Elektrik ark ocaklarının elektrik donanımı

Ark ocağı cihazı

Ark ocaklarının temel amacı metalleri ve alaşımları eritmektir. Direkt ve indirekt ark ocakları vardır. Doğrudan ateşlemeli ark fırınlarında ark, elektrotlar ve erimiş metal arasında yanar. Dolaylı ark fırınlarında - iki elektrot arasında. En yaygın olanı, demir ve refrakter metalleri eritmek için kullanılan doğrudan ısıtmalı ark ocaklarıdır. Dolaylı ark fırınları, demir dışı metalleri ve bazen dökme demiri eritmek için kullanılır.

Ark ocağı, bir tonozla çevrelenmiş astarlı bir kabuktur, elektrotlar, kılavuzlara bağlı elektrot tutuculara takılan mahzendeki bir açıklıktan içeriye indirilir. Yükün erimesi ve metalin işlenmesi, yük ile elektrotlar arasında yanan elektrik arklarının ısısı nedeniyle gerçekleşir.

Arkı korumak için 120 ila 600 V'luk bir voltaj ve 10-15 kA'lık bir akım uygulanır. 12 ton kapasiteli ve 50.000 kVA kapasiteli fırınlar için daha düşük voltaj ve akım değerleri geçerlidir.

Ark ocağının tasarımı, metalin bir drenaj pompası aracılığıyla boşaltılmasını sağlar. Cüruf, kasada kesilmiş bir çalışma penceresinden pompalanır.

Elektrik ark ocağı: 1 — çelik gövde; 2 — refrakter kaplama; 3 — fırın çatısı; 4 — elektrotlar; 5 — elektrotları kaldırma mekanizması; 6 — gökkuşağı

Bir ark ocağında metal eritmenin teknolojik süreci

Ark ocağına yüklenen katı yükün işlenmesi ergitme aşamasından itibaren başlar, bu aşamada ark ocakta ateşlenir ve elektrotlar altındaki yükün erimesi başlar. Yük eridikçe, elektrot alçalarak ivme kuyuları oluşturur. Erime aşamasının karakteristik bir özelliği, bir elektrik arkının hoş olmayan yanmasıdır. Düşük ark stabilitesi, fırın içindeki düşük sıcaklıktan kaynaklanmaktadır.

Arkın bir şarjdan diğerine geçişi ve yükün iletken parçalarının çökmeleri ve hareketlerinden kaynaklanan operasyonel kısa devrelerden kaynaklanan çok sayıda ark kesintisi. Metal işlemenin diğer aşamaları sıvı haldedir ve arkların sessiz yanmasıyla karakterize edilir. Bununla birlikte, geniş bir operasyonel kontrol yelpazesi ve fırına güç girişinin sürdürülmesinde yüksek doğruluk gereklidir. Güç kontrolü, metalurjik reaksiyonun gerekli ilerlemesini sağlar.

Teknolojik sürecin dikkate alınan özellikleri ark ocağından şunları gerektirir:

1) İşletme kısa devrelerine ve ark kesintilerine hızlı yanıt verme, normal elektrik koşullarını hızla geri yükleme ve işletme kısa devre akımlarını kabul edilebilir sınırlara sınırlama yeteneği.

2) Fırın güç girişini kontrol etme esnekliği.

Ark fırınlarının elektrik donanımı

Bir ark ocağının kurulumu, fırının kendisine ve elektrikli veya hidrolik tahrikli mekanizmalarına ve ek elektrikli ekipmana ek olarak şunları içerir: bir fırın transformatörü, transformatörden ark fırınının elektrotlarına giden teller - sözde şebeke, fırın şalterli transformatörün yüksek gerilim tarafında dağıtım ünitesi (RU); güç regülatörü; panolar ve konsollar, kontrol ve sinyalizasyon; fırın çalışma modunu vb. kontrol etmek için programlama cihazı.

Ark ocağı kurulumları büyük elektrik tüketicileridir, birim kapasiteleri binlerce ve onbinlerce kilovat olarak ölçülür. Bir ton katı dolguyu eritmek için elektrik tüketimi 400-600 kWh-h'ye ulaşır. Bu nedenle, fırınlar 6, 10 ve 35 kV şebekelerden fırın düşürme transformatörleri aracılığıyla beslenir (trafoların ikincil hattının maksimum voltaj değerleri, küçük ve orta büyüklükteki fırınlar için genellikle 320 V'a kadar olan aralıktadır. kapasite ve büyük fırınlar için 510 V'a kadar) .

Bu bağlamda, fırın kurulumları, bir transformatör ve şalt sistemi ile özel bir fırın trafo merkezinin varlığı ile karakterize edilir. Yeni kurulumlarda, birleşik şemalara göre yapılmış komple dağıtım ünitelerinden (KRU) dolaplar kullanılmaktadır. Fırın trafo merkezleri, fırınların yakınına yerleştirilmiştir. 12 tona kadar kapasiteye sahip ark çelik fırınlarının kurulumuna yönelik pano ve kumanda panoları, atölyeden (çalışma platformundan) servis kumanda panoları ile fırın trafo merkezi içerisine yerleştirilir. Daha büyük fırınlar için, fırının çalışma pencerelerinin uygun bir şekilde görülebildiği ayrı kontrol odaları sağlanabilir.

Elektrik ark ocakları, binlerce ve on binlerce amper olarak ölçülen önemli akımları tüketir. Bu tür akımlar, elektrot besleme devrelerinin küçük aktif ve endüktif dirençlerinde bile büyük voltaj düşüşleri yaratır. Sonuç olarak, fırın trafosu özel bir fırın alt istasyonunda fırına yakın bir yere yerleştirilir. Fırın trafosu ile fırın elektrotlarını birbirine bağlayan, kısa ve karmaşık yapıya sahip devrelere kısa şebeke denir.

Bir ark ocağının kısa ağı, bir transformatör odasındaki bir bara, esnek bir kablo dizisi, tüp baralar, bir elektrot tutucu ve araba ile birlikte hareket eden bir elektrottan oluşur. 10 tona kadar kapasiteye sahip ark fırınlarında, fırın transformatörünün sekonder sargıları odanın çıkışında bir deltaya bağlandığında bir "elektrot yıldızı" şeması kullanılır. Reaktansını azaltmaya izin veren kısa bir ağın diğer şemaları, daha güçlü fırınlar için kullanılır.

Küçük fırınlarda 1–2 kW'da 380 V'ta derecelendirilen sincap kafesli asenkron motorlar, daha büyük fırınlarda 20–30 kW'a kadar, fırın mekanizmalarının elektrikli sürücülerinde yaygın olarak kullanılır. Hareketli elektrotlar için tahrik motorları - bir elektrik makinesi veya manyetik amplifikatörler ve ayrıca tristör dönüştürücüler tarafından sağlanan doğru akım. Bu sürücüler, bağımsız bir birimin - bir fırın güç regülatörünün parçasıdır.

20 tondan fazla kapasiteye sahip fırınlarda, üretkenliği artırmak ve çelik üreticilerinin işini kolaylaştırmak için, hareketli bir manyetik alan ilkesine dayalı olarak sıvı bir metal banyosunu karıştırmak için cihazlar sağlanmıştır.Manyetik olmayan malzemeden yapılmış fırının tabanının altına, akımları 90 ° faz dışı olan iki sargılı bir stator yerleştirilmiştir. Stator sargıları tarafından oluşturulan hareket alanı metal katmanları hareket ettirir. Bobinleri değiştirirken metalin hareket yönünü değiştirmek mümkündür. Karıştırma cihazının statorundaki akımın frekansı 0,3 ila 1,1 Hz'dir. Cihaz, bir elektrikli makinenin frekans dönüştürücüsünden güç alır.

Ark ocaklarının mekanizmalarına hizmet eden motorlar zor koşullarda (tozlu ortam, yüksek derecede ısıtılmış fırın yapılarının yakın konumu) çalışmakta, bu nedenle ısıya dayanıklı izolasyonlu (vinç-metalürjik seri) kapalı bir tasarıma sahiptirler.

Fırın trafo üniteleri

Ark ocağı kurulumlarında özel olarak tasarlanmış üç fazlı yağlı transformatörler kullanılır. Fırın trafosunun gücü, kapasiteden sonra ark ocağının en önemli ikinci parametresidir ve fırının performansını önemli ölçüde etkileyen metal eritme süresini belirler. 10 tona kadar olan fırınlarda 1-1,5 saat, 40 tona kadar olan fırınlarda ise 2,5 saate kadar.

Eritme sırasında ark ocağındaki voltaj oldukça geniş bir aralıkta değişmelidir. Eritmenin ilk aşamasında, hurda eritildiğinde, bu işlemi hızlandırmak için fırına maksimum güç verilmelidir. Ancak soğuk bir yük ile ark kararsızdır. Bu nedenle gücü artırmak için voltajı artırmak gerekir. Eritme aşamasının süresi toplam eritme süresinin %50'si veya daha fazlası iken elektriğin %60-80'i tüketilir.İkinci ve üçüncü aşamalarda - sıvı metalin oksidasyonu ve rafine edilmesi sırasında (zararlı safsızlıkların giderilmesi ve fazla karbonun yakılması), ark daha sessiz yanar, fırındaki sıcaklık yükselir ve arkın uzunluğu artar.

Fırın kaplamasının erken hasar görmesini önlemek için voltaj düşürülerek ark kısaltılır. Ayrıca farklı türde metallerin eritilebildiği fırınlarda da buna göre ergitme koşulları ve dolayısıyla gerekli voltajlar değişmektedir.

Ark fırınlarının voltajını düzenleme yeteneği sağlamak için, onları besleyen transformatörler, genellikle yüksek voltaj sargısı için kademelerin anahtarlanmasıyla (12 veya daha fazla adım) birkaç düşük voltaj kademesiyle yapılır. 10.000 kV-A'ya kadar kapasiteye sahip transformatörler bir açma cihazı ile donatılmıştır. Daha güçlü transformatörlerin bir yük anahtarı vardır. Küçük fırınlar için, iki ila dört aşamanın yanı sıra en basit voltaj düzenleme yöntemi kullanılır - yüksek voltaj (HV) sargısının deltadan yıldıza değiştirilmesi.

Stabil AC ark yanmasını sağlamak ve elektrot ile yük arasında anma elektrot akımının 2–3 katı kısa devre sırasında aşırı gerilimleri sınırlamak için, tesisatın toplam bağıl reaktansı %30–40 olmalıdır. Fırın trafolarının reaktansı %6-10, küçük fırınlar için kısa şebeke direnci %5-10'dur. Bu nedenle, 40 tona kadar kapasiteye sahip fırınlar için transformatörün YG tarafında, transformatör blok kitinde bulunan yaklaşık %15-25 dirençli bir yukarı akış reaktörü sağlanır. Reaktör, doymamış bir çekirdek boğucu olarak tasarlanmıştır.

Tüm ark ocaklı güç trafoları gaz korumalıdır. Fırın trafosunun ana koruması olan gaz koruması iki aşamada gerçekleştirilir: ilk aşama sinyali etkiler, ikincisi tesisatı kapatır.

Ark ocaklarının otomatik güç kontrolü. Normal ve yüksek performanslı çalışmayı sağlamak için ark fırınları, verilen elektrik ark gücünün sabitliğini koruyan otomatik güç regülatörleri (AR) ile donatılmıştır. Otomatik ark fırını güç regülatörünün çalışması, doğrudan ısıtma ark fırınlarında elektrotların yüke göre konumunun veya dolaylı ısıtma ark fırınlarında birbirine göre konumunun değiştirilmesine dayanır, yani. her iki durumda da ark fırınları uzunluk düzenlemesini kullanır. Sürüş cihazları çoğunlukla elektrik motorlarıdır.

Bir elektrik ark ocağının elektrik modlarının düzenlenmesi

Yapıları incelemek, elektrik modunu ayarlamanın olası yollarını göstermeyi sağlar:

1) Besleme geriliminin değiştirilmesi.

2) Ark direncinde değişiklik, yani. uzunluğunda değişir.

Modern tesislerde her iki yöntem de kullanılmaktadır. Modun kaba ayarı, hareket mekanizması kullanılarak, transformatörün sekonder voltajının aşamaları tam olarak değiştirilerek gerçekleştirilir. Elektrotları hareket ettirme mekanizmaları, otomatik güç regülatörleri (AWS) kullanılarak kontrol edilir.

Ark fırınlarının işyeri şunları sağlamalıdır:

1) Otomatik ark ateşlemesi

2) Ark kopmalarının ve operasyonel kısa devrelerin otomatik olarak giderilmesi.

3) Çalışma kısa devresinin ark kesintileri ortadan kaldırıldığında tepki hızı yaklaşık 3 saniyedir.

4) Düzenleme sürecinin periyodik olmayan doğası

5) Fırının giriş gücünü nominalin %20-125'i içinde sorunsuz bir şekilde değiştirebilme ve %5'lik bir doğrulukla koruyabilme.

6) Besleme gerilimi kaybolduğunda elektrotların durdurulması.

Kontrol işleminin aperiodik doğası, sıvı metali karbonlaştırabilecek ve erimeyi bozabilecek elektrotların alçaltılmasını ve ayrıca katı yük ile temas ettiklerinde elektrotların kırılmasını dışlamak için gereklidir. Bu gerekliliğe uygunluk, fırının acil veya operasyonel olarak kapatılması durumunda yukarıdaki modlara karşı koruma sağlar.

Elektrik tüketicileri olarak elektrik ark ocakları

Elektrik ark fırınları, güç sisteminin güçlü ve nahoş bir tüketicisidir. Düşük bir güç faktörü = 0,7 - 0,8 ile çalışır, ağdan tüketilen güç erime sırasında değişir ve elektrik modu, ark kırılmasına kadar sık ​​akım dalgalanmaları, operasyonel kısa devreler ile karakterize edilir. Arklar, diğer tüketiciler için istenmeyen ve güç şebekesinde ek kayıplara neden olan yüksek frekanslı harmonikler üretir.

Güç faktörünü artırmak için, ana güç trafo merkezinin baralarına kapasitörler bağlanabilir ve akım şoklarından beri fırın gruplarını besleyebilir. reaktif güç büyük sınırlar içinde dalgalanıyorsa, bu kapasitenin hızlı bir şekilde değiştirilebilmesini sağlamak gerekir. Bu tür bir düzenleme için yüksek voltaj kullanabilirsiniz. tristör anahtarlarıCM'yi 1'e yakın tutmak için devre tarafından kontrol edilir. Daha yüksek harmoniklerle mücadele etmek için, en yoğun harmoniklere ayarlanmış filtreler kullanılır.

110, 220 kV voltajlar için diğer tüketicilere bağlı bağımsız güç kaynağı için fırın trafo merkezlerinin dağıtımı yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durumda diğer tüketiciler için akım ve gerilim eğrilerinin bozulması kabul edilebilir sınırlar içinde tutulabilir.