Elektrické zariadenia elektrických oblúkových pecí

Zariadenie oblúkovej pece

Hlavným účelom oblúkových pecí je tavenie kovov a zliatin. Existujú priame a nepriame oblúkové pece. V oblúkových peciach s priamym spaľovaním oblúk horí medzi elektródami a roztaveným kovom. V nepriamych oblúkových peciach — medzi dvoma elektródami. Najrozšírenejšie sú oblúkové pece s priamym ohrevom používané na tavenie železných a žiaruvzdorných kovov. Nepriame oblúkové pece sa používajú na tavenie neželezných kovov a niekedy aj liatiny.

Oblúková pec je obložená škrupina uzavretá klenbou, elektródy sa spúšťajú dovnútra cez otvor v klenbe, ktorý zapadá do držiakov elektród, ktoré sú spojené s vedeniami. Tavenie vsádzky a spracovanie kovu prebieha v dôsledku tepla elektrických oblúkov horiacich medzi vsádzkou a elektródami.

Na udržanie oblúka sa aplikuje napätie 120 až 600 V a prúd 10-15 kA. Nižšie hodnoty napätí a prúdov platia pre pece s kapacitou 12 ton a výkonom 50 000 kVA.

Konštrukcia oblúkovej pece zabezpečuje odvodnenie kovu cez drenážne čerpadlo. Troska sa čerpá cez pracovné okno vyrezané v plášti.

Elektrická oblúková pec: 1 — oceľové telo; 2 — žiaruvzdorné obloženie; 3 — strecha pece; 4 — elektródy; 5 — mechanizmus na zdvíhanie elektród; 6 — dúha

Technologický proces tavenia kovu v oblúkovej peci

Spracovanie tuhej vsádzky naloženej v oblúkovej peci začína od štádia tavenia, v tomto štádiu sa v peci zapáli oblúk a začína sa tavenie vsádzky pod elektródami. Keď sa náboj topí, elektróda klesá a vytvára urýchľovacie jamky. Charakteristickým znakom taviaceho stupňa je nepríjemné horenie elektrického oblúka. Nízka stabilita oblúka je spôsobená nízkou teplotou v peci.

Prechod oblúka z jedného náboja na druhý, ako aj početné prerušenia oblúka z prevádzkových skratov, ktoré sú spôsobené kolapsmi a pohybmi vodivých častí náboja. Ostatné stupne obrábania kovov sú v tekutom stave a vyznačujú sa tichým horením oblúkov. Vyžaduje sa však široký rozsah prevádzkového riadenia a vysoká presnosť udržiavania príkonu do pece. Regulácia výkonu zabezpečuje požadovaný priebeh metalurgickej reakcie.

Uvažované charakteristiky technologického procesu vyžadujú od oblúkovej pece:

1) Schopnosť rýchlo reagovať na prevádzkové skraty a prerušenia oblúka, rýchlo obnoviť normálne elektrické podmienky a obmedziť prevádzkové skratové prúdy na prijateľné limity.

2) Flexibilita riadenia príkonu pece.

Elektrické zariadenia oblúkových pecí

Inštalácia oblúkovej pece zahŕňa okrem samotnej pece a jej mechanizmov s elektrickým alebo hydraulickým pohonom aj doplnkové elektrické zariadenie: pecný transformátor, vodiče od transformátora k elektródam oblúkovej pece — tzv. sieť, rozvodná jednotka (RU) na vysokonapäťovej strane transformátora so spínačmi rúry; regulátor výkonu; prístrojové dosky a konzoly, ovládanie a signalizácia; programovacie zariadenie na ovládanie režimu prevádzky pece a pod.

Inštalácie oblúkových pecí sú veľkými spotrebiteľmi elektriny, ich jednotkové kapacity sa merajú v tisícoch a desiatkach tisíc kilowattov. Spotreba elektrickej energie na roztavenie tony pevnej náplne dosahuje 400-600 kWh-h. Preto sú pece napájané zo sietí 6, 10 a 35 kV cez pecné znižovacie transformátory (maximálne hodnoty napätia sekundárneho vedenia transformátorov sú zvyčajne v rozsahu do 320 V pre pece malých a stredných kapacita a až 510 V pre veľké pece).

V tomto ohľade sa pece vyznačujú prítomnosťou špeciálnej rozvodne pece s transformátorom a rozvádzačom. V nových inštaláciách sú použité skrine z kompletných distribučných jednotiek (KRU) vyrobené podľa jednotných schém. V tesnej blízkosti pecí sú umiestnené trafostanice pece. Panely a ovládacie panely pre inštaláciu oblúkových pecí s nosnosťou do 12 ton sú umiestnené v rozvodni pece s obslužnými ovládacími panelmi z predajne (z pracovnej plošiny). Pre väčšie pece je možné zabezpečiť samostatné kontrolné miestnosti s pohodlným výhľadom na pracovné okná pece.

Elektrické oblúkové pece spotrebúvajú značné prúdy, merané v tisícoch a desiatkach tisíc ampérov. Takéto prúdy vytvárajú veľké poklesy napätia aj pri malých aktívnych a indukčných odporoch napájacích obvodov elektród. V dôsledku toho je pecný transformátor umiestnený v tesnej blízkosti pece v špeciálnej rozvodni pece. Obvody spájajúce pecný transformátor a elektródy pece, ktoré majú krátku dĺžku a komplexnú štruktúru, sa nazývajú krátka sieť.

Krátka sieť oblúkovej pece pozostáva z prípojnice v komore transformátora, ohybného káblového reťazca, rúrkových prípojníc, držiaka elektródy a elektródy pohybujúcej sa spolu s vozíkom. V oblúkových peciach s kapacitou do 10 ton sa používa schéma "hviezda elektród", keď sú sekundárne vinutia pecného transformátora zapojené do trojuholníka na výstupe z komory. Iné schémy krátkej siete, umožňujúce znížiť jej reaktanciu, sa používajú pre výkonnejšie pece.

V elektrických pohonoch mechanizmov pecí sa bežne používajú indukčné motory nakrátko s menovitým napätím 380 V pri 1–2 kW v malých peciach až do 20–30 kW vo väčších peciach. Motory pohonov pre pohyblivé elektródy - jednosmerný prúd napájaný elektrickým strojom alebo magnetickými zosilňovačmi, ako aj tyristorovými meničmi. Tieto pohony sú súčasťou samostatnej jednotky — regulátora výkonu pece.

V peciach s kapacitou viac ako 20 ton sa na zvýšenie produktivity a uľahčenie práce oceliarov používajú zariadenia na miešanie tekutého kúpeľa kovu na princípe postupujúceho magnetického poľa.Stator s dvoma vinutiami je umiestnený pod dnom pece z nemagnetického materiálu, ktorého prúdy sú fázovo posunuté o 90 °. Cestovné pole vytvorené vinutiami statora poháňa kovové vrstvy. Pri prepínaní cievok je možné zmeniť smer pohybu kovu. Frekvencia prúdu v statore miešacieho zariadenia je od 0,3 do 1,1 Hz. Zariadenie je napájané frekvenčným meničom elektrického stroja.

Motory obsluhujúce mechanizmy oblúkových pecí pracujú v sťažených podmienkach (prašné prostredie, blízke umiestnenie vysoko vyhrievaných konštrukcií pecí), preto majú uzavretú konštrukciu s tepelne odolnou izoláciou (žeriavovo-metalurgická séria).

Transformátorové jednotky pece

Inštalácie oblúkových pecí používajú špeciálne navrhnuté trojfázové transformátory ponorené do oleja. Výkon pecného transformátora je po kapacite druhým najdôležitejším parametrom oblúkovej pece a určuje dobu tavenia kovu, ktorá výrazne ovplyvňuje výkon pece Celkový čas tavenia ocele v oblúkovej peci je až do 1-1,5 hodiny pre pece s kapacitou do 10 ton a do 2,5 hodiny pre pece s kapacitou do 40 ton.

Napätie na oblúkovej peci počas tavenia sa musí meniť v dosť širokom rozsahu. V prvej fáze tavenia, keď sa šrot roztaví, sa musí do pece zaviesť maximálny výkon, aby sa tento proces urýchlil. Ale pri studenom nabití je oblúk nestabilný. Preto na zvýšenie výkonu je potrebné zvýšiť napätie. Trvanie fázy tavenia je 50 % alebo viac z celkového času tavenia, pričom sa spotrebuje 60 až 80 % elektriny.V druhom a treťom stupni - pri oxidácii a rafinácii tekutého kovu (odstraňovanie škodlivých nečistôt a spaľovanie prebytočného uhlíka) oblúk horí tichšie, teplota v peci je vyššia a dĺžka oblúka sa zvyšuje.

Aby sa zabránilo predčasnému poškodeniu obloženia pece, oblúk sa skráti znížením napätia. Okrem toho sa pre pece, v ktorých je možné taviť rôzne druhy kovov, zodpovedajúcim spôsobom menia podmienky tavenia a tým aj požadované napätia.

Aby sa zabezpečila možnosť regulácie napätia oblúkových pecí, transformátory napájajúce ich sú vyrobené s niekoľkými stupňami nízkeho napätia, zvyčajne s prepínaním odbočiek pre vinutie vysokého napätia (12 alebo viac krokov). Transformátory s kapacitou do 10 000 kV-A sú vybavené vypínacím zariadením. Výkonnejšie transformátory majú prepínač záťaže. Pre malé pece sa používajú dva až štyri stupne, ako aj najjednoduchší spôsob regulácie napätia — prepínanie vinutia vysokého napätia (VN) z trojuholníka do hviezdy.

Aby sa zabezpečilo stabilné horenie striedavého oblúka a obmedzili sa prepätia pri skratovaní medzi elektródou a náložou s 2–3-násobkom menovitého prúdu elektródy, celková relatívna reaktancia inštalácie by mala byť 30–40 %. Reaktancia pecných transformátorov je 6-10%, krátky sieťový odpor pre malé pece je 5-10%. Preto je na VN strane transformátora pre pece s kapacitou do 40 ton umiestnený predradený reaktor s odporom cca 15-25%, ktorý je súčasťou súpravy transformátorového bloku. Reaktor je navrhnutý ako nenasýtená aktívna tlmivka.

Všetky výkonové transformátory oblúkových pecí sú vybavené plynovou ochranou. Ochrana plynu, ako hlavná ochrana transformátora pece, sa vykonáva v dvoch etapách: prvá etapa ovplyvňuje signál, druhá vypína inštaláciu.

Automatická regulácia výkonu oblúkových pecí. Pre zabezpečenie normálnej a vysokovýkonnej prevádzky sú oblúkové pece vybavené automatickými regulátormi výkonu (AR), ktoré udržujú stálosť daného výkonu elektrického oblúka. Činnosť automatického regulátora výkonu oblúkovej pece je založená na zmene polohy elektród voči záťaži - v oblúkových peciach s priamym ohrevom alebo voči sebe navzájom v oblúkových peciach s priamym ohrevom, t.j. v oboch prípadoch oblúkové pece využívajú reguláciu dĺžky. Hnacím zariadením sú najčastejšie elektromotory.

Regulácia elektrických režimov elektrickej oblúkovej pece

Preskúmanie štruktúr umožňuje ukázať možné spôsoby nastavenia jeho elektrického režimu:

1) Zmena napájacieho napätia.

2) Zmena odporu oblúka tj. zmena jeho dĺžky.

Obe metódy sa používajú v moderných inštaláciách. Hrubé nastavenie režimu sa vykonáva prepínaním stupňov sekundárneho napätia transformátora, presne - pomocou pohybového mechanizmu. Mechanizmy pohybu elektród sú riadené pomocou automatických regulátorov výkonu (AWS).

Pracovisko oblúkových pecí musí poskytovať:

1) Automatické zapálenie oblúka

2) Automatické odstránenie prerušenia oblúka a prevádzkových skratov.

3) Rýchlosť odozvy je asi 3 sekundy, keď sú eliminované prerušenia oblúka prevádzkového skratu

4) Aperiodický charakter regulačného procesu

5) Schopnosť plynulo meniť príkon pece v rozmedzí 20-125% nominálneho a udržiavať ho s presnosťou 5%.

6) Zastavenie elektród, keď napájacie napätie zmizne.

Aperiodický charakter regulačného procesu je potrebný na vylúčenie spúšťania elektród tekutého kovu, ktoré ho môže karbonizovať a kaziť tavenie, ako aj na vylúčenie prasknutia elektród pri ich kontakte s pevnou náložou. Splnenie tejto požiadavky poskytuje ochranu proti vyššie uvedeným režimom v prípade núdzového alebo prevádzkového odstavenia pece.

Elektrické oblúkové pece ako spotrebitelia elektrickej energie

Elektrické oblúkové pece sú silným a nepríjemným spotrebiteľom energetického systému. Pracuje s nízkym účinníkom = 0,7 — 0,8, výkon odoberaný zo siete sa pri tavení mení a elektrický režim je charakterizovaný častými prúdovými rázmi, až pretrhnutím oblúka, prevádzkovými skratmi. Oblúky generujú vysokofrekvenčné harmonické, ktoré sú nežiaduce pre iných spotrebiteľov a spôsobujú dodatočné straty v elektrickej sieti.

Na zvýšenie účinníka môžu byť kondenzátory pripojené k prípojniciam hlavnej elektrickej rozvodne, ktorá napája skupiny pecí, pretože s prúdovými šokmi jalový výkon kolíše vo veľkých medziach, je potrebné zabezpečiť možnosť rýchlej zmeny tejto kapacity. Na takúto reguláciu môžete použiť vysoké napätie tyristorové spínačeriadený obvodom, aby sa CM udržala blízko 1. Na boj proti vyšším harmonickým sa používajú filtre naladené na najintenzívnejšie harmonické.

Široko používaný je rozvod pecných rozvodní pre nezávislé napájanie pripojených k iným spotrebičom pre napätie 110, 220 kV. V tomto prípade je možné udržať skreslenie kriviek prúdu a napätia pre iných spotrebiteľov v prijateľných medziach.