Разработка основ теории, исследование и создание рудовосстановительных электропечей

• Автор: Попов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 50 с. : ил.; 20х15 см

Общая характеристика работы
Актуальность проблемы. В 70 - е годы у нас в стране и в высокоразвитых зарубежных странах возникла необходимость создания нового поколения оборудования для осуществления рудовосстановительных и руднотермических процессов широкого назначения, включая термохимические и сплавные процессы.
В этот период в нашей стране уже существовали открытые ферросплавные электропечи, рудовосстановительные (термохимические) для производства фосфора, карбида кальция и др. материалов с единичной мощностью до 24000 кВА. Особенности развития этого направления техники, относящейся к самым мощным преобразователям электрической энергии и тепловую с последующей реализацией различных термохимических реакций с получением готового продукта через расплавы, определялся во многом эмпирическим характером создания промышленного оборудования. Отсутствие общего теоретического подхода к анализу электротехнологических процессов, ярко выраженная многофакторность и нелинейность электрических и технологических режимов, отсутствие методов расчетной оценки тепловых полей, неоднозначность понимания принципов оптимизации рабочих условий осуществления технологий не позволяли однозначно перенести опыт создания и эксплуатации старой серии рудовосстановительного оборудования на проектирование новых высокопроизводительных и мощных агрегатов.
Очевидное, на первый взгляд, разнообразие технологических процессов и вызванные этим классификационные признаки каждого отдельного процесса, не позволяли сформировать общий взгляд на этот класс электро-технологического оборудования. Такое состояние научного обобщения вступало в противоречие с накопленным практическим опытом, вызывало необходимость разработки новых концептуальных подходов и решений, которые позволили бы перейти на принципиально новый уровень техники как по производительности, так и по электротехнологическим параметрам оборудования. Это и определило, в основном, актуальность, необходимость выполнения работы и направленность ее содержания.
Следует особо подчеркнуть настоятельную необходимость, важность и глобальность развития рассматриваемого технического направления для промышленности любой страны, в том числе и нашей. Крупномасштабное рудовосстановительное производство определяет уровень индустриализации хозяйственной деятельности в целом, является прямым и косвенным показа- -м развития отечественной техники и ее потенциальных возможностей. С нический уровень и масштабность этого производства во многом опреде-
ляет и развитие последующих технологических процессов и оборудования для получения материалов и продукции химических производств.
В излагаемом научном докладе приводятся в обобщенном виде результаты научной и практической деятельности автора в области создания отечественного рудовосстановительного оборудования, включая новое поколение открытых и закрытых электропечей для производства ферросплавов, фосфора, силикомарганца, карбида кальция, силикокальция, нормального электрокорунда, медноникелевого нпшна и др.
Целью работы является разработка теории и создание высокоэффективных рудовосстановительных электропечей - аппаратурнотехнологических комплексов, состоящих из технически сопряженных рабочих зон и отдельных узлов, связанных энергетическими и материальными потоками и предназначенными для производства широкого класса продуктов. В соответствии с этой целью формулируется общая научная задача: в теоретическом плане - создание обобщенной теории протекания злектротех-нологических процессов, выявление влияния интегральных и отдельных составляющих энергетических потоков на формирование температурных и технологических зон, принципов оптимизации рабочих режимов и поддержания их в квазистационарном состоянии; в экспериментальном плане -разработка, исследование и реализация электротехнологического оборудования нового поколения; обеспечение его работоспособности; разработка мощных и сверхмощных рудовосстановительных промышленных электропечей широкого назначения мощностью до 125 ООО кВА.
Главные положения, выносимые на защиту:
1. Принципы разработки технических решений и электротехнологиче-ских схем рудовосстановительных комплексов, обеспечивающих увеличение единичной мощности печных установок; результаты определения возможных границ предельных мощностей для различных типов электропечей.
2. Основы теории, комплекс элекгротехнологических моделей рабочих процессов в рудовосстановительных электропечах; теория и практика обеспечения стабильности энергетических потокораспределений.
3. Совокупность теоретических и экспериментальных исследований выбора исходных параметров систем электропитания рудовосстановительных комплексов, обеспечивающих совместно с системами оптимального управления процессом плавки возможность осуществления рабочих процессов при высоких и сверхвысоких мощностях в квазистационарных режимах.
4. Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований, обеспечивающих выбор исходных технических требований и принципов конструктивного исполнения узлов ввода электрической энергии в рабочее пространство электропечей - систем самоспекающихся электродоЕ.

точно удачно отработанных и надежных конструкций электродов, электро-додержателей и контактных узлов;
- повышение фазного сопротивления ванны печи и электрического КПД, что способствует снижению удельного расхода электроэнергии;
- возможность ремонта одного из электродов без отключения печи при использовании схемы с расщепленными фазами;
-обеспечить более равномерную нагрузку всего колошника и возможность увеличить на 50... 100% удельную мощность на подине;
- увеличение общего КПД печи за счет уменьшения доли токов, замыкающихся между электродами в верхних слоях ванны.
по сравнению с прямоугольными печами
-упрощение конструкции кожуха и повышение его прочности;
обеспечение равномерного распределения мощности на подине (в отличие от трех однофазных активных зон в шестиэлектродных печах);
- снижение реактивного и повышение активного сопротивления ванны, обеспечение большей прочности и работоспособности футеровки, возможность вращения ванны
К общим преимуществам относится возможность рациональной компоновки цеха с различным расположением аппаратов разливки, систем газоочистки и печных трансформаторов.
Основными недостатками разработанных кольцевых электропечей, по мнению ряда специалистов, является большое количество электродов, усложнение конструкции автоматических регуляторов мощности при расщепленной схеме включения, необходимость изменения традиционно сложившейся системы загрузки шихты и потребность в большем количестве леток для разливки продукта по всему периметру печи (или с двух противоположных сторон). Эти недостатки сформулированы дискуссионно на основе необходимости разработки новых концепций развития РВП и в большей мере были устранены при разработке институтом Типросталь’1 совместно с автором работы возможных планировок цехов с крупными кольцевыми печами мощностью 150... 180 МВ-А. Была установлена целесообразность строительства цехов "островного" типа, аналогично доменным цехам. При этом более рационально решаются вопросы организации транспортных потоков, подвода электроэнергии, размещения и обслуживания трансформаторов. Усложнение обслуживания печи, связанное с наличием большого количества электродов, оправдывается применением широко освоенных размеров электродов, возможность выхода из строя которых вместе с электродержателями минимальна по сравнению с новыми, более крупными. Экспериментальные исследования распределения мощности в кольцевой двенадцатиэлектродной печи показали, что наибольшая равномерность ее распределения достигается