Elektrisk utrustning för ljusbågsugnar

Ljusbågsugnsanordning

Huvudsyftet med ljusbågsugnar är att smälta metaller och legeringar. Det finns direkta och indirekta ljusbågsugnar. I direkteldande ljusbågsugnar brinner ljusbågen mellan elektroderna och den smälta metallen. I indirekta ljusbågsugnar — mellan två elektroder. De mest utbredda är de direktuppvärmda ljusbågsugnarna som används för att smälta järnhaltiga och eldfasta metaller. Indirekta ljusbågsugnar används för att smälta icke-järnmetaller och ibland gjutjärn.

Ljusbågsugnen är ett fodrat skal omslutet av ett valv, elektroderna sänks inuti genom en öppning i valvet som griper in i elektrodhållare som är kopplade till styrningarna. Smältningen av laddningen och bearbetningen av metall sker på grund av värmen från ljusbågar som brinner mellan laddningen och elektroderna.

En spänning på 120 till 600 V och en ström på 10-15 kA appliceras för att bibehålla ljusbågen. Lägre värden på spänningar och strömmar gäller för ugnar med en kapacitet på 12 ton och en kapacitet på 50 000 kVA.

Utformningen av ljusbågsugnen ger dränering av metall genom en dräneringspump. Slaggen pumpas genom ett arbetsfönster som är utskuret i höljet.

Elektrisk ljusbågsugn: 1 — stålkropp; 2 — eldfast foder; 3 — ugnstak; 4 — elektroder; 5 — mekanism för att lyfta elektroderna; 6 — regnbåge

Teknologisk process för att smälta metall i en ljusbågsugn

Bearbetningen av den fasta laddningen som laddas i ljusbågsugnen börjar från smältsteget, i detta skede antänds ljusbågen i ugnen och smältningen av laddningen under elektroderna börjar. När laddningen smälter sjunker elektroden och bildar accelerationsbrunnar. Ett karakteristiskt kännetecken för smältsteget är den obehagliga bränningen av en elektrisk ljusbåge. Den låga ljusbågsstabiliteten beror på den låga temperaturen i ugnen.

Övergången av bågen från en laddning till en annan, såväl som många avbrott av bågen från operationella kortslutningar, som orsakas av kollapser och rörelser av ledande delar av laddningen. Andra stadier av metallbearbetning är i flytande tillstånd och kännetecknas av tyst förbränning av ljusbågar. Emellertid krävs ett brett utbud av driftskontroll och hög noggrannhet för att upprätthålla effekttillförseln till ugnen. Effektkontroll säkerställer den metallurgiska reaktionen som krävs.

De övervägda egenskaperna hos den tekniska processen kräver från ljusbågsugnen:

1) Förmåga att reagera snabbt på kortslutningar i drift och ljusbågsavbrott, snabbt återställa normala elektriska förhållanden och begränsa driftkortslutningsströmmar till acceptabla gränser.

2) Flexibilitet för att styra ugnseffekten.

Elektrisk utrustning av ljusbågsugnar

Installationen av en ljusbågsugn innefattar, förutom själva ugnen och dess mekanismer med elektrisk eller hydraulisk drivning, och ytterligare elektrisk utrustning: en ugnstransformator, ledningar från transformatorn till ljusbågsugnens elektroder — den s.k. nätverk, distributionsenhet (RU) på högspänningssidan av transformatorn med ugnsbrytare; effektregulator; instrumentbrädor och konsoler, kontroll och signalering; programmeringsanordning för styrning av ugnsdriftläge, etc.

Ljusbågsinstallationer är stora förbrukare av el, deras enhetskapacitet mäts i tusentals och tiotusentals kilowatt. Elförbrukningen för att smälta ett ton fast fyllning når 400-600 kWh-h. Därför matas ugnarna från 6, 10 och 35 kV-nätverk genom ugnstrappningstransformatorer (de maximala spänningsvärdena för transformatorernas sekundära linje är vanligtvis i intervallet upp till 320 V för ugnar av små och medelstora ugnar kapacitet och upp till 510 V för stora ugnar).

I detta avseende kännetecknas ugnsinstallationer av närvaron av en speciell ugnstransformatorstation med en transformator och ställverk. I de nya installationerna används skåp från kompletta distributionsenheter (KRU) gjorda enligt enhetliga scheman. Ugnstransformatorstationer finns i nära anslutning till ugnarna. Paneler och kontrollpaneler för installation av ljusbågsstålugnar med en kapacitet på upp till 12 ton placeras i ugnstransformatorstationen med servicekontrollpanelerna från butiken (från arbetsplattformen). För större ugnar kan separata kontrollrum tillhandahållas med bekväm utsikt över ugnens arbetsfönster.

Elektriska ljusbågsugnar förbrukar betydande strömmar, mätt i tusentals och tiotusentals ampere. Sådana strömmar skapar stora spänningsfall även med små aktiva och induktiva resistanser hos elektrodmatningskretsarna. Som ett resultat placeras ugnstransformatorn i omedelbar närhet av ugnen i en speciell ugnstransformatorstation. Kretsarna som förbinder ugnstransformatorn och ugnselektroderna och har en kort längd och komplex struktur kallas kort nätverk.

En ljusbågsugns korta nätverk består av en samlingsskena i en transformatorkammare, en flexibel kabelsträng, rörskenor, en elektrodhållare och en elektrod som rör sig med vagnen. I ljusbågsugnar med en kapacitet på upp till 10 ton används ett "stjärna av elektroder" -schema, när ugnstransformatorns sekundära lindningar är anslutna i ett delta vid utgången av kammaren. Andra system för ett kort nätverk, som gör det möjligt att minska dess reaktans, används för kraftfullare ugnar.

Induktionsmotorer för ekorrburar märkta på 380 V vid 1–2 kW i små ugnar upp till 20–30 kW i större ugnar används vanligtvis i elektriska drivningar av ugnsmekanismer. Motorer för drivenheter för rörliga elektroder - likström som tillhandahålls av en elektrisk maskin eller magnetiska förstärkare, såväl som av tyristoromvandlare. Dessa enheter är en del av en oberoende enhet - en ugnskraftregulator.

I ugnar med en kapacitet på mer än 20 ton, för att öka produktiviteten och underlätta ståltillverkarnas arbete, tillhandahålls anordningar för att blanda ett flytande metallbad baserat på principen om ett rörligt magnetfält.En stator med två lindningar placeras under botten av ugnen av icke-magnetiskt material, vars strömmar är 90 ° ur fas. Det rörelsefält som skapas av statorlindningarna driver metallskikten. När du byter spolarna är det möjligt att ändra metallens rörelseriktning. Frekvensen för strömmen i omröraranordningens stator är från 0,3 till 1,1 Hz. Enheten drivs av en frekvensomvandlare på en elektrisk maskin.

Motorer som betjänar ljusbågsugnarnas mekanismer fungerar under svåra förhållanden (dammig miljö, nära placering av starkt uppvärmda ugnsstrukturer), därför har de en sluten design med värmebeständig isolering (kranmetallurgisk serie).

Ugnstransformatorenheter

Ljusbågsugnsinstallationer använder specialdesignade trefasiga oljenedsänkta transformatorer. Ugnstransformatorns effekt är, efter kapaciteten, den näst viktigaste parametern för ljusbågsugnen och bestämmer metallsmältningens varaktighet, vilket avsevärt påverkar ugnens prestanda. Den totala tiden för smältning av stål i en ljusbågsugn är uppe. till 1-1,5 timmar för ugnar med en kapacitet på upp till 10 ton och upp till 2,5 timmar för ugnar med en kapacitet på upp till 40 ton.

Spänningen på ljusbågsugnen under smältning måste förändras över ett ganska brett område. I det första steget av smältningen, när skrotet smälts, måste maximal effekt införas i ugnen för att påskynda denna process. Men med en kall laddning är ljusbågen instabil. Därför, för att öka effekten, är det nödvändigt att öka spänningen. Smältstegets varaktighet är 50 % eller mer av den totala smälttiden, medan 60-80 % av elektriciteten förbrukas.I det andra och tredje steget - under oxidation och raffinering av flytande metall (avlägsnande av skadliga föroreningar och förbränning av överskott av kol), brinner bågen tystare, temperaturen i ugnen är högre och bågens längd ökar.

För att undvika för tidig skada på ugnsfodret förkortas ljusbågen genom att sänka spänningen. Dessutom, för ugnar där olika typer av metall kan smältas, ändras smältförhållandena i enlighet därmed, och därmed de erforderliga spänningarna.

För att ge möjligheten att reglera spänningen hos ljusbågsugnar tillverkas transformatorerna som matar dem med flera lågspänningssteg, vanligtvis med omkoppling av kranarna för lindning av högspänning (12 eller fler steg). Transformatorer med en kapacitet på upp till 10 000 kV-A är utrustade med en utlösningsanordning. Kraftfullare transformatorer har en lastbrytare. För små ugnar används två till fyra steg, liksom den enklaste metoden för spänningsreglering - omkoppling av högspänningslindningen (HV) från delta till stjärna.

För att säkerställa en stabil växelbågsbränning och begränsa överspänningar vid kortslutning mellan elektroden och laddningen med 2–3 gånger märkelektrodströmmen bör installationens totala relativa reaktans vara 30–40 %. Reaktansen hos ugnstransformatorer är 6-10%, kort nätverksmotstånd för små ugnar är 5-10%. Därför tillhandahålls på HV-sidan av transformatorn för ugnar med en kapacitet på upp till 40 ton en uppströmsreaktor med ett motstånd på cirka 15-25%, som ingår i transformatorblocksatsen. Reaktorn är utformad som en omättad härddrossel.

Alla ljusbågsugnstransformatorer är försedda med gasskydd. Gasskydd, som huvudskyddet för ugnstransformatorn, utförs i två steg: det första steget påverkar signalen, det andra stänger av installationen.

Automatisk effektkontroll av ljusbågsugnar. För att säkerställa normal och högpresterande drift är ljusbågsugnar utrustade med automatiska effektregulatorer (AR), som upprätthåller konstanten hos den givna ljusbågens effekt. Driften av den automatiska ljusbågsugnseffektregulatorn är baserad på att ändra elektrodernas position i förhållande till belastningen - i direktuppvärmningsljusbågsugnar eller i förhållande till varandra i indirekta värmebågsugnar, d.v.s. i båda fallen använder ljusbågsugnar längdreglering. Drivanordningarna är oftast elmotorer.

Reglering av de elektriska lägena för en ljusbågsugn

Att undersöka strukturerna gör det möjligt att visa de möjliga sätten att justera dess elektriska läge:

1) Ändring av matningsspänningen.

2) Förändring i ljusbågsmotstånd dvs. förändring i dess längd.

Båda metoderna används i moderna installationer. Grov justering av läget utförs genom att byta stegen i transformatorns sekundära spänning, exakt - med hjälp av rörelsemekanismen. Mekanismerna för att flytta elektroderna styrs med hjälp av automatiska effektregulatorer (AWS).

Arbetsplatsen för ljusbågsugnar måste tillhandahålla:

1) Automatisk ljusbågtändning

2) Automatisk borttagning av ljusbågsavbrott och kortslutningar.

3) Svarshastigheten är cirka 3 sekunder när ljusbågsavbrotten i kortslutningen är eliminerade

4) Regleringsprocessens aperiodiska karaktär

5) Förmåga att smidigt ändra ugnens ineffekt, inom 20-125% av den nominella och bibehålla den med en noggrannhet på 5%.

6) Stoppa elektroderna när matningsspänningen försvinner.

Den aperiodiska karaktären hos kontrollprocessen är nödvändig för att utesluta sänkningen av elektroderna i den flytande metallen, vilket kan förkolna den och förstöra smältningen, samt för att utesluta att elektroderna går sönder när de kommer i kontakt med den fasta laddningen. Överensstämmelse med detta krav ger skydd mot ovanstående lägen i händelse av en nödsituation eller driftsavstängning av ugnen.

Elektriska ljusbågsugnar som konsumenter av el

Elektriska ljusbågsugnar är en kraftfull och obehaglig konsument av kraftsystemet. Den fungerar med en låg effektfaktor = 0,7 - 0,8, den effekt som förbrukas från nätverket varierar under smältning, och det elektriska läget kännetecknas av frekventa strömstötar, upp till ljusbågsbrott, kortslutningar i drift. Bågar genererar högfrekventa övertoner som är oönskade för andra konsumenter och orsakar ytterligare förluster i kraftnätet.

För att öka effektfaktorn kan kondensatorer anslutas till samlingsskenorna i huvudkrafttransformatorstationen och mata grupperna av ugnar, eftersom med nuvarande stötar responsiv kraft fluktuerar inom stora gränser, är det nödvändigt att säkerställa möjligheten att snabbt ändra denna kapacitet. För sådan reglering kan du använda högspänning tyristoromkopplarestyrs av kretsen för att hålla CM nära 1. För att bekämpa högre övertoner används filter inställda på de mest intensiva övertonerna.

Distributionen av ugnstransformatorstationer för oberoende strömförsörjning anslutna till andra konsumenter för spänningar på 110, 220 kV används ofta. I detta fall kan förvrängningen av ström- och spänningskurvorna för andra konsumenter hållas inom acceptabla gränser.