Valokaariuunien sähkölaitteet

Valokaariuuni laite

Valokaariuunien päätarkoitus on sulattaa metalleja ja metalliseoksia. On suoria ja epäsuoria kaariuuneja. Suorapolttoisissa kaariuuneissa kaari palaa elektrodien ja sulan metallin välissä. Epäsuorassa kaariuunissa - kahden elektrodin välissä. Yleisimpiä ovat suoralämmitteiset kaariuunit, joita käytetään rautapitoisten ja tulenkestävien metallien sulattamiseen. Epäsuoraa kaariuuneja käytetään ei-rautametallien ja joskus valuraudan sulattamiseen.

Valokaariuuni on holvin ympäröimä vuorattu vaippa, jossa elektrodit lasketaan sisään holvissa olevan aukon kautta, joka kytkeytyy johtimiin kytkettyihin elektrodipitimiin. Varauksen sulaminen ja metallin prosessointi tapahtuu varauksen ja elektrodien välissä palavien sähkökaarien lämmön vaikutuksesta.

Kaaren ylläpitämiseksi käytetään 120-600 V jännitettä ja 10-15 kA virtaa. Alemmat jännitteiden ja virtojen arvot koskevat uuneja, joiden kapasiteetti on 12 tonnia ja teho 50 000 kVA.

Valokaariuunin rakenne tarjoaa metallin tyhjennyksen tyhjennyspumpun kautta. Kuona pumpataan koteloon leikatun työikkunan läpi.

Valokaariuuni: 1 — teräsrunko; 2 — tulenkestävä vuori; 3 — uunin katto; 4 — elektrodit; 5 — mekanismi elektrodien nostamiseksi; 6 - sateenkaari

Tekninen prosessi metallin sulattamiseksi kaariuunissa

Valokaariuuniin ladatun kiinteän varauksen käsittely alkaa sulatusvaiheesta, tässä vaiheessa kaari sytytetään uunissa ja alkaa varauksen sulaminen elektrodien alla. Kun varaus sulaa, elektrodi laskeutuu ja muodostaa kiihdytyskuoppia. Sulamisvaiheen ominaispiirre on sähkökaaren epämiellyttävä palaminen. Alhainen kaaren stabiilisuus johtuu uunin alhaisesta lämpötilasta.

Kaaren siirtyminen varauksesta toiseen sekä lukuisat kaaren keskeytykset toimintaoikosulkuista, jotka johtuvat varauksen johtavien kappaleiden romahtamisesta ja liikkeistä. Muut metallintyöstön vaiheet ovat nestemäisiä ja niille on ominaista valokaarien hiljainen palaminen. Kuitenkin tarvitaan laaja valikoima toiminnan ohjausta ja suurta tarkkuutta uunin tehonsyötön ylläpitämiseksi. Tehonsäätö varmistaa metallurgisen reaktion vaaditun edistymisen.

Teknologisen prosessin harkitut ominaisuudet vaativat kaariuunilta:

1) Kyky reagoida nopeasti toiminnan oikosulkuihin ja valokaaren katkoksiin, palauttaa nopeasti normaalit sähköolosuhteet ja rajoittaa käyttöoikosulkuvirrat hyväksyttäviin rajoihin.

2) Joustavuus ohjata uunin tehoa.

Valokaariuunien sähkölaitteet

Valokaariuunin asennus sisältää itse uunin ja sen sähkö- tai hydraulikäyttöisten mekanismien lisäksi sähkö- ja lisälaitteet: uunimuuntajan, johdot muuntajasta kaariuunin elektrodeihin — ns. verkko, jakeluyksikkö (RU) muuntajan korkeajännitepuolella uunikytkimillä; teho säädin; kojelaudat ja konsolit, ohjaus ja merkinanto; ohjelmointilaite uunin toimintatilan ohjaamiseen jne.

Valokaariuunilaitteistot ovat suuria sähkönkuluttajia, joiden yksikkökapasiteetit mitataan tuhansissa ja kymmenissä tuhansissa kilowatteissa. Kiinteän täytön tonnin sulatuksessa sähkönkulutus on 400-600 kWh-h. Siksi uuneja syötetään 6, 10 ja 35 kV verkoista uunin alaspäin muuntavien muuntajien kautta (muuntajien toisiojohdon maksimijännitearvot ovat yleensä välillä 320 V pienten ja keskisuurten uuneissa kapasiteetti ja jopa 510 V suurille uuneille).

Tässä suhteessa uuniasennuksille on ominaista erityinen uunin sähköasema, jossa on muuntaja ja kojeisto. Uusissa asennuksissa käytetään yhtenäisten suunnitelmien mukaan valmistettuja kokonaisten jakeluyksiköiden (KRU) kaappeja. Uunien sähköasemat sijaitsevat uunien välittömässä läheisyydessä. Paneelit ja ohjauspaneelit valokaariteräsuuneihin, joiden kapasiteetti on enintään 12 tonnia, sijoitetaan uunin ala-asemaan huoltopaneelien kanssa myymälästä (työtasolta). Isommille uuneille voidaan järjestää erilliset valvomot, joista on kätevä näkymä uunin työikkunoihin.

Valokaariuunit kuluttavat merkittäviä virtoja, mitattuna tuhansissa ja kymmenissä tuhansissa ampeereissa. Tällaiset virrat aiheuttavat suuria jännitehäviöitä jopa pienillä elektrodien syöttöpiirien aktiivisilla ja induktiivisilla vastuksilla. Tämän seurauksena uunin muuntaja sijoitetaan uunin välittömään läheisyyteen erityiseen uunin sähköasemaan. Uunin muuntajan ja uunin elektrodit yhdistäviä piirejä, joilla on lyhyt ja monimutkainen rakenne, kutsutaan lyhyeksi verkoksi.

Valokaariuunin lyhyt verkko koostuu muuntajakammiossa olevasta virtakiskosta, joustavasta kaapelinauhasta, putkikiskoista, elektrodipitimestä ja vaunun mukana liikkuvasta elektrodista. Valokaariuuneissa, joiden kapasiteetti on enintään 10 tonnia, käytetään "elektrodien tähti" -järjestelmää, kun uunin muuntajan toisiokäämit on kytketty kolmioon kammion lähtöön. Muita lyhyen verkon järjestelmiä, jotka mahdollistavat sen reaktanssin pienentämisen, käytetään tehokkaampiin uuneihin.

Uunimekanismien sähkökäytöissä käytetään yleisesti 380 V:n oikosulkumoottoreita, joiden teho on 1–2 kW pienissä uuneissa aina 20–30 kW:iin asti. Liikuvien elektrodien käyttömoottorit - sähkökoneen tai magneettisten vahvistimien sekä tyristorimuuntimien syöttämä tasavirta. Nämä käyttölaitteet ovat osa itsenäistä yksikköä — uunin tehon säädintä.

Yli 20 tonnin uuneissa tuottavuuden lisäämiseksi ja teräksenvalmistajien työn helpottamiseksi on laitteita nestemäisen metallikylvyn sekoittamiseksi liikkuvan magneettikentän periaatteella.Ei-magneettista materiaalia olevan uunin pohjan alle asetetaan kahdella käämityksellä varustettu staattori, jonka virrat ovat 90 ° epävaiheessa. Staattorikäämien luoma kulkukenttä ohjaa metallikerroksia. Keloja vaihdettaessa on mahdollista muuttaa metallin liikesuuntaa. Virran taajuus sekoituslaitteen staattorissa on 0,3 - 1,1 Hz. Laite saa virtansa sähkökoneen taajuusmuuttajasta.

Valokaariuunien mekanismeja palvelevat moottorit toimivat vaikeissa olosuhteissa (pölyinen ympäristö, erittäin kuumennettujen uunirakenteiden läheisyys), joten niissä on suljettu rakenne lämmönkestävällä eristeellä (nosturi-metallurginen sarja).

Uunin muuntajayksiköt

Valokaariuunien asennuksissa käytetään erityisesti suunniteltuja kolmivaiheisia öljyllä upotettuja muuntajia. Uunin muuntajan teho on kapasiteetin jälkeen kaariuunin toiseksi tärkein parametri ja määrittää metallin sulamisen keston, mikä vaikuttaa merkittävästi uunin suorituskykyyn Teräksen sulatuksen kokonaisaika kaariuunissa on ylöspäin 1-1,5 tuntiin uuneissa, joiden kapasiteetti on enintään 10 tonnia, ja jopa 2,5 tuntiin uuneissa, joiden kapasiteetti on enintään 40 tonnia.

Valokaariuunin jännitteen tulee sulatuksen aikana muuttua melko laajalla alueella. Sulatuksen ensimmäisessä vaiheessa, kun romu sulatetaan, uuniin on syötettävä maksimiteho tämän prosessin nopeuttamiseksi. Mutta kylmälatauksella kaari on epävakaa. Siksi tehon lisäämiseksi on tarpeen lisätä jännitettä. Sulamisvaiheen kesto on 50 % tai enemmän kokonaissulatusajasta, kun taas sähköstä kuluu 60-80 %.Toisessa ja kolmannessa vaiheessa - nestemäisen metallin hapetuksen ja jalostuksen aikana (haitallisten epäpuhtauksien poistaminen ja ylimääräisen hiilen polttaminen) kaari palaa hiljaisemmin, lämpötila uunissa on korkeampi ja kaaren pituus kasvaa.

Uunin vuorauksen ennenaikaisen vaurioitumisen välttämiseksi kaaria lyhennetään alentamalla jännitettä. Lisäksi uuneissa, joissa voidaan sulattaa erityyppisiä metalleja, sulamisolosuhteet muuttuvat vastaavasti ja siten tarvittavat jännitteet.

Valokaariuunien jännitteen säätelymahdollisuuden tarjoamiseksi niitä syöttävät muuntajat valmistetaan useilla pienjänniteasteikoilla, yleensä hanojen kytkennällä korkeajännitteen käämitystä varten (12 tai enemmän askelta). Muuntajat, joiden kapasiteetti on enintään 10 000 kV-A, on varustettu laukaisulaitteella. Tehokkaammissa muuntajissa on kuormakytkin. Pienissä uuneissa käytetään kahdesta neljään vaihetta sekä yksinkertaisinta jännitteensäätömenetelmää - suurjännitekäämin (HV) vaihtamista kolmiosta tähtiin.

Vakaa vaihtovirtakaaren palamisen varmistamiseksi ja ylijännitteiden rajoittamiseksi elektrodin ja varauksen välisen oikosulun aikana 2–3-kertaisella elektrodin nimellisvirralla tulee asennuksen suhteellinen kokonaisreaktanssi olla 30–40 %. Uunin muuntajien reaktanssi on 6-10 %, pienten uunien lyhyt verkkovastus on 5-10 %. Siksi muuntajan HV-puolella uuneihin, joiden kapasiteetti on enintään 40 tonnia, on ylävirran reaktori, jonka resistanssi on noin 15-25%, joka sisältyy muuntajalohkosarjaan. Reaktori on suunniteltu tyydyttymättömäksi ytimen kuristimeksi.

Kaikki kaariuunien tehomuuntajat on varustettu kaasusuojauksella. Kaasusuojaus uunin muuntajan pääsuojana suoritetaan kahdessa vaiheessa: ensimmäinen vaihe vaikuttaa signaaliin, toinen sammuttaa asennuksen.

Valokaariuunien automaattinen tehonsäätö. Normaalin ja tehokkaan toiminnan varmistamiseksi valokaariuunit on varustettu automaattisilla tehonsäätimillä (AR), jotka ylläpitävät sähkökaaren tietyn tehon vakioita. Automaattisen kaariuunin tehonsäätimen toiminta perustuu elektrodien asennon muuttamiseen suhteessa kuormaan - suoralämmityskaariuuneissa tai toistensa suhteen epäsuorassa kuumennuskaariuunissa, ts. molemmissa tapauksissa kaariuunit käyttävät pituuden säätöä. Käyttölaitteet ovat useimmiten sähkömoottoreita.

Valokaariuunin sähkötilojen säätö

Rakenteiden tarkastelu mahdollistaa sen sähköisen tilan säätämisen mahdolliset tavat:

1) Syöttöjännitteen muuttaminen.

2) Valokaarivastuksen muutos eli. muuttaa sen pituutta.

Molempia menetelmiä käytetään nykyaikaisissa asennuksissa. Tilan karkea säätö suoritetaan vaihtamalla muuntajan toisiojännitteen vaiheita tarkasti - käyttämällä liikemekanismia. Elektrodien siirtomekanismeja ohjataan automaattisilla tehonsäätimillä (AWS).

Valokaariuunien työpaikalla on oltava:

1) Automaattinen valokaaren sytytys

2) Valokaarikatkojen ja käyttöoikosulkujen automaattinen poisto.

3) Vastausnopeus on noin 3 sekuntia, kun käyttöoikosulun katkosuojat on eliminoitu

4) Sääntelyprosessin ajoittainen luonne

5) Kyky muuttaa sulavasti uunin syöttötehoa, 20-125% sisällä nimellisarvosta ja ylläpitää sitä 5% tarkkuudella.

6) Elektrodien pysäyttäminen, kun syöttöjännite katoaa.

Ohjausprosessin ajoittainen luonne on välttämätön nestemäisen metallin elektrodien alenemisen poissulkemiseksi, mikä voi hiiltyä ja pilata sulamisen, sekä sulkea pois elektrodien rikkoutuminen, kun ne joutuvat kosketuksiin kiinteän varauksen kanssa. Tämän vaatimuksen noudattaminen tarjoaa suojan edellä mainittuja tiloja vastaan ​​uunin hätä- tai käyttöpysäytyksen yhteydessä.

Valokaariuunit sähkön kuluttajina

Valokaariuunit ovat voimakas ja epämiellyttävä sähköjärjestelmän kuluttaja. Se toimii pienellä tehokertoimella = 0,7 - 0,8, verkosta kulutettu teho vaihtelee sulamisen aikana ja sähkötilalle on ominaista toistuva virtapiikkejä, kaaren katkeamiseen asti, käyttöoikosulkuja. Kaaret synnyttävät korkeataajuisia yliaaltoja, jotka eivät ole toivottuja muille kuluttajille ja aiheuttavat lisähäviöitä sähköverkkoon.

Tehokertoimen lisäämiseksi kondensaattoreita voidaan kytkeä päävirta-aseman virtakiskoihin, jotka syöttävät uuniryhmiä, koska virtaiskuilla loisteho vaihtelee suurissa rajoissa, on tarpeen varmistaa mahdollisuus muuttaa tätä kapasiteettia nopeasti. Tällaiseen säätelyyn voit käyttää korkeajännitettä tyristorikytkimetpiirin ohjaama pitääkseen CM:n lähellä 1:tä. Korkeampien harmonisten estämiseksi käytetään suodattimia, jotka on viritetty voimakkaimpiin harmonisiin.

Muihin kuluttajiin 110, 220 kV jännitteillä kytkettyjen uunin sähköasemien jakelua käytetään laajasti. Tällöin muiden kuluttajien virta- ja jännitekäyrien vääristymät voidaan pitää hyväksyttävissä rajoissa.