Устройство дуговых печей

Основное предназначение дуговых печей – плавка металлов и сплавов. Есть
дуговые печи прямого и косвенного нагрева. В дуговых печах прямого нагрева дуга пылает меж электродов и расплавленным металлом. В
дуговых печах косвенного нагрева – меж 2-мя электродами. Наибольшее распространение получили дуговые печи прямого нагрева, используемые для плавки темных и тугоплавких металлов.
Дуговые печи косвенного нагрева используются для плавки цветных металлов и время от времени чугунов.

Дуговая печь представляет собой футерованный кожух, закрытый сводом, через отверстие в своде вовнутрь опущены электроды, которые зажаты в электрододержателях, которые соединены с направляющими. Плавление шихты и обработка металла ведется за счет тепла электронных дуг, пылающих меж шихтой и электродами.

Для поддержания дуги подается напряжение от 120 до 600 В и ток 10-15 кА. Наименьшие значения напряжений и токов относятся к печам емкостью 12 тонн и мощностью 50000 кВА.

Конструкция дуговой печи предугадывает слив металла через сливной насос. Скачка шлака осуществляется через рабочее окно, вырезанное в кожухе.

Технологический процесс плавки металла в дуговой печи

Обработка загруженной в дуговую печь жесткой шихты начинается со стадии расплавления, на этой стадии в печи загорается дуга и начинается расплавление шихты под электроды. По мере расплавления шихты электрод спускается вниз, образуя колодцы для ускорения. Особенностью стадии расплавления является беспокойное горение электронной дуги. Низкая устойчивость дуги разъясняется низкой температурой в печи.

Переход дуги с одной шихты на другие, также бессчетное обрывание дуги эксплуатационными
маленькими замыканиями, которые вызываются обвалами и перемещениями проводящих кусков шихты. Другие стадии обработки металла находятся в водянистом состоянии и характеризуются размеренным горением дуг. Но требуется широкий спектр оперативного регулирование и высочайшая точность поддержания мощности, вводимой в печь. Регулирование мощности обеспечивает требуемый ход металлургической реакции.

Рассмотренные особенности технологического процесса требуют от
дуговой печи:

1) Возможности стремительно реагировать на эксплуатационные
недлинные замыкания и обрывы дуги, стремительно восстанавливать обычный электронный режим, ограничивать до допустимых пределов токи эксплуатационных замыканий.

2) Упругость управления мощностью, вводимой в печь.

Электрическое оборудование дуговых печей

Установка дуговой печи включает в собственный состав, не считая фактически печи и ее устройств с электро-
либо гидроприводом, также комплектующее электрическое оборудование: печной
трансформатор, токопроводы от трансформатора к электродам дуговой печи — так именуемую маленькую сеть, распределительное устройство (РУ) на стороне высшего напряжения трансформатора с печными выключателями; регулятор мощности; щиты и пульты управления, контроля и сигнализации; программирующее устройство для управления режимом работы печи и др.

Установки дуговых печей — большие потребители электроэнергии, их единичные мощности измеряются тыщами и десятками тыщ кв. Расход электроэнергии на расплавление тонны жесткой завалки добивается 400—600 кВг-ч. Потому питание печей делается от сетей 6, 10 и 35 кВ через понизительные печные трансформаторы (наибольшие значения вторичного линейного напряжения трансформаторов лежат обычно в границах до 320 В у печей малой и средней емкости и до 510 В у больших печей).

В этой связи для установок печей типично наличие специальной печной подстанции с трансформатором и РУ.
В новых установках используются шкафы комплектных распределительных устройств (КРУ), выполненных по унифицированным схемам. Печные подстанции располагают в конкретной близости от печей. Щиты и пульты управления для установок
дуговых сталеплавильных печей емкостью до 12 т располагают в границах печной подстанции с обслуживанием пультов из цеха (с рабочей площадки). Для более больших печей могут предусматриваться отдельные пультовые помещения с комфортным, обзором рабочих окон печей.

Электронные дуговые печи потребляют значимые токи, измеряемые тыщами и десятками тыщ ампер. Такие токи делают огромные падения напряжения даже на малых активных и индуктивных сопротивлениях цепей питания электродов. Вследствие этого печной трансформатор располагают в конкретной близости от печи в специальной печной подстанции. Цепи, соединяющие печной трансформатор и электроды печи и имеющие малую длину и сложную конструкцию именуют недлинной сетью.

Маленькая сеть дуговой печи состоит из ошиновки в трансформаторной камере, гибкой кабельной гирлянды, трубошин, электрододержателя и электрода, перемещающихся совместно с кареткой. На
дуговых печах емкостью до 10 т употребляют схему «звезда на электродах», когда вторичные обмотки печного трансформатора соединены в треугольник на выходе из камеры. Другие схемы недлинной сети, дозволяющие уменьшить ее реактивное сопротивление, используют на более массивных печах.

В электроприводах устройств печи используют обычно асинхронные движки с короткозамкнутым ротором напряжением 380 В на мощности от 1—2 кВт в маленьких печах до 20—30 кВт в более больших печах. Движки приводов перемещения электродов — неизменного тока с питанием от электромашинных либо магнитных усилителей, также от тиристорных преобразователей. Эти приводы входят в состав самостоятельного агрегата — регулятора мощности печи.

В печах емкостью более 20 т с целью роста производительности и облегчения труда сталеваров предусматриваются устройства для смешивания водянистой ванны металла, основанные на принципе бегущего магнитного поля. Под днищем печи из немагнитного материала располагается статор с 2-мя обмотками, токи которых- смещены по фазе на 90°. Создаваемое статорными обмотками бегущее поле приводит в движение слои металла. При переключении обмоток может быть изменение направления движения металла. Частота тока в статоре перемешивающего устройства от 0,3 до 1,1 Гц. Питание устройства делается от электромашинного преобразователя частоты.

Движки, обслуживающие механизмы дуговых печей, работают томных критериях (пыльная среда, близкое размещение очень нагретых конструкций печи), потому они имеют закрытое выполнение с термостойкой изоляцией (краново-металлургических серий).

Печные трансформаторные агрегаты

В установках дуговых печей употребляются специально созданные для их трехфазные- масляные трансформаторы. Мощность печного трансформатора является после емкости вторым важным параметром дуговой печи и определяет продолжительность расплавления металла, что в значимой степени сказывается на производительности печи. Полное время плавки стали в дуговой печи составляет до 1—1,5 ч для печей емкостью до 10 т и до 2,5 ч для печей емкостью до 40 т.

Напряжение на дуговой печи в процессе плавки требуется изменять в достаточно широких границах. На первом шаге плавки, когда происходит расплавление скрапа, в печь должна вводиться наибольшая мощность, чтоб ускорить этот процесс. Но при прохладной шихте дуга неустойчива. Потому для роста мощности нужно увеличивать напряжение. Длительность шага расплавления составляет 50% и поболее от общего времени плавки, при всем этом потребляется 60—80% электроэнергии. На втором и 3-ем шагах — при окислении и рафинировании водянистого металла (удалении вредных примесей и выжигании излишнего углерода) дуга пылает спокойнее, температура в печи выше, длина дуги возрастает.

Во избежание раннего выхода из строя футеровки печи дугу укорачивают, снижая напряжение. Не считая того, для печей, в каких могут выплавляться различные марки металла, соответственно меняются условия плавки, а означает, и требуемые напряжения.

Для обеспечения способности регулирования напряжения дуговых печей питающие их трансформаторы делают с несколькими ступенями низкого напряжения, обычно с переключением отпаек обмотки высочайшего напряжения (12 ступеней и поболее). Трансформаторы мощностью до 10000 кВ-А снабжены переключающим устройством ПБВ. Более массивные трансформаторы имеют переключающее устройство РПН. Для маленьких печей используют две — четыре ступени, также простой метод регулирования напряжения — переключение обмотки высочайшего напряжения (ВН) с треугольника на звезду.

Для обеспечения устойчивого горения дуги переменного тока и
ограничения толчков тока при маленьких замыканиях меж электродом и шихтой 2—3-кратным значением номинального тока электрода общее относительное реактивное сопротивление установки должно составлять 30—40%. Реактивное сопротивление печных трансформаторов равно 6—10%, сопротивление недлинной сети для малых печей 5—10%. Потому со стороны ВН трансформатора для печей емкостью до 40 т предугадывают предвключенный реактор с сопротивлением около 15—25%, входящий в набор трансформаторного агрегата. Реактор выполнен как дроссель с ненасыщающимся сердечником.

Все трансформаторы для питания дуговых печей пичкают газовой защитой. Газовая защита, как основная защита печного трансформатора, выполнена двухступенчатой: 1-ая ступень повлияет на сигнал, 2-ая отключает установку.

Автоматическое регулирование мощности дуговых печей. Для обеспечения обычной и высокопроизводительной работы дуговые печи оборудуются автоматическими регуляторами мощности (АР), которые производят поддержание всепостоянства данной мощности электронной дуги. Работа
автоматического регулятора мощности дуговой печи базирована на изменении положения электродов относительно загрузки — в
дуговых печах прямого нагрева либо относительно друг дружку
в дуговых печах косвенного нагрева, т. е. в обоих случаях употребляется регулирование длины дуги. Испонительными устройствами в большинстве случаев
являются электродвигатели.

Регулирование электронных режимов дуговой электронной
печи

Рассмотрение конструкций позволяет показать на вероятные методы регулирования её электронного режима:

1) Изменение подводимого напряжения.

2) Изменение сопротивления дуги, т.е. изменение ее длины.

В современных установках употребляются оба метода. Грубая регулировка режима осуществляется переключением ступеней вторичного напряжения трансформатора, четкое – при помощи механизма перемещения. Управление механизмами перемещения электродов осуществляется при помощи использования автоматических регуляторов мощности (АРМ).

АРМ дуговых печей должны обеспечивать:

1) Автоматическое зажигание дуг

2) Автоматическое устранение обрывов дуги и эксплуатационного
недлинного замыкания.

3) Быстродействие около 3 секунд при устранении обрывов дуги эксплутационного
недлинного замыкания

4) Апериодический нрав процесса регулирования

5) Возможность плавненько изменять мощность, вводимую в печь, в границах от 20-125% от номинальной и поддерживать ее с точностью 5%.

6) Остановка электродов при исчезновении напряжения питания.

Апериодический нрав процесса регулирования нужен, чтоб исключить опускание электродов водянистый металл, что может науглеродить его и попортить плавку, также исключить поломку электродов при контакте их с жесткой шихтой. Выполнение этого требования обеспечивает защиту от вышеперечисленных режимов при аварийном либо рабочем выключении печи.

Дуговые сталеплавильные печи как потребители электроэнергии

Дуговые сталеплавильные печи являются массивным и противным потребителем для энергосистемы. Она работает с низким
коэффициентом мощности = 0,7 – 0,8, потребляемая из сети мощность изменяется в течение плавки, а эл. режим характеризуется частыми толчками тока, прямо до обрыва дуги эксплуатационных
маленьких замыканиях. Дуги генерируют высокочастотные гармоники, ненужные для других потребителей и вызывающие дополнительные утраты в питающей сети.

Для увеличения коэффициента мощности можно включать конденсаторы на шины главной питающей подстанции, питающие группы печей, т.к. при толчках тока
реактивная мощность колеблется в огромных границах, нужно обеспечить возможность резвой смены этой емкости. Для такового регулирования можно использовать высоковольтные тиристорные ключи, управляемые схемой поддержания КМ близким к 1. Для борьбы с высшими гармониками употребляются фильтры, настроенные на более насыщенные гармоники.

Обширно применяется выделение печных подстанций на самостоятельное питание, связанное с другими потребителями на напряжение 110, 220 кВ. В данном случае искажение кривых тока и напряжения у других потребителей удается удержать в допустимых границах.