Типичная электрическая схема питания ферросплав­ной печи представлена на рис. 39. Печь питается от двой­ной системы распределительных шин понижающей подстанции через высоковольтные разъединители, сблокированные таким образом, что ток поступает одновременно только от одной системы шин. Для очень мощных печей ток высокого напряжения подводится, минуя понизи­тельную подстанцию, непосредственно на печные транс­форматоры.

Схема питания ферросплавной печи

Электрический режим печных установок

Для каждого технологического процесса и каждой ферросплавной печи существует оптимальный электри­ческий режим, т. е. определенное соотношение между ос­новными электрическими характеристиками печи (мощ­ностью, силой тока и напряжением), при котором дости­гается наиболее высокая производительность печи при минимальном расходе электроэнергии на 1 т выплавляе­мого сплава. Определение оптимального режима являет­ся важнейшей задачей.

При непрерывных процессах печь все время находит­ся под током и имеет относительно постоянный электрический режим, причем шлаковые процессы характеризу­ются менее стабильным режимом. Для процессов, иду­щих с проплавлением ванны, характерны различная нагрузка в разные периоды плавки и нестабильный электрический режим работы печи.

Распределение тока в ферросплавной печи зависит от характера процесса. При непрерывных бесшлаковых процессах под каждым электродом образуется газовая по­лость, стенками которой является расплавленная шихта, днищем — расплав, сводом — электрод. Электрический ток образует дуговой разряд между электродом и стенками полости и расплавом. Некоторое количество тока шунтируется между электродами через шихту. При этом мощность, выделяемая током в газовых полостях, яв­ляется главной составляющей полезной мощности печи. Разогрев шихты вне зоны реакции нерентабелен, и по­этому всегда стремятся работать с холодным колошни­ком, т. е. уменьшить до минимума выделение тепла на колошнике печи.

В печах, работающих с проплавлением шихты на шлаковых процессах, вся мощность выделяется в дугах и при прохождении тока через шлак и сплав. Теплота, выделяющаяся в шлаке и в сплаве, полезна, так как для нормального протекания процесса требуется достаточ­ный прогрев как сплава, так и шлака. В отдельных слу­чаях при шлаковых процессах печи могут работать в бездуговом режиме, и тогда вся мощность будет выде­ляться в расплаве.

В связи с различием тепловых условий, в которых на­ходятся дуги, напряжение, необходимое для их образо­вания, различно. Закрытая дуга бесшлакового процесса требует для своего поддержания меньшего напряжения, чем дуга, горящая на поверхности шлака и открытая со всех сторон.

Пониженное против оптимального напряжение при­водит к потере дугового режима и увеличению потерь мощности в электрической цепи (в трансформаторе, се­ти, электродах и контактах) пропорционально квадрату падения напряжения.

При чрезмерном повышении напряжения увеличива­ется длина дуг и растут потери тепла на колошнике и, кроме того, увеличивается испарение восстановленных элементов, особенно кремния, марганца, кальция. Темпе­ратура на подине печи вследствие высокой посадки элек­тродов снижается, что затрудняет выпуск сплава и шла­ка и работу летки.

Общепринятой методики выбора электрических па­раметров ферросплавной печи не разработано и их вы­бирают, исходя из принципа подобия параметрам, ха­рактерным для хорошо работающих печей. По прибли­женности к практическим данным наиболее рационален метод А. С. Микулинского, согласно которому

Uп.ф. = СРnп,                                                             (106)

где Uп.ф. — полезное фазное напряжение, В; Рп— полез­ная мощность, кВ·А; С — коэффициент пропорциональности, определяемый из данных действующих печей и составляющий для ферросилиция 3,4; для силикомарганца 6; для углеродистого феррохрома 8; для углероди­стого ферромарганца 5,5 и для силикокальция 6; n — по­казатель, колеблющийся в пределах 0,25—0,33.

Далее для расчета электрических параметров ис­пользуют соотношения

Uтр = (√3 (Uп.ф)/(cos φηэл)                                        (107)

и

I = Р/(√3Uтр),                 .                                               (108)

где Р —мощность печи, кВ·А; I — сила тока, А; Uтр — напряжение на выводах трансформатора, В; ηэл — электрический к. п. д. печной установки.

Фактические электрические параметры отдельных ферросплавных печей, по которым можно проверить правильность расчетов, приведены в табл. 4.

Технические данные некоторых ферросплавных печей

Технические данные некоторых ферросплавных печей

Коэффициент мощности cos φ печной установки пред­ставляет собой отношение активной мощности установ­ки к полной: cos φ =Рактполн, откуда Рактполн cos φ.

С повышением напряжения cos φ увеличивается, что объясняется ростом активного сопротивления в резуль­тате увеличения сопротивления дуг, представляющего собой омическую нагрузку. При росте напряжения рас­тет полезная мощность установки Рп, которая равна разности активной мощности Ракт и активных электриче­ских потерь в токопроводе Ракт.под:

Рп = Ракт — Ракт.пот                                                                                          (109)

Электрический к. п. д. печной установки ηэл опреде­ляется как отношение полезней мощности печи к потребляемой активной мощности:

ηэл= Pп/Pакт.пот.                                                                                                (110)

Полным или энергетическим коэффициентом полез­ного действия печной установки ηэн называется произведение

ηэн = ηэл ηт                                                                               (111)

где ηт — тепловой к. п. д. печи, характеризующий степень полезного использования тепла в печи.

Чем мощнее печь, тем выше ηт, так как относитель­ная доля тепловых потерь снижается и тепло использу­ется лучше.

Удельный расход электроэнергии на 1 т годного спла­ва является общим показателем, характеризующим как конструкцию печи, так и совершенство технологии и квалификацию обслуживающего персонала:

W = E/G,                                                                  (112)

где Е — расход электроэнергии за отчетный период, кВт-ч; G — количество сплава, выплавленного за то же время, т.