Elektromos ívkemencék elektromos berendezései

Ívkemencés készülék

Az ívkemencék fő célja fémek és ötvözetek olvasztása. Vannak közvetlen és közvetett ívkemencék. Közvetlen tüzelésű ívkemencékben az ív az elektródák és az olvadt fém között ég. Közvetett ívkemencékben - két elektróda között. A legelterjedtebbek a közvetlen fűtésű ívkemencék, amelyeket vastartalmú és tűzálló fémek olvasztására használnak. A közvetett ívkemencéket színesfémek és néha öntöttvas olvasztására használják.

Az ívkemence egy boltozattal körülvett bélelt héj, az elektródák a boltozatban lévő nyíláson keresztül süllyeszthetők le, amely a vezetőkkel összekapcsolt elektródatartókba kapcsolódik. A töltés megolvadása és a fém feldolgozása a töltés és az elektródák között égő elektromos ívek hője miatt megy végbe.

Az ív fenntartására 120-600 V feszültséget és 10-15 kA áramot alkalmaznak. A 12 tonna kapacitású és 50 000 kVA kapacitású kemencékre a feszültségek és áramok alacsonyabb értékei vonatkoznak.

Az ívkemence kialakítása biztosítja a fém elvezetését egy vízelvezető szivattyún keresztül. A salakot a burkolatba vágott munkaablakon keresztül pumpálják.

Elektromos ívkemence: 1 — acél test; 2 — tűzálló bélés; 3 — kemencetető; 4 — elektródák; 5 — az elektródák felemelő mechanizmusa; 6 — szivárvány

Fém olvasztásának technológiai folyamata ívkemencében

Az ívkemencébe betöltött szilárd töltés feldolgozása az olvasztási szakasztól kezdődik, ebben a szakaszban a kemencében meggyullad az ív és megkezdődik az elektródák alatti töltés olvadása. Ahogy a töltés elolvad, az elektróda leereszkedik, gyorsulási lyukakat képezve. Az olvasztási szakasz jellegzetes jellemzője az elektromos ív kellemetlen égése. Az alacsony ívstabilitás a kemence alacsony hőmérsékletének köszönhető.

Az ív átmenete egyik töltésről a másikra, valamint az ív számos megszakadása működési rövidzárlatból, amelyet a töltés vezetőképes darabjainak összeomlása és mozgása okoz. A fémmegmunkálás egyéb szakaszai folyékony állapotban vannak, és az ívek csendes égése jellemzi. Mindazonáltal széles körű működési vezérlésre és nagy pontosságra van szükség a kemence bemeneti teljesítményének fenntartásához. A teljesítményszabályozás biztosítja a metallurgiai reakció szükséges előrehaladását.

A technológiai folyamat figyelembe vett jellemzői megkövetelik az ívkemencétől:

1) Képes gyorsan reagálni a működési rövidzárlatokra és ívkimaradásokra, gyorsan helyreállítani a normál elektromos állapotokat, és az üzemi rövidzárlati áramokat elfogadható határokra korlátozni.

2) Rugalmasság a kemence teljesítményének szabályozásában.

Ívkemencék elektromos berendezései

Az ívkemence beépítése magában foglalja a kemence és elektromos vagy hidraulikus meghajtású mechanizmusai mellett további elektromos berendezéseket: kemencetranszformátort, a transzformátortól az ívkemence elektródáiig vezető vezetékeket — az ún. hálózat, elosztó egység (RU) a transzformátor nagyfeszültségű oldalán sütőkapcsolókkal; teljesítményszabályozó; műszerfalak és konzolok, vezérlés és jelzés; programozó eszköz a kemence üzemmódjának vezérlésére stb.

Az ívkemencék nagy villamosenergia-fogyasztók, egységteljesítményeiket ezer és tízezer kilowattban mérik. Egy tonna szilárd töltet megolvasztásához a villamosenergia-fogyasztás eléri a 400-600 kWh-h-t. Ezért a kemencéket 6, 10 és 35 kV-os hálózatokból táplálják kemence-leléptető transzformátorokon keresztül (a transzformátorok szekunder vezetékének maximális feszültségértékei általában 320 V-ig terjednek kis és közepes kemencék esetén kapacitás és 510 V-ig nagy kemencék esetén).

Ebben a tekintetben a kemenceberendezéseket egy speciális kemence alállomás jelenléte jellemzi, transzformátorral és kapcsolóberendezéssel. Az új telepítésekben az egységes sémák szerint készült komplett elosztó egységek (KRU) szekrényeit használják. A kemence alállomások a kemencék közvetlen közelében helyezkednek el. A 12 tonnáig terjedő kapacitású ívacél kemencék beépítésére szolgáló panelek és vezérlőpanelek a kemence alállomáson belül vannak elhelyezve a szerviz vezérlőpanelekkel az üzletből (a munkaállványról). Nagyobb kemencékhez külön vezérlőhelyiségek is biztosíthatók, ahonnan kényelmes kilátás nyílik a kemence munkaablakára.

Az elektromos ívkemencék jelentős áramot fogyasztanak, több ezer és tízezer amperben mérve. Az ilyen áramok még az elektródák tápáramköreinek kis aktív és induktív ellenállása esetén is nagy feszültségesést okoznak. Ennek eredményeként a kemence transzformátora a kemence közvetlen közelében van elhelyezve egy speciális kemence alállomáson. A kemencetranszformátort és a kemenceelektródákat összekötő, rövid hosszúságú és összetett szerkezetű áramköröket rövid hálózatnak nevezzük.

Az ívkemence rövid hálózata egy transzformátorkamrában elhelyezett gyűjtősínből, egy flexibilis kábelsorból, csősínekből, egy elektródatartóból és egy, a kocsival együtt mozgó elektródából áll. A legfeljebb 10 tonna kapacitású ívkemencékben az "elektródák csillaga" sémát alkalmazzák, amikor a kemence transzformátorának szekunder tekercseit deltában csatlakoztatják a kamra kimenetéhez. A rövid hálózat más sémáit, amelyek lehetővé teszik a reaktanciájának csökkentését, erősebb kemencékhez használják.

A kemenceszerkezetek elektromos hajtásaiban általában 380 V-os, 1–2 kW-os mókuskalitkos indukciós motorokat használnak kis kemencékben, 20–30 kW teljesítményig nagyobb kemencékben. Mozgó elektródák meghajtóinak motorjai - elektromos gép vagy mágneses erősítők, valamint tirisztoros átalakítók által táplált egyenáram. Ezek a meghajtók egy független egység – egy kemence teljesítményszabályozó – részét képezik.

A 20 tonnánál nagyobb kapacitású kemencékben a termelékenység növelése és az acélgyártók munkájának megkönnyítése érdekében a mozgó mágneses tér elvén alapuló folyékony fémfürdő keverésére szolgáló eszközöket biztosítanak.A nem mágneses anyagú kemence alja alá egy két tekercses állórész van elhelyezve, amelynek áramai 90 ° -kal fázison kívül vannak. Az állórész tekercsek által létrehozott mozgó tér mozgatja a fémrétegeket. A tekercsek váltásánál lehetőség van a fém mozgási irányának megváltoztatására. A keverőberendezés állórészében az áram frekvenciája 0,3-1,1 Hz. A készüléket egy elektromos gép frekvenciaváltója táplálja.

Az ívkemencék mechanizmusait kiszolgáló motorok nehéz körülmények között működnek (poros környezet, erősen fűtött kemenceszerkezetek közeli elhelyezkedése), ezért zárt kivitelűek hőálló szigeteléssel (daru-kohászati ​​sorozat).

Kemence transzformátor egységek

Az ívkemencék speciálisan tervezett háromfázisú olajbemerített transzformátorokat használnak. A kemencetranszformátor teljesítménye a kapacitás után az ívkemencében a második legfontosabb paraméter, és meghatározza a fémolvadás időtartamát, ami jelentősen befolyásolja a kemence teljesítményét. 10 tonna kapacitású kemencéknél 1-1,5 óráig, 40 tonna kapacitásig 2,5 óráig.

Az ívkemencén lévő feszültségnek az olvasztás során meglehetősen széles tartományban kell változnia. Az olvasztás első szakaszában, amikor a hulladék megolvad, maximális teljesítményt kell bevinni a kemencébe, hogy felgyorsítsák ezt a folyamatot. De hideg töltéssel az ív instabil. Ezért a teljesítmény növeléséhez növelni kell a feszültséget. Az olvasztási szakasz időtartama a teljes olvadási idő 50%-a vagy több, míg az elektromosság 60-80%-a fogyasztódik el.A második és harmadik szakaszban - a folyékony fém oxidációja és finomítása során (a káros szennyeződések eltávolítása és a felesleges szén elégetése) az ív halkabban ég, a kemencében a hőmérséklet magasabb és az ív hossza megnő.

A kemence burkolatának idő előtti károsodásának elkerülése érdekében az ívet a feszültség csökkentésével lerövidítik. Ezenkívül azoknál a kemencéknél, amelyekben különböző típusú fémeket lehet olvasztani, az olvasztási feltételek ennek megfelelően változnak, és így a szükséges feszültségek is.

Az ívkemencék feszültségének szabályozása érdekében az őket tápláló transzformátorok több fokozatú kisfeszültségűek, általában a csapok átkapcsolásával a nagyfeszültség tekercselésére (12 vagy több fokozat). A legfeljebb 10 000 kV-A teljesítményű transzformátorok kioldószerkezettel vannak felszerelve. A nagyobb teljesítményű transzformátorok terheléskapcsolóval rendelkeznek. Kisméretű kemencéknél két-négy fokozatot használnak, valamint a feszültségszabályozás legegyszerűbb módszerét - a nagyfeszültségű (HV) tekercs deltáról csillagra való átkapcsolását.

A stabil váltakozó áramú ívégetés és a túlfeszültségek korlátozása az elektróda és a töltés közötti rövidzárlat során a névleges elektródaáram 2-3-szorosával, a berendezés teljes relatív reaktanciája 30-40%. A kemence transzformátorok reaktanciája 6-10%, a rövid hálózati ellenállás kis kemencéknél 5-10%. Ezért a 40 tonnáig terjedő kapacitású kemencék transzformátorának HV oldalán egy körülbelül 15-25% ellenállású upstream reaktor van felszerelve, amely a transzformátor blokkkészletben található. A reaktort telítetlen mag fojtóként tervezték.

Minden ívkemencés teljesítménytranszformátor gázvédelemmel van ellátva. A gázvédelmet, mint a kemence transzformátorának fő védelmét két szakaszban hajtják végre: az első fokozat a jelet befolyásolja, a második pedig kikapcsolja a telepítést.

Ívkemencék automatikus teljesítményszabályozása. A normál és nagy teljesítményű működés érdekében az ívkemencék automatikus teljesítményszabályozókkal (AR) vannak felszerelve, amelyek fenntartják az elektromos ív adott teljesítményének állandóságát. Az automatikus ívkemencék teljesítményszabályzójának működése az elektródák terheléshez viszonyított helyzetének megváltoztatásán alapul - direkt fűtésű ívkemencékben vagy egymáshoz képest közvetett fűtésű ívkemencékben, pl. az ívkemencék mindkét esetben hosszszabályozást alkalmaznak. A meghajtó eszközök leggyakrabban villanymotorok.

Elektromos ívkemence elektromos üzemmódjainak szabályozása

A szerkezetek vizsgálata lehetővé teszi az elektromos üzemmód beállításának lehetséges módjainak bemutatását:

1) A tápfeszültség megváltoztatása.

2) Az ívellenállás változása pl. hosszának változása.

Mindkét módszert használják a modern berendezésekben. Az üzemmód durva beállítását a transzformátor szekunder feszültségének fokozatainak átkapcsolásával hajtják végre, pontosan - a mozgási mechanizmus segítségével. Az elektródák mozgatásának mechanizmusait automatikus teljesítményszabályozók (AWS) vezérlik.

Az ívkemencék munkahelyének biztosítania kell:

1) Automata ívgyújtás

2) Ívtörések és működési rövidzárlatok automatikus eltávolítása.

3) A reakciósebesség körülbelül 3 másodperc, ha a működési rövidzárlat ívkimaradásait kiküszöböljük

4) A szabályozási folyamat időszakos jellege

5) Képes a kemence bemeneti teljesítményének zökkenőmentes megváltoztatására, a névleges 20-125% -án belül, és 5% -os pontossággal fenntartani.

6) Az elektródák leállítása, ha a tápfeszültség megszűnik.

A szabályozási folyamat időszakos jellege szükséges ahhoz, hogy kizárjuk a folyékony fém elektródáinak lesüllyedését, ami elszenesítheti és ronthatja az olvadást, valamint az elektródák szilárd töltettel való érintkezéskor történő törését. Ennek a követelménynek való megfelelés védelmet nyújt a fenti módokkal szemben a kemence vészhelyzeti vagy üzemi leállítása esetén.

Elektromos ívkemencék, mint villamos energia fogyasztók

Az elektromos ívkemencék az energiarendszer erős és kellemetlen fogyasztói. Alacsony teljesítménytényezővel = 0,7 — 0,8 működik, a hálózatról felvett teljesítmény az olvasztás során változik, az elektromos üzemmódot gyakori áramlökések, ívtörésig, üzemi rövidzárlatok jellemzik. Az ívek nagyfrekvenciás felharmonikusokat generálnak, amelyek más fogyasztók számára nemkívánatosak, és további veszteségeket okoznak az elektromos hálózatban.

A teljesítménytényező növelése érdekében a fő alállomás gyűjtősíneire kondenzátorok csatlakoztathatók, amelyek táplálják a kemencecsoportokat, mivel áramütésekkel meddő teljesítmény nagy határok között ingadozik, biztosítani kell a kapacitás gyors megváltoztatásának lehetőségét. Az ilyen szabályozáshoz nagyfeszültséget használhat tirisztoros kapcsolókAz áramkör vezérli, hogy a CM 1 közelében maradjon. A magasabb harmonikusok leküzdésére a legintenzívebb harmonikusokra hangolt szűrőket használnak.

Széles körben elterjedt a 110, 220 kV feszültségű más fogyasztókhoz csatlakoztatott, független tápellátású kemence alállomások elosztása. Ebben az esetben a többi fogyasztó áram- és feszültséggörbéinek torzulása elfogadható határokon belül tartható.