Электротехнологические установки (стр. 14 из 32)
Иногда применяемые графитоугольные электроды диаметром 100-1200 мм изготовляют из антрацита, термоантрацита (прокаленного антрацита), нефтяного кокса, каменноугольного пека и смолы в специальных печах путем обжига заготовок без доступа кислорода при температуре до 1600 К.
В нашей стране в эксплуатации находятся дуговые печи для выплавки стали емкостью до 200 т, питаемые от трансформаторов мощностью до 80 МВ·А. В будущем должны быть созданы печи емкостью 300-400 т. Основные данные ряда
ДСП приведены в табл. 6.1.
6.3. Электрооборудование дуговых печных установок
Электродуговая печь представляет собой мощный энергопотребитель, относящийся ко второй категории по надежности электроснабжения.
Электрооборудование и схемы электроснабжения ДСП имеют ряд особенностей. Основное электрооборудование дуговых печных установок (рис. 6.5) включает печь с электродами и ванной, в которой горят дуги и находится перерабатываемый материал; отдельный для каждой печи понизительный трансформатор, вместе с которым часто размещены дроссели; короткую сеть, соединяющую вторичные выводы трансформатора с электродами печи; коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру.
В печных установках применяются трансформаторы и дроссели, изготовленные в виде отдельных аппаратов, а также трансформаторы со встроенными дросселями.
Рис. 6.5. Схема электропечной установки:
1, 6 - выключатели; 2 - высоковольтные шины; 3 - разъединитель; 4 - высоковольтная сеть; 5 - реактор; 7 - печной трансформатор; 8 - короткая сеть; 9 - электроды; 10 - электродуговая печь
В дуговых электропечных установках различают главную и вспомогательные цепи тока (рис. 6.6).
Короткой сетью называют токопровод от выводов вторичной стороны трансформаторов до электродов дуговой печи.
По короткой сети идут очень большие токи (до 100 кА и выше), поэтому токопроводы короткой сети имеют большое сечение и выполнены в виде пакетов медных лент, медных шин или водоохлаждаемых труб.
Короткая сеть состоит из участков жестко закрепленных шинопроводов и гибких проводов, соединяющих концы шинопроводов с передвигающимися во время работы печи электродами.
Подвод питающей линии высокого напряжения от ввода производится через разъединители и выключатели высокого напряжения, установленные вместе с защитными аппаратами в распределительном устройстве электропечной установки.
Электроснабжение трансформаторов печной подстанции производится от сети 6,10-35 кВ, а для мощных подстанций - 110 кВ. Присоединение измерительных и защитных приборов к проводам высокого напряжения производится через трансформаторы тока и напряжения.
Для поддержания наивыгоднейшего режима печи устанавливаются автоматические регуляторы мощности печи. Такие регуляторы воздействуют на механизм передвижения электродов, изменяют длину дуги и поддерживают заданное значение мощности дуговой печи. Для повышения точности регулирования в системы управления вводятся вычислительные машины. Печные трансформаторы предназначены для питания электродуговых печей. Для печей небольшой и средней мощности трансформаторы выполняют трехфазными. Для печей большой мощности применяются группы однофазных трансформаторов, которые позволяют получить повышенный коэффициент мощности за счет более рациональной конструкции короткой сети и регулировать независимо мощности и напряжения каждой фазы. Мощные печные трансформаторы оборудованы установками принудительного охлаждения с искусственной циркуляцией масла через теплообменник. Они снабжены регуляторами напряжения под нагрузкой, производящими 100-160 переключений в сутки.
Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются по схеме «треугольник - треугольник» с возможностью переключения по схеме «треугольник - звезда», что позволяет регулировать вторичное напряжение.
Разъединители в схемах электроснабжения дуговых печных установок служат для создания видимого разрыва силовой цепи электропечи. Коммутация цепи разъединителем осуществляется только при отключенном высоковольтном выключателе.
Дроссель или реактор, служит для ограничения бросков тока при эксплуатационных коротких замыканиях и стабилизации горения дуг за счет создания падающей характеристики цепи питания. Короткая сеть дуговых печей служит для передачи электрической энергии от вторичной обмотки трансформатора в рабочее пространство печи. Несмотря на небольшую длину короткой сети, ее активное и особенно индуктивное сопротивление является одним из определяющих составных частей общего сопротивления участков печной установки. Они оказывают существенное влияние на энергетические показатели работы печи: мощность, коэффициент мощности, энергетический КПД и т. д.
Короткая сеть должна иметь минимальную длину и наиболее рациональное расположение проводников для снижения индуктивности, равномерной загрузки фаз и проводников в фазах током.
Потребляемая активная мощность Р складывается из активной мощности дуг и активных потерь в подводящей сети:
Р = Рд + Рм,
где Рд = I2 Rд; Рм = I2r (I - полный ток цепи):
___________
I = Uф/√(Rд + r)2 + x2, (6.9)
6.5. Магнитное перемешивание металла в дуговых сталеплавильных печах
После расплавления большей части шихты перемешивание ванны является эффективным средством ускорения процесса. В последующие периоды перемешивание позволяет выравнять химический состав, ускорить выведение газов и вредных компонентов из расплава.
Жидкий металл в ванне дуговой печи приводится в движение с помощью электромагнитных устройств переменного тока с перемещающимся магнитным полем.
Индукторы электромагнитного перемешивания выполняют в виде цилиндрических или плоских конструкций. Первые охватывают боковую поверхность расплава, вторые располагаются под его донной поверхностью. При расположении статора под дном ванны печи в зависимости от используемой частоты, конструкции статора и направления движения магнитного поля могут быть получены разные схемы движения расплава, эффективные для разных периодов плавки. Скорость движения расплава зависит от тока индуктора и составляет 0,2-1 м/с. Возможность магнитного перемешивания достигается только при низких частотах питающего тока, зависящих от глубины ванны расплава.
Автоматизация управления электрическим режимом ДСП. Задачами автоматизации установки являются следующие: 1) поддержание мощности печи на уровне, определяемом программой; 2) регулирование напряжения трансформатора; 3) быстрое устранение всех отклонений от нормального режима. Поставленные задачи решаются с помощью автоматических регуляторов мощности, снабженных программно-управляющими устройствамиПерспективным направлением автоматизации ДСП является создание АСУ цеха дуговых печей и предприятия в целом.
6.8. Рудно-термические печи
Рудно-термические печи (РТП) являются основными технологическими агрегатами в металлургии и химии, обладающими высокой единичной мощностью и относящимися ко второй категории по надежности электроснабжения. В РТП нагрев перерабатываемых материалов производится за счет теплоты, возникающей при протекании тока по электродам, шихте, электрической дуге и расплавленному материалу.
Номенклатура продуктов, получаемых в РТП, весьма широка: они могут выпускаться из печи в виде пара или газа, жидкости-расплава, твердого тела, извлекаемого целым слитком.
РТП в металлургии черных металлов применяются для получения ферросплавов - сплавов железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и др. Сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. При производстве основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца и феррохрома - пользуются рудами с большим содержанием металла.
При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и т. п. руду вследствие малого содержания в ней полезного компонента обогащают, получая концентрат с высоким содержанием оксидов основного элемента.
Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующих металлов, используя восстановители - углерод, кремний и алюминий. Реакции восстановления углеродом требуют подвода большой теплоты.
Значительное место в сфере использования РТП занимает получение электроплавленых огнеупоров, идущих на футеровку стекловаренных печей, металлургических агрегатов. Сырьем здесь являются глинозем, циркон и кварцевый песок. Получаемые методом плавки открытой дугой огнеупоры - корунд и бакор разных марок в печах ОКБ-2130, ДС-0,5 имеют высокую чистоту, плотность.
Удельный расход электроэнергии при их получении находится в пределах 1800-2300 кВт·ч на тонну. Здесь перечислены только основные наиболее массовые и энергоемкие производства, тогда как перечень других процессов, осуществляемых в дуговых печах сопротивления, значительно шире и включает производство графита, сероуглерода и многих других веществ.
В РТП применяются электроды трех видов, угольные, диаметром до 12001400 мм, графитизированные диаметром до 800 мм и самоспекающиеся диаметром до 2000 мм или прямоугольные размером 3200×850 мм. Самоспекающиеся элект- роды представляют собой круглый или прямоугольный кожух из стали толщиной 1,5-5 мм, заполняемый сверху пастообразной электродной массой. При входе в печь под действием тока и теплоты печи электродная масса спекается и допускает плотность тока до 7,6 А/см2. По мере сгорания кожух электрода наращивается и заполняется массой, что обеспечивает непрерывную работу печи. Удельное электрическое сопротивление самоспекающихся электродов в 2-3 раза выше, чем у угольных, и в 5-10 раз выше, чем у графитизированных