Показателем качества работы ДСП как электротехнического и теплотехнического агрегата служит удельный расход электрической энергии за энергетический период на расплавление (без предварительного подогрева, без применения ТКГ и без совмещения с окислительным периодом) 100% металлошихты с насыпной плотностью ?1,4 т/м, загружаемой с расходным коэффициентом КР = 1,05 в один прием, без подвалки (WУ). Показатель WУ входит в паспорт технической характеристики ДСП согласно ГОСТ 7206-80.

При выборе мощности трансформатора исходят из его удельной мощности РУД тр. н Р G/М, составляющей 500-1000 кВА/т. Учитывают, что на современных ДСП уровень тепловых потерь достигает 30-35 % от общего расхода энергии на плавку, при этом значение теплового КПД (зТ) в отдельные периоды плавки составляет: в энергетический 0,75-0,85, снижаясь до 0,7 при дополнительном вводе тепловой энергии за счет ТКГ; в окислительный - 0,2-0,45; в восстановительный - 0,25-0,45, а электрический КПД (зЭ) по данным ВНИИЭТО за плавку составляет 0,85-0,95, увеличиваясь для более крупных и мощных ДСП.

В энергетический период плавки полезный расход энергии WПОЛ с изменением энтальпии при нагреве и плавлении металла и шлака с компенсацией энергозатрат на эндотермические процессы с учетом возможного поступления тепла от футеровки, ТКГ, с нагретой шихтой, от экзотермических процессов.

Теплосодержание большинства сталей при температурах сталеплавильного процесса (1600° С) составляет 1,40-1,45 ГДж/т (-400 кВт*ч/т), кислых шлаков 1,73 ГДж/т (480 кВт*ч/т) и основных - 1,90 ГДж/т (530 КВТ*ч/т).

Исходя из приведенных энергозатрат и планируемого времени энергетического периода, выбирают удельную мощность трансформатора (РУД). Использование высоких удельных мощностей целесообразно в случаях выплавки в основном углеродистых марок стали одношлаковым процессом, когда длительность окислительного периода по возможности сокращена, а восстановительный период в печи не проводится.

Мощность трансформатора трехфазного тока, кВА:

Ртр. н =Uл. мах*J*10 = (500-1000) Ом,

где 500-1000 - удельная мощность трансформатора, кВА/т.

Для определения максимального вторичного напряжения используют и 1074 выражения, В:

для основного процесса Uл, мах 15* Р тр. н;

для кислого процесса Uл. мах 70+15* Р тр. н.

Активное сопротивление проводника постоянному току

Rо = р * (1/s)

где р = 0,0212 Ом*мм /м - удельное сопротивление медного проводника; 1 - длина проводника, м; s - сечение проводника, мм.

Активное сопротивление одиночного проводника переменному току

Ri=Кб * Кп * К * K*Rо, где

Коэффициенты близости Кб, поверхностного эффекта Кп, добавочных потерь К, K

Активное сопротивление n - параллельно соединенных проводников.

Активное сопротивление контакта "электрод - электрододержатель" Rк=Е/p Где Е = 8 мОм * м (для контакта "сталь-графит"); m=1 (для плоских контактов); Р=6G - давление, необходимое для зажигания электрода. Результаты расчета сведены в таблицу З.

Таблица 3.

Результаты расчета активного сопротивления короткой сети.

Реактивное сопротивление проводников для фаз А и С:

Х= Х собств. + Х м. * соs 120° + Х м. * соs120°

Реактивное сопротивление для фазы В:

Х= Х собств. + 2*Х м. * соs120°

Собственные сопротивления Х собств. и сопротивления взаимоиндуктивности Хм. и Хм. для шинного пакета, гибких кабелей и трубошин.

Результаты расчетов приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Результаты расчета собственных и взаимных индуктивных сопротивлений.

Реактивное сопротивление электрода:

,

где 1 - длина электрода, Dр и D - диаметр распада и диаметр электрода соответственно, м. Результаты расчета реактивного сопротивления сведены в таблицу 5.

Таблица 5.

Результат расчета реактивного сопротивления и коэффициента асимметрии короткой сети.

Расчет токов короткого замыкания при различных вариантах существования токов в электродах.

Рисунок 8. Схема замещения ДСП.

На схеме обозначены Zтр. - полное сопротивление трансформаторного агрегата; Zкc - полное сопротивление короткой сети. Рассмотрим возможные режимы, возникающие при работе ДСП. Рабочий режим характеризуется горением дуг во всех трех фазах. Трехфазное КЗ возникает при одновременном касании электродами всех фаз шихты или жидкого металла (рисунок 9 6). При этом сопротивления дуг равны нулю и токи определяются по выражениям:

; ; ;

где Y,Y, Y - проводимость соответствующих фаз, 1/мОм.

Рисунок 9. а - рабочий режим, б - трехфазное КЗ; в - двухфазное КЗ; г - однофазное КЗ; д, е, ж, з - примеры неполных К3.

Двухфазное КЗ возникает при замыкании двух электродов (например фаз А и В), а третий электрод (фазы С) поднят до обрыва дуги (рисунок 9 в). В этом случае сопротивление дуг первых двух фаз равны нулю, а сопротивление дуги третьей фазы равно бесконечности. Токи в фазах:

J=0

Где Uo'o= - напряжение смещения нейтрали.

Однофазное КЗ имеет место при замыкании одной из фаз и обрыве двух других (рисунок 11 г). Токи всех фаз будут равны нулю:

Возможны и режимы неполных КЗ (рисунок 9 д, е, ж, з). В этих случаях при расчете токов необходимо учитывать сопротивление дуги.

Было определено, что значения сопротивлений дуги лежат в пределах от 5 до 70 мОм в зависимости от протекающего тока, длинны дуги и периода плавки. Для номинального тока установки ДСП-6Н1 сопротивление дуги лежит в пределах 15 - 25 мОм.

Проведем расчет токов КЗ для некоторых видов коротких замыканий дуговой печи типа ДС6-Н1.

Активное сопротивление трансформатора:

r тр. =

Полное сопротивление трансформаторного агрегата:

r агр. =

Реактивное сопротивление трансформаторного агрегата:

Полное сопротивление трансформатора

Реактивное сопротивление трансформатора

Реактивное сопротивление реактора

Таблица 6.

Результаты расчета сопротивления трансформатора ЭТЦПК - 10000/10.

Таблица 7. Результаты расчета токов трех-, двукфазных КЗ для печи.

11. Расчет и выбор элементов управления ДСП