Устройство дуговых печей
Основное назначение дуговых печей – плавка металлов и сплавов. Существуют дуговые печи прямого и косвенного нагрева. В дуговых печах прямого нагрева дуга горит между электродом и расплавленным металлом. В дуговых печах косвенного нагрева – между двумя электродами.
Дуговые печи прямого нагрева - для плавки черных и тугоплавких металлов. Дуговые печи косвенного нагрева - для плавки цветных металлов и иногда чугунов.
Дуговая печь представляет собой футерованный кожух, закрытый сводом, Сквозь отверстие в своде внутрь опущены электроды, зажатые в электрододержателях и соединенные с направляющими. Плавление шихты и обработка металла ведется за счет тепла электрических дуг, горящих между шихтой и электродами. Слив металла предусматривается через сливной насос. Скачивание шлака осуществляется через рабочее окно, вырезанное в кожухе.
Для поддержания дуги подается напряжение от 120 до 600 В и ток 10-15 кА.
Конструкция дуговой печи
Электрооборудование дуговых печей
Установка дуговой печи включает: печь и ее механизмов с электро- или гидроприводом, комплектующее электрооборудование: печной трансформатор, токопроводы от трансформатора к электродам дуговой печи (короткую сеть), распределительное устройство (РУ) на стороне высшего напряжения с печными выключателями; регулятор мощности; щиты и пульты управления, контроля и сигнализации; программирующее устройство для управления режимом работы печи и др.
Расход электроэнергии на плавку тонны твердой завалки до 400—600 кВт-ч. Питание печей производится от сетей 6, 10 и 35 кВ и вторичного линейного напряжения 320 В - 510 В. Печные подстанции располагают в непосредственной близости от печей чтобы избежать падения напряжения. Щиты и пульты управления для установок дуговых печей малой емкостью размещают у печной подстанции с обслуживанием с рабочей площадки, крупных – из отдельных помещений с удобным обзором рабочих окон.
Короткая сеть дуговой печи состоит из ошиновки в трансформаторной камере, гибкой кабельной гирлянды, трубошин, электрододержателя и электрода, перемещающихся вместе с кареткой.
В электроприводах механизмов печи применяют АсДв с кз ротором напряжением 380 В на мощности от 1—2 кВт до 20—30 кВт. Двигатели приводов перемещения электродов — постоянного тока. Они входят в состав регулятора мощности печи.
В печах используются устройства для перемешивания жидкой ванны металла, основанные на принципе бегущего магнитного поля. Двигатели механизмов дуговых печей имеют закрытое исполнение с теплостойкой изоляцией (краново-металлургических серий).
Регулирование электрических режимов дуговой электрической печи выполняется
1) Изменением подводимого напряжения.
2) Изменением сопротивления дуги - изменение ее длины.
АРМ дуговых печей должны обеспечивать:
1) Автоматическое зажигание дуг
2) Автоматическое устранение обрывов дуги и эксплуатационного короткого замыкания.
3) Быстродействие около 3 секунд при устранении обрывов дуги эксплутационного короткого замыкания
4) Апериодический характер процесса регулирования
5) Возможность плавно изменять мощность, вводимую в печь, в пределах от 20-125% от номинальной и поддерживать ее с точностью 5%.
6) Остановку электродов при исчезновении напряжения питания.
Печные трансформаторные агрегаты
В установках дуговых печей используются специально предназначенные для них трехфазные- масляные трансформаторы. Мощность печного трансформатора является после емкости вторым важнейшим параметром дуговой печи и определяет длительность расплавления металла, что в значительной степени сказывается на производительности печи. Полное время плавки стали в дуговой печи составляет до 1—1,5 ч для печей емкостью до 10 т и до 2,5 ч для печей емкостью до 40 т.
Напряжение на дуговой печи в ходе плавки требуется изменять в довольно широких пределах. На первом этапе плавки, когда происходит расплавление скрапа, в печь должна вводиться максимальная мощность, чтобы ускорить этот процесс. Но при холодной шихте дуга неустойчива. Поэтому для увеличения мощности необходимо повышать напряжение. Продолжительность этапа расплавления составляет 50% и более от общего времени плавки, при этом потребляется 60—80% электроэнергии. На втором и третьем этапах — при окислении и рафинировании жидкого металла (удалении вредных примесей и выжигании лишнего углерода) дуга горит спокойнее, температура в печи выше, длина дуги увеличивается.
Во избежание преждевременного выхода из строя футеровки печи дугу укорачивают, снижая напряжение. Кроме того, для печей, в которых могут выплавляться разные марки металла, соответственно изменяются условия плавки, а значит, и требуемые напряжения.
Для обеспечения возможности регулирования напряжения дуговых печей питающие их трансформаторы выполняют с несколькими ступенями низкого напряжения, обычно с переключением отпаек обмотки высокого напряжения (12 ступеней и более). Трансформаторы мощностью до 10000 кВ-А снабжены переключающим устройством ПБВ. Более мощные трансформаторы имеют переключающее устройство РПН. Для небольших печей применяют две — четыре ступени, а также простейший способ регулирования напряжения — переключение обмотки высокого напряжения (ВН) с треугольника на звезду.
Для обеспечения устойчивого горения дуги переменного тока и ограничения толчков тока при коротких замыканиях между электродом и шихтой 2—3-кратным значением номинального тока электрода общее относительное реактивное сопротивление установки должно составлять 30—40%. Реактивное сопротивление печных трансформаторов равно 6—10%, сопротивление короткой сети для малых печей 5—10%. Поэтому со стороны ВН трансформатора для печей емкостью до 40 т предусматривают предвключенный реактор с сопротивлением около 15—25%, входящий в комплект трансформаторного агрегата. Реактор выполнен как дроссель с ненасыщающимся сердечником.
Все трансформаторы для питания дуговых печей снабжают газовой защитой. Газовая защита, как основная защита печного трансформатора, выполнена двухступенчатой: первая ступень воздействует на сигнал, вторая отключает установку.
Автоматическое регулирование мощности дуговых печей. Для обеспечения нормальной и высокопроизводительной работы дуговые печи оборудуются автоматическими регуляторами мощности (АР), которые осуществляют поддержание постоянства заданной мощности электрической дуги. Работа автоматического регулятора мощности дуговой печи основана на изменении положения электродов относительно загрузки — в дуговых печах прямого нагрева или относительно друг друга в дуговых печах косвенного нагрева, т. е. в обоих случаях используется регулирование длины дуги. Испонительными устройствами чаще всего являются электродвигатели.