Електрическо оборудване на електрически дъгови пещи

Устройство за дъгова пещ

Основно предназначение дъгови пещи — топене на метали и сплави. Има директни и индиректни дъгови пещи. В дъговите пещи с директно изгаряне дъгата изгаря между електродите и разтопения метал. В пещи с непряка дъга — между два електрода. Най-широко разпространени са дъговите пещи с директно нагряване, използвани за топене на черни и огнеупорни метали. Непряко дъговите пещи се използват за топене на цветни метали и понякога чугуни.

Дъговата пещ е облицована обвивка, затворена от свод, електродите се спускат вътре през отвор в свода, който се захваща в държачи за електрод, които са свързани с водачите. Топенето на заряда и обработката на метал се извършва поради топлината на електрически дъги, изгарящи между заряда и електродите.

За поддържане на дъгата се прилага напрежение от 120 до 600 V и ток от 10-15 kA. По -малки стойности на напрежения и токове се отнасят за пещи с капацитет 12 тона и капацитет 50 000 kVA.

Дизайнът на дъговата пещ осигурява дренаж на метал през дренажна помпа. Шлаката се изпомпва през работен прозорец, изрязан в корпуса.

Електрическа дъгова пещ: 1 — стоманен корпус; 2 — огнеупорна облицовка; 3 — покрив на пещта; 4 — електроди; 5 — механизъм за повдигане на електродите; 6 — дъга

Технологичен процес на топене на метал в дъгова пещ

Обработката на твърдия заряд, натоварен в дъговата пещ, започва от етапа на топене, на този етап дъгата се запалва в пещта и започва топенето на заряда под електродите. Тъй като зарядът се топи, електродът се спуска надолу, образувайки кладенци за ускорение. Характерна особеност на етапа на топене е неприятното изгаряне на електрическа дъга. Ниската стабилност на дъгата се дължи на ниската температура в пещта.

Преходът на дъгата от един заряд към друг, както и многобройни прекъсвания на дъгата от оперативни къси съединения, които са причинени от срутвания и движения на проводящи парчета от заряда. Други етапи на обработка на метал са в течно състояние и се характеризират с тихо изгаряне на дъги. Изисква се обаче широк спектър от оперативен контрол и висока точност на поддържане на мощността, въведена в пещта. Контролът на мощността осигурява необходимия ход на металургичната реакция.

Разгледаните характеристики на технологичния процес изискват от дъговата пещ:

1) Възможност за бързо реагиране на оперативни къси съединения и прекъсвания на дъгата, бързо възстановяване на нормалните електрически условия и ограничаване на работните токове на късо съединение до приемливи граници.

2) Гъвкавост за контрол на входящата мощност на пещта.

Електрическо оборудване на дъгови пещи

Монтажът на дъгова пещ включва, освен самата пещ и нейните механизми с електрическо или хидравлично задвижване, и допълнително електрическо оборудване: пещен трансформатор, проводници от трансформатора до електродите на дъговата пещ — т.нар. мрежа, разпределително устройство (RU) от страната на високо напрежение на трансформатора с превключватели за фурни; регулатор на мощността; табла за управление и конзоли, управление и сигнализация; програмиращо устройство за управление на режима на работа на пещта и др.

Инсталациите на дъгови пещи са големи консуматори на електроенергия, техните единични мощности се измерват в хиляди и десетки хиляди киловати. Консумацията на електроенергия за топене на тон твърд пълнеж достига 400-600 kWh-h. Следователно пещите се захранват от 6, 10 и 35 kV мрежи чрез понижаващи се трансформатори на пещта (максималните стойности на напрежението на вторичната линия на трансформаторите обикновено са в диапазона до 320 V за пещи с малък и среден капацитет и до 510 V за големи пещи).

В тази връзка пещните инсталации се характеризират с наличието на специална пещна подстанция с трансформатор и разпределителна уредба. В новите инсталации се използват шкафове от комплектни разпределителни устройства (KRU), изработени по унифицирани схеми. Пещните подстанции се намират в непосредствена близост до пещите. Табла и контролни панели за монтаж на дъгови стоманени пещи с капацитет до 12 тона се поставят в рамките на пещната подстанция с обслужващите контролни панели от цеха (от работната платформа). За по -големи пещи могат да бъдат осигурени отделни контролни помещения с удобен преглед на работните прозорци на пещта.

Електрическите дъгови пещи консумират значителни токове, измерени в хиляди и десетки хиляди ампера. Такива токове създават големи спадове на напрежението дори при малки активни и индуктивни съпротивления на захранващите вериги на електрода. В резултат на това трансформаторът на пещта се поставя в непосредствена близост до пещта в специална пещна подстанция. Схемите, свързващи трансформатора на пещта и електродите на пещта и имащи къса дължина и сложна структура, се наричат ​​къса мрежа.

Късата мрежа на дъгова пещ се състои от шина в трансформаторна камера, гъвкав кабелен низ, тръбни шини, държач за електрод и електрод, движещ се заедно с каретата. При дъгови пещи с капацитет до 10 тона се използва схема «звезда на електроди», когато вторичните намотки на трансформатора на пещта са свързани в триъгълник на изхода от камерата. Други схеми на къса мрежа, позволяващи да се намали нейното реактивно съпротивление, се използват за по -мощни пещи.

Асинхронните двигатели с ротор с катеричка в клетка с напрежение 380 V при мощност 1–2 kW в малки пещи до 20–30 kW в по-големи пещи обикновено се използват в електрическите задвижвания на пещни механизми. Двигатели на задвижвания за движещи се електроди — постоянен ток, захранван от електрическа машина или магнитни усилватели, както и от тиристорни преобразуватели. Тези задвижвания са част от независима единица — регулатор на мощността на пещта.

В пещи с капацитет над 20 тона, за да се увеличи производителността и да се улесни работата на стоманопроизводителите, са предвидени устройства за смесване на течна вана от метал, базирана на принципа на пътуващо магнитно поле. Статор с две намотки е поставен под дъното на пещта от немагнитен материал, чиито токове са 90 ° извън фазата. Пътуващото поле, създадено от намотките на статора, задвижва металните слоеве. При превключване на намотките е възможно да се промени посоката на движение на метала. Честотата на тока в статора на разбъркващото устройство е от 0,3 до 1,1 Hz. Устройството се захранва от честотен преобразувател на електрическа машина.

Двигателите, обслужващи механизмите на дъгови пещи, работят в трудни условия (прашна среда, близко разположение на силно нагрявани пещни конструкции), поради което имат затворен дизайн с топлоустойчива изолация (кран-металургична серия).

Пещни трансформаторни агрегати

В инсталациите на дъгови пещи се използват специално проектирани трифазни трансформатори, потопени в масло. Силата на пещния трансформатор е след капацитета вторият най -важен параметър на дъговата пещ и определя продължителността на топене на метал, което значително влияе върху производителността на пещта.Общото време за топене на стомана в дъгова пещ е до 1-1,5 часа за пещи с капацитет до 10 тона и до 2,5 часа за пещи с капацитет до 40 тона.

Напрежението върху дъговата пещ по време на топене трябва да се промени в доста широк диапазон. В първия етап на топене, когато скрапът се стопи, трябва да се въведе максимална мощност в пещта, за да се ускори този процес. Но при студен заряд дъгата е нестабилна. Следователно, за да се увеличи мощността, е необходимо да се увеличи напрежението. Продължителността на етапа на топене е 50% или повече от общото време на топене, докато 60-80% от електроенергията се изразходва. На втория и третия етап — при окисляване и рафиниране на течен метал (отстраняване на вредни примеси и изгаряне на излишния въглерод), дъгата гори по -тихо, температурата в пещта е по -висока и дължината на дъгата се увеличава.

За да се избегне преждевременна повреда на облицовката на пещта, дъгата се скъсява чрез понижаване на напрежението. В допълнение, за пещи, в които могат да се топят различни видове метал, условията на топене се променят съответно, а оттам и необходимите напрежения.

За да се осигури възможност за регулиране на напрежението на дъгови пещи, захранващите ги трансформатори са направени с няколко стъпала на ниско напрежение, обикновено с превключване на крановете за намотка на високо напрежение (12 или повече стъпки). Трансформаторите с капацитет до 10 000 kV-A са оборудвани с изключващо устройство. По-мощните трансформатори имат превключвател на натоварване. За малки пещи се използват два до четири етапа, както и най -простият метод за регулиране на напрежението — превключване на намотката на високо напрежение (HV) от триъгълник към звезда.

За да се осигури стабилно изгаряне на дъга с променлив ток и ограничаване на пренапреженията по време на късо съединение между електрода и заряда с 2–3 пъти номиналния ток на електрода, общото относително реактивно съпротивление на инсталацията трябва да бъде 30–40%. Реактивното съпротивление на пещните трансформатори е 6-10%, съпротивлението на къса мрежа за малки пещи е 5-10%. Следователно от страната на ВН на трансформатора за пещи с капацитет до 40 тона е предвиден реактор нагоре по веригата със съпротивление около 15-25%, който е включен в комплекта на трансформаторния блок. Реакторът е проектиран като ненаситен сърцевинен дросел.

Всички трансформатори за захранване на дъгови пещи са снабдени с защита от газ. Защитата от газ, като основна защита на пещния трансформатор, се извършва на два етапа: първият етап влияе върху сигнала, вторият изключва инсталацията.

Автоматично управление на мощността на дъгови пещи. За да се осигури нормална и високопроизводителна работа, дъговите пещи са оборудвани с автоматични регулатори на мощността (AR), които поддържат постоянството на дадената мощност на електрическата дъга. Работата на автоматичния регулатор на мощността на дъгова пещ се основава на промяна на положението на електродите спрямо натоварването-в дъгови пещи с директно нагряване или един спрямо друг в дъгови пещи с непряко нагряване, т.е. и в двата случая дъгови пещи се използва регулиране на дължината. Задвижващите устройства най -често са електродвигатели.

Регулиране на електрическите режими на електрическа дъгова пещ

Разглеждането на конструкциите позволява да се покажат възможните начини за регулиране на електрическия му режим:

1) Промяна на захранващото напрежение.

2) Промяна в съпротивлението на дъгата, т.е. промяна в дължината му.

В съвременните инсталации се използват и двата метода. Грубо регулиране на режима се извършва чрез превключване на етапите на вторичното напрежение на трансформатора, прецизно — с помощта на механизма за движение. Механизмите за преместване на електродите се управляват с помощта на автоматични регулатори на мощността (AWS).

Работното място на дъгови пещи трябва да осигурява:

1) Автоматично запалване на дъга

2) Автоматично отстраняване на прекъсвания на дъгите и оперативни къси съединения.

3) Скоростта на реакция е около 3 секунди, когато се елиминират прекъсванията на дъгата на оперативното късо съединение

4) Апериодичният характер на процеса на регулиране

5) Възможност за плавно промяна на входящата мощност на пещта, в рамките на 20-125% от номиналната и поддържането й с точност от 5%.

6) Спиране на електродите, когато захранващото напрежение изчезне.

Апериодичният характер на процеса на управление е необходим, за да се изключи понижаването на електродите на течния метал, който може да го карбонизира и да развали топенето, както и да се изключи счупването на електродите, когато те влизат в контакт с твърдия заряд. Изпълнението на това изискване осигурява защита срещу горните режими в случай на аварийно или оперативно спиране на пещта.

Електрични дъгови пещи като потребители на електроенергия

Електрическите дъгови пещи са мощен и неприятен потребител за електроенергийната система. Той работи с нисък коефициент на мощност = 0,7 — 0,8, консумираната мощност от мрежата варира по време на топене, а ел. режимът се характеризира с чести пренапрежения на тока, до счупване на дъгата, оперативни къси съединения. Дъгите генерират високочестотни хармоници, които са нежелателни за други потребители и причиняват допълнителни загуби в захранващата мрежа.

За да се увеличи коефициентът на мощност, кондензаторите могат да бъдат свързани към шините на основната захранваща подстанция, захранвайки групите пещи, тъй като с настоящи сътресения реактивна мощност се колебае в големи граници, е необходимо да се осигури възможност за бърза смяна на този капацитет. За такова регулиране можете да използвате високо напрежение тиристорни превключвателиконтролирани от веригата за поддържане на CM близо до 1. За борба с по -високи хармоници се използват филтри, настроени към най -интензивните хармоници.

Разпределението на пещни подстанции за независимо захранване, свързано с други потребители за напрежения 110, 220 kV, е широко използвано. В този случай изкривяването на кривите на ток и напрежение за други потребители може да се поддържа в допустими граници.