Электрическое оборудование печи

Электрическая схема печи.

Ферросплавные печи оборудуются, как правило, при установленной мощности до 8 МВ∙А трехфазными трансформаторами, а выше 8 МВ∙А однофазными. Это обусловлено большой мощностью печей, достигающей 81 и даже 115 МВ·А, при которой размеры трехфазных трансформаторов были бы невообразимо огромными. [6]

Существует 2 схемы соединения обмоток трансформаторов: треугольник D и звезда Y. При соединении в треугольник начало одной обмотки присоединяется к концу другой и так по замкнутому треугольнику. При соединении в звезду начала всех обмоток соединены в одну точку, а концы соединены с электродами. Схемы соединения представлены на рисунке 2.2.

Первичные обмотки всех трансформаторов ферросплавных печей соединены в «треугольник». Это диктуется характеристиками соединений, которые рассмотрим ниже.

Как видно из схем, при соединении D/D вторичное линейное напряжение равно фазовому, а вторичный линейный ток - ток электрода, равен алгебраической сумме фазовых токов или .

При соединении D/Y вторичный линейный ток равен фазовому, а линейное напряжение равно алгебраической сумме фазовых напряжений

Мощность электрического тока от схемы соединения не зависит, что видно из рассмотрения ее выражений:

D/D

D/Y

Рисунок 2.2 – Схема соединения обмоток трансформатора и конструкции короткой сети

Это несомненное теоретическое положение на практике, когда мы имеем дело с конкретными электрическими машинами, не оправдывается, т.к. возможности системы не соответствуют исполнению агрегата. Для доходчивости изложения рассмотрим конкретный пример. Трансформатор мощностью 5500 кBA при номинальном напряжении 10 кВ рассчитан на ток в обмотке 550 A. При переключении первичной обмотки на звезду напряжение на фазе составит:

В.

Система позволяет сохранить мощность, увеличив в 1,73 фазный ток, т.е. А, но обмотка трансформатора рассчитана только на 550 A, поэтому фактическая мощность кBA, вместо 5500 кBA.

К переключению первичных обмоток на «звезду» там, где это возможно, мы прибегаем на разогревах печей после капремонтов или длительных простоев, когда нас не беспокоит снижение мощности, ради обеспечения спокойного безаварийного обжига электродов и прогрева подины.

Выбор схемы соединения вторичных обмоток диктуется требованиями и соображениями технологии. На руднотермических печах, работающих с погруженными в шихту электродами, вторичные обмотки соединены в «треугольник», что увеличивает ток электрода в 1,73 раза и обеспечивает необходимую «глубину посадки» электрода.

На рафинировочных печах в зависимости от условий технологии соединения могут выполняться и в «звезду» и в «треугольник». На печах, выплавляющих н/у феррохром, они соединяются на «звезду». При этом повышение вторичного напряжения увеличивает длину дуги, уменьшает контакт электрода с расплавом, т.е. предотвращает науглероживание сплава. Поскольку хром не улетучивается, повышение напряжения нам не страшно.

При выплавке силикокальция высокое содержание кремния в сплаве гарантирует нам низкое содержание углерода, а кальций «летит», поэтому обмотки соединяются в треугольник, чтобы не повышать вторичного напряжения. Это относится также и к ферросиликомарганцу.

Установленная или кажущаяся мощность трансформатора включает в себя реактивную мощность, которая не производит полезной работы. Для определения активной мощности должен быть учтен электрический КПД установки cosj, определяющий долю активной мощности:

Для всех производственников, занимающихся эксплуатацией электроустановок, повышение cosj является важнейшей задачей. Реактивная мощность есть неизбежное зло, определяемое самой природой электрического тока, явлениями электромагнитной индукции и емкости. Ее «паразитическое» влияние на работу электроустановки доходчиво видно на таком примере. Допустим, что с шахты на электростанцию идет эшелон из 100 вагонов с углем, а разгрузочная эстакада позволяет принять и разгрузить только 90, т.е. десять груженых углем вагонов все время курсируют между электростанцией и шахтой, на их перемещение расходуется топливо, амортизируется вагоны и т.п.

Существуют несколько путей повышения cosj:

– повышение напряжения. Этот путь не всегда возможен и целесообразен, кроме того, недостаточно эффективен;

– улучшение конструкций печей. Этот путь широко применяется при конструировании короткой сети. На руднотермических печах, работающих на больших токах и относительно низких напряжениях, «треугольник» вторичной обмотки собирается на электродах, как показано на рисунке 2.3.

Это позволяет расположить шины прямого и обратного провода рядом, т.е. расшихтовать в шинных пакетах прямой и обратный провод. При этом за счет взаимного ослабления магнитных полей снижается индуктивное сопротивление этого участка короткой сети. Такая система проводки называется бифилярной. Несмотря на то что, при этом увеличивается длина короткой сети, такое решение технически целесообразно для печей, работающих с большими токами.

На рафинировочных печах, работающих со значительно меньшими токами электродов, соединение обмоток производится на выводах трансформатора, как показано на рисунке 2.3. В этом случае удлинение и утяжеление короткой сети ни технически, ни экономически нецелесообразно.

Рисунок 2.3 – Схема соединения вторичной обмотки трансформатора

– третьим способом повышения cosj является строительство установок компенсации реактивной мощности. Принцип их работы основан на противоположности направлений индуктивного и емкостного сопротивлений, что ослабляет реактивное сопротивление установки. Теоретически возможно подобрать такое емкостное сопротивление, которое полностью уничтожит индуктивное и поднимет сosj до 1. Этим иногда пользуются для сверхмощных индукционных печей, но такие установки чрезвычайно громоздки и дороги.

Короткая сеть.

Короткая сеть является важной частью конструкции ферросплавной печи, она включает проводники тока от обмотки трансформатора к контактным щекам, щеки и электроды. Электрический баланс мощной печи показывает, что потери в короткой сети составляют ~35 % общих потерь или 7-15 % подведенной мощности. [6]

По короткой сети ферросплавных печей протекают токи силой до 100 кА и более, что обуславливает появление вокруг проводников сильных магнитных полей. В связи с этим многие явления, которых в обычных силовых сетях не учитывают вследствие их незначительности, здесь приобретают большое значение. К ним относятся поверхностный эффект и эффект близости, неравномерная нагрузка фаз по току и мощности, индукционный нагрев металлических конструкций токопровод и печи. При значительной силе тока высокое реактивное сопротивление короткой сети приводит к значительному падению напряжения между трансформатором и печью, а также к загрузке сети большой реактивной мощностью. При конструировании короткой сети печи необходимо получить минимальное индуктивное сопротивление путем максимального сокращения длины сети, расположенная проводников различных фаз возможно ближе друг к другу и бифилярности сети, выбора наивыгоднейшей формы сечения проводника с учетом того, что коэффициент самоиндукции уменьшается с увеличением отношения периметра к площади поперечного сечения, а также максимально возможного удаления проводников от массивных стальных конструкций.

Значительное внимание необходимо уделить уменьшению активных потерь в токопроводе и, в частности, улучшению охлаждения его, так как с повышением температуры растет активное сопротивление проводника и, следовательно, потери электроэнергии в нем.

Короткая сеть разделена на следующие участки;

– жесткий шинопровод от выводов трансформатора до гибкой проводимости выполняется обычно из медных шин (250×12) сечением 3000 мм² допустимой нагрузки 1,5-2,1 А/мм.

– кабели и ленты с неподвижного конца закрепляют в неподвижных башмаках шинного пакета, по которому подается ток от трансформатора, а у подвижного конца – в подвижных башмаках, от которых идет токопровод на самой печи к щекам электрододержателя. Для контактных башмаков, расположенных над колошником печи или вблизи его, обязательно водяное охлаждение. Рекомендуемая плотность в контактах башмаков 0,1-0,2 А/мм поверхности контакта. Токопровод от подвижного башмака к щекам электрододержателя выполняют, в виде охлаждаемых водой труб размером 60/40 мм т.е. с толщиной стенки 10-15 мм. Плотность тока в медных водоохлаждаемых трубах можно принимать равной 4-7 А/мм. Каждый пакет гибких проводимостей состоит из 24 проводимостей МГ-500 с допустимой плотностью тока 1-1,5 А/мм.

К эксплуатации короткой сети предъявляются следующие требование:

– температура шинопровода не должна превышать 700°С;

– компенсаторы короткой сети не должны иметь обломанных или лопнувших лент;

– не допускается попадание воды на изолирующие прокладки пакетов короткой сети;

– температура гибких шин не должна превышать 800 °С.

Печные трансформаторы.

Трансформатор является основным элементом печной установки для производства ферросплавов. Он должен обеспечить токи большой величины на вторичный стороне, сочетание очень малого напряжения на вторичной стороне со сверхвысоким напряжением на первичной стороне, регулирование напряжения под нагрузкой в широком диапазоне, малое значение напряжения короткого замыкания и возможность, при необходимости, раздельного регулирования значений трех фазовых напряжений. [6]

Электроэнергия установки состоит из распределительного устройства 7,5 МВ·А, в которую входит три ячейки типа КСО-2У. Ячейка 1 – кабели и шинный разъединитель рабочего ввода.

Ячейка 2 – измерительный трансформатор напряжения с предохранителями с высокой стороны, служащей для измерения напряжения, а также для работы приборов.

Ячейка 3 – высоковольтный выключатель ВЭМ-10 на 1000А с приводом ПЭ-11 служащим для выключения и отключения печного трансформатора.

Трансформаторная подстанция состоит из трех печного трансформатора мощностью 3500 кВА. Трансформатор соединен с высокой стороны «треугольником» с низкой стороны «звезда».

По току напряжения и мощности трансформатор имеет 5 ступеней переключения, которых производится после отключения масленого включателя дистанционно. Печной трансформатор оборудован расширителем, термосигнализатором, реле. Расширитель служит для компенсации объема масла в трансформаторе при его нагревании или охлаждении.

Для циркуляции масла в трансформаторе, в трансформаторном помещении устанавливают масляный насос типа ВТ-638У производительностью 60 м³ в час, который соединен с трансформатором и маслоохладителем при помощи труб маслопровода. Охлажденное масло подается в его нижнюю часть. Охлажденное масло проходит в маслоохладителе типа МБ-40-60 при помощи воды.

Электроды.

На ферросплавных электропечах применяются электроды трех типов – угольные, графитированные и самоспекающиеся. Угольные и графитированные электроды применяются при выплавке ферросплавов (металлический кремний и марганец, безуглеродистый феррохром и др.), для которых науглероживание сплава и его загрязнение железом недопустимы. [6]

На ферросплавных печах применяются самоспекающие электроды, размеры которых значительно превосходят размеры угольных и графитированных. Удельное электросопротивление самообжигающихся электродов равно 6,0-10,0 мОм·см. Плотность тока в электроде 5-9 А/см².

Самообжигающийся электрод состоит из металлического кожуха, заполненного электродной массой, которая по мере нагрева переходит в жидкое состояние, а затем при температуре около 700°С коксуется в монолитный блок. В основном применяемые самообжигающие электроды имеют круглое сечение диаметром от 1000 до 2000 мм.

Для изготовления электродной массы применяют антрацит, отходы механической обработки электродов или металлургический кокс, смолу и пек. Состав шихты следующий, %:

термоантрацит 37

графитовая стружка или кокс 38

смолопек (с температурой размягчения 38-40 °С) 25

В готовой массе допускается не более 18 % летучих веществ и не более 10 % золы. Электрические и механические характеристики самообжигающихся электродов определяются качеством применяемой массы и режимом обжига и в значительной степени влияют на электрические и эксплуатационные показатели работы печи. Мощность потерь в электродах составляет 22-27 % от всех потерь в токопроводе, включая потери в печном трансформаторе.