Разработка рациональных схем и конструкций вторичных токопроводов ферросплавных печей

Задачи, поставленные перед промышленностью нашей страны в решениях ХХУТ съезда КПСС требуют дальнейшего внедрения во все отрасли народного хозяйства прогрессивных методов технологических процессов. При производстве многих видов продукции дальнейшая интенсификация и экономическая эффективность при одновременном улучшении качества может быть достигнута при применении электронагрева, Особенно это относится к получению качественной стали, сплавов, чугуна, титана, тугоплавких, полупроводниковых и редких металлов, фосфора, труб, метизов и разнообразных деталей машин.

Увеличение выработки электроэнергии позволяет все более широко внедрять электрические процессы во всех отраслях народного хозяйства. Неизбежным фактором широкого внедрения промышленного электронагрева является рост абсолютного размера потерь энергии. Вопрос экономии энергетических и материальных ресурсов является одним из главных направлений в работе всех отраслей промышленности и этим сегодня озабочены все промышленно развитые государства, В настоящее время речь идет о перестройке и реконструировании всей цепочки приспособлений к прежним понятиям по использованию энергоресурсов. Энергосберегающая политика становится на данном этапе не просто выгодной экономически, но и неизбежной.

Энергосберегающая политика не отвергает необходимость развития электротермии на данном этапе, которая определяется следующими факторами: (1−83).

1, Повышением требований к качеству материалов и изделий, связанных в первую очередь с возникновением новых отраслей техник и ужесточением требований к параметрам машин и механизмов,.

2, Экономией материальных и энергетических ресурсов, уменьшением угара, окалины, припусков на механообработку, снижением ра хода топлива.

3* Интенсификацией производствараспространением поточных методов, механизацией и автоматизацией технологических процессов*.

4″ Экологией, т. е. проблемой взаимоотношения производства и природы (загрязнение окружающей среды, переработка вторсырья, вовлек чение в производство бедных и трудноперерабатываемых видов сырья).

Поскольку руднотермические электропечи являются крупнейшими потребителями электрической энергии дальнейшее совершенствование печей является актуальной задачей и должно осуществляться в направлении снижения потерь, повышения к.п.д" и надежности в работе.

ВЫВОД Ы.

Отличительной особенностью литых контактных соединений является более низкое сопротивление против болтовых соединений, возможность создания компактных узлов рациональной конструкции при применении алюминиевых шин.

Алюминиевые шины пригодны к широкому применению в шино-. проводах с естественным охлаждением рудовосстановительных электропечей с токами в электродах до II0-II4 кА.

5. Рекомендации по использованию вторичных токопроводов усовершенствованной конструкции.

Результаты проведенных исследований, накопленный опыт эксплуатации вторичных токопроводов усовершенствованной конструкции с шинопроводами из алюминия могут быть использованы при реконструкции действующих и проектировании новых руднотермичес-ких печей с рабочим током в электродах до 114 кА.

При технологическом процессе требующем более высокой степени уплотнения зонта печи целесообразно применять конструкцию верхнего токопровода, которая открывает широкие возможности дальнейшего совершенствования конструкции печи в направлении создания условий для эффективного дожигания колошникового газа и оснащения установкой утилизации тепла.

Печи с верхним токопроводом предпочтительны при выплавке ферросплавов, производство которых в закрытых печах сопряжено с серьезными технологическими трудностями (ферросилиций марок ФС-90, ФС-75 и др.).

Вторичный токопровод с глубоким боковым вводом шинопроводов из алюминия целесообразен к применению на открытых, круглых трехэлектродных печах для производства ферросплавов, карбида кальция мощностью 33 — 40 МВ-А.

Шинопроводы из алюминиевых шин прямоугольного сечения могут успешно применяться во вторичных токопроводах круглых печей для производства фосфора мощностью до 120 МВ"А, прямоугольных печей для производства карбида кальция мощностью до 60 МВ.А.

Применение алюминия в конструкциях вторичных токопроводов дает широкие возможности создания надежных узлов рациональной конструкции используя технологически простые способы сварки и литья.

Рис. 61. Узел расшихтовки, неподвижного башмака и гибкой части вторичного токопровода.

Глава У. ВНВДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ ПЕЧНЫХ УСТАНОВКАХ.

I, Внедрение совершенствованных конструкций вторичных токопроводов на действующих электропечных установках.

Обеспечение все возрастающей потребности в ферросплавах в последние годы в нашей стране осуществлялось не только путем ввода новых мощностей, но и в значительной мере интенсификацией производства на действующих электропечах за счет их реконструкции при одновременном увеличении единичной мощности и улучшении технико-экономических показателей.

Реконструкция печных агрегатов, увеличение их мощности потребовали решения целого ряда вопросов по обеспечению высокой стойкости отдельных элементов, включая вторичный токопровод, значительно влияющий на электрические характеристики печи и определяющий технико-экономические показатели ее работы.

По рекомендациям автора и при непосредственном участии на основании проведенных исследований на Кузнецком заводе ферросплавов реконструированы все печи. Мощность печных установок увеличена с 12,5 — 15 МВ. А до 23−29 МВ. А при одновременном переводе шести печей в закрытый режим работы. Проектная производительность завода за счет этого увеличена более чем в 2 раза. Годовое производство ферросилиция превысило 400 тыс. т в пересчете на ФС45.

На всех печах завода во вторичных токопроводах применены шинопроводы из алюминия сечением 300×30, 310×35, 360×35, 500×29 на токи от 63 до 85 кА. Длительный опыт эксплуатации подтвердил высокую надежность работы вторичных токопроводов.

Достигнуто увеличение коэффициента мощности от 1,5 до 4,6%. На закрытых печах мощностью 23 МВ. А средневзвешенный коэффициент мощности достиг уровня 0,845+0,862 на рабочих ступенях, на открытых с глубоким боковым вводом шинопроводов 0,878−0,910. Верхний токопровод открытых печей открыл широкие возможности дальнейшего совершенствования печей в направлении герметизации зонта, осуществления загрузки труботечками, дожигания колошниковых газов с последующей утилизацией тепла*.

Достигнутые результаты в области совершенствования вторичных токопроводов заимствованы родственными заводами и нашли применение на Серовском заводе, в виде отдельных заимствованных решений на Актюбинском, Стахановском заводах ферросплавов;

2. Экономическая эффективность применения вторичного токопровода совершенствованной конструкции на фер-росилициевых электропечах.

В соответствии с методикой (Л-82) экономическая эффективность от внедрения вторичных токопроводов созданной конструкции достигается за счет снижения капитальных затрат при использовании алюминиевых шин взамен медных, снижения горячих простоев, связанных с авариями шинопроводов возникающих при коротких замыканиях и повышения производительности печи в результате повышения величины естественного .

Экономия за счет использования алюминиевых шин взамен медных.

Суммарная длина шинопроводов трех фаз одной печи I* Li + La +L w — 46,778 м (таблица 4) Шинный пакет собран из 12 шин.

Общая потребная .для изготовления длина шины — 561,34 м Общий вес медной шины сечением 300×12 мм — 17,96 т Общий вес алюминиевой шины сечением 300×30 мм — 13,64 т Стоимость тонны медной шины — 1340 руб. (Л-56) Стоимость тонны алюминиевой шины — 930 руб. (Л-55).

Расход трудозатрат на изготовление изоляционных и других материалов принят одинаковым. Экономия: 17,96−1340 — 1364−930 = 11 381,2 руб.

Экономическая эффективность за счет снижения индуктивного сопротивления электрического контура печи и повышения естественного cosf.

Производительность печи ^ S- 24 • 365-<^К' fr ~——- - (Л—8) (36).

VM.

Мощность печи = 20 MB. А — до и после реконструкции соз/= 0,892 — до реконструкции (таблица 8, печь № 5). co$f= 0,929 — после реконструкции (таблица 8, печь № 5). к' =0,94 — коэффициент учитывающий простои печи и колебания электрического режима (для печей 14−24 MB’А) (Л-8). 9000 квтч/тн — удельный расход электрической энергии на тонну ФС 75 — до и после реконструкции.

Условно постоянные расходы на производство тонны ФС 75 -32,8 руб. По данным планового отдела КЗФ).

Годовая производительность печи до реконструкции f — 20 000−24 •365−0,892−0,94 I63I3 тн 0 9000.

Годовая производительность печи после реконструкции 20 000"24−365−0.929> 0.94 16 994 тн 0 9000.

Экономия: (16 994 — 16 313)-32,8 = 22 336,8 руб.

Экономическая эффективность за счет повышения надежности работы вторичного токопровода.

Более высокая экплутационная надежность алюминиевых шинопроводов обеспечивает снижение ущерба от простоев электропечей вследствии коротких замыканий в пшнопроводах. Интенсивность отказов на электропечах с медными шинами Пм — 0,33 I/год, с алюминиевыми шинами иА — 0,19 I/год (глава Ш, раздел 2). Короткие замыкания в медных пшнопроводах приводят к простоям со средней проводолжительностью одного простоя 4−5 часов, а замыкания в алюминиевых пшнопроводах не вызывает простоев (Л-24,64) — Ущерб за счет потерь производства при простое длительностью 4 часа по одной печи составят 2,5 тыс, рублей (данные производственного отдела КЗФ) — При интенсивности отказов п- 0,33 I/год годовая эффективность по одной печи составит 2,5 — 0,33 = 0,83 тыс. руб. Суммарный экономический эффект по одной печи.

11 381,2 + 22 336,8 + 0,83 = 33 719,0 руб. Экономическая эффективность по кузнецкому заводу ферросплавов оснащенному 15 печами средней (20 — 29 МВ. А) мощности составила 505,7 тыс.рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результаты проведенной работы показали возможность дальнейшего совершенствования токопроводов электропечных установок в направлении снижения потерь активной мощности, индуктивного сопротивления, повышения надежности работы узлов, позволили сделать ряд выводов и предложений по созданию рациональных конструкций токопроводов:

I. Проведено исследование токопроводов печей со схемой «треугольник на электродах» и «треугольник на контактных щеках» ¦ в результате чего установлено: а) средние величины индуктивных сопротивлений на фазу печей с верхним и глубоким боковым вводом шинопроводов имеют меньшее значение (0,709 — 0,925 мОм) по сравнению с индуктивными сопротивлениями на фазу открытых печей традиционной конструкции (1,02 — 1,20 мОм) аналогичной мощностиб) низкое индуктивное сопротивление вторичного токопровода печи 29 МВ. А с глубоким боковым вводом шинопроводов (0,247 мОм) обусловлено низкой индуктивностью шинопровода за счет рационально выполненного узла расшихтовки. Дальнейшая разработка эффективных мероприятий, существенно уменьшающих индуктивное сопротивление печи представляет серьезные трудности.

2. Неравномерность токораспределения по трубошинам и контактным плитам ниже у печей с глубоким боковым вводом шинопроводов и аналогична токораспределению на круглых трехэлектрод-ных печах.

3. Токораспределение по трубошинам и контактным плитам на печах с верхним токопроводом отличается резкой неравномерностью. Максимальную нагрузку несут внутренние контактные плиты, трубошины которых короче.

4. Токораспределение по проводникам алюминиевых шинопроводов имеет незначительную неравномерность и не превышает 3,5 f от средней по сечению загрузки.

5. Тепловой режим проводников вторичного токопровода вполне удовлетворительный и облегчен за счет применения водоохлаждаемых тамбуров на печах с глубоким боковым вводом шинопроводов, расположения шинопровода и гибкой части выше зонта на печах с верхним токопроводом. Максимальная температура в отдельных точках 102 -130°С.

6. Использование в гибкой части вторичных токопроводов пакетов из медных лент позволяет максимально сблизить проводники с противоположными направлениями тока при минимальной их длине и за счет этого снизить индуктивное сопротивление. Там, где конструкция печей дает возможность обеспечить длл гибкой части токопровода приемлемый тепловой режим, применение медной ленты предпочтительнее.

7. Проведены испытания механических свойств, исследована микроструктура алюминия шинного пакета после длительной эксплуатации и показано, что механические свойства, удельное электросопротивление не изменилось, явлений рекристализации в металле не обнаружено.

8. На макетах и специальных стендах методом осциллографи-ческих измерений и посредством визуальных наблюдений исследованы дуговые разряды между парами электродов медь-медь, алюминий-алюминий, медь-графит, алюминий-графит,.

В результате исследований установлено, что высокая стойкость алюминиевых шинопроводов к. дуговым разрядам обусловлена высокой электрической эррозией алюминия и образованием окисной пленки на поверхности жидкого металла, что способствует эффективному гашению .цуги,.

9. На специальных образцах исследованы контактные соединения меда и алюминия различных геометрических сечений и способов соединения, Отличительной особенностью литых контактных соединений являются более низкое сопротивление против болтовых соединений, возможность создания компактных узлов рациональной конструкции при применении алюминиевых шин.

10. Решены основные вопросы конструирования вторичных токопроводов с шинопроводами из алюминиевых проводников прямоугольного сечения: а) разработана конструкция компенсаторов с использованием сварных соединений меда с алюминиемб) разработана конструкция узла расшихтовки, неподвижного башмака с использованием литого контактного соединения меда и алюминия;

11. Наименьшая величина сопротивления контакта щека-электрод среди известных типов механизмов прижима контактных щек имеет место при гидравлическом или пневматическом механизмах, обеспечивающих наиболее равномерный и качественный прижим.

12. На основании исследований внедрены вторичные токопровода с шинопроводами из алюминия на ток 85 кА.

13. Методом анкетного опроса проведено исследование надежности работы шинопроводов. На основании статистических эксплута-ционных материалов с использованием теории надежности определены основные показатели надежности работы медных и алюминиевых шинопроводов по отношению к коротким замыканиям. Количественно подтвержден факт большей стойкости алюминиевых шинопроводов к коротким замыканиям и дуговым разрядам. Средняя наработка на отказ для электропечей с медными шинопроводами составила 2,99 года, а для печей с алюминиевыми шинопроводами 5,14 года-,.

14, Исследования дали возможность рекомендовать к широкому применению на руднотермических электропечах шинопроводы с естественным охлаждением из алюминия сечением до 500×30 мм на токи до ПО кА.

15- Исследования показали необходимость расширения номенклатуры ГОСТ 10 552–67, ГОСТ 15 175–70 на проводниковые материалы из алюминия и его сплавов пригодных к применению во вторичных токопроводах руднотермических электропечей,.

16, На основании исследований проведено внедрение вторичных токопроводов на ферросилициевых печах мощностью 20−29 МВ. А и за счет замены меди на алюминий, повышения коэффициента мощности на 3−4,6%, надежности работы вторичных токопроводов достигнут экономический эффект только по Кузнецкому заводу ферросплавов -505,7 тыс. рублей;