Електрообладнання дугових сталеплавильних печей

Пристрій дугових печей

Основне призначення дугових печей - плавка металів і сплавів. є
дугові печі прямого і непрямого нагріву. У дугових печах прямого нагріву дуга горить між електродів і розплавленим металом. В
дугових печах непрямого нагріву - між 2-ма електродами. Найбільшого поширення набули дугові печі прямого нагрівання, використовувані для плавки чорних і тугоплавких металів.
Дугові печі непрямого нагріву використовуються для плавки кольорових металів і час від часу чавунів.

Дугова піч представляє собою футерований кожух, закритий склепінням, через отвір в зведенні всередину опущені електроди, які затиснуті в електродотримачем, які з`єднані з напрямними. Плавлення шихти та виробництво готових металевих ведеться за рахунок тепла електронних дуг, палаючих між шихтою і електродами.

Для підтримки дуги подається напруга від 120 до 600 В і струм 10-15 кА. Найменші значення напруг і струмів відносяться до печей ємністю 12 тонн і потужністю 50000 кВА.

Конструкція дугового печі передбачає злив металу через зливний насос. Стрибка шлаку здійснюється через робоче вікно, вирізане в кожусі.

Технологічний процес плавки металу в дуговій печі

Обробка завантаженої в дугову піч жорсткої шихти починається зі стадії розплавлення, на цій стадії в печі зігрітися дуга і починається розплавлення шихти під електроди. У міру розплавлення шихти електрод спускається вниз, утворюючи колодязі для прискорення. Особливістю стадії розплавлення є неспокійне горіння електронної дуги. Низька стійкість дуги пояснюється низькою температурою в печі.

Перехід дуги з одного шихти на інші, також незліченну обривання дуги експлуатаційними
маленькими замиканнями, які викликаються обвалами і переміщеннями проводять шматків шихти. Інші стадії обробки металу знаходяться в рідкому стані і характеризуються спокійним горінням дуг. Але потрібно широкий спектр оперативного регулювання і висока точність підтримки потужності, що вводиться в піч. Регулювання потужності забезпечує необхідний хід металургійної реакції.

Розглянуті особливості технологічного процесу вимагають від
дугового печі:

1) Можливості стрімко реагувати на експлуатаційні
недовгі замикання і обриви дуги, стрімко відновлювати звичайний електронний режим, обмежувати до допустимих меж струми експлуатаційних замикань.

2) Гнучкість управління потужністю, що вводиться в піч.

Електричне обладнання дугових печей

Установка дугової печі включає до свого складу, крім власне печі і її пристроїв з електро;
або гідроприводом, також комплектувальне електричне обладнання: пічної
трансформатор, струмопроводи від трансформатора до електродів дугової печі - так звану маленьку мережу, розподільний пристрій (РУ) на стороні вищої напруги трансформатора з пічними виключателямі- регулятор потужності-щити і пульти управління, контролю і сігналізаціі- запрограмоване пристрій для управління режимом роботи печі і ін .

Установки дугових печей - великі споживачі електроенергії, їх одиничні потужності вимірюються тисячами і десятками тисяч кв. Витрата електроенергії на розплавлення тонни жорсткої завалювання домагається 400-600 КВГ-ч. Тому харчування печей робиться від мереж 6, 10 і 35 кВ через знижувальні пічні трансформатори (найбільші значення вторинного лінійного напруги трансформаторів лежать зазвичай в межах до 320 В у печей малої і середньої місткості і до 510 В у великих печей).

У зв`язку з цим для установок печей характерна наявність спеціальної пічної підстанції з трансформатором і РУ.
У нових установках використовуються шафи комплектних розподільних пристроїв (КРУ), виконаних за уніфікованими схемами. Пічні підстанції розташовують в безпосередній близькості від печей. Щити і пульти управління для установок
дугових сталеплавильних печей ємністю до 12 т розташовують в межах пічної підстанції з обслуговуванням пультів з цеху (з робочого майданчика). Для більш великих печей можуть передбачатися окремі пультові приміщення з комфортним, оглядом робочих вікон печей.

Електронні дугові печі споживають значні струми, вимірювані тисячами і десятками тисяч ампер. Такі струми роблять величезні падіння напруги навіть на малих активних і індуктивних опорах ланцюгів харчування електродів. Внаслідок цього пічної трансформатор розташовують в безпосередній близькості від печі в спеціальній пічної підстанції. Ланцюги, що з`єднують пічної трансформатор і електроди печі і мають малу довжину і складну конструкцію називають короткою мережею.

Маленька мережу дугового печі складається з ошиновки в трансформаторній камері, гнучкою кабельної гірлянди, трубошін, електродотримача і електрода, що переміщаються спільно з кареткою. на
дугових печах ємністю до 10 т вживають схему «зірка на електродах», коли вторинні обмотки пічного трансформатора з`єднані в трикутник на виході з камери. Інші схеми короткій мережі, що дозволяють зменшити її реактивний опір, використовують на більш масивних печах.

В електроприводах пристроїв печі використовують зазвичай асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором напругою 380 В на потужності від 1-2 кВт в маленьких печах до 20-30 кВт в більш великих печах. Двигуни приводів переміщення електродів - незмінного струму з живленням від електромашинних або магнітних підсилювачів, також від тиристорних перетворювачів. Ці приводи входять до складу самостійного агрегату - регулятора потужності печі.

У печах ємністю понад 20 т з метою зростання продуктивності і полегшення праці сталеварів передбачаються пристрої для змішування рідкої ванни металу, засновані на принципі біжить магнітного поля. Під днищем печі магнітною розташовується статор з 2-ма обмотками, струми яких-зміщені по фазі на 90 °. Створюване статорними обмотками біжить поле приводить в рух шари металу. При перемиканні обмоток може бути зміна напрямку руху металу. Частота струму в статорі пристроями, від 0,3 до 1,1 Гц. Пристрій працює робиться від електромашинного перетворювача частоти.

Двигуни, що обслуговують механізми дугових печей, працюють важких умовах (курна среда, близьке розміщення дуже нагрітих конструкцій печі), тому вони мають закрите виконання з термостійкої ізоляцією (краново-металургійних серій).

Пічні трансформаторні агрегати

В установках дугових печей вживаються спеціально створені для їх трехфазние- масляні трансформатори. Потужність пічного трансформатора є після ємності другим важливим параметром дугового печі і визначає тривалість розплавлення металу, що в значній мірі позначається на продуктивності печі. Повний час плавки стали в дуговій печі становить до 1-1,5 год для печей ємністю до 10 т і до 2,5 ч для печей ємністю до 40 т.

Напруга на дуговій печі в процесі плавки потрібно змінювати в досить широких межах. На першому кроці плавки, коли відбувається розплавлення скрапу, в піч повинна вводитися найбільша потужність, щоб прискорити цей процес. Але при прохолодній шихті дуга нестійка. Тому для збільшення потужності потрібно збільшувати напругу. Тривалість кроку розплавлення становить 50% і більше від загального часу плавки, при цьому споживається 60-80% електроенергії. На другому і 3-му кроках - при окисленні і рафінуванні рідкого металу (видаленні шкідливих домішок і випалюванні зайвого вуглецю) дуга горить спокійніше, температура в печі вище, довжина дуги зростає.

Щоб уникнути раннього виходу з ладу футерування печі дугу вкорочують, знижуючи напругу. Крім того, для печей, в яких можуть виплавлятися різні марки металу, відповідно змінюються умови плавки, а значить, і необхідні напруги.

Для забезпечення можливості регулювання напруги дугових печей живлять їх трансформатори роблять з декількома ступенями низької напруги, зазвичай з перемиканням отпаек обмотки високої напруги (12 ступенів і більше). Трансформатори потужністю до 10000 кВ-А забезпечені переключающим пристроєм ПБЗ. Найпотужніші трансформатори мають перемикаючий пристрій РПН. Для маленьких печей використовують дві - чотири ступені, також простий метод регулювання напруги - перемикання обмотки високої напруги (ВН) з трикутника на зірку.

Для забезпечення стійкого горіння дуги змінного струму і
обмеження поштовхів струму при маленьких замиканнях між електродом і шихтою 2-3-кратним значенням номінального струму електрода загальне відносне реактивний опір установки повинно складати 30-40%. Реактивний опір пічних трансформаторів одно 6-10%, опір короткої мережі для малих печей 5-10%. Тому з боку ВН трансформатора для печей ємністю до 40 т передбачають попередньо включений реактор з опором близько 15-25%, що входить в набір трансформаторного агрегату. Реактор виконаний як дросель з ненасищаемой сердечником.

Всі трансформатори для живлення дугових печей напихають газової захистом. Газовий захист, як основний захист пічного трансформатора, виконана двоступеневої: 1-ша щабель вплине на сигнал, 2-а відключає установку.

Автоматичне регулювання потужності дугових печей. Для забезпечення нормальної і високопродуктивної роботи дугові печі обладнуються автоматичними регуляторами потужності (АР), які виробляють підтримку сталості даної потужності електронної дуги. Робота
автоматичного регулятора потужності дугової печі заснована на зміні положення електродів щодо завантаження - в
дугових печах прямого нагріву або відносно один одного
в дугових печах непрямого нагріву, т. е. в обох випадках вживається регулювання довжини дуги. Іспонітельнимі пристроями в більшості випадків
є електродвигуни.

Регулювання електронних режимів дугового електронної
печі

Розгляд конструкцій дозволяє показати на можливі способи регулювання її електронного режиму:

1) Зміна напруги, що підводиться.

2) Зміна опору дуги, тобто зміна її довжини.

У сучасних установках вживаються обидва методи. Грубе регулювання режиму здійснюється перемиканням ступенів вторинної напруги трансформатора, чітке - за допомогою механізму переміщення. Управління механізмами переміщення електродів здійснюється за допомогою використання автоматичних регуляторів потужності (АРМ).

АРМ дугових печей повинні забезпечувати:

1) Автоматичне запалювання дуг

2) Автоматичне усунення обривів дуги і експлуатаційного
короткого замикання.

3) Швидкодія близько 3 секунд при усуненні обривів дуги експлуатаційного
короткого замикання

4) Аперіодичний характер процесу регулювання

5) Можливість плавно змінювати потужність, що вводиться в піч, в межах від 20-125% від номінальної і підтримувати її з точністю 5%.

6) Зупинка електродів при зникненні напруги живлення.

Апериодический характер процесу регулювання потрібен, щоб виключити опускання електродів водянистий метал, що може науглеродіть його і зіпсувати плавку, також виключити поломку електродів при контакті їх з жорсткою шихтою. Виконання цієї вимоги забезпечує захист від перерахованих вище режимів при аварійному або робочому виключенні печі.

Дугові сталеплавильні печі як споживачі електроенергії

Дугові сталеплавильні печі є потужним і противним споживачем для енергосистеми. Вона працює з низьким
коефіцієнтом потужності = 0,7 - 0,8, споживана з мережі потужність змінюється протягом плавки, а ел. режим характеризується частими поштовхами струму, прямо до обриву дуги експлуатаційних
маленьких замиканнях. Дуги генерують високочастотні гармоніки, непотрібні для інших споживачів і викликають додаткові втрати в мережі живлення.

Для збільшення коефіцієнта потужності можна включати конденсатори на шини головною живильної підстанції, що живлять групи печей, тому що при поштовхах струму
реактивна потужність коливається в великих межах, потрібно забезпечити можливість швидкої зміни цієї ємності. Для такого регулювання можна використовувати високовольтні тиристорні ключі, керовані схемою підтримання КМ близьким до 1. Для боротьби з вищими гармоніками вживаються фільтри, налаштовані на більш насичені гармоніки.

Широко застосовується виділення пічних підстанцій на самостійне харчування, пов`язане з іншими споживачами на напругу 110, 220 кВ. В даному випадку спотворення кривих струму і напруги у інших споживачів вдається утримати в допустимих межах.