อุปกรณ์ไฟฟ้าของเตาอาร์คไฟฟ้า

อุปกรณ์เตาอาร์ค

วัตถุประสงค์หลักของเตาอาร์คคือการหลอมโลหะและโลหะผสม มีเตาอาร์คทั้งทางตรงและทางอ้อม ในเตาเผาอาร์คแบบเผาตรง อาร์คจะเผาไหม้ระหว่างอิเล็กโทรดและโลหะหลอมเหลว ในเตาอาร์คทางอ้อม — ระหว่างสองอิเล็กโทรด ที่แพร่หลายที่สุดคือเตาอาร์คที่ให้ความร้อนโดยตรงซึ่งใช้สำหรับการหลอมเหล็กและโลหะทนไฟ เตาอาร์คทางอ้อมใช้ในการหลอมโลหะที่ไม่ใช่เหล็กและบางครั้งก็เป็นเหล็กหล่อ

เตาอาร์คเป็นเปลือกเรียงรายล้อมรอบด้วยห้องนิรภัย อิเล็กโทรดจะถูกลดระดับลงภายในผ่านช่องเปิดในห้องนิรภัยซึ่งประกอบเข้ากับตัวยึดอิเล็กโทรดซึ่งเชื่อมต่อกับตัวกั้น การหลอมละลายของประจุและการประมวลผลของโลหะเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนของอาร์คไฟฟ้าที่เผาไหม้ระหว่างประจุและอิเล็กโทรด

ใช้แรงดันไฟฟ้า 120 ถึง 600 V และกระแส 10-15 kA เพื่อรักษาส่วนโค้ง ค่าแรงดันและกระแสที่ต่ำกว่าใช้กับเตาเผาที่มีความจุ 12 ตันและความจุ 50,000 kVA

การออกแบบของเตาอาร์คให้การระบายโลหะผ่านปั๊มระบายน้ำ ตะกรันถูกสูบผ่านหน้าต่างงานที่ตัดในท่อ

เตาอาร์คไฟฟ้า: 1 — ตัวถังเหล็ก; 2 — ซับในวัสดุทนไฟ; 3 — หลังคาเตา; 4 — อิเล็กโทรด; 5 — กลไกในการยกอิเล็กโทรด 6 — รุ้ง

กระบวนการทางเทคโนโลยีของการหลอมโลหะในเตาอาร์ค

การประมวลผลของประจุของแข็งที่บรรจุอยู่ในเตาอาร์คเริ่มจากขั้นตอนการหลอมเหลว ในขั้นตอนนี้ อาร์คจะถูกจุดไฟในเตาหลอมและการหลอมของประจุภายใต้อิเล็กโทรดจะเริ่มขึ้น เมื่อประจุหลอมละลาย อิเล็กโทรดจะลดต่ำลง ก่อตัวเป็นหลุมเร่งความเร็ว ลักษณะเฉพาะของขั้นตอนการหลอมละลายคือการเผาไหม้ของอาร์คไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ ความเสถียรของส่วนโค้งต่ำเกิดจากอุณหภูมิต่ำในเตา

การเปลี่ยนแปลงของส่วนโค้งจากประจุหนึ่งไปยังอีกประจุหนึ่ง ตลอดจนการหยุดชะงักของส่วนโค้งจำนวนมากจากการลัดวงจรในการปฏิบัติงาน ซึ่งเกิดจากการยุบตัวและการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนนำไฟฟ้าของประจุ ขั้นตอนอื่นๆ ของงานโลหะอยู่ในสถานะของเหลวและมีลักษณะพิเศษคือการเผาไหม้ของส่วนโค้งอย่างเงียบๆ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีการควบคุมการปฏิบัติงานที่หลากหลายและความแม่นยำสูงในการบำรุงรักษากำลังไฟฟ้าเข้าไปยังเตาเผา การควบคุมพลังงานทำให้มั่นใจได้ถึงความก้าวหน้าที่จำเป็นของปฏิกิริยาทางโลหะวิทยา

คุณสมบัติการพิจารณาของกระบวนการทางเทคโนโลยีต้องการจากเตาอาร์ค:

1) ความสามารถในการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการลัดวงจรในการทำงานและการหยุดชะงักของอาร์ก ฟื้นฟูสภาพไฟฟ้าปกติอย่างรวดเร็ว และจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรในการทำงานให้อยู่ในขีดจำกัดที่ยอมรับได้

2) ความยืดหยุ่นในการควบคุมกำลังไฟฟ้าเข้าของเตาเผา

อุปกรณ์ไฟฟ้าของเตาอาร์ค

การติดตั้งเตาอาร์ครวมถึงนอกเหนือจากตัวเตาและกลไกของมันด้วยไดรฟ์ไฟฟ้าหรือไฮดรอลิกและอุปกรณ์ไฟฟ้าเพิ่มเติม: หม้อแปลงเตา, สายไฟจากหม้อแปลงไปยังขั้วไฟฟ้าของเตาอาร์ค - ที่เรียกว่า เครือข่าย, หน่วยกระจาย (RU) ที่ด้านไฟฟ้าแรงสูงของหม้อแปลงพร้อมสวิตช์เตาอบ ตัวควบคุมพลังงาน แดชบอร์ดและคอนโซล การควบคุมและการส่งสัญญาณ อุปกรณ์ตั้งโปรแกรมสำหรับควบคุมโหมดการทำงานของเตา เป็นต้น

การติดตั้งเตาอาร์คเป็นผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวนมาก ความจุหน่วยวัดเป็นกิโลวัตต์หลายพันและหลายหมื่น ปริมาณการใช้ไฟฟ้าสำหรับการหลอมของแข็งหนึ่งตันสูงถึง 400-600 kWh-h ดังนั้นเตาเผาจะถูกป้อนจากเครือข่าย 6, 10 และ 35 kV ผ่านหม้อแปลง step-down ของเตา (ค่าแรงดันสูงสุดของสายรองของหม้อแปลงมักจะอยู่ในช่วงสูงถึง 320 V สำหรับเตาเผาขนาดเล็กและขนาดกลาง ความจุและสูงถึง 510 V สำหรับเตาเผาขนาดใหญ่) .

ในเรื่องนี้การติดตั้งเตาหลอมมีลักษณะเฉพาะโดยมีสถานีย่อยเตาพิเศษพร้อมหม้อแปลงและสวิตช์ ในการติดตั้งใหม่ จะใช้ตู้จากหน่วยกระจายสินค้าที่สมบูรณ์ (KRU) ที่ทำขึ้นตามโครงร่างแบบรวม สถานีย่อยของเตาเผาตั้งอยู่ใกล้กับเตาเผา แผงและแผงควบคุมสำหรับการติดตั้งเตาหลอมเหล็กอาร์คที่มีความจุสูงถึง 12 ตันถูกวางไว้ภายในสถานีย่อยของเตาเผาพร้อมแผงควบคุมบริการจากร้านค้า (จากแท่นทำงาน) สำหรับเตาเผาขนาดใหญ่ ห้องควบคุมแยกสามารถมองเห็นหน้าต่างการทำงานของเตาเผาได้สะดวก

เตาอาร์คไฟฟ้าใช้กระแสไฟฟ้าจำนวนมาก โดยวัดเป็นแอมแปร์หลายพันและหลายหมื่น กระแสดังกล่าวสร้างแรงดันตกคร่อมจำนวนมาก แม้ว่าวงจรจ่ายไฟฟ้าของอิเล็กโทรดจะมีความต้านทานเชิงแอคทีฟและอินดักทีฟเพียงเล็กน้อย เป็นผลให้วางหม้อแปลงเตาเผาไว้ใกล้กับเตาเผาในสถานีย่อยเตาพิเศษ วงจรที่เชื่อมต่อระหว่างหม้อแปลงเตาหลอมกับอิเล็กโทรดของเตาเผา และมีความยาวสั้นและมีโครงสร้างที่ซับซ้อนเรียกว่า เครือข่ายสั้น

เครือข่ายสั้นของเตาหลอมอาร์คประกอบด้วยบัสบาร์ในห้องหม้อแปลง, สายเคเบิลแบบยืดหยุ่น, บัสบาร์ของท่อ, ตัวยึดอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรดที่เคลื่อนที่ไปพร้อมกับแคร่ ในเตาอาร์คที่มีความจุสูงถึง 10 ตันจะใช้รูปแบบ "ดาวของอิเล็กโทรด" เมื่อขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลงเตาเชื่อมต่อในเดลต้าที่เอาต์พุตของห้อง โครงร่างอื่น ๆ ของเครือข่ายสั้น ๆ ที่ช่วยลดรีแอกแตนซ์ใช้สำหรับเตาเผาที่ทรงพลังกว่า

มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกที่พิกัด 380 V ที่ 1–2 กิโลวัตต์ในเตาเผาขนาดเล็กถึง 20–30 กิโลวัตต์ในเตาเผาขนาดใหญ่มักใช้ในกลไกขับเคลื่อนไฟฟ้าของเตาเผา มอเตอร์ของไดรฟ์สำหรับอิเล็กโทรดเคลื่อนที่ - กระแสตรงจากเครื่องไฟฟ้าหรือเครื่องขยายสัญญาณแม่เหล็กรวมถึงตัวแปลงไทริสเตอร์ ไดรฟ์เหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของหน่วยอิสระ - ตัวควบคุมพลังงานของเตาเผา

ในเตาเผาที่มีความจุมากกว่า 20 ตัน เพื่อเพิ่มผลผลิตและอำนวยความสะดวกในการทำงานของผู้ผลิตเหล็ก มีอุปกรณ์สำหรับการผสมอ่างโลหะที่เป็นของเหลวตามหลักการของสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่สเตเตอร์ที่มีขดลวดสองเส้นวางอยู่ใต้ก้นเตาซึ่งทำจากวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กซึ่งมีกระแส 90 °ออกจากเฟส สนามเดินทางที่สร้างขึ้นโดยขดลวดสเตเตอร์จะขับเคลื่อนชั้นโลหะ เมื่อเปลี่ยนขดลวด สามารถเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของโลหะได้ ความถี่ของกระแสในสเตเตอร์ของอุปกรณ์กวนคือ 0.3 ถึง 1.1 Hz อุปกรณ์นี้ใช้พลังงานจากตัวแปลงความถี่ของเครื่องไฟฟ้า

มอเตอร์ที่ให้บริการกลไกของเตาอาร์คทำงานในสภาวะที่ยากลำบาก (สภาพแวดล้อมที่มีฝุ่น, ตำแหน่งใกล้กับโครงสร้างเตาเผาที่มีความร้อนสูง) ดังนั้นจึงมีการออกแบบที่ปิดพร้อมฉนวนกันความร้อน (ชุดเครน-โลหะวิทยา)

หน่วยหม้อแปลงเตา

การติดตั้งเตาอาร์คใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมันสามเฟสที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ พลังของหม้อแปลงเตาหลอมเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดอันดับสองของเตาอาร์คและกำหนดระยะเวลาของการหลอมโลหะซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเตาอย่างมีนัยสำคัญ เวลารวมสำหรับการหลอมเหล็กในเตาอาร์คเพิ่มขึ้น ถึง 1-1.5 ชั่วโมงสำหรับเตาเผาที่มีความจุสูงถึง 10 ตันและสูงถึง 2.5 ชั่วโมงสำหรับเตาเผาที่มีความจุสูงถึง 40 ตัน

แรงดันไฟฟ้าบนเตาอาร์คระหว่างการหลอมจะต้องเปลี่ยนแปลงในช่วงที่ค่อนข้างกว้าง ในขั้นตอนแรกของการหลอม เมื่อเศษเหล็กถูกหลอม จะต้องใส่พลังงานสูงสุดเข้าไปในเตาเผาเพื่อเร่งกระบวนการนี้ แต่ด้วยประจุเย็น อาร์คจะไม่เสถียร ดังนั้นเพื่อเพิ่มพลังงานจำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้า ระยะเวลาของขั้นตอนการหลอมคือ 50% ขึ้นไปของเวลาหลอมทั้งหมด ในขณะที่ใช้ไฟฟ้า 60-80%ในขั้นตอนที่สองและสาม - ในระหว่างการออกซิเดชั่นและการกลั่นโลหะเหลว (การกำจัดสิ่งสกปรกที่เป็นอันตรายและการเผาไหม้ของคาร์บอนส่วนเกิน) ส่วนโค้งจะเผาไหม้อย่างเงียบ ๆ อุณหภูมิในเตาเผาจะสูงขึ้นและความยาวของส่วนโค้งจะเพิ่มขึ้น

เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายก่อนเวลาอันควรที่เยื่อบุเตาเผา ส่วนโค้งจะสั้นลงโดยการลดแรงดันไฟฟ้า นอกจากนี้ สำหรับเตาหลอมที่สามารถหลอมโลหะประเภทต่างๆ ได้ สภาวะการหลอมจะเปลี่ยนไปตามนั้น และด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ

เพื่อให้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าของเตาอาร์คได้ หม้อแปลงที่ป้อนจะทำด้วยแรงดันต่ำหลายขั้นตอน โดยปกติจะมีการสลับก๊อกสำหรับขดลวดไฟฟ้าแรงสูง (12 ขั้นขึ้นไป) หม้อแปลงที่มีความจุสูงถึง 10,000 kV-A ติดตั้งอุปกรณ์สะดุด หม้อแปลงที่ทรงพลังกว่ามีสวิตช์โหลด สำหรับเตาเผาขนาดเล็ก จะใช้สองถึงสี่ขั้นตอน เช่นเดียวกับวิธีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายที่สุด นั่นคือการเปลี่ยนไฟฟ้าแรงสูง (HV) ที่คดเคี้ยวจากเดลต้าเป็นสตาร์

เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเผาอาร์กไฟฟ้ากระแสสลับที่เสถียรและจำกัดแรงดันไฟเกินระหว่างการลัดวงจรระหว่างอิเล็กโทรดและประจุด้วยกระแสอิเล็กโทรดที่กำหนด 2-3 เท่า ค่ารีแอกแตนซ์สัมพัทธ์ทั้งหมดของการติดตั้งควรอยู่ที่ 30–40% รีแอกแตนซ์ของหม้อแปลงเตาคือ 6-10% ความต้านทานเครือข่ายสั้นสำหรับเตาเผาขนาดเล็กคือ 5-10% ดังนั้นที่ด้าน HV ของหม้อแปลงสำหรับเตาเผาที่มีความจุสูงถึง 40 ตันจึงมีเครื่องปฏิกรณ์ต้นน้ำที่มีความต้านทานประมาณ 15-25% ซึ่งรวมอยู่ในชุดบล็อกหม้อแปลง เครื่องปฏิกรณ์ได้รับการออกแบบให้เป็นแกนสำลักที่ไม่อิ่มตัว

หม้อแปลงกำลังของเตาอาร์คทั้งหมดมีระบบป้องกันแก๊ส การป้องกันแก๊สเป็นการป้องกันหลักของหม้อแปลงเตา ดำเนินการในสองขั้นตอน: ขั้นแรกส่งผลต่อสัญญาณ ขั้นที่สองจะปิดการติดตั้ง

การควบคุมพลังงานอัตโนมัติของเตาอาร์ค เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานปกติและมีประสิทธิภาพสูง เตาอาร์คได้รับการติดตั้งตัวควบคุมกำลังไฟฟ้าอัตโนมัติ (AR) ซึ่งจะรักษาความคงที่ของกำลังไฟฟ้าที่กำหนดของอาร์คไฟฟ้า การทำงานของตัวควบคุมกำลังของเตาอาร์คอัตโนมัตินั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนตำแหน่งของอิเล็กโทรดที่สัมพันธ์กับโหลด - ในเตาอาร์คที่ให้ความร้อนโดยตรงหรือสัมพันธ์กันในเตาอาร์คที่ให้ความร้อนโดยอ้อม เช่น ในทั้งสองกรณี เตาอาร์คใช้การควบคุมความยาว อุปกรณ์ขับเคลื่อนส่วนใหญ่มักเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า

การควบคุมโหมดไฟฟ้าของเตาอาร์คไฟฟ้า

การตรวจสอบโครงสร้างช่วยให้สามารถแสดงวิธีที่เป็นไปได้ในการปรับโหมดไฟฟ้า:

1) การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้า

2) การเปลี่ยนแปลงความต้านทานส่วนโค้งเช่น เปลี่ยนความยาวของมัน

ทั้งสองวิธีนี้ใช้ในการติดตั้งที่ทันสมัย การปรับโหมดอย่างคร่าวๆนั้นดำเนินการโดยการสลับขั้นตอนของแรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิของหม้อแปลงอย่างแม่นยำ - โดยใช้กลไกการเคลื่อนที่ กลไกในการเคลื่อนย้ายอิเล็กโทรดนั้นควบคุมโดยใช้ตัวควบคุมพลังงานอัตโนมัติ (AWS)

สถานที่ทำงานของเตาอาร์คต้องจัดเตรียม:

1) การจุดระเบิดด้วยอาร์คอัตโนมัติ

2) การกำจัดส่วนโค้งและการลัดวงจรในการทำงานโดยอัตโนมัติ

3) ความเร็วในการตอบสนองคือประมาณ 3 วินาทีเมื่อตัดการหยุดชะงักของส่วนโค้งของการลัดวงจรการทำงาน

4) ลักษณะเป็นระยะของกระบวนการควบคุม

5) ความสามารถในการเปลี่ยนกำลังไฟฟ้าเข้าของเตาอย่างราบรื่นภายใน 20-125% ของค่าเล็กน้อยและรักษาด้วยความแม่นยำ 5%

6) การหยุดอิเล็กโทรดเมื่อแรงดันไฟฟ้าหายไป

ธรรมชาติของกระบวนการควบคุมเป็นระยะจำเป็นต้องไม่รวมการลดลงของอิเล็กโทรดของโลหะเหลว ซึ่งสามารถทำให้เป็นคาร์บอนและทำให้เสียการหลอมเหลว รวมทั้งไม่รวมการแตกหักของอิเล็กโทรดเมื่อสัมผัสกับประจุของแข็ง การปฏิบัติตามข้อกำหนดนี้ช่วยป้องกันโหมดข้างต้นในกรณีฉุกเฉินหรือการปิดการทำงานของเตาเผา

เตาอาร์คไฟฟ้าเป็นผู้ใช้ไฟฟ้า

เตาอาร์คไฟฟ้าเป็นผู้บริโภคที่ทรงพลังและไม่เป็นที่พอใจของระบบไฟฟ้า ใช้งานได้กับปัจจัยพลังงานต่ำ = 0.7 — 0.8 พลังงานที่ใช้จากเครือข่ายจะแตกต่างกันไประหว่างการหลอมเหลว และโหมดไฟฟ้ามีลักษณะเฉพาะคือไฟกระชากบ่อยครั้ง จนถึงการแตกหักของอาร์ค การลัดวงจรในการทำงาน อาร์คสร้างฮาร์มอนิกความถี่สูงที่ไม่เป็นที่ต้องการสำหรับผู้บริโภครายอื่นและทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มเติมในเครือข่ายไฟฟ้า

เพื่อเพิ่มตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับบัสบาร์ของสถานีไฟฟ้าย่อยหลักโดยป้อนกลุ่มของเตาเผาเนื่องจากแรงกระแทกในปัจจุบัน พลังงานปฏิกิริยา ผันผวนภายในขีด จำกัด ขนาดใหญ่ จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนแปลงความจุนี้อย่างรวดเร็ว สำหรับกฎระเบียบดังกล่าว คุณสามารถใช้ไฟฟ้าแรงสูงได้ สวิตช์ไทริสเตอร์ควบคุมโดยวงจรเพื่อให้ CM ใกล้เคียงกับ 1 ในการต่อสู้กับฮาร์มอนิกที่สูงขึ้น จะใช้ตัวกรองที่ปรับให้ฮาร์มอนิกเข้มข้นที่สุด

การกระจายของสถานีย่อยของเตาเผาสำหรับแหล่งจ่ายไฟอิสระที่เชื่อมต่อกับผู้บริโภครายอื่นสำหรับแรงดันไฟฟ้า 110, 220 kV นั้นใช้กันอย่างแพร่หลาย ในกรณีนี้ การบิดเบือนของเส้นโค้งกระแสและแรงดันสำหรับผู้บริโภครายอื่นสามารถถูกจำกัดให้อยู่ในขอบเขตที่ยอมรับได้