Jak dopasować średnicę elektrody grafitowej HP do mocy pieca

Transformator piecowy zamawia się na okrągłą liczbę - 20 MVA, 30 MVA, 45 MVA - a średnica elektrody jest często ustalana później, na podstawie tego, co jest dostępne lub co dostarczył poprzedni dostawca. Ta kolejność jest odwrotna. Transformator ustawia prąd, prąd podzielony przez przekrój wyznacza gęstość prądu, a gęstość decyduje o tym, czy kolumna HP przebiega w oknie 17–22 A/cm², czy też jest przez nie przepychana.

W tym artykule zależność ta działa w obie strony: od średnicy do wydajności prądowej i od mocy pieca z powrotem do pasującej średnicy. Określa również kary operacyjne wynikające z przewymiarowania i niedowymiarowania, więc decyzji można bronić raczej względami elektrycznymi niż marżą.

W trójelektrodowym piecu prądu przemiennego trzy wielkości są powiązane jednym wzorem: moc pozorna równa się √3 razy napięcie fazowe razy prąd. Gdy znane są parametry transformatora i napięcie wtórne, prąd na elektrodę jest ustalony. Nic w elektrodzie nie zmienia tego prądu - określa jedynie, przez jaki przekrój poprzeczny przepływa prąd.

To jest cała decyzja dotycząca średnicy. Elektroda o średnicy 400 mm ma około 1257 cm² przekroju poprzecznego; elektroda 600 mm około 2827 cm², w przybliżeniu 2,25 razy więcej, ponieważ przekrój poprzeczny skaluje się z kwadratem średnicy. Ten sam prąd przepływający przez te dwie kolumny daje gęstości różniące się ponad dwukrotnie. Większa kolumna jest chłodniejsza i przenosi mniejsze naprężenia na jednostkę powierzchni.

Następują dwa efekty wtórne. Utrata utleniania zwiększa się wraz z odsłoniętą powierzchnią, a większa średnica poprawia stosunek powierzchni do objętości, więc na tonę stali grafit wystawiony na działanie atmosfery pieca jest proporcjonalnie mniejszy. Masa kolumny na jednostkę długości rośnie wraz z kwadratem średnicy, a górne złącze przenosi wszystko poniżej. Średnica jest zatem decyzją dwustronną: elektryczną i mechaniczno-termiczną.

Okno HP wynosi 17–22 A/cm². Pomnóż przez przekrój każdej średnicy z serii 250–600 mm, a obciążalność prądowa gatunku stanie się jednoznaczna:

• 250 mm - 491 cm² - około 8,3–10,8 kA
• 300 mm - 707 cm² - około 12,0–15,6 kA
• 350 mm - 962 cm² - około 16,4–21,2 kA
• 400 mm - 1,257 cm² - około 21,4–27,6 kA
• 450 mm - 1,590 cm² - około 27,0–35,0 kA
• 500 mm - 1,964 cm² - około 33,4–43,2 kA
• 550 mm - 2,376 cm² - około 40,4–52,3 kA
• 600 mm - 2,827 cm² - około 48,1–62,2 kA

Odczytaj to jako przepustowość, a nie cel. Każda średnica wewnątrz opaski ma prawidłowy rozmiar; jeden na dole pasma przenosi całą marżę gatunku jako rezerwę, drugi na górze wykorzystuje ją w całości. Pasmo ma około 29 procent szerokości — stosunek 22 do 17 - jest wystarczający, aby pochłonąć normalne wahania między odczepami w jednym piecu, a nie skokową zmianę mocy transformatora.

Takie jest praktyczne znaczenie AElektroda grafitowa HP 300mmw małym i średnim piecu: średnicę dobiera się tak, aby normalny prąd roboczy pieca znajdował się w pobliżu środka 12,0–15,6 kA, pozostawiając ruch w obu kierunkach.

Praca od mocy do średnicy wymaga napięcia wtórnego, ponieważ ten sam transformator dostarcza bardzo różne prądy przy różnych napięciach zaczepowych. Weźmy cztery reprezentatywne przypadki, każdy rozwiązany przy typowym napięciu wtórnym dla swojej klasy mocy:

Transformator 12 MVA przy 500 V dostarcza około 13,9 kA na elektrodę - kolumna 300 mm przy około 19,6 A/cm². Jednostka 20 MVA przy 600 V dostarcza około 19,2 kA, kolumna 350 mm przy około 20,0 A/cm². Jednostka 30 MVA przy 700 V dostarcza około 24,7 kA, kolumna 400 mm przy około 19,7 A/cm². Jednostka 45 MVA przy 800 V dostarcza około 32,5 kA, kolumna 450 mm przy około 20,4 A/cm².

Schemat jest spójny: w zakresie od małych do średnich każdy wzrost klasy transformatora odpowiada w przybliżeniu jednemu stopniowi średnicy, przy gęstości lądowania w pobliżu 20 A/cm² – wewnątrz okna, margines podzielony pomiędzy oba końce. Poniżej 12 MVA kandydatem jest kolumna 250 mm, chociaż przy 10 kA elektroda 250 mm ma już około 20 A/cm², więc najmniejszy rozmiar ma mniejszą rezerwę, niż sugeruje jego miejsce na liście.

Powyżej 45 MVA średnice mieszczą się w zakresie 500, 550 i 600 mm. Kolumna o średnicy 600 mm przenosi około 48–62 kA przy 17–22 A/cm², co stanowi zakres prądu największych pieców do topienia; w dolnym końcu tego pasma pracuje ze znaczną rezerwą cieplną. Rozmiary 400–600 mm stosowane w produkcji stali EAF w gatunku HP lub UHP mieszczą się w tym zakresie, więc górna część serii to standardowy zakres dla dużych pieców, a nie egzotyczny rozmiar.

Kolumna o jeden rozmiar większa od wymaganej cła wygląda jak ubezpieczenie i zachowuje się jak kara w trzech miejscach.

Pierwszym z nich jest złącze. Masa na jednostkę długości rośnie wraz ze średnicą, więc większa kolumna zwiększa obciążenie złączki w sposób ciągły, a nie tylko podczas wyładowania łukowego. W przypadku długiej kolumny skumulowane obciążenie zginające na złączu jest częstą przyczyną pękania i pojawia się już od pierwszego nagrzania, a nie pojawia się jako niespodzianka.

Drugi to szok termiczny na końcówce. Większa średnica rozkłada obciążenie termiczne i zmniejsza gęstość, ale końcówka nadal pobiera energię łuku w tym samym miejscu, a nachylenie w grubszym przekroju jest bardziej strome w wartościach bezwzględnych. Dla materiału obowiązuje rozszerzalność znamionowa HP 1,6–2,4 ×10⁻⁶/stopień; ruch roboczy zależy od różnicy temperatur widzianej w przekroju.

Trzecim jest zużycie na tonę. Gęstość poniżej okna oznacza, że ​​kolumna jest elektrycznie niedopracowana, a młyn płaci za przekrój, którego nie wykorzystuje. W przypadku pieca w pobliżu górnego kranu kara jest niewielka; na jednym biegu ciągłych eliminacjach kumuluje się w całej kampanii, dlatego też aElektroda grafitowa HP 500mmdla pieca o mocy 40 MVA jest to inna kalkulacja niż ta sama wielkość dla pieca o mocy 30 MVA.

Natężenie powyżej 22 A/cm² jest lustrzanym odbiciem, a awarie pojawiają się szybciej. Nadmierny prąd zwiększa straty I²R wzdłuż kolumny: rezystywność HP jest mniejsza lub równa 6,5 ​​μΩ·m, współczynnik na jednostkę długości, więc dłuższa lub gorętsza kolumna wydziela więcej dostarczanej mocy w postaci ciepła wewnątrz grafitu, a nie na łuku. Widoczną konsekwencją jest cieplejsza kolumna, szybsze utlenianie ścian bocznych i skrócona końcówka.

Wspólna konsekwencja jest poważniejsza. Nadmierny prąd podnosi temperaturę osiąganą przez złącze, a połączenie gwintu musi absorbować wynikające z tego rozszerzanie korpusu i złączki. HP 1,6–2,4 × 10⁻⁶/ stopień wybacza RP 2,2–2,9, ale nie zastępuje prawidłowego doboru: złącze zaprojektowane dla prądu kolumny 400 mm, zamiast tego pracuje przy poziomie prądu 450 mm, wykracza poza jego podstawę projektową. Pęknięcie brodawki zgłaszane jest jako nagłe, chociaż przyczyna zwykle kumuluje się podczas kilku upałów.

Istnieje również konsekwencja kontroli, którą łatwo przeoczyć. Gdy elektroda nie jest w stanie przewodzić prądu pieca w wybranym kranie, operator pracuje nad tym, aby go obejść - inny kran, krótszy łuk, wolniejsze nagrzewanie. Te obejścia kosztują produktywność przy każdym wytopie i zwykle nie są przypisywane średnicy elektrody podczas późniejszego przeglądania dziennika wygrzewania.

Metoda składa się z czterech etapów i trzech danych wejściowych: moc transformatora w MVA, napięcie wtórne na odczepie i liczba elektrod na fazę (trzy w przypadku konwencjonalnego pieca prądu przemiennego).

• Oblicz prąd na elektrodę: I=MVA × 10⁶ ÷ (√3 × napięcie wtórne). Zgłoś to w kA.
• Podziel przez przekrój każdej średnicy kandydata w cm², aby otrzymać gęstość prądu w A/cm².
• Wybierz średnicę, której gęstość mieści się w zakresie 17–22 A/cm² przy normalnym kranie roboczym, a nie przy maksymalnym kranie.
• Ponownie sprawdź wybór względem maksymalnego kranu: jeśli piec od czasu do czasu pracuje na wyższym prądzie, średnica powinna nadal znajdować się wewnątrz okienka lub należy świadomie zaakceptować zwiększone obciążenie.

Te same kroki dotyczą górnej części serii: aElektroda grafitowa HP 600mmprzenosi około 48–62 kA przy 17–22 A/cm², zatem w dużym piecu działające napięcie na kranie decyduje, gdzie w tym paśmie znajdzie się obciążenie.

Do tej metody należą dwie przestrogi. Użyj działającego napięcia odczepu, a nie bez obciążenia lub najwyższego odczepu — najwyższy odczep wytwarza najniższy prąd dla danej mocy, co spłaszcza obliczenia i ukrywa niedowymiarowaną kolumnę. I używaj prądu na elektrodę, a nie całkowitego prądu pieca; współczynnik √3 w trójelektrodowym obwodzie prądu przemiennego to miejsce, w którym większość ręcznych obliczeń kończy się prawie dwukrotnym błędem.

Jeżeli napięcie wtórne nie jest rejestrowane, zwykle dostarcza je tabliczka znamionowa transformatora i położenie przełącznika zaczepów, a dziennik ciepła potwierdza pobrany prąd. Te trzy cyfry wystarczą, aby sprawdzić średnicę przed złożeniem zamówienia; formularz nastrona kontaktowaprzyjmuje je bezpośrednio, bez uprzedniego pełnego zapytania ofertowego.

Czy jedna średnica HP może pokryć szereg poziomów mocy pieca?

Tak, w granicach. Pasmo 17–22 A/cm² ma szerokość około 29 procent, więc jedna średnica może wytrzymać normalne zmiany między kranem i niewielkie zmiany w praktyce w tym samym piecu. Nie jest w stanie pochłonąć skokowej zmiany klasy transformatora - kolumna 350 mm pokrywa około 16,4–21,2 kA, więc piec pobierający 25 kA na elektrodę potrzebuje 400 mm lub więcej.

Czy większa średnica zawsze oznacza mniejsze zużycie elektrody?

Nie, a związek nie jest monotonny. Większa średnica obniża gęstość prądu i poprawia stosunek powierzchni do objętości, co zmniejsza straty spowodowane utlenianiem na tonę stali. Zwiększa to jednak również ciężar kolumny na złączu i może pozostawić kolumnę niedopracowaną elektrycznie, przez co przekrój grafitowy nie jest efektywnie wykorzystywany. Zużycie na tonę jest najniższe, gdy średnica mieści się w oknie gęstości prądu gatunku przy normalnym kranie pieca.

Skąd mam wiedzieć, czy mój piec jest za duży czy za mały w stosunku do elektrod?

Przelicz normalny prąd roboczy na gęstość prądu za pomocą przekroju. Poniżej 17 A/cm² dla kolumny HP elektroda jest większa niż wymagana praca; powyżej 22 A/cm² jest mniejszy. Obydwa odczytują te same obliczenia i można je zdiagnozować na podstawie dziennika ciepła, ponieważ rejestrowany jest zarówno prąd, jak i średnica.

Co się stanie, jeśli uruchomię wersję HP poza oknem gęstości prądu?

Poniżej okna gatunek ma zapas, którego nie wykorzystuje, a huta płaci za ten grafit w trakcie całej kampanii. Powyżej kolumna nagrzewa się bardziej, utlenianie ścian bocznych przyspiesza, a złącze jest obciążone w stopniu wykraczającym poza podstawę, dla której zaprojektowano połączenie gwintu. Albo stwierdzenie wymaga zmiany średnicy, albo gatunku, a nie zaakceptowania warunku, ponieważ piec nadal produkuje stal.

• Średnicę elektrody ustala się na podstawie prądu na elektrodę, a prąd na elektrodę ustala się na podstawie MVA transformatora i napięcia wtórnego przy użyciu I=MVA ÷ (√3 × napięcie).
• Klasa HP przenosi 17–22 A/cm²; w poprzek 250–600 mm, co oznacza około 8,3–10,8 kA w odległości 250 mm, 21,4–27,6 kA w odległości 400 mm i 48,1–62,2 kA w odległości 600 mm.
• W zakresie małych i średnich mocy, jedna klasa transformatora wyższa odpowiada w przybliżeniu jednemu wzrostowi średnicy, przy gęstości prądu wynoszącej około 20 A/cm², jeśli używany jest odczep bieżący.
• Nadmiar zwiększa wagę złącza i powoduje, że przekrój jest niewykorzystany; zbyt mały rozmiar zwiększa ciepło kolumny, przyspiesza utlenianie i obciąża złącze ponad jego założenia projektowe.
• Zawsze obliczaj dla bieżącego napięcia na kranie, nigdy na najwyższym kranie i zawsze dla każdej elektrody z uwzględnieniem współczynnika √3.

Wyślij trzy dane wejściowe – parametry transformatora, robocze napięcie wtórne i elektrody na fazę – a my zwrócimy zakres średnic mieszczący się w granicach 17–22 A/cm² wraz z pasującą klasą złączki. Jeśli piec jest w trakcie ponownego podłączania lub zamawiany jest nowy transformator, wyślij go również; średnicę należy dobrać do pieca, który będzie pracował, a nie tego, który będzie wymieniany.

Załącz zapytanie ofertowe w tym formularzu, aby uzyskać odpowiedź techniczną tego samego dnia:

Średnica elektrody (mm):

Ocena w widoku (RP/HP/UHP):

Długość (mm):

Typ sutka (T3/T4/T5/T6):

Ilość miesięczna (t):

Port docelowy:

Planowana moc transformatora (opcjonalnie):

Każda partia jest dostarczana z certyfikatem COA, kontrolą strony trzeciej w ramach SGS lub BV, zarządzaniem jakością ISO 9001 i kodem HS 8545.11 w dokumentach eksportowych. Rozmiarowanie pytań według wiadomości:WhatsApp: +86 155 1882 4805. Zapytanie ofertowe z rysunkami i danymi celnymi:E-mail: inquiry@zaferroalloy.com.

• Co powinny sprawdzić zespoły zakupowe, gdy wymiary elektrody grafitowej różnią się od wymiarów zamówienia?- jak sprawdzić średnicę i długość względem PO, zanim kolumna trafi do pieca.
• W jaki sposób kupujący mogą ocenić wytrzymałość elektrody grafitowej na zginanie w wymagających warunkach pieca?- dlaczego wytrzymałość na zginanie ma znaczenie, gdy ciężar kolumny rośnie wraz ze średnicą.
• Co powoduje utlenianie elektrody grafitowej podczas pracy w wysokotemperaturowym elektrycznym piecu łukowym?- w jaki sposób odsłonięta powierzchnia wpływa na utratę ścian bocznych na tonę.