Дуговые печи косвенного действия

Дуговая печь косвенного действия предназначена для переплава цветных металлов и их сплавов, а также для выплавки некоторых сортов чугуна и никеля. Ее основное преимущество – небольшой угар металла, так как электродуговой разряд не соприкасается непосредственно с переплавляемым материалом. Однофазная дуговая печь косвенного действия (рис. 4.3) представляет собой горизонтально расположенную ванну, футе-рованную изнутри огнеупором. В противоположных боковых стенках установлены графитированные электроды, перемещаемые по мере обгорания механизмами подачи. Переплавляемый материал загружают на дно ванны через отверстие в боковой поверхности корпуса. На электроды подается напряжение, затем они сводятся до соприкосновения и возникновения тока в цепи и затем разводятся, что приводит к возникновению электрической дуги. Вследствие поглощения выделяемой дугой энергии про-исходит нагрев и расплавление металла. После расплавления металла печь наклоняется механизмом наклона и из нее сливается расплав. Регулирование мощности печи производится путем изменения тока и длины дуги.

К электрооборудованию дуговых печей относятся: печной трансформатор, регулировочный реактор и электропривод механизма подачи электродов. Ток к электродам подводится гибкими кабелями от печного трансформатора. Регулирование расстояния между электродами осуществляют с помощью электропривода, управляемого персоналом дистанционно, или автоматическим регулятором режима. Дуговые печи косвенного действия производят емкостью 0,25 и 0,5 т. Они снабжены трансформаторами мощностью 175-250 кВА и 250-400 кВА.

Режим работы дуговой печи зависит от режима процесса плавки. При расплавлении металлического лома печь работает на максимальной мощности. При доводке жидкого металла до требуемого химического состава мощность печи сравнительно невелика.

Режим печи регулируется либо изменением напряжения на электродах, либо изменением длины дуги, т. е. силы тока. Для изменения подводимого к печи напряжения, трансформатор снабжается устройством регулирования напряжения, для чего на первичной обмотке предусматриваются одно основное и несколько дополнительных ответвлений (для малых печей предусматривают 2-4 ступени регулирования напряжения; для крупных печей – до 25 ступеней). Изменение длины дуги осуществляют опусканием или подниманием электродов с помощью автоматической системы. Печь подключают к трехфазной сети промышленной частоты напряжением 6-35 кВ. С целью уменьшения потерь электроэнергии печные трансформаторы устанавливают на минимальном расстоянии от печи.

В цепь высокого напряжения включают реактор (дроссель), который ограничивает силу тока при коротком замыкании электродов на металл.

 

Рис. 4.3. Схема дуговой печи косвенного действия

 

Электрооборудование ДСП

 

К основному электрооборудованию ДСП относят:

– печь с электродами и ванной;

– понизительный трансформатор;

– дроссели;

– короткую сеть;

– коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру.

Принципиальная электрическая схема показана на рис. 4.4. Первичная цепь печи состоит из последовательно соединенных проводов и аппаратов высокого напряжения, дросселя и первичной обмотки трансформатора. Вторичная цепь состоит из последовательно соединенных вторичной обмотки трансформатора, токопроводов короткой сети, соединяющих вторичные выводы трансформатора с электродами печи; электродов и элек-трических дуг.

Рис. 4.4. Принципиальная электрическая схема

электроснабжения и контроля ДСП

 

Электроснабжение трансформаторов печной подстанции производится от сети 6(10)-35 кВ, а для мощных подстанций – 110 кВ. Цепи измерения и защиты подключены к трансформаторам тока и напряжения.

Для поддержания оптимального 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 созданы автоматизированные системы управления ДСП. Печные трансформаторы для печей небольшой и средней мощности выполняют трехфазными. Для печей большой мощности применяются группы однофазных трансформаторов, которые позволяют получить повышенный коэффициент мощности за счет более рациональной конструкции короткой сети и независимого регулирования мощности и напряжения каждой фазы. Печные трансформаторы имеют следующие особенности:

– высокое значение номинального тока на стороне низкого напряжения (до десятков и сотен килоампер);

– большой коэффициент трансформации;

– число ступеней и диапазон регулирования напряжения гораздо больше, чем у силовых трансформаторов (напряжение регулируется примерно на 500 %);

– трансформаторы обладают высокой стойкостью против эксплуатационных коротких замыканий с кратностью тока имеют высокую механическую прочность.

Мощные печные трансформаторы имеют принудительное охлаждение с искусственной циркуляцией масла через теплообменник, снабжены устройствами регулирования под нагрузкой (РПН), производящими до 160 переключений в сутки.

Обмотки трехфазных трансформаторов соединяются по схеме «треугольник – треугольник» с возможностью переключения по схеме «треугольник – звезда», что позволяет переводить печь с линейного напряжения на фазное.

Регулирование напряжения на электродах печи и ее электрических характеристик осуществляется с помощью устройства переключения без возбуждения (ПБВ) или РПН. Переключение без возбуждения применяется на печных трансформаторах малой и средней мощности. В трансформаторах большой мощности переключение осуществляется под нагрузкой, для чего трансформатор снабжается автоматическим регулятором напряжения.

Дроссель, или реактор, служит для ограничения бросков тока при эксплуатационных коротких замыканиях и стабилизации горения дуг за счет создания падающей характеристики цепи питания. У работающих непрерывно дуговых печей режим работы дросселя прерывистый, условия его работы тяжелые, поэтому он должен удовлетворять повышенным требованиям термической и механической прочности. Дроссель включается между сетью и линейными зажимами обмотки высокого напряжения трансформатора или в «фазу» – последовательно с данной обмоткой. Чаще всего дроссель располагают в общем кожухе с печным трансформатором.

Короткой сетью называют токопровод от выводов вторичной стороны трансформаторов до электродов дуговой печи. Короткая сеть состоит из участков жестко закрепленных шинопроводов и гибких проводов, соединяющих концы шинопроводов с электродами. Токопроводы короткой сети пропускают очень большие токи (до 100 кА и выше), имеют большое сечение и выполнены в виде пакетов медных лент, медных шин или водо-охлаждаемых труб.

Несмотря на небольшую длину короткой сети, ее активное и особенно индуктивное сопротивления являются определяющей составляющей общего сопротивления участков печной установки. Они оказывают существенное влияние на энергетические показатели работы печи: мощность, коэффициент мощности, КПД и т. д.