиты – 220 В.

3. Схема сигнализации обеспечивает:

а) общую аварийно-предупреждающую сигнализацию при ненормальных режимах в работе ДСП с помощью реле импульсной сигнализации, звонка и световых табло;

б) сигнализацию безопасности в виде светофора для ВВи звонка при подъеме свода и наклоне ДСП.

Светофор ВВимеет три лампы: красную – включенное положение; зеленую – отключенное положение и желтую – аварийное отключение.

4. Схема теплоконтроля включает:

а) платиновые термометры сопротивления типа ТСП, контролирующие температуру выходящей воды в системе охлаждения элементов конструкции ДСП;

б) электроконтактные манометрические термометры, контролирующие температуру масла в системе охлаждения трансформатора;

в) поверхностные термопары, контролирующие температуру днища корпуса ДСП;

г) поверхностные термопары, контролирующие температуру обмотки и магнитопровода статора ЭМП.

Теплоконтроль, как правило, осуществляют в две стадии: сначала воздействуют на звуковую и световую сигнализацию, затем с выдержкой в несколько десятков секунд (по реле времени) отключают ВВ.

5. Схема цепей измерения тока и напряжения через соответствующие трансформаторы тока ТТ и напряжения ТН (см. рис. 54) обеспечивает безопасность и возможность установки контрольно-измерительных приборов (КИП) на значительном расстоянии от точек измерения электрических параметров на щите амперметров ЩА и щите управления, защиты и сигнализации ЩУЗС около пульта управления ДСП.

Измерительный трансформатор ТН имеет номинальное вторичное напряжение 100 В. Вследствие малого внутреннего падения напряжения в ТН первичную обмотку подключают к ЛЭП через плавкие предохранители. Для электробезопасности обмотки ТН заземляют.

На стороне ВН устанавливают ТН типа 3´3НОМ, к которому подключают параллельно вольтметр линейного напряжения питающей сети , обмотки напряжения показывающего и регистрирующего ваттметров, счетчиков активной и реактивной энергии, фазометра, измеряющего коэффициент мощности.

На стороне НН устанавливают ТН типа НОС, к которым подключают параллельно вольтметры фазного напряжения (для каждой дуги) и цепи напряжения АРЭР.

Измерительный трансформатор ТТ имеет номинальный вторичный ток 5 А. Особенностью ТТ является работа в режиме КЗ Случайный разрыв вторичной цепи (при демонтаже КИП) и даже увеличение сопротивления подключенных КИП сверх максимально допустимого вызывают остаточное намагничивание магнитопровода ТТ(снижение точности измерения), перегрев и порчу электроизоляции (опасность поражения высоким напряжением при соприкосновении с КИП). Поэтому для правильной эксплуатации необходимо при монтаже КИП закорачивать вторичную обмотку; иметь достаточное число ТТ, в том числе и ТТ с двумя вторичными обмотками; заземлять вторичные обмотки для электробезопасности.

На стороне ВН устанавливают высоковольтные проходные ТТ типа ТПОЛ, к которым последовательно подключают амперметр первичного тока , токовые обмотки показывающего и регистрирующего ваттметров, счетчиков активной и реактивной энергии, фазометра, измеряющего коэффициент мощности. Дополнительные вторичные обмотки этих ТТ предназначены для реле максимального тока типа РСТ-40.

На шинах вторичного токопровода малых ДСП для измерения силы тока до 25 кА устанавливают (см. рис. 54, а) низковольтные ТТтипа ТНШЛ, к которым последовательно подключают амперметры вторичного тока ( , или ), токовые цепи АРЭР и реле максимального тока типа РТ-80.

Для измерения токов свыше 25 кА на крупных ДСП высоковольтные ТТ встраивают (см. рис. 54, б) в специальную дополнительную обмотку электропечного трансформатора, в которой из-за постоянного коэффициента трансформации сила тока пропорциональна силе тока, протекающего в соответствующем электроде, т.е. , или .

6. Схема АРЭР зависит от типа привода передвижения электродов (см. § 8). На ДСП с электромеханическим приводом применяют тиристорный АРЭР типа АРДМ-Т; на ДСП с гидравлическим приводом – типа АРДГ, также имеющий тиристорный усилитель управляющего сигнала (предложение К.М. Хасина с соавторами). Оба типа АРЭР ДСП работают по принципу дифференциального регулирования, при котором в качестве параметра регулирования используют разность сигналов, пропорциональных силе тока дуги и напряжению фазы и получаемых, как было показано выше (см. рис. 54), от измерительных трансформаторов ТТ и ТН.

С усложнением технологии и сокращением длительности плавки обслуживающему персоналу труднее своевременно и адекватно реагировать на текущую информацию о ходе процесса и состоянии оборудования. Поэтому современные ДСП оснащают способным к «самообучению» регулятором на основе ЭВМ, обладающих интеллектуальным поведением, программа работы которого основана на принципе искусственных нейронных сетей («думающая дуговая печь» фирмы Neural Application Corporation).

7. Силовая цепь приводов механизмов ДСП имеет напряжение 380 В от цеховой понизительной подстанции. Приводные электродвигатели дымососа работают от распределительного устройства заводской ГПП с напряжением 6 или 10 кВ.

8. Вторичные цепи управления (220 В) приводами механизмов ДСП обеспечивает определенную последовательность их работы, чтобы не допустить случайных неправильных действий. Для этого механизмы между собой сблокированы таким образом, что блокируемый механизм питают через блок-контакты (в виде путевых и конечных выключателей), находящиеся на блокирующем механизме. Помимо вышеописанных блокировок, связанных с ВВ, и всевозможных блокировок, ограничивающих и фиксирующих передвижение в пределах «технологического хода» (наклон ДСП на определенный угол в ту или иную сторону, подъем и поворот свода; верхнее и нижнее положение несущей конструкции электродов и т.п.), ДСП блокируют:

а) наклон невозможен при поднятом своде;

б) поворот свода, а для ДСП обычной и повышенной мощности, оборудованных соответствующим механизмом, и вращение корпуса невозможны, пока корпус не установлен вертикально, а электроды, кислородная фурма и свод не подняты в крайнее верхнее положение.

Могут быть и другие блокировки приводов механизмов ДСП.

Как уже отмечалось, действие некоторых механизмов ДСП (наклон ДСП, подъем и поворот свода) сопровождается звуковой сигнализацией безопасности.

Электропечной трансформатор

Электропечные трансформаторы предназначены для преобразования электрической энергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения (см. § 6) для силового питания ДСП в соответствии с энергетическим режимом плавки (см. § 5).

В отличие от силовых понижающих трансформаторов электропечные трансформаторы ДСП имеют следующие особенности:

1) больший переменный коэффициент трансформации n из-за малой величины , регулируемой в широком диапазоне («глубина регулирования» составляет 2…4) с числом ступеней 12…23. Дискретное изменение n усложняет конструкцию обмоток ВНс соответствующим количеством ответвлений («отпаек») и механизмом их переключения;

2) большие вторичные токи (50…100 кА и более) и резкопеременный характер нагрузки, определяемый колебаниями тока вплоть до эксплуатационного (см. рис. 40). Это осложняет конструкцию обмоток НН с повышенной электродинамической стойкостью, требует их эффективного охлаждения и выбора оптимального значения напряжения , индуктивного сопротивления трансформатора Х_тр и всей электропечной установки X (см. § 6);

3) большая «типовая» мощность , превышающая из-за наличия регулировочных обмоток, токоограничивающего реактора и т.п.

С учетом этих особенностей напряжение регулируют:

а) прямо – одним электропечным трансформатором (п = varia);

б) косвенно – регулировочным автотрансформатором (при кВ) или трансформатором (при кВ), которые в комплекте с собственно электропечным трансформатором (п = const) образуют трансформаторный агрегат.

Конструкция современных электропечных трансформаторов допускает их периодическую перегрузку по току в течение τ_max, чередующуюся с номинальной нагрузкой в течение τ_ном (табл. 9).

Таблица 9

Допустимые перегрузки отечественных электропечных трансформаторов
для ДСП разной мощности

Sном, МВ×А	τmax, ч	τном, ч	Перегрузка, %, не более
	1,0	1,5
	1,25	1,75
12,5	Продолжительно	–
	1,75	2,25
	2,0	2,5
	1,25	1,75

Такой токовый режим эксплуатации электропечных трансформаторов улучшает использование мощности и соответствующие технико-экономические показатели электропечной установки ДСП.

Вторичное напряжение в технологических пределах от до регулируют, как уже отмечалось (см. § 6), прямо или косвенно переключением обмоток ВН с отключением (без нагрузки) или без отключения (под нагрузкой) от силовой цепи.

Современные электропечные трансформаторы строят (в России московский «Электрозавод») со ступенями постоянной мощности, что позволяет менять по ходу плавки напряжение, не снижая мощности, т.е. регулировать теплообмен в рабочем пространстве ДСП.

Коммутационная аппаратура

Высоковольтные выключатели (ВВ) (см. рис. 54) служат для включения и выключения электропечного трансформатора в соответствии с эксплуатационными особенностями работы ДСП (оперативная функция) и для защиты установки от ненормальных режимов (защитная функция). Поэтому различают оперативно-защитные выключатели, которые устанавливают на печных подстанциях (печные выключатели) для выполнения оперативных и некоторых защитных функций (через реле максимального тока типа РТ-80 и газовое реле) и защитные выключатели, устанавливаемые обычно на шинах ГПП и защищающие всю питаемую группу из нескольких ДСП от аварийных КЗ через реле максимального тока типа РСТ-40.

В отличие от обычных ВВ печные выключатели производят частые (до 50–60 в сутки) коммутационные операции «включить – отключить». Согласно ГОСТ 18397–86 конструкция ВВ и их приводов должна соответствовать следующим техническим требованиям: высокая надежность, быстрота отключения, достаточная долговечность контактов (с условием замены быстроизнашивающихся частей), взрыво- и пожаробезопасность, достаточная электродинамическая прочность при допустимой кратности тока при эксплуатационных КЗ. Каждый ВВ должен иметь счетчик числа отключений. Межремонтный ресурс составляет при напряжении 6…10 кВ 10 000, при 35 кВ 7500, при 110…220 кВ 2000 отключений. Из-за сравнительно малой коммутационной (электрической) износостойкости, когда контакты приходится ремонтировать в 5–20 раз чаще, чем механические узлы выключателя или привода, на мощных ДСП устанавливают по два оперативно-защитных (печных) ВВ (см. рис. 54, б), соединенных параллельно, работающих поочередно с периодическим профилактическим осмотром через 200 отключений.

По принципу гашения дуги ВВ делят на:

1) электромагнитные, применяемые при напряжении 6 и 10 кВ;

2) воздушные (пневматические) – при напряжении 35 кВ;

3) вакуумные – при напряжении 110 и 220 кВ.

В электромагнитных ВВ типа ВЭМ каждый полюс имеет рабочие (главные) и вспомогательные (дугогасительные, снабженные сменными дугостойкими наконечниками) контакты, дугогасительную камеру (расположенную между полюсными наконечниками П-образного электромагнита), отключающую пружину и электромагнитный привод включения. При отключении (под действием пружины) вначале размыкаются (без дуги) главные, а затем – дугогасительные контакты. Возникающая дуга под действием электродинамического воздействия магнитного поля разрываемого электрического контура в виде перпендикулярных проводников (см. § 2), естественной тепловой конвекции воздуха и специального поддува воздуха из пневмоцилиндра, расположенного под подвижным контактом, выдувается вверх, в дугогасительную камеру. При движении дуга включает обмотку электромагнита в отключаемую электрическую цепь, где протекает ток I_к.з. Возникающее интенсивное магнитное поле (магнитное дутье) сбрасывает дугу с дугогасительных контактов, обеспечивая необходимое минимальное время отключения и достаточно высокую коммутационную стойкость ВВ.

В воздушных (пневматических) ВВ типа ВВП дуга, возникающая при размыкании рабочих контактов, гасится потоком сжатого воздуха, подаваемого в дугогасительную камеру под давлением до 2 МПа от специального компрессора. Расход воздуха на одно отключение составляет до 1,5 м³. Отключенное состояние ВВ фиксирует подвижный контакт – «отделитель», расположенный снаружи дугогасительной камеры и разъединяющий один из токопроводов. Поэтому повторное ВВ возможно только после предварительного включения «отделителя» пневмоприводом.

Вакуумные ВВ типа ВПВ имеют достаточно высокую механическую и коммутационную (электрическую) износостойкость, поскольку их контакты находятся взапаянной вакуумной (давление 1…0,1 мПа) дугогасительной камере (ВДК). Ремонт таких ВВ заключается в замене ВДК после отработки межремонтного ресурса (до 20 000 отключений).

При отключении ДСП могут возникать коммутационные перенапряжения. Поэтому для защиты обмоток ВНэлектропечного трансформатора за ВВ (по направлению потока электрической энергии) необходимо устанавливать разрядники (см. рис. 54, б).

ВВ выбирают по номинальному напряжению U_ном, равному U_1л, току I_ном и току отключения I_откл, являющемуся предельным значением тока, проходящего через контакты («сквозной» ток) при КЗ и характеризующего электродинамическую прочность и термическую устойчивость ВВ.

Величину называют номинальной мощностью отключения («разрывная» мощность).

Например, ВВ типа ВВП-35/1250, применяемый на отечественных ДСП-100, имеет U_ном = 35 кВ, I_ном = 1,25 кА, I_откл = 16 кА, характеризующий термическую устойчивость в течение 4 с, и S_откл = 1 ГВ×А. Номинальному току I_ном соответствует предельное мгновенное значение «ударного» сквозного тока при КЗ порядка 41 кА.

Разъединители (см. рис. 54) служат для снятия напряжения с ВВ (линейные разъединители) и для создания видимого разрыва на шинах первичного токопровода (шинные разъединители). Необходимо подчеркнуть, что разъединители не предназначены для включения или отключения силового питания ДСП. Поэтому должен быть определенный порядок управления разъединителями.

Разъединитель представляет собой один трехполюсный или три однополюсных «ножевых» рубильника с соответствующим приводом. При включенном и отключенном положениях «ножи» запирают специальным зацепом, исключающим самопроизвольное открытие или закрытие их под влиянием силы тяжести, сотрясений или электромагнитных сил. В камере разъединителя имеются сигнальные лампы безопасности, показывающие положение «главных» контактов высоковольтного выключателя. Для большей безопасности лампы должны гореть в положении «отключено» и гаснуть в положении «включено». Кроме этого, привод разъединителя имеет блокировку с приводом выключателя.

Первичный токопровод обычно выполняют из алюминиевых шин сокраской в различные цвета: фаза А – желтый, фаза В – зеленый, фаза С – красный.

§ 10. Энергетический баланс
и технико-экономические показатели работы

Энергетический баланс

Энергетический баланс ДСП за плавку (табл. 10) и соответствующие значения технико-экономических показателей (η_общ, W_у и др.) характеризуют не столько электро- и теплотехническое качество электропечной установки ДСП, сколько соотношение энергетических затрат принятой технологии выплавки стали данной марки.

Таблица 10

Энергетический баланс ДСП за плавку
(по данным ВНИИЭТО и ООО «Энергосталь»)

Статья баланса	Вместимость, т
3...12	25...50	100…150
Приход, %:
Электрическая энергия Химическая энергия Итого…	85...90 10...15	65...70 30...35	50...60 40…50
Расход, %:
Электрические потери Тепловые потери	11...15 30...44	6...8 27...34	2...4 26...33
В том числе:
через футеровку с газами с водой Полезное тепло Итого… Общий КПД ηобщ Wу , кВт×ч/т	20...30 3...5 7...9 45...55 0,45...0,55 700...600	14...16 8...10 5...8 60...65 0,60...0,65 540...500	3...4 13...16 10...13 65...70 0,65...0,70 350...400

В приходной части баланса 10…50 % составляет химическая энергия, выделяющаяся:

1) при окислении элементов металлошихты (в энергетический период τ_эн) и жидкого металла (в окислительный период τ_ок) без применения кислорода до 12 %, при использовании кислорода только в период τ_ок до 25 %, при технологически необходимом использовании кислорода* (для переплава высоколегированных низкоуглеродистых сталей в ДСП вместимостью 25…150 т) в периоды τ_эн и τ_ок до 40…50 %. По данным ВНИИЭТО, каждый процент угара соответствует приходу химической энергии порядка 20…25 кВт×ч/т. По данным А.Н. Морозова, удельный расход кислорода 1 м³/т соответствует снижению расхода электроэнергии на 4,4…5,0 кВт×ч/т. Увеличение электрической мощности ДСП, сокращая длительность энергетического периода τ_эн согласно (14), снижает угар металла и уменьшает долю химической энергии;

2) при экзотермических процессах шлакообразования до 5 %;

3) при окислении графитированных электродов** до 5 % (для ДСП ПТ 0,5…1,0 % );

4) при сжигании топлива в рабочем пространстве ДСП с помощью ТКГ до 9 % (в зависимости от расхода природного газа и теплотехнической эффективности его использования).

Для оценки электрического КПД ДСП за плавку η_э необходимо величину электрических потерь соотносить только к доле электроэнергии в приходной части баланса. По данным табл. 10, η_э составляет 0,87…0,96, увеличиваясь для более крупных и мощных ДСП.

С укрупнением ДСП происходит снижение доли тепловых потерь в расходной части баланса, в результате чего возрастает доля полезного тепла, повышается общий КПД η_общ. Однако интенсификация плавки кислородом приводит к росту тепловых потерь с отходящими газами, а применение водоохлаждаемых панелей в ДСП высокой и сверхвысокой мощности – тепловых потерь с водой (табл. 11 и рис. 55).

Удельный расход электроэнергии W_у в ДСП составляет 550…700 кВт×ч/т, снижаясь за счет уменьшения удельной теплоотдающей поверхности для более крупных ДСП и за счет сокращения длительности отдельных периодов и всей плавки в целом для ДСП высокой и сверхвысокой мощности.

Таблица 11

Энергетический баланс плавки в ДСП четвертого поколения
вместимостью 100 т и мощностью 80 МВ·А

№ п/п	Статья прихода	ГДж	%	№ п/п	Статья расхода	ГДж	%
1п     2п   3п   4п   5п   6п   7п 8п   9п	Тепло, вносимое подогретым металлоломом Энтальпия остатка жидкого металла Энтальпия жидкого чугуна Энтальпия остатка жидкого шлака Тепло экзотермических реакций в ванне Окисление графитированных электродов От ТКГ Дожигание монооксида углерода Электроэнергия**	9,1   13,1   41,9   4,7   40,5   9,7 15,6   54,8 87,0	3,3   4,7   15,2   1,7   14,7   3,5 5,6   19,8 31,5	1р 2р   3р 4р 5р   6р 7р	Полезное тепло: энтальпия металла энтальпия шлака     Тепловые потери: с газами с водой с теплоотдающей поверхности за подготовительный период Электрические потери	130,2 25,8   84,7 17,3   1,1   13,0 4,3*	47,1 9,3   30,6 6,3   0,4   4,7 1,6
Итого…	276,4			Итого…	276,4

^* Электрический КПД 0,95.
^** Удельный расход электроэнергии 242 кВт×ч/т.

Рис. 55. Структура энергетического баланса плавки в ДСП четвертого поколения вместимостью 100 т и мощностью 80 МВ·А с применением 30 % жидкого чугуна. Обозначения и значения статей прихода (п) и расхода (р) см. в табл. 11

Периодическая работа ДСП связана с изменением энтальпии футеровки в течение плавки, вызывая перераспределение энергии в отдельные периоды плавки. Для оценки составляют «частные» энергетические балансы за отдельные периоды τ_пдг, τ_эн, τ_ок и τ_вст (табл. 12).

Таблица 12

Частные энергетические балансы ДСП второго поколения
вместимостью 100 т, % (по данным ВНИИЭТО)

Статья баланса	Периоды плавки
τпдг	τэн	τок	τвст
Приход, %:
Электрическая энергия Химическая энергия 1	— — 100,0	77,2 22,8 —	— 100,0 —	49,6 50,4 —
Итого…	100,0	100,0	100,0	100,0
Расход, %:
Электрические потери Тепловые потери	— 85,8	7,5 21,5	— 29,5	5,8 30,5
В том числе:
через футеровку с газами с водой Полезное тепло	76,7 6,6 2,5 — 14,2	11,4 7,7 2,4 0,8 70,2	9,4 16,7 3,4 47,3 23,2	12,4 13,5 4,6 24,0 39,7
Итого…	100,0	100,0	100,0	100,0
Примечание. МВ·А; плавка электротехнической стали с применением кислорода; τпдг = 0,7 ч; τэн = 3,4 ч (с подвалкой шихты); τок = 0,5 ч (печь отключена); τвст = 1 ч; τпл = 5,6 ч; hэ = 0,902; hобщ = 0,623; W2у = 472 кВт·ч/т; Wу = 512 кВт×ч/т.

Очевидно, что в период τ_пдг величина является единственной статьей приходной части соответствующего частного баланса, компенсирующей тепловые потери из рабочего пространства ДСП, особенно при открывании корпуса для механизированной заправки и завалки металлошихты. По данным ВНИИЭТО, в период τ_пдг теряется 5…6 % энергии, расходуемой на всю плавку, т.е. до 20 % всех тепловых потерь (см. табл. 10). Полезный расход энергии связан с нагревом заправочных материалов, спекаемых с огнеупорным материалом футеровки подины, и шихтовых материалов, загружаемых в ДСП в этот период.

Энергетический период расплавления τ_эн является наиболее энергоемким периодом плавки, когда потребляется до 80 % общего расхода энергии, причем в основном (75…85 %) в виде электрической энергии. Увеличение электрической мощности, обеспечивая согласно (14) ускорение расплавления металлошихты, приводит к улучшению теплотехнических показателей и снижению согласно (19) удельного расхода электроэнергии W_2у. По данным ВНИИЭТО, возможное DW_2у ~ 2,2 кВт×ч/т на 1 МВт активной мощности.

В расходной части энергетических балансов за периоды τ_эн, τ_ок и τ_вст (см. табл. 12) появляется статья расходов энергии на нагрев футеровки ( ), что снижает КПД ДСП в эти периоды (табл. 13).

Таблица 13

Значения КПД в разные периоды плавки в ДСП

КПД	Период
τэн	τок	τвст
ηт<