Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехнологические процессы электроэнергетики. В 2-х частях. Ч.1. Электротермические установки. Учебное пособие.pdf
Нагрев сопротивлением характерен для процессов, в которых
рабочая зона схожа с зоной многошлаковых процессов, электроды
глубоко посажены в слой электропроводной шихты (производство
фосфора) или расплавленного шлака (плавка штейна). В этом случае q >> р, а наличие дуги является нарушением технологического
процесса.
2.3. ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЕ ПЕЧИ
Электрошлаковые печи относятся к печам сопротивления косвенного действия. Отличие электрошлаковых печей заключается в
том, что в них электронагревательным элементом (сопротивлением) служит жидкий шлак.
По материалу электродов и принципу работы электрошлаковые печи подразделяются (рис. 28) на:
– плавильные ванные с нерасходуемыми электродами, как
правило, графитовыми;
– переплавные с расходуемыми электродами (ЭШП).
Рис. 28. Схемы электрошлаковых печей:
а – плавильной ванного типа с нерасходуемыми (графитовыми)
электродами; б – переплавной в форму-кристаллизатор с расходуемым
электродом; в – переплавной в гарнисажный тигель с расходуемым
электродом; 1 – нерасходуемый электрод; 2 – жидкий шлак; 3 – расплав;
4 – расходуемый электрод; 5 – кристаллизатор; 6 – слиток (отливка);
7 – гарнисажный тигель; 8 – охлаждаемый по
довый элек
трод
51
Электрошлаковые ванные печи с нерасходуемыми электродами используются для рафинирования жидкого сплава перегретым
шлаком определённого состава, а также для плавки металлоотходов
(стружки, обрези и т.п.) с последующей заливкой расплава в изложницы (для изготовления чушек) или в кристаллизаторы (для
изготовления расходуемых электродов). Чушки используются как
исходный шихтовый материал для производства как
ого-то сплава.
Расходуемые электроды (болваны) используются в переплавных
печах.
Электрошлаковые печи с расходуемыми электродами получили широкое распространение для производства слитков в кристаллизаторе из высококачественных сталей и других сплавов ответственного назначения. Сущность электрошлакового переплава
(ЭШП) заключается в следующем. На дно кристаллизатора устанавливают специальную металлическую затравку. На затравку насыпают с
месь рабочего флюса и магниевого или алюминиевого
порошка (для лучшего зажигания дуги и последующего формирования жидкой шлаковой ванны). Переплавляемый электрод (болван
из сплава) опускают в кристаллизатор до соприкосновения со смесью. Вокруг электрода засыпают рабочий флюс в количестве
6…8% от массы электрода. Подают напряжение в цепь: электрод–
рабочий
флюс–затравка–кристаллизатор. Рабочий флюс расплавляется, образуя жидкую шлаковую ванну. В последующем жидкий
шлак играет роль электросопротивления, в котором происходит
генерация теплоты. Температура шлаковой ванны имеет значения
от 1873 до 2273 К (1600…20 000 °С). В зависимости от цели пере-
плава состав шлаковой ванны можно изменить. Конец переплавного электрода всегда погружен в шлаковую ва
нну. При плавлении
капли металла с электрода проходят шлаковую ванну и под её воздействием рафинируются. Постепенно под шлаковой ванной образуется слой расплава, который постоянно увеличивается. Под воздействием кристаллизатора происходит направленная кристаллизация расплава в слиток или отливку.
52
Рис. 29. Электрическая схема питания печи
электрошлакового переплава (ЭШП)
Печи ЭШП выпускаются как с одним электродом, так и многоэлектродные. По способу выплавки слитка они бывают с неподвижными глухими и со сквозным кристаллизаторами (рис. 29). В первом случае высота кристаллизатора равна высоте переплавляемого
слитка, а во втором – кристаллизатор перемещается относительно
слитка. Наиболее важным узлом ЭШП является кристаллизатор.
ом
Его изготавливают из меди или хр
истой бронзы, а наружный
53
кожух – из немагнитной стали. Если вместо кристаллизатора для
слитка установить водоохлаждаемую литейную форму, то получим
одну из разновидностей электрошлакового литья (ЭШЛ). В данном
случае жидкий металл с электрода поступает через шлак в водоохлаждаемую литейную форму. Вторая разновидность ЭШЛ реализована в ЭШП с накоплением расплава в гарнисажном тигле. Затем
накопленный расплав из ти
гля сливают в литейные формы. Литей-
ными формами могут быть:
– кокиль, тогда этот процесс называется электрошлаковое кокильное литьё (ЭКЛ);
– центробежная установка, тогда процесс называется центробежное электрошлаковое литьё (ЦЭШЛ).
2.4. ДУГОВЫЕ ВАКУУМНЫЕ ПЕЧИ (ДВП)
Вакуумные дуговые печи (ВДП), широко используемые для
рафинирующего переплава многих качественных сталей и жаропрочных сплавов, имеют обычно расходуемый электрод. Электрическая дуга горит между этим электродом и поверхностью жидкого
металла.
По ходу плавки длина электрода непрерывно уменьшается
вплоть до его практически полного израсходования. Получаемый
металл в процессе плавки не загрязняется ни газами, ни
неметаллическим включениями, поскольку в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом исключены источники этих загрязнений.
Поскольку поддерживать стабильную дугу в вакууме на переменном токе трудно, то эти печи питаются преимущественно постоянным током. Температура дуги сильно зависит от материала
переплавляемого электрода, так как ток дугового разряда п
здесь через разрежен
ные пары металла. Длину дуги в вакуум-
ротекает
ных дуговых печах поддерживают сравнительно небольшой
(20…50 мм), поскольку её увеличение может привести к перебросу
54
дуги на стенку водоохлаждаемого кристаллизатора, прожиганию
этой стенки и взрыву печи. Поддержание требуемой постоянной
длины дуги осуществляется обычно с помощью системы автоматического регулирования.
За счёт тепловыделения в дуге электрод нагревается и начинается его оплавление. Капли расплавленного металла стекают с конца электрода и, пройдя зону дугового разряда, попадают в водоохлаждаемы
й кристаллизатор, где формируется слиток. В верхней
части слитка незатвердевший ещё металл образует лунку жидкого
расплава.
Печь состоит из рабочей камеры, в которой размещается расходуемый электрод (обычно круглого сечения). В качестве расходуемого электрода используется металлический стержень, выполняемый из металла или сплава, подлежащего рафинирующему
переплаву. Расходуемый электрод изготовляют отлив
кой, механической обработкой или методами порошковой металлургии
(прессование и спекание порошков). Электрод прикрепляют к токоведущему подвижному штоку с помощью электрододержателя
или приваривают к торцу зажатого в него огарка. Шток выполнен
в виде системы коаксиальных труб с водяным охлаждением и рабочая камера печи также имеет водоохлаждаемую рубашку. Шток
проходит через вакуумно
е уплотнение в верхней части рабочей
камеры и перемещается с помощью электромеханического (лебедочного или винтового типа) или гидравлического привода.
В боковой стенке рабочей камеры предусмотрен патрубок с фланцем для присоединения откачкой (вакуумной) систем. В стенках
рабочей камеры выполняются «гляделки» для наблюдения за дугой
и за перемещением расходуемого электрода, закрываемые стёклами. На камере предусматриваются также предохранительные клапаны на случай возможного прожигания стенки кристаллизатора и
резкого увеличения давления паров воды.
55
К нижней части рабочей камеры (также с использованием вакуумного уплотнения) присоединяется водоохлаждаемый кристаллизатор, выполняемый из меди или хромистой бронзы. Кристаллизаторы могут иметь либо неподвижный поддон, либо подвижный.
При работе печей с неподвижным поддоном кристаллизатора происходит постепенное наращивание высоты слитка вплоть до заполнения кристаллизатора, чем и завершается плавка. В печах с
подвижным поддоном осуществляется перемещение поддона на штоке
с помощью специального механизма вниз по мере наплавления
слитка. Эту схему применяют при переплаве тугоплавких металлов
и сплавов на их основе, так как она позволяет обеспечить более
высокую степень разрежения в печи (10
–3
…10–2 Па). Кристаллиза-
торы с подвижным поддоном выполняются более короткими, чем с
неподвижными. Диаметр кристаллизатора выбирают несколько
большим диаметра расходуемого электрода.
Условия кристаллизации в водоохлаждаемом кристаллизаторе
благодаря интенсивному отводу тепла обеспечивают высокую степень физической и химической однородности слитка, причём часть
слитка, загрязнённая всплывшими включениями, обычно составляет лишь незначительную долю его общего объ
ёма. При постоянной
мощности, выделяемой в дуге, устанавливается стационарный режим работы печи, характеризующийся постоянной скоростью нарастания слитка в кристаллизаторе. Это также способствует однородности получаемого металла.
Поскольку печи являются мощной диофазной нагрузкой, следует стремиться к равномерному их распределению по фазам трёхфазной сети. Печи ЭШП относятся к потребителям I категории,
следовательн
о с АВР (рис. 30).
На низкой стороне устанавливается амперметр, так как по регистрограмме плавки осуществляется первичный контроль качества металла.
56
Рис. 30. Автоматический ввод резерва:
УАТ1 – электромагнит отключения; SQ1 – конечный выключатель,
срабатывающий по окончании завода пружины (включающий);
КВ – блокировочное реле, обеспечивает однократность действия
схемы АВР; УАС – электромагнит включения; Т1 – трансформатор
типа ТДНГ-31500/110; L1 – токоограничивающий реактор РБА10-300-4;
QF – высоковольтный выключатель ВМЭ-10; UG1, UG2 – силовые
преобразователи ПИТ (низковольтный параметрический источник
питания); L2 – сглаживающий реактор ФРОС-2500;
VD1 – выпрямительный агрегат ШВП-
223
5
;
VD2 – выпрямительный агрегат ВПС-2;
QS – разъединитель РВО-10/400
57
2.5. СИММЕТРИРОВАНИЕ НАГРУЗКИ
Основной причиной, вызывающей недопустимые значения отклонений фазных напряжений при обрыве нулевого провода, является неравенство (несимметрия) нагрузок по фазам. В соответствии
с методом симметричных составляющих, любой несимметричный
режим трёхфазной цепи можно представить в виде совокупности
трёх симметричных режимов: прямой, обратной и нулевой последовательностей. При оборванном нулевом проводе токи нулевой
ьности отсутствуют, поэтому некомпенсированные
послед
овател
напряжения нулевой последовательности вызывают отклонения
фазных напряжений.
Известно большое количество методов симметрирования
трёхфазных систем. Их подразделяют на методы внешнего и внутреннего симметрирования (рис. 31, 32). Внешним симметрированием принято называть компенсацию токов обратной и (или) нулевой
последовательностей с помощью дополнительных по отношению к
сети специальных устройств. Внутренним симметрированием на-
омерное распределение однофазных приёмников элек-
зывают ра
вн
58
Рис. 31. Схема с реактором-делителем
(при высоком cosφ эффективно)
Рис. 32. Схема симметрирования нагрузки
троэнергии по фазам, осуществляемое без дополнительных по отношению к сети устройств.
Наиболее простой и широко применяемой на практике является схема Штейнметца.
С помощью трёхфазной батареи конденсаторов (эффективно
при низком cosφ). Недостаток: воздействует только на реактивную
составляющую.
59
3. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ
−
МОЩНОСТИ ЭТУ
По ПУЭ все ЭТУ с cosφ ниже 0,98 должны комплектоваться
системами искусственной компенсации (рис. 33).
Из условия постоянства активной мощности:
Q
н
ϕ
,
Q
где
tgϕ
tgϕ
н
– требуемый тангенс угла;
0н
н
– «естественная» реактивная мощность нагрузки;
н
го устройства.
QQ
С
н
=
0
tgtg
ϕ
0н
Q
;
QQ
С
0
– мощность компенсирующе-
С
0
tg
ϕ
0н
, (74)
tg
)
ϕ
,н
е
1(
−=
н
Рис. 33. Компенсация реактивной мощности потребителей ЭТУ
60