Elektrische uitrusting van vlamboogovens

Arc oven apparaat

Het belangrijkste doel van boogovens is het smelten van metalen en legeringen. Er zijn directe en indirecte boogovens. In direct vurende boogovens brandt de boog tussen de elektroden en het gesmolten metaal. In indirecte boogovens - tussen twee elektroden. De meest voorkomende zijn de direct verwarmde boogovens die worden gebruikt voor het smelten van ferro- en vuurvaste metalen. Indirecte boogovens worden gebruikt om non-ferrometalen en soms gietijzer te smelten.

De boogoven is een beklede schaal omsloten door een gewelf, de elektroden worden naar binnen neergelaten door een opening in het gewelf die aangrijpt in elektrodehouders die zijn verbonden met de geleiders. Het smelten van de lading en de verwerking van metaal vindt plaats door de hitte van elektrische bogen die branden tussen de lading en de elektroden.

Een spanning van 120 tot 600 V en een stroom van 10-15 kA worden toegepast om de boog in stand te houden. Voor ovens met een vermogen van 12 ton en een vermogen van 50.000 kVA gelden lagere waarden van spanningen en stromen.

Het ontwerp van de boogoven zorgt voor de afvoer van metaal via een afvoerpomp. De slak wordt door een in de mantel uitgesneden werkvenster gepompt.

Vlamboogoven: 1 — stalen behuizing; 2 — vuurvaste voering; 3 — ovendak; 4 — elektroden; 5 — mechanisme voor het optillen van de elektroden; 6 — regenboog

Technologisch proces van het smelten van metaal in een vlamboogoven

De verwerking van de vaste lading geladen in de boogoven begint vanaf het smeltstadium, in dit stadium wordt de boog ontstoken in de oven en begint het smelten van de lading onder de elektroden. Terwijl de lading smelt, daalt de elektrode en vormt zo versnellingsputten. Een kenmerkend kenmerk van de smeltfase is de onaangename verbranding van een elektrische boog. De lage boogstabiliteit is te danken aan de lage temperatuur in de oven.

De overgang van de boog van de ene lading naar de andere, evenals talrijke onderbrekingen van de boog door operationele kortsluitingen, die worden veroorzaakt door instortingen en bewegingen van geleidende delen van de lading. Andere stadia van metaalbewerking zijn in vloeibare toestand en worden gekenmerkt door stille verbranding van bogen. Er is echter een breed scala aan operationele controle en een hoge nauwkeurigheid van het handhaven van de vermogenstoevoer naar de oven vereist. Vermogensregeling zorgt voor de vereiste voortgang van de metallurgische reactie.

De overwogen kenmerken van het technologische proces vereisen van de vlamboogoven:

1) Mogelijkheid om snel te reageren op operationele kortsluitingen en boogonderbrekingen, snel normale elektrische omstandigheden te herstellen en operationele kortsluitstromen tot aanvaardbare limieten te beperken.

2) Flexibiliteit om het opgenomen vermogen van de oven te regelen.

Elektrische uitrusting van boogovens

De installatie van een boogoven omvat, naast de oven zelf en zijn mechanismen met elektrische of hydraulische aandrijving, en aanvullende elektrische apparatuur: een oventransformator, draden van de transformator naar de elektroden van de boogoven - de zogenaamde netwerk, distributie-eenheid (RU) aan de hoogspanningszijde van de transformator met ovenschakelaars; vermogensregelaar; dashboards en consoles, bediening en signalering; programmeerapparaat voor het regelen van de werkingsmodus van de oven, enz.

Vlambooginstallaties zijn grootverbruikers van elektriciteit, hun capaciteit per eenheid wordt gemeten in duizenden en tienduizenden kilowatts. Het elektriciteitsverbruik voor het smelten van een ton vaste vulling bereikt 400-600 kWh-h. Daarom worden de ovens gevoed vanuit 6, 10 en 35 kV-netwerken via step-down transformatoren van de oven (de maximale spanningswaarden van de secundaire lijn van de transformatoren liggen meestal in het bereik van maximaal 320 V voor ovens van kleine en middelgrote capaciteit en tot 510 V voor grote ovens).

In dit opzicht worden oveninstallaties gekenmerkt door de aanwezigheid van een speciaal ovenstation met een transformator en schakelapparatuur. In de nieuwe installaties worden kasten gebruikt van complete distributie-eenheden (KRU) gemaakt volgens uniforme schema's. Ovenonderstations bevinden zich in de nabijheid van de ovens. Panelen en bedieningspanelen voor de installatie van boogstaalovens met een capaciteit tot 12 ton worden in het ovenonderstation geplaatst met de servicebedieningspanelen vanuit de winkel (vanaf het werkplatform). Voor grotere ovens kunnen aparte controlekamers worden voorzien met een goed zicht op de werkvensters van de oven.

Vlamboogovens verbruiken aanzienlijke stromen, gemeten in duizenden en tienduizenden ampère. Dergelijke stromen veroorzaken grote spanningsvallen, zelfs bij kleine actieve en inductieve weerstanden van de elektrodevoedingscircuits. Als gevolg hiervan wordt de oventransformator dicht bij de oven geplaatst in een speciaal ovenstation. De circuits die de oventransformator en de ovenelektroden verbinden en een korte lengte en complexe structuur hebben, worden kort netwerk genoemd.

Het korte netwerk van een vlamboogoven bestaat uit een rail in een transformatorkamer, een flexibele kabelstreng, buisrails, een elektrodehouder en een elektrode die met de wagen meebeweegt. In boogovens met een capaciteit van maximaal 10 ton wordt een "ster van elektroden" -schema gebruikt, wanneer de secundaire wikkelingen van de oventransformator in een delta zijn verbonden aan de uitgang van de kamer. Andere schema's van een kort netwerk, waardoor de reactantie kan worden verminderd, worden gebruikt voor krachtigere ovens.

Inductiemotoren met kooiankers met een nominaal vermogen van 380 V bij 1–2 kW in kleine ovens tot 20–30 kW in grotere ovens worden vaak gebruikt in elektrische aandrijvingen van ovenmechanismen. Motoren van aandrijvingen voor bewegende elektroden - gelijkstroom geleverd door een elektrische machine of magnetische versterkers, evenals door thyristoromvormers. Deze aandrijvingen maken deel uit van een onafhankelijke eenheid: een vermogensregelaar voor de oven.

In ovens met een capaciteit van meer dan 20 ton zijn, om de productiviteit te verhogen en het werk van staalproducenten te vergemakkelijken, apparaten voorzien voor het mengen van een vloeistofbad van metaal op basis van het principe van een reizend magnetisch veld.Een stator met twee wikkelingen wordt onder de bodem van de oven van niet-magnetisch materiaal geplaatst, waarvan de stromen 90 ° uit fase zijn. Het bewegende veld gecreëerd door de statorwikkelingen drijft de metaallagen aan. Bij het verwisselen van de spoelen is het mogelijk om de bewegingsrichting van het metaal te veranderen. De frequentie van de stroom in de stator van het roerapparaat is van 0,3 tot 1,1 Hz. Het apparaat wordt aangedreven door een frequentieomvormer van een elektrische machine.

Motoren die de mechanismen van boogovens bedienen, werken in moeilijke omstandigheden (stoffige omgeving, nabije locatie van sterk verwarmde ovenconstructies), daarom hebben ze een gesloten ontwerp met hittebestendige isolatie (kraan-metallurgische serie).

Transformatoreenheden voor ovens

Vlambooginstallaties maken gebruik van speciaal ontworpen driefasige olie-ondergedompelde transformatoren. Het vermogen van de oventransformator is, na de capaciteit, de op een na belangrijkste parameter van de boogoven en bepaalt de duur van het smelten van metaal, wat de prestaties van de oven aanzienlijk beïnvloedt.De totale tijd voor het smelten van staal in een boogoven is op tot 1-1,5 uur voor ovens met een capaciteit tot 10 ton en tot 2,5 uur voor ovens met een capaciteit tot 40 ton.

De spanning op de boogoven tijdens het smelten moet over een vrij groot bereik veranderen. In de eerste fase van het smelten, wanneer het schroot gesmolten is, moet maximaal vermogen in de oven worden gebracht om dit proces te versnellen. Maar met een koude lading is de boog onstabiel. Om het vermogen te vergroten, is het daarom noodzakelijk om de spanning te verhogen. De duur van de smeltfase is 50% of meer van de totale smelttijd, terwijl 60-80% van de elektriciteit wordt verbruikt.In de tweede en derde fase - tijdens oxidatie en raffinage van vloeibaar metaal (verwijdering van schadelijke onzuiverheden en verbranding van overtollige koolstof), brandt de boog stiller, is de temperatuur in de oven hoger en neemt de lengte van de boog toe.

Om voortijdige schade aan de ovenbekleding te voorkomen, wordt de boog verkort door de spanning te verlagen. Bovendien veranderen voor ovens waarin verschillende soorten metaal kunnen worden gesmolten, de smeltomstandigheden dienovereenkomstig, en daarmee de vereiste spanningen.

Om de spanning van boogovens te kunnen regelen, zijn de transformatoren die ze voeden gemaakt met verschillende stadia van laagspanning, meestal met het schakelen van de kranen voor het opwikkelen van hoogspanning (12 of meer stappen). Transformatoren met een vermogen tot 10.000 kV-A zijn voorzien van een uitschakelinrichting. Krachtiger transformatoren hebben een lastschakelaar. Voor kleine ovens worden twee tot vier fasen gebruikt, evenals de eenvoudigste methode voor spanningsregeling - het schakelen van de hoogspanningswikkeling (HV) van delta naar ster.

Om een ​​stabiele AC-boogverbranding te garanderen en overspanningen te beperken tijdens kortsluiting tussen de elektrode en de lading met 2-3 keer de nominale elektrodestroom, moet de totale relatieve reactantie van de installatie 30-40% zijn. Reactantie van oventransformatoren is 6-10%, korte netwerkweerstand voor kleine ovens is 5-10%. Daarom is aan de HV-zijde van de transformator voor ovens met een capaciteit tot 40 ton een stroomopwaartse reactor met een weerstand van ongeveer 15-25% voorzien, die is opgenomen in de transformatorblokkit. De reactor is ontworpen als een onverzadigde kernsmoorspoel.

Alle vermogenstransformatoren voor vlamboogovens zijn voorzien van gasbeveiliging. Gasbescherming, als de belangrijkste bescherming van de oventransformator, wordt in twee fasen uitgevoerd: de eerste fase beïnvloedt het signaal, de tweede schakelt de installatie uit.

Automatische vermogensregeling van boogovens. Om een ​​normale en krachtige werking te garanderen, zijn boogovens uitgerust met automatische vermogensregelaars (AR), die de constantheid van het gegeven vermogen van de elektrische boog handhaven. De werking van de automatische vermogensregelaar van de vlamboogoven is gebaseerd op het veranderen van de positie van de elektroden ten opzichte van de belasting - in boogovens met directe verwarming of ten opzichte van elkaar in boogovens met indirecte verwarming, d.w.z. in beide gevallen gebruiken boogovens lengteregeling. De aandrijvende apparaten zijn meestal elektromotoren.

Regulering van de elektrische modi van een vlamboogoven

Door de structuren te onderzoeken, kunnen de mogelijke manieren worden getoond om de elektrische modus aan te passen:

1) Wijzigen van de voedingsspanning.

2) Verandering in boogweerstand, dwz. verandering in de lengte.

Beide methoden worden gebruikt in moderne installaties. Ruwe aanpassing van de modus wordt uitgevoerd door de fasen van de secundaire spanning van de transformator nauwkeurig te schakelen - met behulp van het bewegingsmechanisme. De mechanismen voor het verplaatsen van de elektroden worden bestuurd met behulp van automatische vermogensregelaars (AWS).

De werkplek van boogovens moet voorzien in:

1) Automatische boogontsteking

2) Automatische verwijdering van boogonderbrekingen en bedrijfskortsluitingen.

3) De reactiesnelheid is ongeveer 3 seconden wanneer de boogonderbrekingen van de operationele kortsluiting zijn geëlimineerd

4) De aperiodieke aard van het reguleringsproces

5) Mogelijkheid om het ingangsvermogen van de oven soepel te veranderen, binnen 20-125% van de nominale waarde en het te behouden met een nauwkeurigheid van 5%.

6) Het stoppen van de elektroden wanneer de voedingsspanning wegvalt.

De aperiodieke aard van het controleproces is nodig om het neerlaten van de elektroden van het vloeibare metaal uit te sluiten, waardoor het kan verkolen en het smelten kan bederven, en om het breken van de elektroden uit te sluiten wanneer ze in contact komen met de vaste lading. Naleving van deze vereiste biedt bescherming tegen de bovenstaande modi in geval van nood of operationele uitschakeling van de oven.

Vlamboogovens als verbruikers van elektriciteit

Vlamboogovens zijn een krachtige en onaangename verbruiker van het stroomsysteem. Het werkt met een lage vermogensfactor = 0,7 - 0,8, het stroomverbruik van het netwerk varieert tijdens het smelten en de elektrische modus wordt gekenmerkt door frequente stroompieken, tot boogbreuk, operationele kortsluitingen. Vlambogen genereren hoogfrequente harmonischen die ongewenst zijn voor andere verbruikers en zorgen voor extra verliezen in het stroomnet.

Om de arbeidsfactor te verhogen, kunnen condensatoren worden aangesloten op de rails van het hoofdstroomonderstation, waardoor de groepen ovens worden gevoed, aangezien bij stroomschokken reactief vermogen fluctueert binnen grote grenzen, moet ervoor worden gezorgd dat deze capaciteit snel kan worden gewijzigd. Voor een dergelijke regeling kunt u hoogspanning gebruiken thyristor schakelaarsgecontroleerd door het circuit om CM dicht bij 1 te houden. Om hogere harmonischen te bestrijden, worden filters gebruikt die zijn afgestemd op de meest intense harmonischen.

De distributie van ovenstations voor onafhankelijke voeding aangesloten op andere consumenten voor spanningen van 110, 220 kV wordt veel gebruikt. In dit geval kan de vervorming van de stroom- en spanningscurven voor andere verbruikers binnen acceptabele grenzen worden gehouden.