Способ определения параметров разогрева рудно-термической печи после простоя

Изобретение относится к металлургии, в частности к рудовосстановительным печам, и предназначено для повышения надежности работы самообжигающихся электродов при длительных простоях печи и оптимального выхода на рабочий режим. Для этого контролируют тепловое состояние ванны печи, измеряют номинальный ток электрода, термоЭДС в цепи электрод-земля, определяют начальный ток разогрева и дальнейшее изменение электрических параметров по заданной программе. При этом измеряют температуру внутренней стенки ванны печи, температуру рабочей поверхности электрода при номинальном токе, а начальный ток разогрева определяют по математическому выражению. Изобретение позволяет повысить технико-экономические показатели работы рудно-термических печей, а также повысить эксплуатационную стойкость электродов за счет повышения достоверности оценки их теплового состояния и получения оптимального характера разогрева печи после простоя. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротермии, в частности к эксплуатации фосфорных, карбидных, ферросплавных и других рудовосстановительных печей, и предназначено для их оптимального выхода на рабочий режим после длительных простоев.

Одним из важнейших факторов в повышении надежности работы электродов руднотермических печей является правильный выбор режима разогрева печи после простоя.

При повышенных скоростях разогрева возможно образование термических трещин в теле электрода, приводящих в конечном итоге к его обрыву или сколам скоксовавшихся кусков.

Большая часть обрывов электродов происходит именно после простоев печей.

В то же время при замедленном разогреве время выхода печи на рабочий режим будет больше необходимого, т.е. печь недодаст продукцию.

Кроме того, при длительных простоях возможно так называемое "переохлаждение" ванны, сопровождающееся увеличением ее электрического сопротивления. Пуск такой печи затруднен и в таких случаях перемещением электродов пытаются добиться появления в них тока при включении печи. Это нередко приводит к обломам электродов. Для предупреждения "переохлаждения" ванны периодическими включениями печи на минимальной мощности стараются поддерживать такой уровень проводимости ванны, который позволил бы в дальнейшем произвести выход печи на рабочий режим без каких-либо осложнений.

В настоящее время эти включения носят субъективный и далеко не оптимальный характер. Нередко в этих случаях печь вообще не отключают, и она работает с некоторой минимальной мощностью, т.е. практически с непроизводительной тратой электроэнергии.

Известен способ определения режима разогрева печи после простоя, изложенный в книге Гасик М.И. Самообжигающиеся электроды рудовосстановительных электропечей. М., Металлургия, 1976, с.304-305.

Сущность способа заключается в том, что для успешной работы печей во время разогрева печей после длительного простоя необходимо придерживаться следующего графика набора токовой нагрузки. Для первых пяти часов разогрева печи начальный ток разогрева (I_p, А) в момент включения печи после простоя выражается формулой:

I_p=0,15I_н·τ,

а в последующее время

I_p=(0,6-0,8)·I_н+0,05I_н(τ-5),

где I_н - номинальная сила тока электрода.

Основным его недостатком является отсутствие надежного критерия определения начального тока разогрева в момент включения печи и режима разогрева печи.

Наиболее надежным критерием может быть знание теплового состояния электрода, т.е. характера температурных полей в его теле при отключении и их изменение в процессе остывания и нагрева печи. Известен способ оценки теплового состояния электрода путем его зондирования, описанный в книге Кашкуль В.В., Гриншпут А.Г., Люберец И.И. Передовой опыт эксплуатации рудовосстановительных электропечей. М., Металлургия, 1988, 113 с. Недостатком этого метода помимо его сложности является то, что контроль температуры возможен только на стартовых электродах. На печах, находящихся в эксплуатации, термопары обычно сгорают или закорачиваются металлом плавящейся металлической трубы-кожуха, не доходя 1,0-1,5 метра до торца электрода, т.е. выше реакционной зоны.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является "Способ определения параметров разогрева рудно-термической печи после простоя" по патенту РФ №2009422, МПК F27В 3/28, опубл. в Б.И. №5 15.03.94.

Сущность способа заключается в том, что для работы печей во время разогрева после простоя определение начального тока разогрева и дальнейшее изменение электрических параметров производят по величине термоЭДС в цепи электрод-земля в соответствии с выражением

где I_p - начальный ток разогрева электрода, кА,

I_н - номинальный ток электрода, кА;

E_ф, E_min - фактическое и минимально допустимое значение термоЭДС в цепи электрод-земля, мВ;

К - коэффициент, зависящий от типоразмера печи и получаемого продукта.

Кроме того, периодические включения печи для предупреждения переохлаждения ванны осуществляют при некотором минимальном значении термоЭДС.

Недостатком прототипа является то, что он не обеспечивает оптимальный характер времени разогрева печи из-за недостаточно точного определения исходных параметров.

Техническим результатом изобретения является улучшение технико-экономических показателей работы рудно-термической печи и повышение эксплуатационной стойкости электродов за счет повышения достоверности оценки их теплового состояния, и получения оптимального характера разогрева печи после простоя.

Технический результат достигается тем, что в способе определения параметров разогрева рудно-термической печи после простоя, включающем контроль теплового состояния ванны печи, измерение номинального тока электрода, термоЭДС в цепи электрод-земля, определение начального тока разогрева и дальнейшее изменение электрических параметров по заданной программе, согласно изобретению, измеряют температуру внутренней стенки ванны печи, температуру рабочей поверхности электрода при номинальном токе, а начальный ток разогрева определяют из математического выражения

где

I_p, I_н - соответственно, начальный ток разогрева и номинальный ток электрода, кА;

T_вн.cm - температура внутренней стенки ванны печи, °С;

Е - термо-ЭДС в цепи электрод-земля, мВ;

К - коэффициент, зависящий от типоразмеров печи и вида технологического процесса, °С/мВ;

T_эл.н - температура рабочей поверхности электрода при номинальном токе, а время разогрева печи от I_p до I_н определяют по скорости изменения температуры на рабочей поверхности электрода в соответствии с выражением

где - скорость изменения температуры рабочей поверхности электрода на момент включения печи, °С/мин;

К - коэффициент, зависящий от типоразмеров печи и вида технологического процесса, °С/мВ.

Способ поясняется чертежом, на котором по величине температуры рабочей поверхности электрода Т_эл определяют начальный ток разогрева I_p и дальнейший подъем тока до значения I_н осуществляют по прямой, соответствующей на момент включения печи.

Температура рабочей поверхности электрода сразу после отключения печи определяется мощностью, с которой работала печь перед отключением. В дальнейшем происходит падение этой температуры со скоростью зависящей от количества тепла в ванне печи. Наибольший пусковой ток, при котором гарантированно не произойдет термических разрушений в теле электрода, должен быть таким, чтобы прекратилось падение температуры электрода и лишь затем возможен дальнейший рост тока. Отсюда, пусковой (начальный) ток при разогреве печи следует выбирать исходя из температуры рабочей поверхности электрода в момент включения. Эта температура определяется в соответствии с выражением:

T_эл=T_вн.cm+K·E,

где Т_эл, Т_вн.cm - соответственно температура рабочей поверхности электрода и внутренней стенки ванны печи, °С;

Е - термоЭДС в цепи электрод-земля, мВ;

К - коэффициент, зависящий от типоразмеров печи и вида технологического процесса, °С/мВ.

Температура внутренней стенки ванны печи определяется с помощью термопары, установленной в футеровке, термоЭДС - с помощью милливольтметра, установленного в цепи электрод-земля.

Температура рабочей поверхности электрода при номинальном токе Т_эл.н измеряется с помощью вольфрамрениевой термопары, армированной алундовой сеткой, размещенной в стальных трубах, которые прижаты к электроду.

Пример.

Печь РК3-72Ф для получения фосфора была аварийно остановлена из-за выхода из строя системы пылеулавливания.

В момент отключения печи температура футеровки, измеренная с помощью вмонтированной термопары, была Т_ст=400°С, термо-ЭДС, измеренная в цепи "электрод-земля", Е=100 мВ. Номинальный ток электрода печи РК3-72Ф равен 80000 А.

Ранее опытным путем была определена температура на рабочей поверхности электрода при номинальном токе. Для этого внутрь электрода непосредственно вплотную к его кожуху в стальной трубе помещалась вольфрамрениевая термопара, армированная алундовой соломкой. Термопара сгорала еще до момента попадания ее по мере расходования электрода в реакционную зону, однако экстраполяцией полученных значений температура рабочей поверхности электрода при номинальном токе была определена 2700°С, т.е. Т_эл.н.=2700°С.

Коэффициент "К", зависящий от вида технологического процесса, осуществляемого в печи, и ее типоразмера, определяемый опытным путем с учетом существующего на заводе графика разогрева печи РК3-72Ф после простоя равен K=2,0°С/мВ.

Таким образом, подставив в предлагаемые формулы значения Т_вх.ст., Е и при постоянных значениях I_н, Т_эл.н и К получим

Время разогрева

Способ определения параметров разогрева рудно-термической печи после простоя, включающий контроль теплового состояния ванны печи, измерение номинального тока электрода, термоЭДС в цепи электрод-земля, определение начального тока разогрева и дальнейшее изменение электрических параметров по заданной программе, отличающийся тем, что измеряют температуру внутренней стенки ванны печи, температуру рабочей поверхности электрода при номинальном токе, а начальный ток разогрева определяют по математическому выражению

где I_р, I_н - соответственно начальный ток разогрева и номинальный ток электрода, кА;

Т_вн.cm - температура внутренней стенки ванны печи, °С;

Е - термо-ЭДС в цепи электрод-земля, мВ;

К - коэффициент, зависящий от типоразмеров печи и вида технологического процесса, °С/мВ;

Т_эл.н - температура рабочей поверхности электрода при номинальном токе, а время разогрева печи от I_р до I_н определяют по скорости изменения температуры на рабочей поверхности электрода в соответствии с выражением

где - скорость изменения температуры рабочей поверхности электрода на момент включения печи, °С/мин;

K - коэффициент, зависящий от типоразмеров печи и вида технологического процесса, °С/мВ.