3.6 Выбор мощности трансформатора

Мощность трансформатора определяется исходя из рекомендуемой скорости нагрева металла; конструкции сталеразливочного ковша, его огнеупорной футеровки, размещения продувочных блоков и режима продувки; схемы работы электрических дуг; величины активного и реактивного сопротивления вторичного токоподвода; величины тепловых потерь.

В ряде случаев при строительстве агрегата ковш-печь используют трансформаторы, установленная мощность которых заведомо больше той, что требуется.

Обычно выделяют две стадии нагрева. На первой стадии происходит выравнивание температуры металла по объему ковша, нагрев поверхностных слоев его футеровки и электродов, расплавление шлакообразующих и легирующих материалов; на второй стадии – собственно нагрев стали до заданной температуры.

Параметры трансформатора для ковшей различной емкости приведены в таблице 14.

Таблица 14 – Рекомендуемые параметры трансформатора для ковшей емкостью 12-350т.

Емкость агрегата, т	Номинальная мощность трансформатора, МВ А	Сила тока электрода, кА	Диапазон вторичных напряжений, В
12 20 30 50 70 90 130 180 230 280 350	4,0 6,0 8,0 12,8 16,0 20,0 25,0 30,0 36,0 42,0 50,0	12,7 14,9 19,3 26,6 32,5 36,8 43,3 48,4 57,5 62,8 72,2	227-127 290-137 299-150 326-167 355-181 392-190 417-203 447-212 452-227 483-232 500-251

При расчетах подводимой на ковш-печь мощности обычно рекомендуется пользоваться данными по активной мощности, так как реактивная мощность при работе электродуговой установки не используется. Но поскольку трансформаторы, применяемые на установках ковш-печь, предназначены для работы с потребителями не только активной (омической), но и индуктивной мощности, при работе со смешанными потребителями, имеющими омические, индуктивные и конденсаторные элементы, используется полная мощность трансформатора.

Расход электроэнергии зависит ещё и от электрического режима нагрева. Печной трансформатор имеет несколько ступеней напряжения, как правило, от 7 до 11. На некоторых агрегатах ковш-печь количество ступеней напряжения составляет 20 и более при максимальной мощности трансформатора 20 – 25 МВА, что не всегда целесообразно, так как по подаваемой активной мощности ступени напряжения, в какой-то степени, перекрывают друг друга.

Нагрев металла производится током, а напряжение на электродах характеризует длину дуги, поэтому рекомендуется переходить на пониженную по напряжению ступень, увеличивая в пределах возможного силу тока. В этом случае ускоряется нагрев металла, уменьшается длина дуги и увеличивается вероятность работы с закрытой дугой, что обеспечивает снижение затрат электроэнергии на нагрев.

Выбор трансформатора агрегата ковш-печь осуществляется в несколько этапов.

Сначала определяется удельное количество тепла, необходимое для нагрева 1 т металла на 1 ºC, МДж

где c – удельная теплоемкость металла, равная 0,85 МДж/(т К);

С учетом теплопотерь величина возрастает и составляет, МДж:

где – суммарные потери, учитывающие электрический ( =0,85 – 0,95) и тепловой ( = 0,45 – 0,55) коэффициенты полезного действия, которые определяются как:

=

Затем определяется количество тепла, необходимое для нагрева всего металла, МДж:

где М – масса металла в ковше, т.

При переводе тепловой энергии (МДж) в электрическую (кВт·ч) принимается соотношение: 1 кВт·ч = 3,6 МДж; тогда при нагреве стали потребуется электроэнергии, кВт·ч:

Необходима мощность трансформатора равна, МВА:

где – рекомендуемая скорость нагрева, °С/мин (обычно она составляет 3 – 5 °С/мин).

Важной характеристикой тепловой работы агрегата ковш-печь является время нагрева для достижения определенной температуры металла. Наиболее эффективным является режим нагрева металла, который осуществляется в пределах 60 – 80 ºС.

Для определения времени нагрева стали необходимо рассчитать количество тепла, необходимое для достижения заданной температуры, кВт·ч:

где ΔT – температура, на которую необходимо нагреть расплав, º С.

Тогда время нагрева металла можно определить как, ч:

Оптимальное время нагрева составляет 15 – 20 минут.

При этом максимальная скорость нагрева будет равна, ºС/мин:

где – количество тепла, которое выбранный трансформатор способен подвести в единицу времени, МДж.

Пример. Определить необходимую мощность трансформатора агрегата ковш-печь для нагрева 148 т металла в ковше на 80ºС.

Определяем удельное количество тепла, необходимое для нагрева 1 т металла на 1ºC:

Суммарные потери тепла составляют:

=0,90·0,50=0,45

С учетом теплопотерь величина составит:

МДж

Количество тепла, необходимое для нагрева 148 т металла на 1°С будет равно:

МДж

или:

кВт·ч

Необходимая мощность трансформатора равна:

МВА = 18,65 МВА

Выбираем трансформатор 20 МВА.

Определяем количество тепла, необходимое для нагрева металла на 80 ºС:

кВт·ч

Время нагрева металла составит:

или 18,6 мин

Максимальная скорость нагрева будет равна:

Список литературы

1. Кудрин В. А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов / В. А. Кудрин – М.: Мир, 2003. – 528 с.

2. Дюдкин Д. А., Современная технология производства стали / Д. А. Дюдкин, В. В. Кисиленко – М.: Теплотехник, 2007. – 528 с.

3. Лузгин В. П., Металлургия стали: Внепечная обработка стали: учебн. пособие /В. П. Лузгин, С. В. Казаков – М.: МИСиС, 2003. – 47 с.

4. Производство стали на агрегате ковш-печь /Д. А. Дюдкин, С. Е. Гринберг, С. Ю. Бать, С. Н. Маринцев – Донецк: Юго-восток, Лтд, 2003. – 300 с.

5. Кудрин В. А. Внепечная обработка чугуна и стали /В. А. Кудрин – М.: Металлургия, 1992. – 336 с.

6. Величко А. Г. Внепечная обработка стали /А. Г. Величко – Днепропетровск, 2005. – 201 с.

7. Раскисление и легирование стали: метод. указ. Сост.: Е. В. Протопопов, Г. И. Веревкин, К. М. Шакиров – Новокузнецк: СибГИУ, 2001. – 20 с.

8. Расчет процессов внепечной обработки стали: метод. указ. Сост: Е. В. Протопопов, Л. А. Ганзер – Новокузнецк: СибГИУ, 2000. – 21 с.

Учебное издание

Составители

Протопопов Евгений Валентинович

Ганзер Лидия Альбертовна

Калиногорский Алексей Николаевич