Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Механическое оборудование печей



Опора печи и механизмы ее наклона

Для опоры корпуса печи на фундамент и для наклона печи при сливе металла служит люлька. Она (рис. 126, 3) выпол­нена в виде горизонтальной сварной коробчатой плиты с двумя опорными сегментами За. Механизм наклона может быть с гидравлическим (рис. 126, а) или электромеханическим (рис. 126, б) приводами. В первом случае подаваемая в гидроцилиндры 1 под давлением жидкость вызывает выдвиже­ние или опускание штоков 2, во втором- электродвигатели 6 с редукторами 4 обеспечивают продольное перемещение зубчатых реек 5. При перемещении штоков или реек опорные сегменты люльки перекатываются по горизонтальным фунда­ментным балкам опорных станин 7 печи, что вызывает кача­ние люльки и наклон печи.

Разновидности печей в зависимости от способа открывания для загрузки

Рис. 126. Люлька и механизмы наклона печи с гидравлическим (в) и электро­механическим (б) приводом

Шихту в современные электродуговые печи загружают сверху с помощью корзин с открывающимся днищем (см. рис. 136,5).


В зависимости от способа открывания для загрузки свер­ху различаются печи с: а) поворотным сводом; б) выкатным корпусом; в) откатывающимся сводом. Эти печи отличаются компоновкой и устройством механического оборудования.

Печи с поворотным сводом бывают двух типов: с опорой механизма отворота свода на люльку и на отдельный фунда­мент. У современных печей первой разновидности (рис.127, а) свод 3 подвешен к полупорталу 2, который вместе с электродами 5 и системой их перемещения закреплен на по­воротном валу 8, опирающемся на люльку. Для загрузки ших­ты свод поднимают на 150-300 мм, подтягивая к полупорта­лу, а электроды поднимают из рабочего пространства. Затем вращением вала 8 отворачивают свод с электродами на угол 85°, открывая тем самым рабочее пространство. Наклон печи в сторону сливного желоба 11 и рабочего окна 4 обеспечи­вают качанием люльки. Печь с опорой механизма отворота свода на отдельный фундамент показана на рис. 129.

У печи с выкатным корпусом (рис. 127, б) портал 6 жестко закреплен на люльке 9, к порталу подвешен свод 3 и на портале крепятся электроды 5 с системой их перемеще­ния. Кожух 1 печи установлен на тележке 12, которая с по-

2~ J
 
Т О"

 

to.


7Ш77777777Г/. в

б

Рис. 127. Схемы устройства электропечей, загружаемых сверху

Ж


 




мошью ходовых колес 7 может передвигаться по рельсам, уложенным на люльке. Перед загрузкой свод поднимают, электроды выводят из рабочего пространства, после чего кожух выкатывают из-под портала в сторону рабочего окна 4. Люлька обеспечивает наклон печи вместе с порталом.

Распространена и другая разновидность печей с выкатным корпусом. В них портал со сводом и электродами опирается на два отдельных опорных сегмента. Кожух печи закреплен на люльке и выкатывается из-под портала вместе с люлькой. При наклоне печи люльку замковым устройством жестко сое­диняют с опорными сегментами портала, сегменты люльки и портала имеют одинаковый радиус кривизны, чем обеспечи­вается совместный синхронный наклон кожуха и портала.

В печи с откатывающимся сводом (рис. 127, в) портал 6 и кожух 1 опираются на общую люльку 9, причем портал установлен на ходовых колесах 7, и может перемещаться по рельсам, уложенным на люльке; к порталу крепится свод 3 с электродами. Перед загрузкой свод с электродами 5 подни­мают и портал откатывается, съезжая с люльки в сторону желоба 11 или рабочего окна 4. Качанием люльки обеспечи­вают наклон печи вместе с порталом; портал при наклоне жестко скрепляют с люлькой специальными упорами.

В настоящее время печи с выкатным корпусом и откаты­вающимся сводом считаются устаревшими. В последние годы строятся более совершенные печи с поворотным сводом. Мно­гие печи вместимостью выше 25 т (кроме высокомощных пе­чей) оборудуются механизмами поворота кожуха вокруг вер­тикальной оси и устройствами для электромагнитного пере­мешивания металла.

Механизмы подъема—поворота свода

Как отмечалось, печи с отворачиваемым сводом бывают двух разновидностей: с опорой механизма отворота свода с электродами либо на люльку, либо на отдельный фундамент.

Печи с опорой механизма отворота свода на люльку. Большая часть строившихся в последние десятилетия оте­чественных печей этого типа схожи с устройством 100-т пе­чи, схематически показанной на рис. 128. Корпус печи (на рис. не показан) опирается на люльку 8 через четыре опор­ных тумбы 9. Свод 12 подвешен к полупорталу, состоящему из двух Г-образных стоек 14, с помощью цепей 11, переки-


Рис. 128. Механическое оборудование печи с опорой механизмов подъема—пово-1>ота свода на люльку:

/ - поворотная плита; 2 — электродвигатель с редуктором; 3 — конический |у6чатый сектор; 4 — вал; 5 — подпятник; б — верхний опорный роликовый под­шипник; 7 — привод (электродвигатель и червячный редуктор с тяговым вин­том); 8 — люлька; 9 — опорные тумбы; 10 — механизм вращения; 11 — цепи; /.' - свод; 13 — ролики; 14 — Г-образные стойки; 15 — синхронизирующий вал; /ft ролики опорных тумб; 17 — кольцевой рельс; 18 — ролики, предотвращаю­щие боковое смещение корпуса; 19 — корпус печи

путых через ролики 13. Концы цепей соединены с приводом 7 (электродвигатель и червячный редуктор с тяговым винтом), который перемещает цепи, обеспечивая подъем и опускание свода. Два привода 7 соединены синхронизирующим валом 15. Полупортал закреплен на литой стальной поворотной пли­те 1, которая одним концом насажена на поворотный вал 4 диаметром 750 мм. Вал закреплен в люльке, опираясь на подпятник 5 и верхний 6 и нижний роликовые подшипники. Нращение вала осуществляет электродвигатель с редуктором 2 через коническую шестерню, входящую в зацепление с коническим зубчатым сектором 3, закрепленным на валу 4. Ма поворотной плите 1 между Г-образными стойками закреп­лены три стойки механизма перемещения электродов (на рис. 128 не показаны).


При открывании печи для загрузки включают привод 7, приподнимая свод на 150-300 мм, и поднимают электроды, выводя их из рабочего пространства. Далее включают привод 2, поворачивая вал 4 на угол в 80°; вместе с валом вокруг его оси поворачивается плита 1 и закрепленные на ней пор­тал, свод и электроды, открывая рабочее пространство сверху.

Печь снабжена механизмом вращения ванны. Он предназна­чен для поворота печи вокруг вертикальной оси на 40° в одну и другую сторону относительно нормального положения. Это позволяет во время плавления при трех, положениях ко­жуха проплавлять в шихте девять "колодцев", что сокращает время расплавления шихты. Возможность вращения обеспечи­вается благодаря тому, что корпус 19 печи посредством прикрепленного к нему кольцевого рельса 17 опирается на ролики 16 опорных тумб 9. Один или два механизма вращения 10 установлены на люльке; каждый из них состоит из элект­родвигателя с редуктором, выходной вал которого входят в зацепление с закрепленным на корпусе печи зубчатым секто­ром, благодаря чему вращение вала вызывает поворот корпу­са. При включении механизма 10 и вращении корпуса кольце­вой рельс 17 катится по роликам 16, а ролики 18 предот­вращают боковое смещение корпуса. На высокомощных печах в таком механизме нет необходимости, поскольку в процессе расплавления вокруг трех электродов образуется, общая пла­вильная зона или колодец (см. рис. 137), а не три отдель­ных проплавляемых колодца, характерных для Невысокомощных печей.

Печи с опорой механизма отворота свода на отдельный фундамент эксплуатируются уже много лет. Имеется несколь­ко их разновидностей. Современных вариант устройства рас­смотрим (рис. 129) на примере отечественной высокомощной печи (ДСП-100И6). Корпус печи жестко закреплен на люльке 1. Он включает нижнюю часть 2 (опору ванны) из стального листа и стеновой каркас 3 из труб со стеновыми панелями 4 и рабочим окном 5. Водоохлаждаемый свод 6 с помощью четы­рех гибких тяг 7 подвешен к двум консолям 8, которые объединены в общую жесткую конструкцию с порталом 13 и шахтой 18. В нижнем положении Портал опирается на люльку через закрепленные на ней две тумбы 14, а свод 6 — на корпус печи. В шахте 18 размещены три гидроцилиндра, ко-


А гг

Рис. 129. Печь с опорой механизма подъема—поворота свода на отдельный фун­дамент:

/ — люлька; 2 — кожух печи (нижняя часть); 3 — стеновой каркас; 4 — стено-ные панели; 5 — рабочее окно; 6 — водоохлаждаемый свод; 7 — гибкие тяги; Н - консоли; 9 — хомут; 10 — пружинно-гидравлический механизм; 11 а,б,в — короткая сеть; 12 — телескопические стойки электрододержателей; 13 — пор­тал; 14 — тумбы; 15 — направляющие колонны; 16 — конический хвостовик ка­ретки; 17 — каретка; 18 — шахта; 19 — ролики; 20 — поворотная платформа; 71 — опорный вал; 22\ — дугообразные рельсы; 23 — опорные ролики; 24, 25 — идроцилиндры; 26 — выступ


торые перемешают телескопические стойки 12 электрододер-жателей. Электроды в электрододержателе зажимают с по­мощью хомута 9 и пружинно-гидравлического механизма 10; ток от гибких кабелей к электрододержателям подводят водоохлаждаемыми медными трубами 11 а.

Механизм отворота свода с электродами расположен на отдельном фундаменте и включает поворотную платформу 20 с закрепленными на ней двумя направляюшиими колоннами 15 и перемещаемую по ним вверх-вниз с помощью системы роликов 19 каретку 17. При открывании рабочего пространства печи вначале из него выводят электроды путем подъема стоек 12. Одновременно с помощью двух гидроцилиндров 25 перемещают каретку 17 вверх; при этом конический хвостовик 16 карет­ки входит в соответствующее отверстие портала, а выступ 26 прилегает к шахте. Движущаяся вверх каретка поднимает портал, консоли и шахту и закрепленные на них свод и электроды. После подъема свода на 200—300 мм каретку 17 останавливают и с помощью гидроцилиндра 24 начинают пово­рот платформы 20 вокруг опорного вала 21; опорные ролики 23 платформы при этом движутся по дугообразным рельсам 22. Вместе с платформой вокруг оси 21 поворачиваеется все приподнятое кареткой оборудование, включая свод и элект­роды; поворот ведут до полного открывания рабочего прост­ранства печи.

Эта печь, как и все новые высокомощные, имеет гидрав­лические приводы основных печных механизмов, являющися более быстродействующими, чем электромеханические.

5. Электроды и механизмы для их зажима и перемещения

Ток в плавильное пространство дуговой электропечи посту­пает по электродам. Выдерживать высокие температуры и сохранять в то же время достаточную прочность и хорошую электропроводность могут только изделия из углерода. При­меняемые в электросталеплавильном производстве так на­зываемые графитированные электроды изготовляют из мало­зольных углеродистых материалов: нефтяного или пекового кокса с добавкой связующего — каменноугольного пека. Раз­молотый кокс после прокаливания при ~ 1300 °С смешивают с расплавленным пеком в обогреваемых (до 150 °С) смесите­лях. Далее смесь прессуют в заготовки и обжигают их в га-


зовых печах при 1300 °С, а затем в электрических печах при температурах 2500—2700 °С, достигаемых за счет про­пускания через них тока силой 60—120 кА.

Обожженные заготовки подвергают механической обработ­ке, придавая им форму цилиндра.

Удельное электросопротивление графитированных электро­дов равно 8—13 мкОм ■ м; в соответстии с ГОСТ допустимая плотность тока для электродов диаметром от 100 до 610 мм находится в пределах от 35 до 12—14 А/см2, уменьшаясь с ростом диаметра электрода. Для высокомощных печей в по­следнее время организовано производство графитированных электродов с особо низким удельным электросопротивлением, допускающим в электродах диаметром 500-600 мм плотность тока до 25—30 А/см2 (вместо 12—14 А/см2 для обычных).

Диаметр электродов, см, рассчитывают по допустимой плотности тока (»доп, А/см2):

D = V4l/(niaon),

где / — сила тока в электроде, А.

Электроды изготавливают в виде цилиндрических секций диаметром от 100 до 610 мм и длиной до 1500 мм. Работаю­щий на печи электрод получают соединением нескольких сек­ций. Для этого в каждом торце секций имеется гнездо с винтовой нарезкой, куда ввинчивают ниппель, соединяющий две секции (рис. 130).

В процессе эксплуатации нижняя часть электрода окис­ляется и разрушается потоком электронов дуги, т.е. элект­род укорачивается. Поэтому с целью поддержания постоянст­ва длины дуги электрод постепенно опускают. Когда элект-рододержатель приближается к своду, производят "перепус-


Рис. 130. Соединение электродов при помощи цилиндрического (а) и конического (б) нип­пеля


           
 
 
   
 
   

ил, j — upjAfinu, v — пнев-рукав электрододержателя;

кание" электрода: разжимают электрододержатель, поднимают его вверх и захватывают (зажимают) электрод на более вы­соком уровне, чтобы можно было вновь постепенно опускать его по мере укорачивания. Периодически производят также "наращивание" электродов — к верху укоротившегося элект­рода с помощью ниппеля присоединяют очередную секцию.

Расход графитированных электродов на 1 т стали состав­ляет при основном процессе 4—9 кг, при кислом 4—6 кг.

Механизмы для зажима и перемещения электродов

Каждый из трех электродов имеет свой независимый механизм зажима и перемещения. Механизм состоит из электрододер-жателя и устройств, обеспечивающих перемещение его с электродом в вертикальном направлении. Применяются ме­ханизмы перемещения электродов двух типов: с кареткой и с телескопической стойкой. В первом (рис. 131, а, б) элект­рододержатель рукавом 7 крепится к каретке 5, которая на направляющих роликах перемещается по неподвижной верти­кальной стойке. Во втором (рис. 131, в) рукав 7 электро-додержателя закреплен на подвижной стойке, перемещающейся внутри полой вертикальной неподвижной стойки. Подвижную часть механизмов снабжают противовесом, что позволяет уменьшить мощность привода. Привод, перемещающий электро-

Рис. 131. Механизмы зажима и перемещения электродов с кареткой (а, б) и телескопической стойкой (в):

/ — привод; 2 — противовес; 3 — неподвижная стойка; 4 — канат; 5 — каретка; б — блок; 7 — рукав электрододержателя; 8 — электрод; 9 — рейка; 10 — под­вижная стойка; 11 — гидроцилиндр; 12 — поршень


ды со скоростью 0,6—3 м/мин, может быть гидравлическим (рис. 131, в) или электромеханическим с передачей движе­ния от электродвигателя с помощью системы канатов и бло­ков (рис. 131, а) или зубчатой рейки (рис. 131, б).

Электрододержатель служит для зажима и удержания электрода в заданном положении и для подвода к нему тока. Он состоит из рукава и закрепленных на нем головки, за­жимного механизма и токоподвода. Наибольшее применение получили электрододержатели с пружинно-пневматическим ме­ханизмом зажима электрода. Конструктивное исполнение электрододержателей отличается многообразием, но в зави­симости от способа зажима электрода в головке их можно свести к двум разновидностям.

В одной (рис. 132, а) головка выполнена в виде кольца или полукольца и подвижной нажимной колодки. Электрод в рабочем положении зажат в кольце колодкой за счет усилия пружины. Если нужно освободить электрод, то в пневмо-цилиндр подают воздух, поршень и рычажный механизм сжи­мают пружину, перемещают колодку вправо, освобождая электрод. Во второй разновидности (рис.132, б) головка состоит из неподвижной колодки и хомута, охватывающего электрод. Электрод прижат к токоведущей колодке с помощью хомута за счет усилия пружины, передаваемого рычажной си­стемой 7. При подаче воздуха в пневмоцилиндр хомут сме­щается влево, освобождая электрод. На новых высокомощных печах вместо пружинно-пневматических устанавливают схожие с ними пружинно-гидравлические механизмы зажима электро­дов; общий вид такого механизма представлен на рис. 129.

з 9 5 6 б

Рис. 132. Схема электрододержателей:

/ — полукольцо; 2 — электрод; 3 — колодка; 4 — шток; 5 — пружина; б — моцилиндр; 7 — система рычагов; 8 — хомут; 9 — рукав электрододерэк 10 — каретка


Головка электрически изолирована от рукава; на средних и крупных пбчах элементы головки охлаждают водой. Ток к головке подается с помощью шин или труб, закрепленных на изоляторах сверху рукава.

Рукав, изготовляемый в виде толстостенной трубы или сварной коробчатой балки, соединяет головку с кареткой (см. рис. 131, а, б) или с подвижной телескопической стойкой (см. рис. 131, в).

За рубежом широко применяют так называемые токоведу-щие электрододержатели. В них рукав выполнен в виде полой прямоугольного сечения штанги из алюминия, служащей также токоподводом от гибких кабелей до головки электрододержа-теля; алюминий используют в связи с его высокой электро­проводностью. При этом не требуются токоподводы из медных водоохлаждаемых труб (рис. 129, На).

6. Электрооборудование дуговой печи

Дуговые электропечи - мощные потребители электроэнергии, поэтому для уменьшения потерь ее подают к печам под высо­ким напряжением; для большинства печей оно составляет 6, 10 или 35 кВ, а для некоторых высокомощных — 110 кВ. Ра­бочее же напряжение, подаваемое на электроды, должно быть в пределах 110—800 В, поэтому каждая печь имеет отдельный понижающий трансформатор и другое электрическое оборудо­вание, обеспечивающие снижение напряжения до рабочего, подвод тока к электродам и регулированиее подводимой электрической мощности. Упрощенная схема электропечной установки с трансформатором малой и средней мощности по­казана на рис. 133; от высоковольтной линии до электродов расположено следующее оборудование.

Разъединитель, представляющий собой трехполюсный ру­бильник, служит для снятия напряжения с главного (высоко­вольтного) выключателя и для создания видимого разрыва в цепи высокого напряжения (при ремонтах и др.). Его вклю­чают и выключают только при снятой нагрузке (выключенном главном выключателе).

Главный или высоковольтный выключатель предназначендля разрыва высоковольтной цепи под нагрузкой. Его устройство обеспечивает гашение электрических дуг, возни­кающих между контактами выключателя в момент их разъеди-


 

КВН
if,
777 <П1
-тн ■
Приборы защиты и измерения
6Т&
пен
Приборы защиты и измерения, автомати­ческий регулятор

нения. В зависимости от спо­соба гашения дуги различают масляные, воздушные, элект­ромагнитные и вакуумные вык­лючатели. В масляном выклю­чателе^ дугу размыкания гасит минеральное масло, заполняю­щее бак выключателя. В воз­душном дугу гасит поток сжа­того воздуха; благодаря от­сутствию масла он является пожаро- и взрывоопасным. В электромагнитных выключате­лях гашение дуги производит­ся создаваемым в момент раз­мыкания контактов поперечным

Рис.133. Схема электропитания дуговой печи: КВН — кабель высокого напряжения; Р — разъединитель; ГВ - главный выключатель; ТН — трансформатор напряжения; ТТ — транс­форматоры тока; Др — дроссель (реактор); ШВ — шунтирующий выключатель; ПТ — печной трансформатор; ПСН — переключатель ступеней напряжения; ПД/Y — переключатель "треуголь­ник—звезда"; 1 — электрод; 2 — дуга; 3 — металлическая ванна

магнитным полем. Преимуществом этих выключателей является то, что они не нуждаются в сжатом воздухе и изоляционном масле. Вакуумные выключатели, используемые в цепях с на­пряжением 110 кВ и более, отличаются высоким сроком служ­бы, поскольку их контакты расположены в запаянной вакуум­ной дугогасительной камере.

Главный выключатель служит для всех оперативных вклю­чений и выключений печной установки во время ее работы. Кроме того, по сигналам соответствующих датчиков он отключает установку при нарушении нормального режима ра­боты (росте силы тока в короткой сети, повышении темпера­туры масла в системе охлаждения трансформатора и темпера­туры воды в системе охлаждения элементов печи и др.).

Дроссель или реактор служит для стабилизации горения дуг и ограничения токов короткого замыкания путем введе­ния в цепь индуктивного сопротивления и выполнен в виде трех обмоток с сердечниками, помешенными в кожух с мас-


лом. Большое число витков в обмотках обеспечивает высокое индуктивное сопротивление дросселя. Иногда дроссель уста­навливают в одном кожухе вместе с трансформатором.

При включенном дросселе коэффициент мощности cos^p установки снижается, поэтому' после того, как в ванне на­копится много жидкого металла и дуги начинают гореть устойчиво, дроссель отключают, шунтируя его с помощью вспомогательного масляного выключателя.

На печах с трансформатором мощностью > 10 MB • А индук­тивное сопротивление трансформатора и короткой сети дос­таточно велико и в дросселе нет необходимости.

Печной трансформатор предназначен для преобразования электрической энергии высокого напряжения в энергию низ­кого напряжения. Трехфазный печной трансформатор состоит из трех связанных между собой сердечников, на каждом из которых закреплены обмотки высокого и низкого напряжения. Сердечник с обмотками помещены в кожух, заполненный тран­сформаторным маслом, являющееся изолятором и охлаждающее трансформатор. В трансформаторах мощностью > 5 MB • А при­меняют принудительную циркуляцию масла, которое пропуска­ют через водяной маслоохладитель. У некоторых трансформа­торов мощностью до 10 MB • А в кожухе с маслом дополнитель­но размещен дроссель, а у многих высокомощных — переклю­чатель ступеней напряжения, работающий под нагрузкой.

Мощность печных трансформаторов с течением времени увеличивают. Ранее мощность выбирали исходя из того, что полностью она используется только в период расплавления шихты, а в течение окислительного и восстановительного периодов — лишь на 30—70 %, так как после расплавления уменьшается потребность в подводимом в печь тепле. Поэто­му из-за низкой степени использования дорогостоящего высокомощного трансформатора считали более экономичным ставить на печь более простой и дешевый маломощный транс­форматор. В последние 10—15 лет сооружают дуговые печи преимущественно с высокомощными (600—900 кВ • А на 1т стали) трансформаторами, которые расплавляли бы шихту примерно за 1 ч. Эффективное использование высокой мощ­ности обеспечивается при этом за счет изменения техноло­гии плавки — вынесения основных операций рафинирования из печи в ковш. Данные о мощности трансформаторов на вновь сооружаемых и старых печах приведены ниже:


Вместимость печи, т 6 12 25 50 100 150 200

Мощность трансформа­тора, MB ■ А:

рекомендуемая 4 8 12,5 32 80 90 125

на старых печах 2,8-4 5-8 9-12,5 15-50 25-50 - 45

Печные трансформаторы конструируют так, что в период плавления они могут работать с перегрузкой в 20%. Переключатель ступеней напряжения служит для регулирова­ния мощности, отдаваемой печным трансформатором, что достигается путем изменения вторичного выходного напряже­ния трансформатора, т.е. напряжения на его низкой сторо­не. Для регулирования выходного напряжения в первичной высоковольтной обмотке делают несколько отпаек, выведен­ных на переключатель напряжения. Включая в работу большее или меньшее число витков первичных обмоток изменяют коэф­фициент трансформации и, тем самым, напряжение во вторич­ных обмотках, т.е. выходное напряжение трансформатора. Приводом переключателя обычно управляют дистанционно из пульта управления печи.

У печных трансформаторов мощностью 15—20 MB • А и бо­лее применены переключатели с 23 ступенями напряжения, позволяющие производить переключение под нагрузкой и рас­полагаемые в одном кожухе с трансформатором. Для менее мощных трансформаторов предусмотрены отдельные переключа­тели с 2—12 ступенями напряжения, они могут работать лишь при снятой нагрузке (отключенном главном выключателе).

На малых печах используют переключение обмоток высоко­го напряжения со схемы соединения "треугольник" на схему "звезда" и наоборот; переключение с "треугольника" на "звезду" уменьшает вторичное напряжение в 1,7 раза.

Короткой сетью называют токоподвод от трансформатора до головки электрододержателя. Она включает шины, идущие от трансформатора через стены трансформаторного отделе­ния, гибкие кабели от стены до рукава электрододержателя и шины или водоохлаждаемые трубы над рукавом электродо­держателя. На рис. 129 показаны элементы короткой сети 100-т дуговой печи — водоохлаждаемая токоведущая труба Па, гибкий кабель 116 и шина lie, идущая к трансформа­тору.

Поскольку на пути от трансформатора до электродов про­текает ток большой силы (до 50—100 кА), а электрические


 




потери в цепи пропорциональны величине тока в квадрате, длину короткой сети стараются делать минимальной, а печ­ной трансформатор устанавливают возможно ближе к печи. Длина гибкого участка должна обеспечить возможность наклона печи и подъема и опускания электродов; гибкие кабели на крупных печах делают водоохлаждаемыми.

Автоматический регулятор мощности или регулятор поло­жения электродов служит для поддержания заданной длины и мощности дуги на каждой ступени напряжения трансформато­ра. Мощность дуги при неизменной величине подводимого напряжения можно изменять, регулируя длину дугового про­межутка (длину дуги); при увеличении длины дугового про­межутка растет его электросопротивление, вследствие чего снижается сила тока дуги и, следовательно, ее мощность.

Автоматический регулятор, устанавливаемый на каждой фазе, используя в качестве входных сигналы, пропорцио­нальные силе тока и напряжению короткой сети, поддержи­вает неизменным заданное соотношение между напряжением и силой тока фазы, что при постоянном напряжении трансфор­матора обеспечивает постоянство силы тока, длины и, тем самым, мощности дуги. Если длина и сила тока дуги по какой-то причине изменились, регулятор воздействует на привод, который перемещает электрод до тех пор, пока будет восстановлено заданное соотношение между током и напряжением, т.е. заданная мощность дуги.

Контрольная и защитная аппаратура. На стороне высокого напряжения в главной цепи установлены (см. рис. 133) трансформаторы тока и напряжения, которые служат для под­ключения контрольно-измерительной и сигнальной аппаратуры и реле максимального тока, отключающего установку при аварийных коротких замыканиях. От трансформаторов тока, расположенных на шинах после печного трансформатора, и подаваемого напряжения короткой сети питается еше одна группа аппаратов: контрольно-измерительные приборы, авто­матический регулятор мощности (см. выше) и реле макси­мального тока, защищающее трансформатор от перегрузки (отключающее установку при полуторакратном увеличении тока в течение 10 с).

Устройство для электромагнитного перемешивания жидкого металла. Таким устройством оборудованы многие печи вмес­тимостью более 25т, работающие по традиционной технологии


 

Шлак Шлак

Рис. 134. Схема электромаг­нитного перемешивания ме­талла в дуговой печи в ре­жиме скачивания шлака (а) и перемещения ванны (б): 1 — статор; 2 — обмотка

с окислительным и восстановительным периодами. Устройство обычно включают во время восстановительного периода и при сливе шлака. Перемешивание ускоряет выравнивание состава и температуры металла, раскисление, десульфурацию и уда­ление неметаллических включений, облегчает скачивание шлака.

Под днищем печи, выполненным из немагнитной стали, устанавливают (см. рис. 134) вытянутый сердечник (ста­тор), изогнутый по форме днища, с двумя обмотками. Обмот­ки статора питаются двухфазным током низкой частоты (0,5—2 Гц) с углом сдвига фаз 90°, что создает в металле бегущее магнитное поле. Взаимодействие перемещающегося магнитного потока с наводимыми им в металле вихревыми токами вызывает перемещение нижних слоев металла в опре­деленном направлении, верхние слои металла начинают при этом перемещаться в противоположном направлении. Измене­ние направления движения металла достигают переключением полюсов одной из обмоток. Расход электроэнергии на элект­ромагнитное перемешивание составляет 5—20 кВт • ч/т.

5 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Электрическая дуга является основным источником тепла в дуговой сталеплавильной печи. Электрическая дуга или ду­говой электрический разряд в газовой среде — это поток электронов и ионов между анодом и катодом. При приложении к последним напряжения достаточной величины происходит эмиссия электронов с катода которые, соударяясь с моле­кулами газа в межэлектродном пространстве, вызывают их ионизацию; при этом положительно заряженные частицы дви­жутся к катоду, а электроны к аноду, создавая дугу. Дви­жущиеся к аноду электроны бомбардируют его, в результате


чего кинетическая энергия электронов превращается в теп­
ловую и световую, аналогичный процесс идет на катоде,
бомбардируемым положительно заряженными частицами; темпе­
ратура бомбардируемого пятна анода составляет
3600-4000 °С, катода 3200-3600 °С, а температура столба
дуги достигает 6000 °С.

В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между элект­родами и металлом (жидкая ванна, нерасплавившаяся шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных га­зов и паров металла и шлака. Поскольку дуговые печи пита­ются переменным током, в течение каждого полупериода ме­няются катод и анод, а напряжение и сила тока дуги дости­гают максимума и проходят через ноль. Эмиссия электронов с катода существенно облегчается при повышении температу­ры катода, поэтому в дуговой печи после расплавления ших­ты дуга горит более устойчиво, чем в начале плавки при холодной шихте. Длина дуги на больших высокомощных печах может достигать 150—200 мм, сила тока 60—100 кА.

Мощность печного трансформатора и дуги. Как уже отме­
чалось (п. 5, § 1), в течение многих лет дуговые печи,
работавшие по традиционной технологии с окислительным и
восстановительным периодами, оснащали трансформаторами с
невысокой удельной мощностью (от 130 до

200—400 кВ • А/т). В последние 10—15 лет, как правило, сооружают печи с высокомощными трансформаторами (600—900 кВ • А/т). Требуемую мощность трансформатора оп­ределяют расчетом, задаваясь длительностью периода рас­плавления шихты, которую принимают в пределах 1,0— 1,2 ч. Связь между этими параметрами следующая:

т • cos <р • т)элК '

где S — номинальная мощность трансформатора, кВ • А; Т — масса металлической завалки, т; Q — удельный расход электроэнергии за период плавления (расплавление шихты и нагрев металла и шлака до ~ 1550 °С), кВт • ч/т; т — дли­тельность расплавления, ч; cos <p — коэффициент мощности печной установки; т?эл — электрический к.п.д. установки; К - коэффициент, учитывающий колебания электрического ре­жима из-за неустойчивости горения электрических дуг «0,85).


Величина Q на высокомощных печах составляет 400— 430 кВт • ч/т, на печах с трансформаторами невысокой мощ­ности 450—480 кВт • ч/т. Значение т)эл изменяется в преде­лах 0,95—0,8 и определяется величиной электрических по­терь в короткой сети, снижаясь при росте этих потерь; cosy изменяется в пределах от 0,9 до 0,7—0,6, его сниже­ние означает ухудшение использования отбираемой трансфор­матором из сети электроэнергии (снижение активной подво­димой в печь мощности рл).

Подводимая от трансформатора в печь мощность (активная
мощность ра) определяется по известному для трехфазной

цепи соотношению: ра = {//cos <p, где U — величина

вторичного напряжения печного трансформатора, В; /— сила тока в короткой сети (сила тока дуги), Аг Полезная мощ­ность (суммарная мощность дуг) рл меньше ра и равна: Рл = РаЧэп- Таким образом, мощность дуг в основном опре­деляется величиной питающего напряжения и силой тока ду­ги, а также значениями cosy и пэл. Характер зависимости между этими величинами при постоянном значении вторичного напряжения трансформатора показан на рис. 135.

Регулирование подводимой в печь мощности и мощности дуг осуществляют двумя способами: путем переключения сту­пеней вторичного напряжения печного трансформатора (в пределах от 110 до 600—900 В) и изменением силы тока дуги /. Регулирование / основано на следующей закономерности: при неизменном вторичном напряжении величина / зависит от

с<х<РЛи Р.мвт

// Pin  
го w so во i,
О

Рис. 135. Электрические ха­рактеристики 100-т дубовой электропечи для ступени на­пряжения 486 В: ра — активная мощность; рд — мощность дуг; рэ„ — мощность электрических по­терь; Т}эд — электрический к.п.д.; cos ip — коэффициент мощности; / — сила тока


 




чего кинетическая энергия электронов превращается в теп­
ловую и световую, аналогичный процесс идет на катоде,
бомбардируемым положительно заряженными частицами; темпе­
ратура бомбардируемого пятна анода составляет
3600-4000 °С, катода 3200-3600 °С, а температура столба
дуги достигает 6000 °С.

В дуговой сталеплавильной печи дуга горит между элект­родами и металлом (жидкая ванна, нерасплавившаяся шихта) и представляет собой поток электронов, ионизированных га­зов и паров металла и шлака. Поскольку дуговые печи пита­ются переменным током, в течение каждого полупериода ме­няются катод и анод, а напряжение и сила тока дуги дости­гают максимума и проходят через ноль. Эмиссия электронов с катода существенно облегчается при повышении температу­ры катода, поэтому в дуговой печи после расплавления ших­ты дуга горит более устойчиво, чем в начале плавки при холодной шихте. Длина дуги на больших высокомощных печах может достигать 150—200 мм, сила тока 60—100 кА.

Мощность печного трансформатора и дуги. Как уже отме­
чалось (п. 5, § 1), в течение многих лет дуговые печи,
работавшие по традиционной технологии с окислительным и
восстановительным периодами, оснащали трансформаторами с
невысокой удельной мощностью (от 130 до

200—400 кВ • А/т). В последние 10—15 лет, как правило, сооружают печи с высокомощными трансформаторами (600—900 кВ • А/т). Требуемую мощность трансформатора оп­ределяют расчетом, задаваясь длительностью периода рас­плавления шихты, которую принимают в пределах 1,0— 1,2 ч. Связь между этими параметрами следующая:

т • cos • т)элК '

где S — номинальная мощность трансформатора, кВ • А; Т — масса металлической завалки, т; Q — удельный расход электроэнергии за период плавления (расплавление шихты и нагрев металла и шлака до ~ 1550 °С), кВт • ч/т; т — дли­тельность расплавления, ч; cos <p — коэффициент мощности печной установки; т?эл — электрический к.п.д. установки; К - коэффициент, учитывающий колебания электрического ре­жима из-за неустойчивости горения электрических дуг «0,85).


Величина Q на высокомощных печах составляет 400— 430 кВт • ч/т, на печах с трансформаторами невысокой мощ­ности 450—480 кВт • ч/т. Значение пэл изменяется в преде­лах 0,95—0,8 и определяется величиной электрических по­терь в короткой сети, снижаясь при росте этих потерь; cosy изменяется в пределах от 0,9 до 0,7-0,6, его сниже­ние означает ухудшение использования отбираемой трансфор­матором из сети электроэнергии (снижение активной подво­димой в печь мощности ра).

Подводимая от трансформатора в печь мощность (активная
мощность ра) определяется по известному для трехфазной

цепи соотношению: {//cos <p, где U — величина

вторичного напряжения печного трансформатора, В; /— сила тока в короткой сети (сила тока дуги), Аг Полезная мощ­ность (суммарная мощность дуг) рл меньше ра и равна: Ря = Pa4w Таким образом, мощность дуг в основном опре­деляется величиной питающего напряжения и силой тока ду­ги, а также значениями cosy и т|эл. Характер зависимости между этими величинами при постоянном значении вторичного напряжения трансформатора показан на рис. 135.

Регулирование подводимой в печь мощности и мощности дуг осуществляют двумя способами: путем переключения сту­пеней вторичного напряжения печного трансформатора (в пределах от 110 до 600-900 В) и изменением силы тока дуги /. Регулирование / основано на следующей закономерности: при неизменном вторичном напряжении величина / зависит от


Рис. 135. Электрические ха­рактеристики 100-т дубовой электропечи для ступени на­пряжения 486 В: ра — активная мощность; рд — мощность дуг; рэ„ — мощность электрических по­терь; Т/Эд — электрический к.п.д.; cos tp — коэффициент мощности; / — сила тока

cos<p,/it, р,мвт


активного и реактивного сопротивлений короткой сети (на данной печи относительно постоянных) и от сопротивления воздушного промежутка между электродом и металлом. Изме­няя величину последнего, т.е. длину дуги, достигают изме­нения / (при увеличении дугового промежутка его сопротив­ление возрастает и поэтому / уменьшается и наоборот).

Для каждой ступени вторичного напряжения находят опти­мальные значения /, для чего строят полученные на основа­нии расчетов графики, аналогичные показанному на рис. 135. Величину / и соответственно длину дуги выбирают, стараясь обеспечить высокую мощность дуги при возможно больших значениях т)эл и costp. Учитывают также то, что в период плавления, когда излучение дуг передается окружаю­щему их лому, желательно работать с длинными дугами, т.е. при увеличенной их излучательной поверхности, а при жид­кой ванне — на более коротких дугах с тем, чтобы умень­шить облучение стен и свода печи. Выбранный оптимальный режим на каждой ступени напряжения поддерживают с помощью автоматических регуляторов мощности дуг.

Электрический режим печей, работающих по традиционной технологии, основывается на том, что по потреблению электроэнергии процесс плавки делится на два этапа: пер­вый включает период расплавления, в течение которого рас­ходуется ~ 2/3 общего количества электроэнергии (430— 480 кВт • ч/т), второй — окислительный и восстановитель­ный периоды, когда после расплавления металла потребность в подводимой мощности резко снижается. Во время окисли­тельного периода подводимая мощность должна обеспечить нагрев металла до температуры выпуска и компенсацию теп-лопотерь, а в восстановительный период преимущественно поддержание температуры металла на необходимом уровне и компенсацию теплопотерь. Соответственно в период плавле­ния работают на высших ступенях напряжения трансформатора и относительно длинных дугах, что обеспечивает высокую подводимую мощность и хорошую излучательную способность дуг, в окислительный период — на средних ступенях напря­жения и в восстановительный период — на низших ступенях и укороченных дугах, что снижает подводимую мощность и уменьшает излучение на футеровку печи.

На высокомощных печах технология плавки включает пери­од плавления и короткий окислительный период, проводимый


с нагревом жидкого металла. Значительную часть периода плавления, когда излучение дуг поглощается стальным ло­мом, экранирующим стены печи, работают на высших ступенях напряжения и длинных дугах (при относительно небольших токах), что обеспечивает хорошую излучательную способ­ность мощных дуг при высоких значениях cos <p (~ 0,9). После сформирования жидкой ванны, чтобы уменьшить облуче­ние стен печи переходят на работу с короткими при больших токах и напряжении высокомощными дугами. Такие дуги в значительной мере заглублены в ванну, что увеличивает пе­редачу тепла жидкому металлу, но из-за больших токов сильно снижается cos^> (до 0,7—0,6). Чтобы повысить эко­номичность электрического режима разработана технология работы с "пенистыми" шлаками: во время плавления и окис­лительного периода на шлак загружают порции мелкого кок­са, это вызывает вспенивание шлака пузырями СО, образую­щимися при окислении углерода кокса. Электрические дуги оказываются погруженными во вспененный шлак, что позволя­ет несколько увеличить длину дуг, уменьшив силу тока; при этом cos^p возрастает до 0,8—0,85. По такому режиму рабо­тают большинство высокомощных печей.

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.