Файл: Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий учебник.pdf

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ЭЛЕКТРОТЕХІІОЛОГИЧЕСКІІЕ II ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

3-1. ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

Для электротермических установок, в которых электро­ энергия превращается в тепловую, характерными являют­

ся следующие типы различных нагревательных устройств.

Электропечи сопротивления косвенного действия с на­ гревателями. Сюда относятся электропечи с металличе­ скими или керамическими нагревателями, служащие для плавки цветных металлов, термообработки металлов (закалки и отжига), сушки изделий после окраски, а также нагрева металлов, пластмасс, различных жидкостей и

Ряс. 3-1. Электросушнльная камера для железнодорожных вагонов.

газов. Максимальная температура (до 2 000 °С и выше) достигается при молибденовых нагревателях. Мощность электропечей для плавки цветных металлов 50—600 кВт, для термообработки 5—10 000 кВт (агрегат непрерывного отжига стальной ленты после холодной прокатки).

Для сушки изделий в машиностроительной промыш­ ленности широко применяются установки со специаль­ ными лампами или специальными закрытыми нагревате­ лями инфракрасного излучения. В автомобильной про­ мышленности мощность специальных установок, в кото­ рых сушатся покрашенные автомобили целиком, достигает 300—1 000 кВт. Имеются аналогичные^ установки для сушки после покрытия лаком и краской железнодорож­ ных вагонов (рис. 3-1).

73

Электропечи с расплавленной средой — соляные ■и селитровые ванны, в которых погруженное изделие полу­ чает тепловую энергию путем теплопроводности, имеют мощность до нескольких сотен киловатт. В химической промышленности для нагрева жидкостей или газов ток пропускается через трубы, изолированные от корпуса, от специального однофазного трансформатора.

Электронагрев нагревательными элементами имеет место в различных пресс-формах при производстве изде­ лий из пластмасс, в кабельной промышленности при покрытии пластмассовой изоляцией, в обувной промышлен­ ности для горячей вулканизации низа обуви и др. Мощ­ ность нагрева пресс-форм в производстве изделий из пластмасс составляет 3—100 кВт. Мощность нагрева в червячных прессах для покрытий кабелей пластиками составляет 40—260 кВт. При наложении алюминиевой или свинцовой оболочки в производстве кабелей мощность электронагрева составляет 40—00 кВт.

Напряжение питания для мелких однофазных печей сопротивления применяется 220 или 380 В, а для трех­ фазных — не выше 380 В. В некоторых случаях приме­ няются трансформаторы, понижающие напряжение сети до 60—100 В, которое наиболее оптимально для работы

нагревателей.

Электропечи сопротивления прямого действия. Одно­ фазные машины контактного нагрева, в которых ток про­ ходит через заготовки, при ковке имеют, мощность 200—

300кВ-А; при прокатке — до 10 МВ-Л.

Вустановках лужения жести применяется контакт­ ный нагрев стальной ленты, через которую пропускают ток, подводимый при подтощи роликов; мощность установки до 2 000 кВт.

Встекловаренных печах нагрев создается при прохож­

дении тока через жидкую массу расплавленного стекла, которое при высоких температурах становится провод­ ником. Мощность стекловаренных печей 400—4 000 кВт.

В строительстве применяется прямой электронагрев бетона при помощи металлических электродов, закла­ дываемых в массив бетона. Прямой нагрев применяется в графитировочных печах мощностью 800—8 000 кВ-А, где ток (переменный или постоянный) пропускается через угольные электроды, превращая их в графитовые; в печах для производства абразивов — карборунда, мощностью до 2 500 кВт, где ток пропускается через соответствующую

74

массу, подлежащую обжигу; в аналогичных печах мощ­ ностью до 2000 кВт для получения сероуглерода.

Напряжение питания в зависимости от мощности при­ нимается 380 В и О—'10 кВ. Частота 50 Гц.

Режим работы установок печей сопротивления пря­ мого и косвенного действия большей частью продолжи­ тельный, но иногда повторно-кратковременный в зави­ симости от принятой технологии. Установки работают по заданному цйклу, в который входят периоды загрузки и выгрузки изделий, когда электрическая нагрузка сни­ мается полностью или частично. Такие циклы длятся иногда до 30 ч (графитировочные печи) и даже до 72 ч (отжиг отливок ковкого чугуна).

По степени бесперебойности электроснабжения уста­ новки печей сопротивления относятся в большинство ко 2-й категории, так как перерыв ведет к недоотпуску про­ дукции без появления опасности для людей и порчи обо­ рудования; в некоторых случаях может быть значитель­ ный ущерб от брака продукции.

Расположение электронагревательных установок обычно сосредоточиваемых в термических цехах, отделе­ ниях отжига является постоянным.

Дуговые электропечи. К этой группе потребителей относятся электропечи,., в которых выделяемое при горе­ нии электрической дуги тепло используется в металлур­ гии для выплавки стали, чугуна, меди и ее сплавов, титана, молибдена и других металлов; в химической промышленности — для электрокрекинга в целях пря­ мого получения ацетилена из метана.

Рпс. 3-2. Принципиаль­ ная схема дуговой элек­ тропечи.

4 — токоподвод к электро­ дам; 5 — электроды; 6 — металл.

В электропечах для плавки стали и чугуна дуга горит между электродами и металлом (рис. 3-2). Эти печи пита­ ются от трехфазных трансформаторов, мощность которых от 400 кВ-А (для печи емкостью 0,5 т) до 45 МВ-А (для печи емкостью 200 т). Имеется тенденция повышения

75

удельной мощности дуговых печей (па одну тонну емкости). За рубежом для 130-тоиной печи мощность трансфор­ матора доходят до 80 МВ-А с перспективой дальнейшего увеличения емкости и мощности до 800 т и 250 МВ-А.

Для плавки чугуна применяются аналогичные дуговые трехфазные печи мощностью до 5 200 кВ-А.

Напряжение питания для печных трансформаторов 6, 10, 35 и 110 кВ с перспективой повышения до 220 кВ. Рабочее напряжение дуги, получаемое от печных транс­ форматоров, 110—500 В; ток дуги достигает 100 кА и выше

Рис. 3-3. Дуговая сталеплавильная электро­ печь емкостью 180 т с отодвинутым сводом.

Участок электрической цени между трансформатором и электродом, состоящий из шин, гибкой части и токоиодводов к электродам, называется короткой сетью электро­ печи (рис. 3-2). Короткая сеть в значительной мере опре­ деляет электрические параметры печи; сооружение этой сети на токи в десятки тысяч ампер связано с большими трудностями вследствие резких проявлений эффектов близости и переноса мощности. Гибкая часть короткой сети служит для .регулирования положения электродов над ванной металла, обеспечения наклона ночи для раз­ лива готовой плавки, а также откатки .ванны при подъеме свода печи вместе с механизмами подъема электродов или для отвода свода печи в сторону для быстрой загрузки (рис. 3-3).

Режим работы дуговых сталеплавильных печей отно­ сится к резко переменным из-за частых колебаний нагрузки

76

в период расплавления шихты вследствие так называе­ мых эксплуатационных коротких замыканий в момент обвала шихты, замыкающей электроды накоротко. Ток в этот момент ограничивается только реактивным сопро­ тивлением трансформатора и специального дросселя, включаемого последовательно на период расплавления шихты. Электроды дуговых печей снабжаются автомати­ ческим регулированием подъема и спуска; однако при ликвидации эксплуатационного короткого замыкания для поднятия электрода требуется несколько секунд, в тече­ ние которых продолжается пик нагрузки. Вследствие неизбежности таких ников дуговые сталеплавильные печи в схе.мах электроснабжения стараются выделить на отдель­ ную систему шин («беспокойная шина») или на отдельный питающий трансформатор, чтобы перенести толчки на­ грузки на напряжение 35 или 110 кВ.

В период рафинирования жидкого металла сталепла­ вильные печи работают с равномерной нагрузкой, как и электропечи, работающие но дуплекс-процессу с залив­ кой жидким чугуном из вагранок.

Для мощных печей емкостью 80 т и выше применя­ ется электромагнитное перемешивание ванны при помощи индукционной катушки. Последняя расположена под ванной и питается от специального преобразователя — машинного или ионного мощностью 500—1 200 кВ-А, током частотой 0,5—2 Гц.

Оперативные выключатели трансформаторов стале­ плавильных дуговых электропечей должны отключать до двух-трех эксплуатационных коротких замыканий за каждую плавку; для этой цели должны применяться только специальные выключатели, например электро­ магнитные тина ВЭМ-10П.

В дуговых печах для плавки меди и ее сплавов дуга горит между электродами («бабочка») над поверхностью металла; в этом случае применяются однофазные транс­ форматоры мощностью 125—400 кВ-А; напряжение пита­ ния 6—10 кВ. Медеплавильные печи дают спокойную нагрузку. Установленные мощности современных элек­ трометаллургических цехов достигают 200 МВ-А и более.

Дуговые печи относятся к потребителям 2-й категории, так как они не боятся кратковременного перерыва подачи энергии.

Жаропрочные сплавы и редкие металлы высокой чис­ тоты — титан, цирконий, молибден и др., а также железо

77*

высокой чистоты плавят в вакуумных дуговых печах (ВДП), где получаются слитки массой до 52 т. ІТечи рабо­ тают на постоянном токе 1 2,5—50 кА, напряжением 30—75 В и питаются от полупроводниковых выпрямите­ лей. Мощность ВДП достигает 2 500—4 500 кВ-Л, напря­ жение питания 6 и 10 кВ.

В установках электрошлакового переплава (ЭІШ1), впервые разработанного институтом электросварки имени Е. О. Патона АП УССР в 1008 г., переменный ток прохо­ дит через расходуемый электрод, подлежащий переплавке, и слой жидкого электропроводящего шлака. Капли металла стекают с торца электрода; проходя через слой шлака, они очищаются и формируются в кристаллизаторе. Полу­ ченный металл обладает повышенной плотностью и высо­ кими механическими свойствами.

Для питания ЭШП применяются однофазные и трех­ фазные трансформаторы мощностью 1—5 МВ-А и выше. При трехфазном трансформаторе три электрода распола­ гаются по треугольнику и работают на один кристалли­ затор в целях устранения эффекта переноса мощности (см. § 6-12). Напряжение питания трансформаторов 6 и 10 кВ.

При электрокрекинге метан подается в кольцевую камеру, где горит дуга постоянного тока напряжения 7,8—8 кВ при токе 900 А и мощности 7 МВт. Питание дуги от ртутного выпрямителя, напряжение питания 6, 10, 35 кВ. Имеются установки электрокрекинга сум­ марной мощностью до 140 МВт.

В руднотермических печах тепловая энергия выде­ ляется за счет дуги между электродом и шихтой, в кото­ рую он погружен, и за счет прохоящения тока через со­ противление шихты. Различают бесшлаковый процесс, при котором горение дуг около электродов проходит спо­ койно, и шлаковый, при котором дуги получаются менее устойчивыми и колебания мощности достигают ±. 15%.

Руднотермические печи применяются в черной метал­ лургии в качестве электродомен и для получения ферро­ сплавов; в цветной металлургии для получения штейна из полиметаллических руд в производстве никеля, свинца и цинка и в химической промышленности для получения карбида и цианамида кальция, карбидов бора, электро­ корунда, для возгонки фосфора и др.

Электродомны применяются в странах, в которых отсутствуют коксующиеся угли, необходимые для домен*.

78

ного процесса (Швеция, Норвегия, Япония). В СССР

злектродомпы распространения не получили.

Все руднотермические печи, обычно трехэлектродные (при больших мощностях — шестиэлектродные), приме­ няются с одним трехфазным или тремя однофазными

Рнс. 3-4. Трансформатор электропечи для карбида каль­ ция мощностью 60 МВ -А, напряжением 110 кВ.

тропечи для карбида кальция имеют поперечный разрез 3 200 X 800 мм при мощности 60 МВ-А и токе 120 кА.

Напряжение питания 6—10—35 кВ; для мощных печей от 48 МВ - А и выше 110—154 кВ. Руднотермические печи для карбида кальция первыми стали питаться на­ пряжением 110 кВ, а ферросплавные 154 кВ.

Режим работы руднотермических печей более спокой­ ный, чем чисто дуговых, нагрузка печи для поддержания постоянства мощности регулируется поднятием и опуска­ нием электродов. Все печи работают на промышленной частоте 50 Гц, категория 2-я. Вследствие большой тепло­ емкости мощные печи могут быть отключены на 1—2 ч без существенного ущерба, что позволяет регулировать

максимум нагрузки в энергосистеме.

Индукционные плавильные электропечи. В индукцион­ ных электропечах расплавление металлов происходит

79

за счет индуктированных в них токов. Печи однофазные и работают при нормальной частоте 50 (60) Гц, при повы­ шенной — до 10 кГц и высокой частоте до 60—74 кГц.

Впечах нормальной частоты плавят цветные металлы

иих сплавы (алюминий, цинк, латунь и др.), а также подогревают жидкий чугун или сталь.

28,8

____ т_____________ _____

Рис. 3-5. Общий вид закрытой печи для ферросплавов типа РПЗ-48 мощностью 48 МВ -А.

1 — кожух; 2 — футеровка; з — овод; 4 — электрододержатель; 5 —• трубчатый пакет; в, 7 — привод и уравнительный вал перемещения электродов; 8 — кольцо перепуска электродов.

Мощность индукционных тигельных печей для плавки чугуна и стали емкостью 1—60 т составляет 200—17 000 кВт; миксеров-накопителей емкостью до 100 т 4 400 кВт; для плавки и подогрева цветных металлов и сплавов печи емкостью 0,75—40 т имеют мощность 250—6 000 кВт. Напряжение питания 380; 6 000; 10 000 В.

За рубежом индукционные печи снабжаются симме­ трирующим устройством с емкостью в виде батареи конденсаторов и регулируемой индуктивностью, преоб­ разующей однофазную нагрузку в трехфазную. Необходи-

80

мостъ такого устройства вызвана ограничением мощности однофазных электропечей энергосистемами. В СССР даже при мощных энергосистемах вопрос симметрирования нагрузки становится актуальным в связи с возрастанием мощностей однофазных электроприемников. Коэффициент мощности этих электропечей 0,4—0,06; электропечи уста­ навливаются с батареей конденсаторов, повышающих cos ср до 0,95 -1 .

Индукционные однофазные печи повышенной частоты 500—10 000 Гц без сердечника питаются от преобразовате­

1 100 кВт при частоте 890 Гц. Коэффициент мощности индуктора повышенной частоты составляет всего 0,1, и для его повышения устанавливаются конденсаторные батареи, мощность которых в '10 раз больше мощности преобразователя частоты.

Установки индукционного и диэлектрического нагрева.

Индукционный нагрев металлов токами нормальной час­ тоты получил широкое распространение для нагрева корпусов электрических машин, баков трансформаторов, выключателей и других электрических аппаратов, для

81