Električna oprema elektroobločnih peči

Naprava za obločno peč

Glavni namen obločnih peči je taljenje kovin in zlitin. Obstajajo neposredne in indirektne obločne peči. V obločnih pečeh z neposrednim žganjem oblok gori med elektrodama in staljeno kovino. V indirektnih obločnih pečeh - med dvema elektrodama. Najbolj razširjene so obločne peči z direktnim ogrevanjem, ki se uporabljajo za taljenje železnih in ognjevzdržnih kovin. Indirektne obločne peči se uporabljajo za taljenje neželeznih kovin in včasih litega železa.

Obločna peč je obložena lupina, zaprta z obokom, elektrode se spustijo v notranjost skozi odprtino v oboku, ki se zaskoči v držala elektrod, ki so povezana z vodili. Taljenje naboja in obdelava kovine potekata zaradi toplote električnih oblokov, ki gori med nabojem in elektrodama.

Za vzdrževanje obloka se uporablja napetost od 120 do 600 V in tok 10-15 kA. Nižje vrednosti napetosti in tokov veljajo za peči z zmogljivostjo 12 ton in močjo 50.000 kVA.

Zasnova obločne peči zagotavlja odvajanje kovine skozi drenažno črpalko. Žlindra se črpa skozi delovno okno, izrezano v ohišju.

Obločna peč: 1 - jekleno telo; 2 — ognjevarna obloga; 3 — streha peči; 4 - elektrode; 5 — mehanizem za dvigovanje elektrod; 6 — mavrica

Tehnološki postopek taljenja kovine v obločni peči

Obdelava trdnega naboja, naloženega v obločno peč, se začne v fazi taljenja, v tej fazi se v peči vžge oblok in začne se taljenje naboja pod elektrodami. Ko se naboj topi, se elektroda spusti in tvori pospeševalne vrtine. Značilnost stopnje taljenja je neprijetno gorenje električnega obloka. Nizka stabilnost obloka je posledica nizke temperature v peči.

Prehod obloka iz enega naboja v drugega, pa tudi številne prekinitve obloka zaradi obratovalnih kratkih stikov, ki jih povzročajo kolapsi in premiki prevodnih kosov naboja. Druge stopnje obdelave kovin so v tekočem stanju in zanje je značilno tiho gorenje lokov. Vendar pa je potreben širok razpon nadzora delovanja in visoka natančnost vzdrževanja vhodne moči v peč. Nadzor moči zagotavlja potrebno napredovanje metalurške reakcije.

Upoštevane značilnosti tehnološkega procesa zahtevajo od obločne peči:

1) Sposobnost hitrega odzivanja na obratovalne kratke stike in prekinitve oblokov, hitre ponovne vzpostavitve normalnih električnih pogojev in omejitve obratovalnih kratkih tokov na sprejemljive meje.

2) Prilagodljivost za nadzor vhodne moči peči.

Električna oprema obločnih peči

Vgradnja obločne peči vključuje poleg same peči in njenih mehanizmov z električnim ali hidravličnim pogonom še dodatno električno opremo: transformator peči, žice od transformatorja do elektrod obločne peči — t.i. omrežje, razdelilna enota (RU) na visokonapetostni strani transformatorja s pečnimi stikali; regulator moči; armaturne plošče in konzole, nadzor in signalizacija; programirna naprava za krmiljenje načina delovanja peči itd.

Obločne peči so veliki porabniki električne energije, njihove enotske moči se merijo v tisočih in desettisočih kilovatih. Poraba električne energije za taljenje tone trdnega polnila doseže 400-600 kWh-h. Zato se peči napajajo iz omrežij 6, 10 in 35 kV prek padajočih transformatorjev peči (največje vrednosti napetosti sekundarne linije transformatorjev so običajno v območju do 320 V za majhne in srednje peči zmogljivost in do 510 V za velike peči).

V zvezi s tem je za kurilne naprave značilna prisotnost posebne postaje za peč s transformatorjem in stikalno napravo. V novih inštalacijah se uporabljajo omare iz kompletnih razdelilnih enot (KRU), izdelanih po enotnih shemah. Toplotne postaje se nahajajo v neposredni bližini peči. Paneli in komandne plošče za montažo obločnih jeklenih peči z zmogljivostjo do 12 ton so nameščene v okviru kurilne postaje s servisnimi komandnimi ploščami iz trgovine (z delovne ploščadi). Pri večjih pečeh se lahko zagotovijo ločene krmilne sobe s priročnim pogledom na delovna okna peči.

Elektroobločne peči porabijo znatne tokove, merjene v tisočih in deset tisočih amperov. Takšni tokovi ustvarjajo velike padce napetosti tudi pri majhnih aktivnih in induktivnih uporih napajalnih tokokrogov elektrod. Zaradi tega je transformator peči nameščen v neposredni bližini peči v posebni postaji peči. Tokokrogi, ki povezujejo transformator peči in elektrode peči ter imajo kratko dolžino in kompleksno strukturo, se imenujejo kratka mreža.

Kratko omrežje obločne peči je sestavljeno iz zbiralke v transformatorski komori, gibljivega kabelskega niza, cevnih zbiralk, držala elektrode in elektrode, ki se premika skupaj z vozičkom. V obločnih pečeh z zmogljivostjo do 10 ton se uporablja shema "zvezda elektrod", ko so sekundarni navitji transformatorja peči povezani v trikotniku na izhodu iz komore. Druge sheme kratkega omrežja, ki omogočajo zmanjšanje njegove reaktanse, se uporabljajo za močnejše peči.

V električnih pogonih mehanizmov peči se običajno uporabljajo indukcijski motorji s kletko za 380 V pri 1–2 kW v majhnih pečeh do 20–30 kW v večjih pečeh. Motorji pogonov za premikanje elektrod - enosmerni tok, ki ga napaja električni stroj ali magnetni ojačevalniki, pa tudi tiristorski pretvorniki. Ti pogoni so del samostojne enote - regulatorja moči peči.

V pečeh s kapaciteto več kot 20 ton so za povečanje produktivnosti in olajšanje dela jeklarjev predvidene naprave za mešanje tekoče kopeli kovine na principu potujočega magnetnega polja.Stator z dvema navitjema je nameščen pod dnom peči iz nemagnetnega materiala, katerega tokovi so za 90 ° izven faze. Potujoče polje, ki ga ustvarijo navitja statorja, poganja kovinske plasti. Pri preklapljanju tuljav je mogoče spremeniti smer gibanja kovine. Frekvenca toka v statorju mešalne naprave je od 0,3 do 1,1 Hz. Napravo napaja frekvenčni pretvornik električnega stroja.

Motorji, ki oskrbujejo mehanizme obločnih peči, delujejo v težkih pogojih (prašno okolje, bližnja lokacija močno segretih konstrukcij peči), zato imajo zaprto zasnovo s toplotno odporno izolacijo (žerjavno-metalurška serija).

Transformatorske enote peči

Instalacije obločnih peči uporabljajo posebej zasnovane trifazne transformatorje, potopljene v olje. Moč kurilnega transformatorja je za zmogljivostjo drugi najpomembnejši parameter obločne peči in določa trajanje taljenja kovine, ki pomembno vpliva na zmogljivost peči.Skupni čas taljenja jekla v obločni peči je do do 1-1,5 ure za peči z zmogljivostjo do 10 ton in do 2,5 ure za peči z zmogljivostjo do 40 ton.

Napetost na obločni peči med taljenjem se mora spreminjati v precej širokem območju. V prvi fazi taljenja, ko se odpadki talijo, je treba v peč vnesti največjo moč, da se ta proces pospeši. Toda s hladnim nabojem je lok nestabilen. Zato je za povečanje moči potrebno povečati napetost. Trajanje faze taljenja je 50% ali več celotnega časa taljenja, medtem ko se porabi 60-80% električne energije.V drugi in tretji stopnji - med oksidacijo in rafiniranjem tekoče kovine (odstranjevanje škodljivih primesi in izgorevanje odvečnega ogljika) oblok gori tišje, temperatura v peči je višja in dolžina obloka se poveča.

Da bi preprečili prezgodnje poškodbe obloge peči, se lok skrajša z znižanjem napetosti. Poleg tega se pri pečeh, v katerih je mogoče taliti različne vrste kovin, ustrezno spreminjajo pogoji taljenja in s tem zahtevane napetosti.

Da bi zagotovili možnost regulacije napetosti obločnih peči, so transformatorji, ki jih napajajo, izdelani z več stopnjami nizke napetosti, običajno s preklopom pip za navijanje visoke napetosti (12 ali več korakov). Transformatorji z zmogljivostjo do 10.000 kV-A so opremljeni s sprožilno napravo. Močnejši transformatorji imajo stikalo za obremenitev. Za majhne peči se uporabljajo dve do štiri stopnje, pa tudi najpreprostejši način regulacije napetosti - preklop visokonapetostnega (HV) navitja iz trikotnika v zvezdo.

Da bi zagotovili stabilno gorenje izmeničnega obloka in omejili prenapetosti med kratkim stikom med elektrodo in nabojem z 2–3-kratnim nazivnim tokom elektrode, mora biti skupna relativna reaktanca napeljave 30–40 %. Reaktanca pečnih transformatorjev je 6-10%, kratka upornost omrežja za majhne peči je 5-10%. Zato je na VN strani transformatorja za peči z zmogljivostjo do 40 ton predviden gorvodni reaktor z uporom okoli 15-25 %, ki je vključen v komplet transformatorskega bloka. Reaktor je zasnovan kot dušilka z nenasičenim jedrom.

Vsi energetski transformatorji za obločne peči so opremljeni s plinsko zaščito. Plinska zaščita, kot glavna zaščita kurilnega transformatorja, se izvaja v dveh stopnjah: prva stopnja vpliva na signal, druga izklopi inštalacijo.

Avtomatska regulacija moči obločnih peči. Za zagotovitev normalnega in visoko zmogljivega delovanja so obločne peči opremljene z avtomatskimi regulatorji moči (AR), ki vzdržujejo konstantnost dane moči električnega obloka. Delovanje avtomatskega regulatorja moči obločne peči temelji na spreminjanju položaja elektrod glede na obremenitev - v obločnih pečeh z neposrednim segrevanjem ali med seboj v obločnih pečeh s posrednim segrevanjem, t.j. v obeh primerih obločne peči uporabljajo regulacijo dolžine. Pogonske naprave so največkrat elektromotorji.

Regulacija električnih načinov elektroobločne peči

Preučevanje struktur omogoča prikaz možnih načinov prilagajanja njegovega električnega načina:

1) Spreminjanje napajalne napetosti.

2) Sprememba upora obloka, tj. sprememba njegove dolžine.

Obe metodi se uporabljata v sodobnih napravah. Groba nastavitev načina se izvede s preklapljanjem stopenj sekundarne napetosti transformatorja, natančno - z uporabo gibalnega mehanizma. Mehanizmi za premikanje elektrod se krmilijo z avtomatskimi regulatorji moči (AWS).

Delovno mesto obločnih peči mora zagotavljati:

1) Samodejni vžig obloka

2) Samodejno odstranjevanje prekinitev oblokov in obratovalnih kratkih stikov.

3) Odzivna hitrost je približno 3 sekunde, ko so odpravljene prekinitve obloka operativnega kratkega stika

4) Aperiodična narava regulacijskega procesa

5) Sposobnost nemotenega spreminjanja vhodne moči peči, znotraj 20-125% nominalne vrednosti in vzdrževanja z natančnostjo 5%.

6) Zaustavitev elektrod, ko napajalna napetost izgine.

Aperiodična narava regulacijskega procesa je potrebna za izključitev spuščanja elektrod tekoče kovine, ki jo lahko karbonizirajo in pokvarijo taljenje, pa tudi za izključitev zloma elektrod, ko pridejo v stik s trdnim nabojem. Skladnost s to zahtevo zagotavlja zaščito pred zgornjimi načini v primeru nujne ali operativne zaustavitve peči.

Elektroobločne peči kot porabniki električne energije

Elektroobločne peči so močan in neprijeten porabnik elektroenergetskega sistema. Deluje z nizkim faktorjem moči = 0,7 — 0,8, porabljena moč iz omrežja se med taljenjem spreminja, za električni način pa so značilni pogosti tokovni sunki, do preloma obloka, operativni kratki stiki. Obloki ustvarjajo visokofrekvenčne harmonike, ki so za druge porabnike nezaželeni in povzročajo dodatne izgube v električnem omrežju.

Za povečanje faktorja moči se lahko kondenzatorji priključijo na zbiralke glavne napajalne postaje, ki napajajo skupine peči, saj s tokovnimi udarci reaktivna moč niha v velikih mejah, je treba zagotoviti možnost hitre spremembe te zmogljivosti. Za takšno regulacijo lahko uporabite visoko napetost tiristorska stikalakrmili vezje, da ohranja CM blizu 1. Za boj proti višjim harmonikom se uporabljajo filtri, uglašeni na najmočnejše harmonike.

Široko se uporablja razdelitev razdelilnih postaj peči za neodvisno napajanje, priključenih na druge porabnike za napetosti 110, 220 kV. V tem primeru se lahko popačenje krivulj toka in napetosti za druge porabnike ohrani v sprejemljivih mejah.