книги из ГПНТБ / Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие

требуется 30 с. В положении, когда свод находится над ванной печи, поворотный вал фиксируется стопорным устройством.

Недостатком такой конструкции является то, что вся осевая на­ грузка (порядка 200 т) и нагрузка от изгибающего момента (около 500 т) воспринимаются подшипниками.

На печах средней емкости поворот системы вокруг оси толкателя механизма подъема свода осуществляется горизонтальной зубчатой рейкой, находящейся в зацеплении с телом толкателя. Рейка жестко соединена со штоками двух гидроцилиндров одностороннего дей­ ствия. При подаче жидкости в один из цилиндров рейка переме­ щается в ту или обратную сторону и поворачивает свод. В конечном положении свод фиксируется стопорными устройствами. Гидравли­ ческая блокировка позволяет производить поворот свода только после подъема его на требуемую высоту.

ВОДЯНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

Водоохлаждаемыми элементами дуговой печи являются эконо­ майзеры, рукава электрододержателей. П-образная арка и заслонка рабочего окна, сводовое кольцо, кислородная фурма, патрубок газоотвода, токоведущие трубы и гибкие кабели вторичного токоподвода. В некоторых случаях применяют охлаждение свода, кладки стен, верхнего пояса жесткости, кожуха у сталевыпускного отверстия.

Система водоохлаждения состоит из распределителей, сливных воронок и труб. Сечение отводящих труб на случай парообразования должно быть несколько больше, чем подводящих. С целью предот­ вращения образования паровых «пробок» и для более интенсивного охлаждения наиболее горячих участков экономайзеров и фурм вода подается в нижнюю часть водяной рубашки, а отводится с самого высокого места. На трубах, отводящих воду из коллекторов (распре­ делителей), устанавливают вентили, с помощью которых можно ре­ гулировать подачу воды в каждый водоохлаждаемый элемент. По­ ступление воды регулируют таким образом, чтобы температура ее на выходе не превышала 50° С. При более высокой температуре в во­ доохлаждаемых элементах образуется накипь, ухудшающая отвод тепла. Гибкие кабели и токоведущие трубы вторичного токоподвода охлаждают химически очищенной водой.

На сливных ветвях системы охлаждения устанавливают электроконтактные манометры, сигнализирующие о падении давления в си­ стеме. В стоке воды из всех элементов в водосборную воронку пре­ дусматривают участок открытой струи, чтобы можно было визуально следить за движением воды и исключить замыкания тока через нее.

6 Зак. 824

Глава 6

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И РАБОТА ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ. ЭЛЕМЕНТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Крупные дуговые электропечи являются мощным потребителем электроэнергии, и поэтому электросталеплавильиые цехи включают в мощные энергетические системы, объединяющие по нескольку электростанций. К цеховым понижающим подстанциям для умень­ шения потерь в линиях передач подводят энергию высокого напря­ жения (35— 110 кВ). Это напряжение от высоковольтного распреде­ лительного устройства по индивидуальной для каждой печи линии подается к печной подстанции (рис. 41), в которой размещается по­ нижающий печной трансформатор и вспомогательное электрообору­ дование. Пониженный до ПО—600 В ток подается непосредственно к электропечи. Сила тока на этом участке электрической цепи до­ стигает десятков тысяч ампер, вследствие чего на участке от печного трансформатора до электродов имеют место значительные потери мощности. Для уменьшения этих потерь печную подстанцию макси­ мально приближают к печи, а участок цепи от трансформатора до электродов делают возможно более коротким. Поэтому его часто на­ зывают короткой сетью печи.

Таким образом, электрическая схема дуговых электропечных установок включает следующее оборудование:

1)печь с электродами, исполнительными механизмами регуля­ торов мощности печи и ванной, в которой горят дуги и находится расплавленный металл;

2)понизительные трансформаторы, вместе с которыми размещены дроссели. В настоящее время освоены и выпускаются понизительные трансформаторы со встроенными дросселями, служащими для уве­ личения индуктивного сопротивления сети и улучшения условий горения дуг;

3)короткую сеть, соединяющую вторичные выводы трансформа­ тора с электродами печи;

4)коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру, провода высокого и низкого напряжения.

П е ч н о й т р а н с ф о р м а т о р служит для преобразования электроэнергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения.

Понизительные печные трансформаторы вследствие особых усло­ вий работы характеризуются рядом особенностей, отличающих их от прочих силовых трансформаторов. К ним относятся:

1) большая величина номинальной силы тока на стороне низкого напряжения, составляющая десятки тысяч ампер;

2) повышенное индуктивное сопротивление обмоток, необходимое для ограничения силы токов короткого замыкания до 2,5—3,5- кратной величины по отношению к номинальной силе тока, так как

82

сталеплавильные печи работают с частыми замыканиями электродов на шихту при зажигании дуги и обвале шихты в период расплавления; 3) повышенная механическая прочность крепления обмоток и отводов, рассчитанных на частые толчки токов и короткие замыкания;

4) возможность регулирова­ ния напряжения под нагрузкой в широких пределах.

Трансформатор состоит из трех обмоток высокого напря­ жения, выполненных из медного провода относительно неболь­ шого сечения, и трех обмоток низкого напряжения, выполнен­ ных из шин большого сечения.

На первичной обмотке имеет­ ся ряд отпаек от разного числа витков, что позволяет изменять соотношение числа витков пер­ вичной и вторичной обмоток и величину вторичного напряже­ ния, так как

Над трансформатором устанавливают соединенный с ним бачокрасширитель, в котором содержится резерв масла. Этим обеспечи­ вается постоянное заполнение маслом всего объема трансформатора и уменьшается поверхность соприкосновения масла с воздухом. В случае повреждения или оголения обмоток происходит разложение масла с выделением газов. О появлении газов в трансформаторе сиг­ нализирует газовое реле, установленное в верхней части бака транс­ форматора. Газовое реле при появлении небольшого количества газов ■—• продуктов разложения масла подает предупредительный сигнал.

Для ограничения силы токов короткого замыкания в трансфор­ матор встраивают дроссель, включение и выключение которого осуществляется специальным шунтирующим контактором. Совре­ менные печные трансформаторы снабжают устройствами переклю­ чения ступеней напряжения под нагрузкой, которые позволяют из­ менять напряжение на дуге без отключения печи.

Для питания цепей защиты, контроля и измерения, а также цепи регулятора мощности дуги устанавливают трансформаторы тока. Печные трансформаторы оборудованы также приборами контроля уровня и температуры масла. Для защиты рабочих обмоток и пере­ ключающего устройства от перенапряжений, наводимых со стороны обмотки высокого напряжения, на трансформаторе устанавливают вентильные разрядники.

Печные трансформаторы рассчитаны на режим работы с периоди­ ческой перегрузкой на 20% в течение 2 ч и последующей работой на номинальной силе тока в течение 2,5 ч.

В связи с тем, что в современном сталеплавильном цехе печной пролет размещен в середине цеха между шихтовым и разливочным пролетами, а трансформатор устанавливают не далее 1— 1,5 м от печи, естественное охлаждение его осуществить затруднительно. В то же время мощность тепловыделения в трансформаторе дости­ гает десятков и сотен киловатт, поэтому его необходимо охлаждать принудительно. Для охлаждения применяют принудительную цир­ куляцию масла, пропускаемого через водяной маслоохладитель. Система охлаждения состоит из двух комплектов маслоохладителей и насосов, работающих независимо один от другого.

Для удобства монтажа и демонтажа трансформатор снабжают переставными катками, позволяющими закатывать его в подстанцию широкой или узкой стороной по одной и той же стандартной колее шириной 1524 мм. * j

У с т р о й с т в у д л я п е р е к л ю ч е н и я с т у п е н е й н а п р я ж е н и я предназначено для ступенчатого изменения мощ­ ности, выделяющейся в дугах. Регулирование мощности может осу­ ществляться либо переключением схемы соединения первичных об­ моток трансформатора (со «звезды» на «треугольник» и наоборот), либо включением и отключением части витков первичных обмоток и изменением коэффициента трансформации.

Переключением первичной обмотки трансформатора с «треуголь­ ника» на «звезду» вторичное напряжение уменьшается в |/3 раза.

84

Если при этом общее сопротивление цепи не изменяется, то в У 3 раза уменьшается и сила тока, в результате чего мощность дуги умень­ шается в 3 раза. Такое переключение возможно только при отключен­ ной нагрузке. В трансформаторах, переключаемых под нагрузкой, вторичное напряжение регулируют только изменением числа вклю­ ченных витков первичной обмотки. Переключать витки вторич­ ной обмотки под нагрузкой невозможно вследствие очень больших токов.

При переключении под нагрузкой для перестановки переключа­ теля с одного контакта на другой необходимо на какой-то момент времени либо разорвать цепь, либо часть обмотки замкнуть нако­ ротко одновременным включением двух соседних контактов. Разрыв цепи под нагрузкой сопровождается образованием дуг, разру­ шающих [контакты. Поэтому на практике пользуются вторым спо­ собом.

На переключателе имеются два подвижных контакта, которые в рабочем положении замкнуты с одним и тем же контактом обмотки. При переключении подвижные контакты перемещаются на соседний контакт обмотки последовательно и на какое-то время часть обмотки замыкается накоротко.

Чтобы ограничить силу тока в режиме короткого замыкания, обмотку делят на большое число секций и тогда разность потенциалов между соседними секциями и сила тока невелики. По этой причине число ступеней напряжения у трансформаторов с переключением под нагрузкой исчисляется десятками.

Аппарат для переключения напряжения без нагрузок достаточно прост, но у него также должен быть электрический привод, являю­ щийся довольно сложным элементом, и поэтому в целом по сложности аппарат приближается к регулятору, работающему под нагрузкой. Регулятор несколько дороже, но позволяет без отключения выклю­ чателя переходить с одного режима на другой, что снижает износ выключателя, предотвращает охлаждение металла, ускоряет про­ цесс переключения.

Д р о с с е л ь . При неустойчивых режимах работы печей малой и средней емкости необходимо включать дополнительное индуктивное сопротивление — дроссель. В современных устройствах дроссель встраивают в трансформатор.

Величина относительного индуктивного сопротивления дроссе­ лей колеблется в пределах от 5 до 30%. Чтобы индуктивность дрос­ селя не падала с увеличением силы тока, дроссель выполняют с малой индукцией в стальном сердечнике. Обмотку дросселя вместе с сердеч­ ником и обмоткой трансформатора погружают в масло.

В ы к л ю ч а т е л ь , ш у н т и р у ю щ и й д р о с с е л ь . На­ личие дросселя в цепи снижает коэффициент мощности установки, поэтому после того, как оканчиваются обвалы шихты и в ванне печи появляется жидкий металл, дроссель шунтируют с помощью спе­ циально встроенного в трансформатор приспособления с контактором; В установках, не имеющих такого приспособления, устанавливают шунтирующий выключатель.

85

Л и и ii я в ы с о к о г о н а п р я ж е н и я. Для подвода тока от высоковольтного распределительного устройства к печному транс­ форматору применяют разъединители, выключатели мощности и вы­ соковольтный кабель. Кроме разъединителей, устанавливаемых в пи­ тающей цепи, в целях техники безопасности предусматривают уста­ новку заземляющих разъединителей.

В ы к л ю ч а т е л ь м о щ и о с т и. В схеме питания электро­ печи, как правило, устанавливают два трехфазных выключателя мощности. Один выключатель располагают в высоковольтном рас­ пределительном устройстве на отходящей линии, питающей печь. Он служит для отключения печи при аварийных режимах, т. е.

при коротких замыканиях. Когда сила тока превышает допустимые значения, при перегревах трансформатора, бурном выделении газа в трансформаторе (вит-, ковое замыкание) и в других такого рода случаях. Второй оперативный выключатель, располагаемый в непо­ средственной близости к печи, служит для дистанционного отключения ее при переходе со схемы «звезда» на схему «треугольник» или наоборот, при окон­ чании плавки, смятии шлака, садке материалов завалочными машинами.

В то время как от выключателя, вы­ ключающего печь в аварийных режи­ мах, требуется высокая надежность, от оперативного выключателя наряду с на­ дежностью требуется высокая износо­ устойчивость. В настоящее время в ка­ честве оперативных масляных выклю­

чателей для печей большой емкости, работающих при первичном напряжении трансформаторов 35 кВ, в качестве оперативных приме­ няют воздушные выключатели, а для печей малой и средней емкости с первичным напряжением печных трансформаторов 6-ь 10 кВ — электромагнитные выключатели.

В о з д у ш н ы й в ы к л ю ч а т е л ь . Основной элемент выклю­ чателя — гасительная камера (рис. 42). Для отключения подают импульс на отключающую катушку, которая открывает клапан, вы­ пускающий сжатый воздух из резервуара через отверстие 1 в изоля­ ционный цилиндр 4\ воздух давит на поршень 6 и, йреодолевая силу пружины 7, поднимает вверх контакт 4. При разрыве контактов 4 и 2 возникает дуга, вытесняемая потоком сжатого воздуха через отверстия 3 во внутренние полости контактов.

После того как величина силы переменного тока проходит через нуль, дуга уже не зажигается.

Недостатком воздушных выключателей является необходимость установки для компрессии, осушки и очистки воздуха, состоящей из двух компрессоров высокого давления (рабочего и резервного),

86

4

Рнс. 43. Электромагнитный выключатель:

а— общая схема выключателя; б — схема дугогасящей камеры;

А, Б, В и Г — положения дуг

резервуара сжатого воздуха, устройств для осушки и очистки воз­ духа. Так, освоенный Ленинградским заводом «Электроаппарат» печной выключатель мощности типа ВВП-35 мощностью 35 кВт требует на одно отключение 1500 л воздуха при давлении 2,1 Мн/м2 (21 ат).

Э л е к т р о м а г н и т н ы й в ы к л ю ч а т е л ь . Контактная система выключателя (рис. 43) состоит из главных 1 и дугогаситель­ ных 7 контактов. При отключении выключателя вначале размы­ каются главные, а затем дугогасительные контакты, расположенные

87

внутри дугогасительных камер 8. Наконечники дугогасительных кон­ тактов выполнены из дугостойкого материала. Дугогасящая система каждого полюса состоит из дугогасящей камеры и П-образного электромагнита 5, на среднюю часть которого надета катушка 2, создающая магнитное дутье.

Дугогасящая камера опирается на полюсные наконечники 11образного электромагнита, охватывающего ее с трех сторон, и пред­ ставляет собой коробку, выполненную из электроизоляционного материала, внутрь которой закладывается пакет дугогасящих кера­ мических пластин 4, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. В нижней части пластин имеются вырезы, постепенно сужающиеся кверху. По бокам пакета укреплены медные рога 3, 6. Передний рог 3 электрически соединен с катушкой магнитного дутья, второй конец которой присоединяется к неподвижному контакту выключателя. Задний рог б соединен с подвижным контактом. Для сокращения времени горения дуги (при малых силах тока) каждый полюс выключателя снабжен воздушным поддувом 9, состоящим из цилиндра, жестко связанного с подвижным контактом и поршня. В процессе отключения поршень вдвигается в цилиндр, вытесняет из него воздух, который по специальной трубке подается в зону между размыкающимися дугогасительными контактами.

Дута, возникающая при размыкании дугогасительных контактов, под действием электродинамических сил контура и тепловых конвек­ ционных потоков выдувается вверх в дугогасящую камеру и касается переднего рога (положение Б). В момент погасания короткого участка дуги между неподвижным контактом и передним рогом последова­ тельно в цепь включается катушка магнитного дутья, через которую протекает полной силы ток отключаемой цепи. Между полюсными наконечниками электромагнита 5 создается интенсивное магнитное поле. Взаимодействуя с током дуги, это магнитное поле заставляет основные дуги перемещаться по медным рогам камеры и подниматься вверх в узких щелях между холодными керамическими пластинками.

Поднимаясь вверх в вырезах пластин, дуга отдает керамическим пластинам свое тепло, постепенно удлиняется и гаснет. Быстрый сброс дуги с контактов на рога и ее последующее движение вдоль рогов обеспечивают высокую износоустойчивость контактных частей выключателя.

Электромагнитные выключатели ВЭМ-10К зарекомендовали себя как надежные и не требующие особого ухода аппараты.

В о з д у ш н ы е р а з ъ е д и н и т е л и служат для отклю­ чения и заземления электропечной установки, на линии которой пред­ стоит провести ремонтные работы. Отключение разъединителей и заземление установки осуществляются при выключенном выключа­ теле мощности.

Разъединитель, заземляющий шины короткой сети, позволяет исключить возможность наведения в первичной обмотке печного трансформатора токов, опасных для изоляции обмоток трансфор­ матора и для лиц, ведущих работу на стороне высокого напря­ жения.

88

Ножи и неподвижные контакты разъединителей изготовляют из меди. Не допускается установка разъединителя во взрыво- и пожаро­ опасных помещениях, а также в среде с агрессивными газами (пары кислот, щелочей и т. д.). При включенном и отключенном положениях ножи запираются специальным зацепом, что исключает самопроиз­ вольное открытие или закрытие их под влиянием силы тяжести, сотрясений и электромагнитных сил.

КОРОТКАЯ СЕТЬ

Короткая сеть (рис. 44) состоит из трех участков: пакета плоских медных шин 2 и 3, соединяющих выводы трансформатора 1 с гибким токопроводом 4, пакета медных шин или водоохлаждаемых труб 5, соединяющих гибкий токопровод с находящимся в электрододержателе 6 электродом 7.

Ввиду большой потребляемой печью мощности (несколько десят­ ков тысяч киловатт) и низкого напряжения дуги (100—400 В) по короткой сети протекают токи силой до нескольких десятков тысяч ампер, поэтому токопровод короткой сети выполняют большого се­ чения н, как правило, из медных шип.

Для уменьшения потерь на нагрев плотность тока обычно прини­ мают в шинах и водонеохлаждаемых кабелях равной 1,5, в гибких водоохлаждаемых кабелях 2,3—3, в водоохлаждаемых трубах 3—

3,5 А/мм*.

Несмотря на относительно небольшую (несколько метров) длину вторичного токопровода, его активное и особенно индуктивное со­ противления являются определяющими для характеристики электри­ ческой установки в целом.

Большая сила тока требует большого сечения проводников, ко­ торое составляет несколько тысяч квадратных миллиметров на фазу. Большие сечения, малая длина, сложные конфигурации и шихтовка проводников усиливают обычно мало заметные при частоте 50 Гц явления поверхностного эффекта (вытеснение тока из середины про­ водника на поверхность), эффекта взаимодействия между собой тока

99

одной фазы, протекающего по нескольким параллельным шинам, а также взаимодействия общего тока одной фазы с током другой фазы.

Электрический к. п. д. установки и ее cos ф в значительной мере определяются параметрами короткой сети. Полное сопротивление контура печи ZK.п складывается из сопротивления трансформатор­ ного агрегата ZTP, сопротивления короткой сети ZK.с и сопротивле­ ния собственно рабочей части печи Zn. Если трансформаторный агрегат включает в себя дроссель пли в установке имеется отдельный дроссель, то добавляется сопротивление дросселя Z№.

Таким образом, полное сопротивление контура печи будет равно геометрической сумме полных сопротивлений составляющих его участков:

Каждый из указанных участков обладает активным и реактивным сопротивлениями, которые связаны с полным сопротивлением за­ висимостью

Z = V г + Т

В большинстве случаев индуктивное сопротивление рабочей

Так как сила тока при замыкании электродов на металл не должна превышать 2,5-т- 3,5-кратного от номинального значения, вопрос о не­ обходимости введения дополнительного сопротивления дросселя в контур печи приходится решать в зависимости от величины ZK.C и характера режима работы печи, а именно частоты эксплуатацион­ ных коротких замыканий.

Очень важным является уменьшение индуктивного сопротивле­ ния короткой цепи, которое в 3—7 раз больше активного и опре­ деляет коэффициент мощности (cos ф). Так как точно рассчитать сопротивление '/ к. с 11 ^ кс короткой сети невозможно, на вновь построенной печи должен быть проведен опыт короткого замыкания для определения истинных значений %к. с и R K.с короткой сети, позволяющий построить рабочие характеристики для определения

соединяют к выводам трансформатора не непосредственно, а через гибкие компенсаторы, выполненные в виде пакетов гибких медных лент толщиной 0,5 мм. Суммарная площадь сечения пакета компен­ сатора должна быть равна или больше площади поперечного сече­ ния пакета шин короткой сети. Свободная длина пакета состав­ ляет 0,3—0,5 м. На этом участке устраиваются два-три перегиба, обеспечивающих необходимую гибкость пакета. Благодаря наличию гибких компенсаторов можно надежно уплотнить выводы трансфор­ матора и гарантировать герметичность уплотнений при температур­

20