Установки и печи электродугового нагрева

Изучение этого раздела следует начать с теории электрической дуги постоянного и переменного тока. Необходимо разобраться в физической сущности ионизации газов, условиях устойчивости дуги на постоянном и на переменном токе.

Установки и печи электродугового нагрева подразделяются на дуговые сталеплавильные печи (ДСП), руднотермическиепечи, печи электрошлакового переплава (ЭШП), вакуумные дуговые печи (ВДП), электронные плавильные печи и плазменные установки.

Современные ДСП выполняются на большой диапазон единичных мощностей: от нескольких сотен киловольтампер до 100 и более мегавольтампер. Выплавка стали в ДСП - обычно цикличный процесс, состоящий из следующих режимов:

- расплавление — характеризуется наиболее мощным электропотреблением ( всей электроэнергии) с низким , а также частыми толчками тока, связаннымис эксплуатационными короткими замыканиями и обрывом дуг;

- окисление — удаление фосфора и серы;

- восстановление — рафинирование и легирование стали;

- слив металла — печь отключена;

- заправка печи.

Повышение устойчивости дуги в период расплавления может достигаться применением электромагнитного перемешивания металла и автоматическим регулятором длины дуги,который воздействует на перемещение электродов.

Короткие замыкания в период расплавления являются нормальным эксплуатационным явлением, вызывающим колебания напряжения, повышенную асимметрию и увеличенное содержание высших гармонических.

Для ограничения этих явлений электрооборудование ДСП имеет ряд особенностей. Необходимо изучить требования, предъявляемые к главной электрической цепи ДСП, обратив особенное внимание на схемы электроснабжения, конструкцию печных трансформаторов, «короткой сети», выбор выключателей, реакторов и конденсаторов, а также на оценку допустимости колебаний напряжения.

Следует изучить мероприятия, снижающие влияние ДСП на качество напряжения в сети, а также мероприятия, проводимые для снижения удельных расходов электроэнергии. При этом определение оптимального режима производится с помощью построения электрических и рабочих характеристик для периода расплавления металла, как наиболее энергоемкого.

Современные руднотермические печи достигают мощности 100 в единице и до 800 — в цехе. Поскольку режим их работы более спокойный, то установка реакторов, ограничивающих эксплуатационные к.з., не требуется. Необходимо изучить схемы «коротких сетей» руднотермических печей «звезда на электродах», «треугольник на электродах» и «треугольник на трансформаторе».

Принцип работы установок продольной компенсации реактивной мощности на руднотермических печах представляет особый интерес. Последовательное включение конденсаторов снижает высокое индуктивное сопротивление «короткой сети», затрудняющее при больших токах (в десятки килоампер) подвод активной мощности к электродам. При таких токах непосредственное включение конденсаторов в «короткую сеть» приводит к необходимости установки слишком громоздкой батареи. Поэтому включение конденсаторов производится по различным схемам, использующим дополнительные трансформаторы, на стороне высшего напряжения которых подключаются конденсаторы.

Необходимо получить четкое представление о технико-экономических показателях и мероприятиях по снижению удельного расхода электроэнергии.

При изучении метода электрошлакового переплава надо усвоить области применения ЭШП, мероприятия по улучшению технико-экономических показателей и особенности электрооборудования печей ЭШП.

Вакуумные дуговые печи следует изучать, ознакомившись предварительно с особенностями дугового разряда в вакууме. При изучении надо обратить внимание на конструкцию, электрооборудование и энергетические показатели.

В устройствах, называемых электронными пушками, получают высококонцентрированные электронные пучки. Электронные плавильные печи используются для производства чистых тугоплавких металлов (молибдена, титана и др.), а также для выплавки жаропрочных сплавов и специальных сталей. Нагрев и плавление металла в электронно-лучевых печах происходит за счет энергии, выделяющейся при резком торможении свободных электронов, пучок которых направлен на металл. Разгон электронов происходит в сильном электрическом поле, созданном между катодом и анодом, а их концентрация в узкий пучок и направление на расплавляемый металл в кристаллизаторе осуществляется с помощью фокусирующих и отклоняющих устройств. Диаметр луча в зависи­мости от емкости печи достигает (1-100)мм, плотность энергии— (10³—10⁵) Вт/см², а установленные мощности — до нескольких мегаватт. Интенсивность нагрева должна обеспечивать быстрое плавление металла, но не испарять его. Недостатком электронно-лучевой плавки являются высокая стоимость и сложность оборудования.

Одним из перспективных способов выплавки высококачественных сталей является плавка в плазменных дуговых печах. Источником тепла в плазменно-дуговых печах является высокотемпературная плазма, которая представляет собой ионизированный газ, нагретый до высокой температуры.

Необходимо знать основные мероприятия по экономии энергии, предусматривающие:

- повышение массы садки и совершенствование подготовки шихты;

- снижение электрических и тепловых потерь печи;

- оптимизацию электрических и технологических режимовработы печи;

Следует изучить также основные мероприятия, обеспечивающие безопасную эксплуатацию дуговых электрических печей.

Вопросы длясамопроверки

1. По каким принципам производится классификация печей электродугового нагрева?

2. С помощью каких средств можно добиться устойчивого горениядуги на постоянном и на переменном токе?

3. Каковы особенности электропотребления ДСП?

4. Какие мероприятия должны предусматриваться для ограниченияколебаний напряжения, несимметрии, высших гармонических?

5. Какое электрооборудование применяется в цепи главноготока ДСП?

6. Что такое «короткая сеть»?

7. Чем характерно электропотребление руднотермическими печами?

8. Для чего применяется и как выполняется продольная компенсация?

9. Для чего строится круговая диаграмма дуговой печи?

10. В чем заключается принцип работы печей ЭШП?

11. Для каких целей используются вакуумные дуговые печи?

12. Как устроена электронная пушка? Назовите области применения.

13. За счет чего создается плазма в плазменных печах и установках?

14. Какие мероприятия технологического и электрического характерамогут привести к уменьшению удельных электрических расходов в печахдугового нагрева?