Ηλεκτρολογικός εξοπλισμός κλιβάνων ηλεκτρικού τόξου

Συσκευή φούρνου τόξου

Ο κύριος σκοπός των κλιβάνων τόξου είναι η τήξη μετάλλων και κραμάτων. Υπάρχουν άμεσοι και έμμεσοι φούρνοι τόξου. Σε καμίνους τόξου άμεσης πυροδότησης, το τόξο καίγεται μεταξύ των ηλεκτροδίων και του λιωμένου μετάλλου. Σε έμμεσους φούρνους τόξου — μεταξύ δύο ηλεκτροδίων. Οι πιο διαδεδομένες είναι οι καμίνους τόξου με άμεση θέρμανση που χρησιμοποιούνται για την τήξη σιδηρούχων και πυρίμαχων μετάλλων. Οι έμμεσοι φούρνοι τόξου χρησιμοποιούνται για την τήξη μη σιδηρούχων μετάλλων και μερικές φορές χυτοσίδηρου.

Ο κλίβανος τόξου είναι ένα επενδεδυμένο κέλυφος που περικλείεται από ένα θησαυροφυλάκιο, τα ηλεκτρόδια κατεβαίνουν στο εσωτερικό μέσω ενός ανοίγματος στο θησαυροφυλάκιο το οποίο εμπλέκεται σε υποδοχές ηλεκτροδίων που συνδέονται με τους οδηγούς. Η τήξη του φορτίου και η επεξεργασία του μετάλλου γίνεται λόγω της θερμότητας των ηλεκτρικών τόξων που καίγονται μεταξύ του φορτίου και των ηλεκτροδίων.

Για τη διατήρηση του τόξου εφαρμόζεται τάση από 120 έως 600 V και ρεύμα 10-15 kA. Χαμηλότερες τιμές τάσεων και ρευμάτων ισχύουν για φούρνους χωρητικότητας 12 τόνων και χωρητικότητας 50.000 kVA.

Ο σχεδιασμός του κλιβάνου τόξου παρέχει αποστράγγιση μετάλλου μέσω αντλίας αποστράγγισης. Η σκωρία αντλείται μέσω ενός παραθύρου εργασίας που κόβεται στο περίβλημα.

Κλίβανος ηλεκτρικού τόξου: 1 — σώμα από χάλυβα. 2 — πυρίμαχη επένδυση. 3 — στέγη κλιβάνου. 4 — ηλεκτρόδια. 5 — μηχανισμός ανύψωσης των ηλεκτροδίων. 6 - ουράνιο τόξο

Τεχνολογική διαδικασία τήξης μετάλλου σε κλίβανο τόξου

Η επεξεργασία του στερεού φορτίου που φορτώνεται στον κλίβανο τόξου ξεκινά από το στάδιο τήξης, σε αυτό το στάδιο το τόξο αναφλέγεται στον κλίβανο και αρχίζει η τήξη του φορτίου κάτω από τα ηλεκτρόδια. Καθώς το φορτίο λιώνει, το ηλεκτρόδιο κατεβαίνει, σχηματίζοντας φρεάτια επιτάχυνσης. Χαρακτηριστικό γνώρισμα του σταδίου τήξης είναι η δυσάρεστη καύση ενός ηλεκτρικού τόξου. Η χαμηλή σταθερότητα τόξου οφείλεται στη χαμηλή θερμοκρασία στον κλίβανο.

Η μετάβαση του τόξου από το ένα φορτίο στο άλλο, καθώς και πολυάριθμες διακοπές του τόξου από λειτουργικά βραχυκυκλώματα, που προκαλούνται από καταρρεύσεις και κινήσεις αγώγιμων τμημάτων του φορτίου. Άλλα στάδια της μεταλλουργίας είναι σε υγρή κατάσταση και χαρακτηρίζονται από αθόρυβη καύση τόξων. Ωστόσο, απαιτείται ένα ευρύ φάσμα λειτουργικού ελέγχου και υψηλή ακρίβεια διατήρησης της ισχύος εισόδου στον κλίβανο. Ο έλεγχος ισχύος εξασφαλίζει την απαιτούμενη πρόοδο της μεταλλουργικής αντίδρασης.

Τα θεωρούμενα χαρακτηριστικά της τεχνολογικής διαδικασίας απαιτούν από τον κλίβανο τόξου:

1) Ικανότητα γρήγορης απόκρισης σε λειτουργικά βραχυκυκλώματα και διακοπές τόξου, γρήγορη αποκατάσταση των κανονικών ηλεκτρικών συνθηκών και περιορισμός των ρευμάτων βραχυκυκλώματος λειτουργίας σε αποδεκτά όρια.

2) Ευελιξία στον έλεγχο της εισόδου ισχύος του κλιβάνου.

Ηλεκτρικός εξοπλισμός κλιβάνων τόξου

Η εγκατάσταση ενός φούρνου τόξου περιλαμβάνει, εκτός από τον ίδιο τον κλίβανο και τους μηχανισμούς του με ηλεκτρική ή υδραυλική κίνηση, και πρόσθετο ηλεκτρικό εξοπλισμό: μετασχηματιστή κλιβάνου, καλώδια από τον μετασχηματιστή στα ηλεκτρόδια του φούρνου τόξου - τα λεγόμενα δίκτυο, μονάδα διανομής (RU) στην πλευρά υψηλής τάσης του μετασχηματιστή με διακόπτες φούρνου. ρυθμιστής ισχύος? Πίνακες εργαλείων και κονσόλες, έλεγχος και σηματοδότηση. συσκευή προγραμματισμού για τον έλεγχο του τρόπου λειτουργίας του κλιβάνου κ.λπ.

Οι εγκαταστάσεις καμίνου τόξου είναι μεγάλοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, η ισχύς των μονάδων τους μετράται σε χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες κιλοβάτ. Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας για την τήξη ενός τόνου στερεού γεμίσματος φτάνει τις 400-600 kWh-h. Ως εκ τούτου, οι κλίβανοι τροφοδοτούνται από δίκτυα 6, 10 και 35 kV μέσω μετασχηματιστών κλιμάκωσης κλιβάνου (οι μέγιστες τιμές τάσης της δευτερεύουσας γραμμής των μετασχηματιστών είναι συνήθως στην περιοχή έως και 320 V για φούρνους μικρών και μεσαίων χωρητικότητας και έως 510 V για μεγάλους φούρνους) .

Από αυτή την άποψη, οι εγκαταστάσεις κλιβάνων χαρακτηρίζονται από την παρουσία ειδικού υποσταθμού κλιβάνου με μετασχηματιστή και διακόπτη. Στις νέες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται ερμάρια από πλήρεις μονάδες διανομής (KRU) κατασκευασμένα σύμφωνα με ενοποιημένα σχήματα. Οι υποσταθμοί φούρνων βρίσκονται σε κοντινή απόσταση από τους κλιβάνους. Πίνακες και πίνακες ελέγχου για την εγκατάσταση κλιβάνων από χάλυβα τόξου χωρητικότητας έως 12 τόνων τοποθετούνται εντός του υποσταθμού κλιβάνου με τους πίνακες ελέγχου σέρβις από το κατάστημα (από την πλατφόρμα εργασίας). Για μεγαλύτερους φούρνους, μπορούν να παρέχονται ξεχωριστοί χώροι ελέγχου με βολική θέα στα παράθυρα εργασίας του κλιβάνου.

Οι φούρνοι ηλεκτρικού τόξου καταναλώνουν σημαντικά ρεύματα, μετρημένα σε χιλιάδες και δεκάδες χιλιάδες αμπέρ. Τέτοια ρεύματα δημιουργούν μεγάλες πτώσεις τάσης ακόμη και με μικρές ενεργές και επαγωγικές αντιστάσεις των κυκλωμάτων τροφοδοσίας ηλεκτροδίων. Ως αποτέλεσμα, ο μετασχηματιστής κλιβάνου τοποθετείται σε άμεση γειτνίαση με τον κλίβανο σε ειδικό υποσταθμό κλιβάνου. Τα κυκλώματα που συνδέουν τον μετασχηματιστή του κλιβάνου και τα ηλεκτρόδια του κλιβάνου και έχουν μικρό μήκος και πολύπλοκη δομή ονομάζονται βραχύ δίκτυο.

Το σύντομο δίκτυο ενός κλιβάνου τόξου αποτελείται από μια ράβδο ζυγού σε ένα θάλαμο μετασχηματιστή, μια εύκαμπτη σειρά καλωδίου, ζυγούς σωλήνων, μια θήκη ηλεκτροδίου και ένα ηλεκτρόδιο που κινείται μαζί με το φορείο. Σε καμίνους τόξου χωρητικότητας έως 10 τόνων, χρησιμοποιείται ένα σχέδιο "αστέρι ηλεκτροδίων", όταν οι δευτερεύουσες περιελίξεις του μετασχηματιστή κλιβάνου συνδέονται σε ένα δέλτα στην έξοδο του θαλάμου. Άλλα σχήματα ενός μικρού δικτύου, που επιτρέπουν τη μείωση της αντίδρασής του, χρησιμοποιούνται για πιο ισχυρούς κλιβάνους.

Οι επαγωγικοί κινητήρες κλωβού σκίουρου με ονομαστική τάση 380 V σε 1–2 kW σε μικρούς κλιβάνους έως 20–30 kW σε μεγαλύτερους κλιβάνους χρησιμοποιούνται συνήθως σε ηλεκτρικούς κινητήρες μηχανισμών κλιβάνων. Κινητήρες κινητήρων για κινούμενα ηλεκτρόδια - συνεχές ρεύμα που παρέχεται από ηλεκτρική μηχανή ή μαγνητικούς ενισχυτές, καθώς και από μετατροπείς θυρίστορ. Αυτοί οι κινητήρες αποτελούν μέρος μιας ανεξάρτητης μονάδας — ενός ρυθμιστή ισχύος κλιβάνου.

Σε κλιβάνους χωρητικότητας άνω των 20 τόνων, για να αυξηθεί η παραγωγικότητα και να διευκολυνθεί η εργασία των χαλυβουργών, παρέχονται συσκευές για την ανάμειξη υγρού λουτρού μετάλλου με βάση την αρχή του κινούμενου μαγνητικού πεδίου.Ένας στάτορας με δύο περιελίξεις τοποθετείται κάτω από το κάτω μέρος του κλιβάνου από μη μαγνητικό υλικό, τα ρεύματα του οποίου είναι 90 ° εκτός φάσης. Το πεδίο κίνησης που δημιουργείται από τις περιελίξεις του στάτη οδηγεί τα μεταλλικά στρώματα. Κατά την εναλλαγή των πηνίων, είναι δυνατή η αλλαγή της κατεύθυνσης κίνησης του μετάλλου. Η συχνότητα του ρεύματος στον στάτορα της συσκευής ανάδευσης είναι από 0,3 έως 1,1 Hz. Η συσκευή τροφοδοτείται από έναν μετατροπέα συχνότητας μιας ηλεκτρικής μηχανής.

Οι κινητήρες που εξυπηρετούν τους μηχανισμούς των κλιβάνων τόξου λειτουργούν σε δύσκολες συνθήκες (σκονισμένο περιβάλλον, κοντινή θέση δομών κλιβάνων υψηλής θέρμανσης), επομένως έχουν κλειστό σχεδιασμό με ανθεκτική στη θερμότητα μόνωση (σειρά γερανού-μεταλλουργική).

Μονάδες μετασχηματιστών κλιβάνου

Οι εγκαταστάσεις καμίνου τόξου χρησιμοποιούν ειδικά σχεδιασμένους τριφασικούς μετασχηματιστές βυθισμένους σε λάδι. Η ισχύς του μετασχηματιστή κλιβάνου είναι, μετά την χωρητικότητα, η δεύτερη πιο σημαντική παράμετρος του φούρνου τόξου και καθορίζει τη διάρκεια της τήξης του μετάλλου, η οποία επηρεάζει σημαντικά την απόδοση του κλιβάνου. σε 1-1,5 ώρες για κλιβάνους χωρητικότητας έως 10 τόνους και έως 2,5 ώρες για φούρνους χωρητικότητας έως 40 τόνους.

Η τάση στον κλίβανο τόξου κατά τη διάρκεια της τήξης πρέπει να αλλάζει σε αρκετά μεγάλο εύρος. Στο πρώτο στάδιο της τήξης, όταν τήκεται το σκραπ, πρέπει να εισαχθεί μέγιστη ισχύς στον κλίβανο για να επιταχυνθεί αυτή η διαδικασία. Αλλά με μια ψυχρή φόρτιση, το τόξο είναι ασταθές. Επομένως, για να αυξήσετε την ισχύ, είναι απαραίτητο να αυξήσετε την τάση. Η διάρκεια του σταδίου τήξης είναι το 50% ή περισσότερο του συνολικού χρόνου τήξης, ενώ το 60-80% της ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνεται.Στο δεύτερο και τρίτο στάδιο - κατά την οξείδωση και τον καθαρισμό υγρού μετάλλου (αφαίρεση επιβλαβών ακαθαρσιών και καύση περίσσειας άνθρακα), το τόξο καίγεται πιο αθόρυβα, η θερμοκρασία στον κλίβανο είναι υψηλότερη και το μήκος του τόξου αυξάνεται.

Για να αποφευχθεί η πρόωρη ζημιά στην επένδυση του κλιβάνου, το τόξο συντομεύεται με τη μείωση της τάσης. Επιπλέον, για φούρνους στους οποίους μπορούν να λιωθούν διαφορετικοί τύποι μετάλλου, οι συνθήκες τήξης αλλάζουν ανάλογα και ως εκ τούτου οι απαιτούμενες τάσεις.

Για να παρέχεται η δυνατότητα ρύθμισης της τάσης των κλιβάνων τόξου, οι μετασχηματιστές που τους τροφοδοτούν κατασκευάζονται με διάφορα στάδια χαμηλής τάσης, συνήθως με μεταγωγή των κρουνών για την περιέλιξη υψηλής τάσης (12 ή περισσότερα βήματα). Οι μετασχηματιστές με χωρητικότητα έως και 10.000 kV-A είναι εξοπλισμένοι με συσκευή ενεργοποίησης. Οι πιο ισχυροί μετασχηματιστές διαθέτουν διακόπτη φορτίου. Για μικρούς κλιβάνους, χρησιμοποιούνται δύο έως τέσσερα στάδια, καθώς και η απλούστερη μέθοδος ρύθμισης της τάσης — η εναλλαγή της περιέλιξης υψηλής τάσης (HV) από δέλτα σε αστέρι.

Για να εξασφαλιστεί σταθερή καύση τόξου AC και να περιοριστούν οι υπερτάσεις κατά το βραχυκύκλωμα μεταξύ του ηλεκτροδίου και της φόρτισης με 2–3 φορές το ονομαστικό ρεύμα ηλεκτροδίου, η συνολική σχετική αντίδραση της εγκατάστασης θα πρέπει να είναι 30–40%. Η αντίδραση των μετασχηματιστών κλιβάνου είναι 6-10%, η αντίσταση βραχυπρόθεσμου δικτύου για μικρούς κλιβάνους είναι 5-10%. Επομένως, στην πλευρά HV του μετασχηματιστή για κλιβάνους χωρητικότητας έως και 40 τόνων, παρέχεται ένας αντιδραστήρας ανάντη με αντίσταση περίπου 15-25%, ο οποίος περιλαμβάνεται στο κιτ μπλοκ μετασχηματιστή. Ο αντιδραστήρας έχει σχεδιαστεί ως τσοκ ακόρεστου πυρήνα.

Όλοι οι μετασχηματιστές ισχύος καμίνου τόξου παρέχονται με προστασία αερίου. Η προστασία αερίου, ως η κύρια προστασία του μετασχηματιστή κλιβάνου, πραγματοποιείται σε δύο στάδια: το πρώτο στάδιο επηρεάζει το σήμα, το δεύτερο απενεργοποιεί την εγκατάσταση.

Αυτόματος έλεγχος ισχύος κλιβάνων τόξου. Για να εξασφαλιστεί η κανονική και υψηλής απόδοσης λειτουργία, οι φούρνοι τόξου είναι εξοπλισμένοι με αυτόματους ρυθμιστές ισχύος (AR), οι οποίοι διατηρούν τη σταθερότητα της δεδομένης ισχύος του ηλεκτρικού τόξου. Η λειτουργία του αυτόματου ρυθμιστή ισχύος καμίνου τόξου βασίζεται στην αλλαγή της θέσης των ηλεκτροδίων σε σχέση με το φορτίο - σε καμίνους τόξου άμεσης θέρμανσης ή μεταξύ τους σε καμίνους τόξου έμμεσης θέρμανσης, δηλ. Και στις δύο περιπτώσεις, οι φούρνοι τόξου χρησιμοποιούν ρύθμιση μήκους. Οι συσκευές οδήγησης είναι συνήθως ηλεκτρικοί κινητήρες.

Ρύθμιση των ηλεκτρικών τρόπων μιας καμίνου ηλεκτρικού τόξου

Η εξέταση των δομών επιτρέπει την εμφάνιση των πιθανών τρόπων ρύθμισης της ηλεκτρικής λειτουργίας του:

1) Αλλαγή τάσης τροφοδοσίας.

2) Αλλαγή στην αντίσταση τόξου δηλ. αλλαγή στο μήκος του.

Και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται σε σύγχρονες εγκαταστάσεις. Η κατά προσέγγιση ρύθμιση του τρόπου λειτουργίας πραγματοποιείται με εναλλαγή των σταδίων της δευτερεύουσας τάσης του μετασχηματιστή, με ακρίβεια - χρησιμοποιώντας τον μηχανισμό κίνησης. Οι μηχανισμοί κίνησης των ηλεκτροδίων ελέγχονται με τη χρήση αυτόματων ρυθμιστών ισχύος (AWS).

Ο χώρος εργασίας των κλιβάνων τόξου πρέπει να παρέχει:

1) Αυτόματη ανάφλεξη τόξου

2) Αυτόματη αφαίρεση σπασίματος τόξου και λειτουργικών βραχυκυκλωμάτων.

3) Η ταχύτητα απόκρισης είναι περίπου 3 δευτερόλεπτα όταν εξαλειφθούν οι διακοπές τόξου του βραχυκυκλώματος λειτουργίας

4) Ο απεριοδικός χαρακτήρας της διαδικασίας ρύθμισης

5) Δυνατότητα ομαλή αλλαγή της ισχύος εισόδου του κλιβάνου, εντός 20-125% της ονομαστικής και διατήρησής της με ακρίβεια 5%.

6) Διακοπή των ηλεκτροδίων όταν εξαφανιστεί η τάση τροφοδοσίας.

Ο απεριοδικός χαρακτήρας της διαδικασίας ελέγχου είναι απαραίτητος για να αποκλειστεί το χαμήλωμα των ηλεκτροδίων του υγρού μετάλλου, το οποίο μπορεί να το ανθρακώσει και να χαλάσει την τήξη, καθώς και να αποκλείσει τη θραύση των ηλεκτροδίων όταν έρχονται σε επαφή με το στερεό φορτίο. Η συμμόρφωση με αυτήν την απαίτηση παρέχει προστασία από τις παραπάνω λειτουργίες σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης ή διακοπής λειτουργίας του κλιβάνου.

Κλίβανοι ηλεκτρικού τόξου ως καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας

Οι φούρνοι ηλεκτρικού τόξου είναι ένας ισχυρός και δυσάρεστος καταναλωτής του συστήματος ισχύος. Λειτουργεί με χαμηλό συντελεστή ισχύος = 0,7 — 0,8, η ισχύς που καταναλώνεται από το δίκτυο ποικίλλει κατά την τήξη και η ηλεκτρική λειτουργία χαρακτηρίζεται από συχνές υπερτάσεις ρεύματος, μέχρι θραύση τόξου, βραχυκυκλώματα λειτουργίας. Τα τόξα παράγουν αρμονικές υψηλής συχνότητας που είναι ανεπιθύμητες για άλλους καταναλωτές και προκαλούν πρόσθετες απώλειες στο δίκτυο ισχύος.

Για να αυξηθεί ο συντελεστής ισχύος, οι πυκνωτές μπορούν να συνδεθούν στους ζυγούς του κύριου υποσταθμού ισχύος, τροφοδοτώντας τις ομάδες των κλιβάνων, καθώς με κραδασμούς ρεύματος δύναμη αντίδρασης κυμαίνεται εντός μεγάλων ορίων, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί η δυνατότητα γρήγορης αλλαγής αυτής της χωρητικότητας. Για μια τέτοια ρύθμιση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε υψηλή τάση διακόπτες θυρίστορελέγχεται από το κύκλωμα για να διατηρεί το CM κοντά στο 1. Για την καταπολέμηση υψηλότερων αρμονικών, χρησιμοποιούνται φίλτρα συντονισμένα στις πιο έντονες αρμονικές.

Χρησιμοποιείται ευρέως η διανομή υποσταθμών κλιβάνων για ανεξάρτητη παροχή ρεύματος που συνδέονται με άλλους καταναλωτές για τάσεις 110, 220 kV. Σε αυτή την περίπτωση, η παραμόρφωση των καμπυλών ρεύματος και τάσης για άλλους καταναλωτές μπορεί να διατηρηθεί εντός αποδεκτών ορίων.