Механизм передвижения кристаллизатора

Кристаллизатор-изложницу поднимают после окончания плавки для извлечения наплавленного слитка. В этом случае кристаллизатор имеет несущую конструкцию в виде каретки, передвигающейся вдоль стойки каркаса печи ЭШП с помощью индивидуального вспомогательного привода (см. рис. 62, б, позиция 12) или главного привода механизма передвижения электрода (на монтажной скорости), если на время подъема механически соединить обе несущие конструкции. Для уменьшения нагрузки на привод предварительную операцию отрыва кристаллизатора от поддона и слитка проводят с помощью вспомогательного гидродомкрата.

Подвижные кристаллизаторы имеют двухскоростной привод, аналогичный вышеописанному приводу механизма передвижения электродов. Поскольку такие кристаллизаторы применяют на крупных многоэлектродных печах ЭШП, механизм их передвижения обеспечивает меньшие рабочие скорости (0,02...2 м/мин) и более широкий диапазон рабочих и монтажной скоростей (1 : 2000). Ввиду малой длины рабочих передвижений подвижного кристаллизатора возможно применение гидропривода. Подвижный кристаллизатор обычно располагают на траверсе, передвигающейся по трем-четырем направляющим колоннам каркаса печи ЭШП (см. рис. 64, г).

Электрооборудование

Электрическая схема

Печи ЭШП питают от шин комплектных распределительных устройств (КРУ) напряжением 6...10 кВ. Силовая цепь (рис. 76) включает разъединители Р, высоковольтный выключатель ВВ, источник питания ИП, вторичный токопровод, расходуемые электроды, шлаковую ванну, наплавляемый слиток с кристаллизатором. Шкаф КРУ имеет высоковольтный маломасляный выключатель типа ВМП с электромагнитным приводом, измерительные трансформаторы тока ТТ и реле максимального тока. Так как электрический режим работы печей ЭШП сравнительно спокойный, выключатель ВМП выполняет оперативно-защитные функции.

В качестве источника питания переменным током 50 Гц в основном применяют электропечные однофазные понижающие трансформаторы, имеющие следующие особенности:

1) большое число ступеней вторичного напряжения (до 90), что при небольшой глубине регулирования U₂дает мелкие ступени ΔU₂, уменьшающиеся с увеличением мощности трансформатора;

2) переменные ступени регулирования U₂. Например, интервал между первой и второй ступенями составляет 4,8...7 В, а между предпоследней и последней ступенями соответственно 0,3...1,4 В;

3) большая типовая мощность (S_тип/S_ном> 2), вызванная тем, что в значительном диапазоне U₂обеспечивается постоянная мощность, при которой с уменьшением U₂возрастает сила тока НН;

4) обмотка ННимеет выведенную на крышку бака среднюю точку, необходимую для подключения уравнительного провода Ур от поддона двухэлектродных (бифилярных) печей ЭШП (см. рис. 63, б).

В специализированных цехах большое число однофазных печей ЭШП позволяет создать симметричную нагрузку на трехфазную питающую сеть. В случае питания отдельных мощных однофазных печей ЭШП в сети возникает разбалансировка токов по фазам и несимметрия фазных напряжений, что снижает качество электроэнергии (ГОСТ 13109–97). Поэтому в схему силового питания встраивают специальные симметрирующие устройства с реакторами и конденсаторными батареями.

Особенность электрического режима печей ЭШП связана с регулированием рабочего тока I_шл, что удобно обеспечить при использовании в качестве источника питания так называемого параметрического источника тока (ПИТ), представляющего собой трехфазную «звезду», одно из плечей которой составляет нагрузка, т.е. первичная обмотка электропечного трансформатора печи ЭШП, а два других плеча – индуктивное (реактор) и емкостное (конденсаторная батарея) сопротивления (см. рис. 12, ж).

Для питания мощных печей ЭШП применяют тиристорные преобразователи частоты (ТПЧ), инвертирующие* после предварительного выпрямления ток промышленной частоты f_с = 50 Гц в переменный ток пониженной частоты f_pаб = (1/3...1/10)/f_с, что позволяет уменьшить индуктивное сопротивление токопровода и улучшить коэффициент мощности cos φ печи ЭШП.

Применение ПИТ или ТПЧ для питания однофазных печей ЭШП исключает задачу симметрирования нагрузки трехфазных сетей.

Печи ЭШП имеют комплект измерительной аппаратуры как со стороны ВН, так и со стороны НН электропечного трансформатора, релейной защиты, блокировок и общей аварийно-предупреждающей сигнализации аналогично ДСП (см. гл. II, § 9).

На печах ЭШП с электромеханическим приводом передвижения расходуемых электродов (электродвигатель постоянного тока типа ПБСТ) применяют тиристорные автоматические регуляторы серии АРШМТ. Эти регуляторы имеют два канала регулирования электрического режима ЭШП: первый – регулирование рабочего тока I_шл или сопротивления шлаковой ванны R_шлс воздействием на напряжение источника питания; второй – регулирование скорости подачи υ_эд расходуемого электрода с воздействием на привод механизма его передвижения. Для поддержания электрического режима по заданной программе регуляторы снабжают устройством («задатчиком») координатно-временного программного управления (КВПУ), для передвижения расходуемого электрода по вертикали (координата z) и для времени плавки τ_пл.

В печах ЭШП с подвижным кристаллизатором применяют системы регулирования по линейной скорости наплавления слитка υ_напл, для чего кристаллизатор оборудуют датчиком уровня жидкого металла.

Вторичный токопровод

Вторичный токопровод печей ЭШП рассчитывают на силу рабочего тока до 60 кА. Аналогично ДСП (см. гл. II, § 5) он состоит из шинного пакета с компенсаторами, гибких кабелей, трубошин на несущей конструкции электрододержателей и электродов. На мощных печах ЭШП пакет медных (или алюминиевых) шин «шихтуют» для снижения индуктивного сопротивления. На одноэлектродных печах ЭШП кабельные гирлянды имеют разную длину: верхняя обеспечивает вертикальный ход расходуемого электрода, нижняя – горизонтальный ход самоходной тележки поддона. На двухэлектродных печах ЭШП верхние кабели прокладывают бифилярно, но нижний кабель к поддону остается в качестве уравнительного провода. Ток к электрододержателям подводят по водоохлаждаемым медным трубошинам.

Основная особенность вторичного токопровода печей ЭШП связана с большим и переменным активным R_эд и индуктивным Х_эдсопротивлением расходуемых электродов (табл. 22).

Таблица 22

Активное (R) и индуктивное (X) сопротивления
электропечной установки ЭШП типа ОКБ-905

Часть установки	R	X
мОм	%	мОм	%
Трансформатор	0,084	5,4/10,9	0,413	8,9/10,2
Вторичный токопровод	0,241	15,5/31,2	2,560	55,1/63,1
Электроды:
магнитные	1,227	79,1	1,670	36,0
немагнитные	0,447	57,9	1,080	26,7
Итого…	1,552/0,772	100,0	4,64/4,043	100,0

Примечание. Числитель – для электродов из магнитной стали, знаменатель для электродов из немагнитной стали.

В отличие от конструкционных материалов вторичного токопровода переплавляемые стали и сплавы не являются хорошими проводниками тока: конструкционные стали при невысоком УЭС ферромагнитны, что при переменном токе вызывает значительное увеличение активного сопротивления R_эд;немагнитные стали имеют более высокое ρ. Поэтому доля R_эдв суммарном сопротивлении вторичного токопровода печей ЭШП весьма значительна (в табл. 22 для немагнитных электродов около 60 %,для магнитных 80 %). Индуктивное сопротивление электродов также значительно (25...35 %).

Поскольку, согласно выражению (126), активное сопротивление шлаковой ванны с увеличением D_кл уменьшается, на одноэлектродных печах ЭЩП не удается обеспечить условие максимальной мощности нагрева [см. формулу (104)] для крупных слитков без специальных мер по снижению сопротивления вторичного токопровода.

В печах ЭШП с числом расходуемых электродов, равным или кратным двум, бифилярное расположение проводников вторичного токопровода позволяет значительно уменьшить сопротивление, как видно по результатам измерений на печи ЭШП типа Р-951 (табл. 23).

Таблица 23

Характеристика вторичного токопровода печей ЭШП типа Р-951

Участок цепи	Сопротивление, мОм
R	X
Вторичный токопровод	1,425/1,090	8,85/3,81
Электроды	2,500/1,575	3,64/1,18
Итого…	3,925/2,665	12,49/4,99

Примечание. Числитель – одноэлектродный вариант, знаменатель – двухэлектродный вариант.