Elektrikaarahjude elektriseadmed

Kaarahju seade

Kaarahjude põhieesmärk on metallide ja sulamite sulatamine. Seal on otsesed ja kaudsed kaarahjud. Otsepõletusega kaarahjudes põleb kaar elektroodide ja sulametalli vahel. Kaudkaarahjudes - kahe elektroodi vahel. Kõige levinumad on otseküttega kaarahjud, mida kasutatakse mustade ja tulekindlate metallide sulatamiseks. Kaudkaarahjusid kasutatakse värviliste metallide ja mõnikord ka malmi sulatamiseks.

Kaarahi on vooderdatud kest, mis on ümbritsetud võlviga, elektroodid lastakse sees läbi võlvi ava, mis haakub elektroodihoidjatega, mis on ühendatud juhikutega. Laengu sulamine ja metalli töötlemine toimub laengu ja elektroodide vahel põleva elektrikaare soojuse toimel.

Kaare säilitamiseks rakendatakse pinget 120 kuni 600 V ja voolu 10-15 kA. Madalamad pingete ja voolude väärtused kehtivad ahjudele, mille võimsus on 12 tonni ja võimsus on 50 000 kVA.

Kaarahju konstruktsioon tagab metalli äravoolu drenaažipumba kaudu. Räbu pumbatakse läbi korpusesse lõigatud tööakna.

Elektrikaareahi: 1 — terasest korpus; 2 — tulekindel vooder; 3 — ahju katus; 4 — elektroodid; 5 — elektroodide tõstmise mehhanism; 6 — vikerkaar

Tehnoloogiline protsess metalli sulatamiseks kaarahjus

Kaarahjus laaditud tahke laengu töötlemine algab sulatusastmest, selles etapis süüdatakse ahjus kaar ja algab laengu sulamine elektroodide all. Laengu sulamisel langeb elektrood alla, moodustades kiirendusaugud. Sulamisetapi iseloomulik tunnus on elektrikaare ebameeldiv põlemine. Kaare madal stabiilsus tuleneb ahju madalast temperatuurist.

Kaare üleminek ühelt laengult teisele, samuti arvukad kaare katkestused töölühistest, mis on põhjustatud laengu juhtivate tükkide kokkuvarisemisest ja liikumisest. Teised metallitöötlemise etapid on vedelas olekus ja neid iseloomustab kaare vaikne põlemine. Siiski on vaja laia valikut tööjuhtimist ja suurt täpsust ahju sisendvõimsuse säilitamiseks. Võimsuse juhtimine tagab metallurgilise reaktsiooni vajaliku edenemise.

Tehnoloogilise protsessi arvestatavad omadused nõuavad kaareahjult:

1) Võimalus kiiresti reageerida töölühistele ja kaarekatkestele, taastada kiiresti normaalsed elektritingimused ja piirata töölühise voolu vastuvõetavate piirideni.

2) Paindlikkus ahju võimsuse juhtimiseks.

Kaarahjude elektriseadmed

Kaarahju paigaldus hõlmab lisaks ahjule endale ja selle elektri- või hüdroajamiga mehhanismidele ning täiendavatele elektriseadmetele: ahjutrafot, trafost kaareahju elektroodideni juhtmeid — nn. võrk, jaotusseade (RU) ahju lülititega trafo kõrgepinge poolel; võimsuse regulaator; armatuurlauad ja konsoolid, juhtimine ja signaalimine; programmeerimisseade ahju töörežiimi juhtimiseks jne.

Kaarahjupaigaldised on suured elektritarbijad, nende ühikuvõimsusi mõõdetakse tuhandetes ja kümnetes tuhandetes kilovattides. Elektrikulu tonni tahke täidise sulatamisel ulatub 400-600 kWh-h. Seetõttu toidetakse ahjud 6, 10 ja 35 kV võrkudest läbi ahju alandava trafo (trafode sekundaarliini maksimaalsed pingeväärtused on väikeste ja keskmiste ahjude puhul tavaliselt vahemikus kuni 320 V võimsus ja kuni 510 V suurte ahjude puhul).

Sellega seoses iseloomustab ahjupaigaldisi spetsiaalse trafo ja jaotusseadmega ahju alajaama olemasolu. Uutes paigaldistes kasutatakse ühtsete skeemide järgi valmistatud terviklike jaotusüksuste (KRU) kappe. Ahjude alajaamad asuvad ahjude vahetus läheduses. Kuni 12-tonnise võimsusega teraskaarahjude paigaldamise paneelid ja juhtpaneelid paigutatakse ahju alajaama koos teeninduse juhtpaneelidega kauplusest (tööplatvormilt). Suuremate ahjude puhul saab varustada eraldi juhtimisruumid, kust avaneb mugav vaade ahju tööakendele.

Elektrikaarahjud tarbivad märkimisväärseid voolusid, mõõdetuna tuhandetes ja kümnetes tuhandetes amprites. Sellised voolud tekitavad suuri pingelangusi isegi elektroodide toiteahelate väikeste aktiivsete ja induktiivsete takistuste korral. Selle tulemusena asetatakse ahju trafo spetsiaalsesse ahju alajaama ahju vahetusse lähedusse. Lühikese pikkusega ja keerulise struktuuriga vooluahelaid, mis ühendavad ahju trafot ja ahju elektroode, nimetatakse lühikeseks võrguks.

Kaarahju lühike võrk koosneb trafokambris olevast siinist, painduvast kaablinöörist, torusiinidest, elektroodihoidikust ja koos kelguga liikuvast elektroodist. Kuni 10-tonnise töömahuga kaarahjudes kasutatakse "elektroodide tähe" skeemi, kui ahjutrafo sekundaarmähised ühendatakse kambri väljundis delta. Võimsamate ahjude jaoks kasutatakse muid lühikese võrgu skeeme, mis võimaldavad selle reaktiivsust vähendada.

Ahjumehhanismide elektriajamites kasutatakse tavaliselt oravapuur-asünkroonmootoreid, mille nimipinge on 380 V ja 1–2 kW väikestes ahjudes kuni 20–30 kW suuremates ahjudes. Liikuvate elektroodide ajamite mootorid - alalisvool, mida toidavad elektrimasin või magnetvõimendid, samuti türistormuundurid. Need ajamid on osa iseseisvast üksusest — ahju võimsuse regulaatorist.

Üle 20-tonnise töömahuga ahjudes on tootlikkuse tõstmiseks ja terasetootjate töö hõlbustamiseks ette nähtud seadmed metallist vedela vanni segamiseks liikuva magnetvälja põhimõttel.Kahe mähisega staator asetatakse mittemagnetilisest materjalist ahju põhja alla, mille voolud on 90 ° faasist väljas. Staatori mähiste tekitatud liikuv väli juhib metallikihte. Poolide ümberlülitamisel on võimalik muuta metalli liikumissuunda. Voolu sagedus segamisseadme staatoris on 0,3 kuni 1,1 Hz. Seadme toiteallikaks on elektrimasina sagedusmuundur.

Kaarahjude mehhanisme teenindavad mootorid töötavad keerulistes tingimustes (tolmune keskkond, kõrgelt köetavate ahjukonstruktsioonide lähedane asukoht), seetõttu on neil suletud konstruktsioon kuumakindla isolatsiooniga (kraana-metallurgiline seeria).

Ahju trafo seadmed

Kaarahju paigaldistes kasutatakse spetsiaalselt projekteeritud kolmefaasilisi õlitrafosid. Ahjutrafo võimsus on võimsuse järel kaarahju tähtsuselt teine ​​parameeter ja määrab metalli sulamise kestuse, mis mõjutab oluliselt ahju jõudlust.Terase sulatamise koguaeg kaarahjus on üles kuni 10-tonnise töömahuga ahjudel 1-1,5 tundi ja kuni 40-tonnise töömahuga ahjudel kuni 2,5 tundi.

Kaarahju pinge sulamise ajal peab muutuma üsna laias vahemikus. Sulamise esimeses etapis, kui jäägid on sulanud, tuleb selle protsessi kiirendamiseks ahju sisestada maksimaalne võimsus. Kuid külma laenguga on kaar ebastabiilne. Seetõttu on võimsuse suurendamiseks vaja pinget tõsta. Sulamisetapi kestus on 50% või rohkem kogu sulamisajast, samas kui elektrist kulub 60-80%.Teises ja kolmandas etapis - vedela metalli oksüdeerimisel ja rafineerimisel (kahjulike lisandite eemaldamine ja liigse süsiniku põletamine) põleb kaar vaiksemalt, temperatuur ahjus on kõrgem ja kaare pikkus suureneb.

Ahju voodri enneaegse kahjustamise vältimiseks lühendatakse kaar pinget langetades. Lisaks muutuvad ahjude puhul, milles saab sulatada erinevat tüüpi metalle, vastavalt sulamistingimused ja sellest tulenevalt ka vajalikud pinged.

Kaarahjude pinge reguleerimise võimaluse tagamiseks on neid toidavad trafod valmistatud mitme madalpinge astmega, tavaliselt kõrgepinge mähise kraanide ümberlülitamisega (12 või enama astet). Trafod võimsusega kuni 10 000 kV-A on varustatud väljalülitusseadmega. Võimsamatel trafodel on koormuslüliti. Väikeste ahjude puhul kasutatakse kahte kuni nelja astet, aga ka kõige lihtsamat pinge reguleerimise meetodit — kõrgepinge (HV) mähise ümberlülitamist kolmnurkselt täheks.

Stabiilse vahelduvkaare põlemise tagamiseks ning liigpingete piiramiseks elektroodi ja laengu vahelise 2–3-kordse elektroodi nimivooluga lühise ajal peaks paigaldise suhteline reaktants olema 30–40%. Ahjutrafode reaktiivvõime on 6-10%, lühike võrgutakistus väikeste ahjude puhul 5-10%. Seetõttu on kuni 40-tonnise võimsusega ahjude trafo HV poolel ette nähtud umbes 15-25% takistusega ülesvoolu reaktor, mis sisaldub trafoploki komplektis. Reaktor on konstrueeritud küllastumata südamikuga drosselina.

Kõik kaarahju jõutrafod on varustatud gaasikaitsega. Gaasikaitse kui ahju trafo peamine kaitse, viiakse läbi kahes etapis: esimene etapp mõjutab signaali, teine ​​lülitab paigalduse välja.

Kaarahjude automaatne võimsuse juhtimine. Normaalse ja suure jõudlusega töö tagamiseks on kaarahjud varustatud automaatsete võimsusregulaatoritega (AR), mis säilitavad antud elektrikaare võimsuse püsivuse. Automaatse kaarahju võimsusregulaatori töö põhineb elektroodide asendi muutmisel koormuse suhtes - otseküttekaarahjudes või üksteise suhtes kaudkütte kaarahjudes, s.o. mõlemal juhul kasutavad kaarahjud pikkuse reguleerimist. Juhtseadmeteks on enamasti elektrimootorid.

Elektrikaarahju elektrirežiimide reguleerimine

Konstruktsioonide uurimine võimaldab näidata võimalikke viise selle elektrirežiimi reguleerimiseks:

1) Toitepinge muutmine.

2) Kaare takistuse muutus st. selle pikkuse muutus.

Mõlemat meetodit kasutatakse kaasaegsetes seadmetes. Režiimi ligikaudne reguleerimine toimub trafo sekundaarpinge astmete ümberlülitamisega, täpselt - liikumismehhanismi abil. Elektroodide liigutamise mehhanisme juhitakse automaatsete võimsusregulaatorite (AWS) abil.

Kaarahjude töökohas peab olema:

1) Automaatne kaarsüüte

2) Kaare katkestuste ja töölühiste automaatne eemaldamine.

3) Töölühise kaarekatkestuste kõrvaldamisel on reageerimiskiirus umbes 3 sekundit

4) Reguleerimisprotsessi perioodilisus

5) Võimalus sujuvalt muuta ahju sisendvõimsust, 20-125% piires nimiväärtusest ja säilitada seda 5% täpsusega.

6) Elektroodide seiskamine, kui toitepinge kaob.

Juhtimisprotsessi aperioodilisus on vajalik selleks, et välistada vedela metalli elektroodide langetamine, mis võib seda karboniseerida ja sulamist rikkuda, samuti välistada elektroodide purunemine, kui need puutuvad kokku tahke laenguga. Selle nõude järgimine tagab kaitse ülaltoodud režiimide eest ahju avarii- või tööseiskamise korral.

Elektrikaarahjud kui elektritarbijad

Elektrikaarahjud on võimas ja ebameeldiv elektrisüsteemi tarbija. See töötab madala võimsusteguriga = 0,7 — 0,8, võrgust tarbitav võimsus muutub sulamise ajal ja elektrirežiimi iseloomustavad sagedased voolu tõusud, kuni kaare purunemiseni, töölühised. Kaared tekitavad kõrgsageduslikke harmoonilisi, mis on teistele tarbijatele ebasoovitavad ja põhjustavad elektrivõrgus lisakadusid.

Võimsusteguri suurendamiseks saab peaelektrialajaama siinidega ühendada kondensaatorid, mis toidavad ahjude gruppe, kuna voolulöökidega reaktiivvõimsus kõigub suurtes piirides, on vaja tagada selle võimsuse kiire muutmise võimalus. Selliseks reguleerimiseks võite kasutada kõrgepinget türistori lülitidmida juhib vooluahel, et hoida CM-i 1 lähedal. Kõrgemate harmooniliste vastu võitlemiseks kasutatakse kõige intensiivsematele harmoonilistele häälestatud filtreid.

Laialdaselt kasutatakse ahjude alajaamade jaotust sõltumatuks toiteallikaks, mis on ühendatud teiste tarbijatega pingetele 110, 220 kV. Sel juhul saab teiste tarbijate voolu- ja pingekõverate moonutusi hoida vastuvõetavates piirides.