Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

В большегрузных печах индуктивное сопротивление большое и часто нет необходимости устанавливать дроссель.

Печной трансформатор обеспечивает преобразование электро­ энергии высокого напряжения в электроэнергию низкого напряже­ ния. Трехфазный печной трансформатор имеет связанные между собой три сердечника (магнитопровода). На каждом сердечнике имеется по две обмотки. Обмотки высокого напряжения в связи с небольшой силой тока выполняют из медного провода небольшого поперечного сечения, а обмотки низкого напряжения — из шин большого сечения.

Сердечник трансформатора помещен в кожух, заполненный мас­ лом, которое является хорошим электрическим изолятором, что позволяет уменьшить расстояние между проводами разных фаз. Кроме того, масло хорошо охлаждает трансформатор. Циркуляция масла в трансформаторе может быть естественной (за счет разности температур, а следовательно, и плотности) и принудительной.’ В по­ следнем случае трансформатор оборудуют масляным насосом, кото­

и направляет снова в трансформатор. Температура масла не должна превышать 75—80° С.

Над трансформатором расположен бачок с резервным запасом масла, обеспечивающий непрерывное заполнение трансформатора маслом.

Трансформатор устанавливают в отдельном помещении вблизи печи. Уменьшение расстояния от трансформатора до электродов способствует сокращению расхода меди, уменьшению электрических потерь и повышению cos ф установки в целом.

Следует иметь в виду, что мощность трансформатора исполь­ зуется полностью только в период плавления. Поэтому считается нормальным явлением перегруз трансформатора в период плавления на 20—25% в течение 30 мин и еще больший перегруз на более корот­ кое время.

Для регулирования подводимой мощности имеются промежуточ­ ные выводы обмоток высокой стороны трансформатора. Мощность, снимаемая с трансформатора, пропорциональна напряжению. Пере­ ключение трансформатора с одной ступени напряжения на другую производят при помощи масляных или специальных переключате­ лей, имеющих приводы с дистанционным управлением с пульта печи. Переключение осуществляют при снятом напряжении, при­ чем переключатели имеют блокировку с главным масляным выклю­ чателем: до отключения последнего нельзя произвести переключе­ ние.

При большом числе ступеней напряжения возможно переклю­ чение ступеней под нагрузкой. Хотя такой способ переключения исключает простои печи и облегчает налаживание автоматического регулирования мощности печи, однако опасность короткого замы­ кания и выхода из строя трансформатора ограничивает примене­ ние подобного способа переключения трансформатора.

40

Первичная обмотка трансформатора соединена на «треугольник». При переключении ступеней напряжения без нагрузки предусмо­ трена, как правило, возможность ее переключения на «звезду». Вторичные обмотки трансформатора соединены на «звезду» без нуле­ вого провода и на «треугольник». Предпочтительнее соединение на «треугольник», так как в этом случае сила тока короткого замыка­ ния на электроде распределяется на две фазы трансформатора. Переключение высоковольтной обмотки с «треугольника» на «звезду» приводит к понижению вторичного напряжения в 1,73 раза и такому же понижению мощности. Дальнейшее изменение мощности произ­ водится переключением промежуточных выводов высокой стороны.

3. КОРОТКАЯ СЕТЬ

Короткая сеть обеспечивает подвод тока от низкой стороны трансформатора до головки электрододержателя. Она включает вывод от трансформатора через стены трансформаторного отделения с помощью шин, гибкие кабели от стены до рукава электрододержателя, шины или водоохлаждаемые трубы над рукавом электрододержателя и подвод непосредственно к головке электрододержателя.

фаз кабели гибкого участка каждой фазы скрепляют деревянными колодками.

Необходимо иметь в виду, что в короткой сети очень сильно проявляется поверхностный эффект (скин-эффект) и эффект близости (проксимити-эффект). Поверхностный эффект выражается в том, что плотность переменного тока неравномерна по сечению провод­ ника. Поэтому активное сопротивление проводника при переменном токе будет больше, чем при постоянном. Так, например, при диа­ метре медного проводника 30 мм и длине 3 м сопротивление при про­ хождении постоянного тока составит 7,43-10-5 Ом, а при прохожде­ нии переменного тока частотой 50 Г ц — 8,76-10-5 Ом, т. е. во вто­ ром случае сопротивление в 1,18 раза больше.

Эффект близости приводит к изменению индуктивного сопротив­ ления короткой сети. В связи с различной длиной короткой сети по фазам и различным их расположением взаимная индукция будет различной: взаимная индуктивность средней фазы с каждой из край­ них будет больше, чем взаимная индуктивность между крайними фазами, что приводит к перераспределению мощности по фазам,

41

Для уменьшения явления переноса мощности необходимо стре­ миться к симметричному оформлению коротких сетей. С этой целью целесообразно раздельное регулирование напряжения по отдель­ ным фазам, работа с различным значением тока по фазам, приме­ нение проводов различного профиля и сечения и т. д.

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУ РЕГУЛЯТОРЫ МОЩНОСТИ ДУГИ

Электрическая дуга возникает между электродами вследствие прохождения тока через ионизированный слой газа. Дуга загорается при кратковременном сближении электродов, когда из-за короткого замыкания выделяется большое количество тепла, газ вокруг элек­ тродов нагревается и ионизируется. В связи с работой дуговых элек­ тропечей на переменном токе в течение каждого полупериода на­ пряжение и сила тока достигают максимума и проходят через ноль. Таким образом, в течение периода в печи меняется катод и анод. Когда катодом является графитовый электрод, дуга горит, поскольку электрод нагревается до температуры, обеспечивающей термоэмис­ сию электронов. В начале плавки при холодной шихте в момент, когда шихта становится катодом, степень ее нагрева не достаточна, чтобы обеспечить испускание электронов, и дуга гаснет. Проте­ кание тока может быть непрерывным, если последовательно с дугой включить достаточно большое индуктивное сопротивление. Таким индуктивным сопротивлением в период плавления является дрос­ сель. При включении дросселя увеличивается длительность горе­ ния дуги и, как отмечалось выше, одновременно снижается cos ср цепи. Поэтому после нагрева шихты и частичного ее расплавления дуга не гаснет, и в тот период, когда ванна становится катодом, дроссель выключают.

Для эффективного использования дуги в рабочем пространстве печи большое значение имеет соотношение между напряжением и длиной дуги, которое в современных печах поддерживается автома­ тически.

В настоящее время дуговые электропечи оборудованы системой автоматического регулирования положения электродов. Автомати­ ческий регулятор устанавливается для каждого электрода, что обеспечивает согласованную работу всех трех электродов. Регуля­ тор состоит из двигателя постоянного тока, осуществляющего че­ рез редуктор подъем и опускание электрода, и собственного регуля­ тора, который реагирует на изменение электрического режима в печи и сообразно этому включает электродвигатель на подъем или опу­ скание электрода.

Наибольшее распространение в практике отечественных заво­ дов нашли электромагнитные регуляторы типа РМД, а в последнее время начинают применять регуляторы АРМД-Т. В этих регуля­ торах дросселем снимается напряжение с низкой стороны трансфор­ матора, которое является пропорциональным току и напряжению дуги. В регуляторах РМД индуцируемый в дросселе ток подается

42

на электромагнитный усилитель. При равенстве напряжения, сня­ того с низкой стороны трансформатора, заданному электромагнит­ ные усилители не срабатывают, а в случае отклонений получаемый ток выпрямляется, усиливается электромагнитным усилителем и подается на исполнительный механизм, т. е. на электродвигатель для подъема или опускания электрода.

В регуляторах АРМД-Т в качестве усилителей используют полу­ проводники (терристоры), что уменьшает инерцию всей системы.

5. ЗАЩИТНАЯ И СИГНАЛЬНАЯ АППАРАТУРА

Дуговую электропечь оборудуют автоматической защитой от аварий и нарушений нормального электрического режима. При нарушении установленного электрического режима, например из-за возможных повреждений, защитная аппаратура немедленно от­ ключает защищаемую цепь. Если нарушение носит кратковремен­ ный характер или оно не связано с повреждением, то немедленного отключения не последует. Однако защитная аппаратура включает сигнал, привлекающий внимание обслуживающего персонала, и только если нарушение не будет устранено, защита отключает уста­ новку.

Автоматическая защита осуществляется включением в цепь защитных реле, которые классифицируются по назначению, напри­ мер, реле максимального тока отключает установку при увеличении силы тока сверх допустимой, реле минимального напряжения и реле максимального напряжения отключают установку соответ­ ственно при отклонении напряжения от заданного.

Для защиты от внутренних повреждений (пробой изоляции, межвитковое замыкание и т. д.) трансформаторов и дросселей с масля­ ным охлаждением используют газовые и температурные реле и т. п.

Очень часты при работе электропечи замыкания . прежде всего в связи с соприкосновением электродов с шихтой. Подобные замы­ кания, как правило, ликвидируются автоматическими регуляторами путем подъема электродов. Защитная аппаратура должна выклю­ чать печь только при затянувшемся замыкании, например, когда кусок шихты попал между электродами.

Г Л А В А IV

КОНСТРУКЦИЯ ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПЕЧЕЙ

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕРРОСПЛАВНЫХ ПЕЧЕЙ

Ферросплавные печи пригодны для ряда электротермических производств, например для получения ферросплавов, электроплавки чугуна, производства карбида кальция, фосфора и т. д. и часто объединяются под более общим названием — руднотермические печи. Они работают как с закрытой дугой (выплавка ферросилиция,

43

углеродистого феррохрома и ферромарганца и т. д.), так и с открытой дугой (производство ферровольфрама и т. д.). В ряде случаев режим смешанный: в первый период печь работает с закрытой ду­ гой, затем дуга постепенно открывается и во второй период горит открытая дуга. Подобный режим наблюдается при производстве рафинированного феррохрома некоторых марок, силикокальция СК 10 и СК 15 и т. д.

Процессы выплавки ферросплавов могут быть непрерывными — с непрерывной загрузкой шихтовых материалов и периодическим выпуском продуктов плавки, и периодическими — с полным проплав­ лением загружаемой порции шихты и единовременным выпуском продуктов плавки. Разновидностью периодического процесса яв­ ляется плавка на «блок», обычно применяемая в тех случаях, когда выплавляемые сплавы вследствие высокой температуры плавления нельзя выпустить в жидком виде из печи (ферровольфрам, ферро­ молибден и т. д.). В этом случае в зоне электродов сплав стекает на подину и быстро застывает, а шлак периодически выпускают из печи. Плавка продолжается до полного заполнения ванны печи, после чего печь выкатывают из-под электродов и затем извлекают блок сплава.

Процессы производства ферросплавов различаются по количеству образующегося шлака на бесшлаковые (производство ферросили­ ция, силикокальция и т. д.) и шлаковые (производство углероди­ стого феррохрома, ферромарганца и т. д.).

По своему назначению ферросплавные печи могут быть восстано­ вительными или рафинировочными, а по конструкции — открытыми

изакрытыми как со стационарными, так и с вращающимися ваннами.

Взависимости от формы ванны печи могут быть круглыми, прямо­ угольными и овальными. По способу выпуска из печи сплава и шлака печи делятся на неподвижные и наклоняющиеся.

Ферросплавные печи могут быть однофазные и трехфазные; ведутся работы по использованию печей, работающих на постоянном токе. Однофазные печи в настоящее время строятся только для спе­ циальных целей и имеют весьма ограниченное применение. В трех­ фазных печах электроды расположены в одну линию (прямоуголь­ ные печи) или по вершинам треугольника (круглые печи). Печи большой мощности могут иметь шесть электродов. Наибольшее распространение получили круглые трехфазные печи с расположе­ нием электродов по вершинам треугольника. В этом случае под элек­ тродами хорошо концентрируется тепло. Подобная печь, оборудо­

ванная трансформатором мощностью 16,5 MBA, изображена на рис. 20. Печь закрыта водоохлаждаемым сводом и оборудована механизмом вращения ванны, что обеспечивает более равномерное протекание физико-химических процессов по сечению ванны, а также улучшает условия службы футеровки печи. Выделяющиеся из печи газы направляются в систему газоочистки.

Открытые и закрытые печи в основных деталях аналогичны. Однако уменьшение теплоизлучения в закрытых печах позволяет сократить расстояние между печами в цехах и тем самым снизить

44