Echipamente electrice ale cuptoarelor cu arc electric

Dispozitiv cuptor cu arc

Scopul principal al cuptoarelor cu arc este topirea metalelor și aliajelor. Există cuptoare cu arc direct și indirect. În cuptoarele cu arc cu ardere directă, arcul arde între electrozi și metalul topit. În cuptoarele cu arc indirect — între doi electrozi. Cele mai răspândite sunt cuptoarele cu arc cu încălzire directă utilizate pentru topirea metalelor feroase și refractare. Cuptoarele cu arc indirect sunt folosite pentru topirea metalelor neferoase și uneori a fontei.

Cuptorul cu arc este o carcasă căptușită, închisă de o boltă, electrozii sunt coborâți în interior printr-o deschidere din boltă care se angajează în suporturile de electrozi care sunt conectate la ghidaje. Topirea sarcinii și prelucrarea metalului are loc datorită căldurii arcurilor electrice care arde între sarcină și electrozi.

Se aplică o tensiune de 120 până la 600 V și un curent de 10-15 kA pentru a menține arcul. Valori mai mici ale tensiunilor și curenților se aplică cuptoarelor cu o capacitate de 12 tone și o capacitate de 50.000 kVA.

Designul cuptorului cu arc asigură drenarea metalului printr-o pompă de drenaj. Zgura este pompată printr-o fereastră de lucru tăiată în carcasă.

Cuptor cu arc electric: 1 — corp din oțel; 2 — căptușeală refractară; 3 — acoperișul cuptorului; 4 — electrozi; 5 — mecanism de ridicare a electrozilor; 6 — curcubeu

Proces tehnologic de topire a metalului într-un cuptor cu arc

Prelucrarea sarcinii solide încărcate în cuptorul cu arc începe din stadiul de topire, în această etapă arcul este aprins în cuptor și începe topirea sarcinii sub electrozi. Pe măsură ce sarcina se topește, electrodul coboară, formând puțuri de accelerație. O trăsătură caracteristică a etapei de topire este arderea neplăcută a unui arc electric. Stabilitatea scăzută a arcului se datorează temperaturii scăzute din cuptor.

Trecerea arcului de la o sarcină la alta, precum și numeroase întreruperi ale arcului de la scurtcircuite operaționale, care sunt cauzate de prăbușiri și mișcări ale pieselor conductoare ale sarcinii. Alte etape ale prelucrării metalelor sunt în stare lichidă și se caracterizează prin arderea liniștită a arcurilor. Cu toate acestea, este necesară o gamă largă de control operațional și o precizie ridicată a menținerii puterii de intrare în cuptor. Controlul puterii asigură progresul necesar al reacției metalurgice.

Caracteristicile considerate ale procesului tehnologic cer de la cuptorul cu arc:

1) Capacitatea de a răspunde rapid la scurtcircuite operaționale și întreruperi de arc, de a restabili rapid condițiile electrice normale și de a limita curenții de scurtcircuit de funcționare la limite acceptabile.

2) Flexibilitate pentru a controla puterea de intrare a cuptorului.

Echipamente electrice ale cuptoarelor cu arc

Instalarea unui cuptor cu arc include, pe lângă cuptorul în sine și mecanismele sale cu acționare electrică sau hidraulică, și echipamente electrice suplimentare: un transformator de cuptor, fire de la transformator la electrozii cuptorului cu arc - așa-numitul cuptor cu arc. rețea, unitate de distribuție (RU) pe partea de înaltă tensiune a transformatorului cu întrerupătoare pentru cuptor; regulator de putere; tablouri de bord și console, control și semnalizare; dispozitiv de programare pentru controlul modului de funcționare a cuptorului etc.

Instalațiile cuptoarelor cu arc sunt mari consumatori de energie electrică, capacitățile lor unitare sunt măsurate în mii și zeci de mii de kilowați. Consumul de energie electrică pentru topirea unei tone de umplutură solidă ajunge la 400-600 kWh-h. Prin urmare, cuptoarele sunt alimentate din rețelele de 6, 10 și 35 kV prin transformatoare coborâtoare pentru cuptoare (valorile maxime ale tensiunii liniei secundare a transformatoarelor sunt de obicei în intervalul de până la 320 V pentru cuptoarele mici și medii. capacitate și până la 510 V pentru cuptoare mari) .

În acest sens, instalațiile de cuptoare se caracterizează prin prezența unei substații speciale de cuptoare cu un transformator și un aparat de comutare. In noile instalatii se folosesc dulapuri din unitati complete de distributie (KRU) realizate dupa scheme unificate. Substațiile cuptoarelor sunt situate în imediata apropiere a cuptoarelor. Panourile și panourile de comandă pentru instalarea cuptoarelor cu arc din oțel cu o capacitate de până la 12 tone sunt amplasate în cadrul substației cuptorului cu panourile de control de service din magazin (de pe platforma de lucru). Pentru cuptoarele mai mari, camerele de control separate pot fi prevăzute cu o vedere convenabilă a ferestrelor de lucru ale cuptorului.

Cuptoarele electrice cu arc consumă curenți semnificativi, măsurați în mii și zeci de mii de amperi. Astfel de curenți creează căderi mari de tensiune chiar și cu rezistențe active și inductive mici ale circuitelor de alimentare cu electrozi. Ca rezultat, transformatorul cuptorului este plasat în imediata apropiere a cuptorului într-o substație specială a cuptorului. Circuitele care leagă transformatorul cuptorului și electrozii cuptorului și care au o lungime scurtă și o structură complexă se numesc rețea scurtă.

Rețeaua scurtă a unui cuptor cu arc constă dintr-o bară colectoare într-o cameră de transformare, un șir de cablu flexibil, bare tubulare, un suport de electrod și un electrod care se deplasează împreună cu căruciorul. În cuptoarele cu arc cu o capacitate de până la 10 tone, se utilizează o schemă „stea de electrozi”, atunci când înfășurările secundare ale transformatorului cuptorului sunt conectate în deltă la ieșirea camerei. Alte scheme ale unei rețele scurte, care să permită reducerea reactanței acesteia, sunt utilizate pentru cuptoare mai puternice.

Motoarele cu inducție cu cușcă de veveriță evaluate la 380 V la 1–2 kW în cuptoarele mici de până la 20–30 kW în cuptoarele mai mari sunt utilizate în mod obișnuit în acționările electrice ale mecanismelor cuptoarelor. Motoare de antrenare pentru electrozi în mișcare - curent continuu furnizat de o mașină electrică sau amplificatoare magnetice, precum și de convertoare cu tiristoare. Aceste unități fac parte dintr-o unitate independentă - un regulator de putere a cuptorului.

În cuptoarele cu o capacitate mai mare de 20 de tone, pentru a crește productivitatea și pentru a facilita munca producătorilor de oțel, sunt prevăzute dispozitive pentru amestecarea unei băi lichide de metal bazate pe principiul unui câmp magnetic călătorit.Un stator cu două înfășurări este plasat sub fundul cuptorului din material nemagnetic, ai cărui curenți sunt defazați la 90 °. Câmpul de deplasare creat de înfășurările statorului antrenează straturile metalice. La comutarea bobinelor, este posibilă schimbarea direcției de mișcare a metalului. Frecvența curentului în statorul dispozitivului de agitare este de la 0,3 la 1,1 Hz. Dispozitivul este alimentat de un convertor de frecvență al unei mașini electrice.

Motoarele care deservesc mecanismele cuptoarelor cu arc funcționează în condiții dificile (mediu prăfuit, amplasarea apropiată a structurilor cuptoarelor foarte încălzite), prin urmare au un design închis, cu izolație rezistentă la căldură (serie macara-metalurgică).

Unități de transformare a cuptorului

Instalațiile cuptoarelor cu arc utilizează transformatoare trifazate cu scufundare în ulei special concepute. Puterea transformatorului cuptorului este, după capacitate, al doilea cel mai important parametru al cuptorului cu arc și determină durata de topire a metalului, care afectează semnificativ performanța cuptorului.Timpul total pentru topirea oțelului într-un cuptor cu arc este de până până la 1-1,5 ore pentru cuptoarele cu o capacitate de până la 10 tone și până la 2,5 ore pentru cuptoarele cu o capacitate de până la 40 de tone.

Tensiunea cuptorului cu arc în timpul topirii trebuie să se schimbe într-un interval destul de larg. În prima etapă de topire, când deșeurile sunt topite, trebuie introdusă putere maximă în cuptor pentru a grăbi acest proces. Dar cu o încărcare rece, arcul este instabil. Prin urmare, pentru a crește puterea, este necesară creșterea tensiunii. Durata etapei de topire este de 50% sau mai mult din timpul total de topire, în timp ce se consumă 60-80% din energie electrică.În a doua și a treia etapă - în timpul oxidării și rafinării metalului lichid (înlăturarea impurităților dăunătoare și arderea excesului de carbon), arcul arde mai liniștit, temperatura în cuptor este mai mare și lungimea arcului crește.

Pentru a evita deteriorarea prematură a căptușelii cuptorului, arcul este scurtat prin scăderea tensiunii. În plus, pentru cuptoarele în care pot fi topite diferite tipuri de metal, condițiile de topire se modifică în consecință și, prin urmare, tensiunile necesare.

Pentru a asigura capacitatea de reglare a tensiunii cuptoarelor cu arc, transformatoarele care le alimentează sunt realizate cu mai multe trepte de joasă tensiune, de obicei cu comutarea robinetelor pentru înfășurarea de înaltă tensiune (12 sau mai multe trepte). Transformatoarele cu o capacitate de până la 10.000 kV-A sunt echipate cu un dispozitiv de declanșare. Transformatoarele mai puternice au un comutator de sarcină. Pentru cuptoarele mici, se folosesc două până la patru trepte, precum și cea mai simplă metodă de reglare a tensiunii - comutarea înfășurării de înaltă tensiune (HV) de la delta la stea.

Pentru a asigura o ardere stabilă a arcului de curent alternativ și a limita supratensiunile în timpul scurtcircuitării între electrod și încărcare cu de 2-3 ori curentul nominal al electrodului, reactanța relativă totală a instalației ar trebui să fie de 30-40%. Reactanța transformatoarelor de cuptoare este de 6-10%, rezistența scurtă a rețelei pentru cuptoarele mici este de 5-10%. Prin urmare, pe partea HV a transformatorului pentru cuptoare cu o capacitate de până la 40 de tone, este prevăzut un reactor în amonte cu o rezistență de aproximativ 15-25%, care este inclus în kitul bloc transformator. Reactorul este proiectat ca un miez nesaturat.

Toate transformatoarele de putere ale cuptorului cu arc sunt prevăzute cu protecție la gaz. Protecția la gaz, ca protecție principală a transformatorului cuptorului, se realizează în două etape: prima etapă afectează semnalul, a doua oprește instalația.

Controlul automat al puterii cuptoarelor cu arc. Pentru a asigura o funcționare normală și de înaltă performanță, cuptoarele cu arc sunt echipate cu regulatoare automate de putere (AR), care mențin constanta puterii date a arcului electric. Funcționarea regulatorului de putere automat al cuptorului cu arc se bazează pe schimbarea poziției electrozilor în raport cu sarcina - în cuptoarele cu arc de încălzire directă sau unele față de altele în cuptoarele cu arc de încălzire indirectă, de exemplu. în ambele cazuri, cuptoarele cu arc utilizează reglarea lungimii. Dispozitivele de antrenare sunt cel mai adesea motoare electrice.

Reglarea modurilor electrice ale unui cuptor cu arc electric

Examinarea structurilor permite arătarea modalităților posibile de ajustare a modului său electric:

1) Schimbarea tensiunii de alimentare.

2) Modificarea rezistenței arcului de ex. modificarea lungimii sale.

Ambele metode sunt utilizate în instalațiile moderne. Reglarea grosieră a modului se realizează prin comutarea treptelor tensiunii secundare a transformatorului, exact - folosind mecanismul de mișcare. Mecanismele de mișcare a electrozilor sunt controlate cu ajutorul regulatoarelor automate de putere (AWS).

Locul de muncă al cuptoarelor cu arc trebuie să asigure:

1) Aprindere automată a arcului

2) Îndepărtarea automată a întreruperilor de arc și a scurtcircuitelor operaționale.

3) Viteza de răspuns este de aproximativ 3 secunde când sunt eliminate întreruperile arcului scurtcircuitului operațional

4) Caracterul aperiodic al procesului de reglare

5) Capacitatea de a modifica fără probleme puterea de intrare a cuptorului, cu 20-125% din valoarea nominală și de a o menține cu o precizie de 5%.

6) Oprirea electrozilor când tensiunea de alimentare dispare.

Caracterul aperiodic al procesului de control este necesar pentru a exclude scăderea electrozilor metalului lichid, care îl pot carboniza și strica topirea, precum și pentru a exclude ruperea electrozilor atunci când intră în contact cu sarcina solidă. Respectarea acestei cerințe oferă protecție împotriva modurilor de mai sus în cazul unei urgențe sau oprire operațională a cuptorului.

Cuptoare electrice cu arc ca consumatori de energie electrică

Cuptoarele electrice cu arc sunt un consumator puternic și neplăcut al sistemului de alimentare. Funcționează cu un factor de putere redus = 0,7 — 0,8, puterea consumată din rețea variază în timpul topirii, iar modul electric se caracterizează prin supratensiuni frecvente de curent, până la ruperea arcului, scurtcircuite operaționale. Arcurile generează armonici de înaltă frecvență care sunt nedorite pentru alți consumatori și provoacă pierderi suplimentare în rețeaua de alimentare.

Pentru a crește factorul de putere, condensatorii pot fi conectați la barele principale ale substației principale, alimentând grupurile de cuptoare, deoarece cu șocuri curente putere reactiva fluctuează în limite mari, este necesar să se asigure posibilitatea modificării rapide a acestei capacități. Pentru o astfel de reglementare, puteți utiliza tensiune înaltă comutatoare cu tiristoarecontrolat de circuit pentru a menține CM aproape de 1. Pentru a combate armonicile superioare, se folosesc filtre reglate la cele mai intense armonici.

Distribuția stațiilor de furnal pentru alimentarea independentă conectată la alți consumatori pentru tensiuni de 110, 220 kV este utilizată pe scară largă. În acest caz, distorsiunea curbelor de curent și tensiune pentru alți consumatori poate fi menținută în limite acceptabile.