yandex.metrica
Электрометаллургия

Электрическая дуга, электрооборудование и автоматическое регулирование дуговых печей

Применяемая в электрометаллургии электрическая дуга предста­вляет собой один из видов электрического тока, проходящего через газовую среду, в частности, через воздушную среду дуговой печи.

При соприкосновении находящихся под током графитизированных электродов с металлической шихтой происходит короткое замы­кание, в результате которого концы электродов разогреваются до бе­лого каления. При создании некоторого расстояния между электродами и металлической шихтой на электроде появляется раскаленное «катодное пятно» и возникает ослепительная электрическая дуга, представляющая собой мощный поток электронов от катода к аноду — это так называемая термоэлектрическая эмиссия.

Для устойчивого горения дуги необходимо поддержание высокой температуры на концах электродов.Неспокойное прерывистое горе­ние дуг наблюдают:

  • при неплотной укладке шихты;
  • в начале пла­вления садки;
  • при попадании под электрод непроводящих матери­алов.

Быстрого расплавления шихты в дуговой печи достигают за счет работы на длинных мощных дугах.

Ступень максимального напряжения трансформатора для мощ­ной сталеплавильной печи выбирают с таким расчетом, чтобы она составляла не менее 70-80% от фазового напряжения печи. На печах с недостаточно высоким напряжением и относительно короткими дугами продолжительность расплавления шихты увеличивается. С образованием достаточного количества жидкого металла в печи по­требляемую мощность снижают, улучшая тем самым технико-эконо­мические показатели работы агрегата. Для ускорения расплавления шихты дуговые печи оборудуют кислородными фурмами и газокис­лородными горелками.

Отдельные элементы трехвазной дуговой сталеплавильной печи выполняют оп­ределенные функции:

•  Воздушный разъединитель служит для создания видимого раз­рыва силовой цепи дуговой сталеплавильной печи.

•  Высоковольтный масляный или воздушный выключатель с ап­паратурой защиты предохраняет печь от опасных коротких за­мыканий и обеспечивает оперативное включение и отключение печи под нагрузкой.

•   Включенный последовательно перед печным трансформато­ром дроссель ограничивает броски тока при коротких замыка­ниях и стабилизирует горение дуги (по окончании расплавле­ния шихты дроссель отключают).

• Измерительные трансформаторы тока и напряжения служат для подключения к стороне высокого напряжения печного трансформатора приборов измерения (амперметров, вольтмет­ров, ваттметров, счетчиков) и защиты (реле максимального то­ка мгновенного действия, реле минимального напряжения). Измерительные трансформаторы напряжения устанавливают между воздушным разъединителем и масляным выключателем, а измерительные транформаторы тока высокого напряжения — между масляным  выключателем и дросселем. Питание приборов, подключаемых, на  стороне шин низкого напряжения трансформатора (амперметров, ваттметров, счетчиков, реле защиты) и автоматических регуляторов перемещения электродов  осуществляют через три трансформатора тока.

• Печной трансформатор предназначен для преобразования электроэнергии высокого напряжения в электроэнергию низ­кого напряжения. Принудительное охлаждение обмоток мас­лом осуществляют путем перекачки нагретого масла из транс­форматорного бака в змеевик, расположенный в водоохлажда­емом холодильнике вне трансформатора. Температура масла в трансформаторе не должна превышать 75—80 °С. Установка на трансформаторе резервной емкости для масла (консерватора) обеспечивает постоянное заполнение маслом всего объема трансформатора и уменьшает поверхность соприкосновения масла с воздухом. Полную мощность трансформатора используют в основном на стадии расплавления шихты. В период выдержки жидкого ме­талла в печи его мощность понижена. Печной трансформатор установлен в специальном помещении около печи с целью со­кращения длины токоведущих шин и короткой сети, и повыше­ния коэффициента мощности. В случае повреждения обмотки трансформатора и наличия газов на пульте управления должно сработать газовое реле трансформатора — предупредительный звуковой сигнал. Тяжелое повреждение трансформатора с обильным выделением газов вызывает автоматическое сраба­тывание масляного выключателя.

• Для регулирования отдаваемой трансформатором мощности служит переключатель ступеней напряжения.Уменьшение мощности достигается или увеличением длины дуги, т. е. уменьшением силы тока при неизменном напряжении, или снижением напряжения при неизменной силе тока. Вторичное напряжение изменяют переключением первичных обмоток. Так при переключении с «треугольника» на «звезду» вторичное напряжение снижается в 1,73 раза.

При неизменном номинальном токе кажущаяся или установ­ленная мощность трансформатора изменяется пропорциональ­но напряжению. Число ступеней напряжения с 2-4 для трансформаторов малой мощности увеличивают до нескольких де­сятков для трансформаторов большой мощности.

Печные трансформаторы современных дуговых печей оборудо­ваны переключателями ступеней напряжения под нагрузкой, для срабатывания которых не требуется подъем электродов, разрыв дуги и отключение главного выключателя. Установка таких переключателей способствует сокращению продолжи­тельности плавки.

•  Дроссель предназначен для увеличения устойчивости процесса горения дуг путем введения в цепь дополнительного индукци­онного сопротивления. Дроссель включают последовательно на стороне высокого напряжения перед печным трансформато­ром. В отличие от последнего, он имеет обмотки только пер­вичного напряжения. В дросселе индуктивное сопротивление составляет 25-30% от полезного сопротивления всей установ­ки. На дуговых печах с достаточным индуктивным сопротивле­нием трансформатора и короткой сети дроссель не устанавли­вают.

• Короткая сеть предназначена для подвода электроэнергии от шин вторичного напряжения трансформатора к электродам ду­говой печи. Она состоит из трех участков: токоведущих шин от вторичных выводов печного трансформатора до выводов транс­форматорного помещения, гибких кабелей до рукавов электрододержателей, шин или водоохлаждаемых труб над рукавами до головок электрододержателей.

Длина гибкой части короткой сети должна обеспечивать подъем и отворот свода и свободное перемещение электродов в вертикальном направлении.

Для уменьшения потерь на нагрев принятая плотность тока соста­вляет, А/мм2: в шинах и кабелях 1,5, в гибких водоохлаждаемых кабе­лях 2,3-3, в водоохлаждаемых трубах 3-3,5.

На всем участке короткой сети токоподвод надежно изолируется от металлических конструкций печи. Размеры и конструкция корот­кой сети зависят от мощности дуговой печи, характера ее работы и компоновки. Гибкую часть короткой сети выполняют из водоохлаж­даемых изолированных кабелей, что позволяет сблизить между со­бой пакеты фаз и уменьшить индуктивное сопротивление короткой сети.

Короткая сеть должна обладать минимальным полным (активное + реактивное) сопротивлением. Уменьшение реактивного сопротив­ления короткой сети достигается за счет снижения напряжения ко­роткого замыкания печных трансформаторов, возможного уменьшения длины шин и трубошин, максимального сближения проводни­ков с противоположными токами.

Применяемые для автоматического регулирования подводимой мощности электромашинные регуляторы состоят из двигателя, осу­ществляющего через редуктор подъем и опускание электрода, и регу­лятора, т. е. прибора, реагирующего на изменение электрического режима в печи и включающего электродвигатель соответственно на подъем или опускание электрода.

В основной контур связей любой системы регулирования входят:

  • одна из фаз печи, являющаяся регулируемым объектом, элементом измерения и сравнения;
  • усилительный элемент; • исполнительное устройство;
  • задатчик, позволяющий установить любое требуемое значение регулируемой величины.

Элемент измерения и сравнения со­держит чувствительные устройства для измерения тока, напряжения или одновременно обеих величин. В результате сравнения измеренных величин с заданными на усилительный элемент регулятора поступает сигнал, пропорциональный разности сравниваемых величин.

Требования, предъявляемые к регуляторам мощности современ­ных дуговых печей, сводятся к следующему:

  • достаточная чувствительность, необходимая для обеспечения заданного режима работы печи с допустимыми пределами от­клонений; зона нечувствительности ±(3—6)% в период распла­вления и ±( 2-4)% на жидком металле;
  • быстродействие системы для возможности обеспечения устра­нения максимальных возмущений (обрыва дуги, короткого за­мыкания) в течение 1,5—3 с при времени торможения и разгона регулятора в пределах 0,2-0,3 с; • достаточная скорость перемещения электрода на подъем и опу­скание (4,5—6 м/мин);
  • возможность достаточно плавного изменения задаваемой мощ­ности печи в пределах 20-125% от номинальной с точностью >5%;
  • возможность быстрого и легкого перехода с автоматического управления на ручное и наоборот;
  • обеспечение автоматического зажигания дуги;
  • достаточная надежность в работе и простота эксплуатации.

Недостатком систем автоматических регуляторов с электромашинными усилителями является значительное число электриче­ских вращательных машин с коллекторами и щетками, требующими весьма тщательного ухода при работе и сравнительно частой замены изношеных частей. Кроме того, такие регуляторы довольно дороги и при эксплуатации являются источником шума.