電気炉の電気設備
アーク炉装置
アーク炉の主な目的は、金属と合金を溶解することです。アーク炉には直接式と間接式があります。直接燃焼アーク炉では、電極と溶融金属の間でアークが燃焼します。間接アーク炉内 - 2 つの電極間。最も普及しているのは、鉄や高融点金属の溶解に使用される直熱式アーク炉です。間接アーク炉は、非鉄金属、場合によっては鋳鉄を溶解するために使用されます。
アーク炉は、ボールトで囲まれた内張りシェルであり、電極はガイドに接続された電極ホルダーに嵌合するボールトの開口部を通って内部に下げられます。装薬の溶解と金属の加工は、装薬と電極の間で燃える電気アークの熱によって起こります。
アークを維持するために、120 ～ 600 V の電圧と 10 ～ 15 kA の電流が適用されます。容量 12 トンおよび容量 50,000 kVA の炉には、より低い電圧と電流の値が適用されます。
アーク炉の設計により、排水ポンプを通じて金属が排水されます。スラグは、ケーシングに設けられた作業窓を通してポンプで汲み上げられます。
電気アーク炉: 1 — 鋼製本体。 2 — 耐火物ライニング; 3 - 炉の屋根。 4 - 電極。 5 — 電極を持ち上げるための機構。 6 — 虹
アーク炉で金属を溶解する技術プロセス
アーク炉に装填された固体装入物の処理は溶解段階から始まり、この段階で炉内でアークが点火され、電極の下で装入物の溶解が始まります。電荷が溶けると電極が下降し、加速井戸が形成されます。溶解段階の特徴は、電気アークの不快な燃焼です。アークの安定性が低いのは、炉内の温度が低いためです。
ある電荷から別の電荷へのアークの移行、および電荷の導電性部分の崩壊や移動によって引き起こされる動作上の短絡によるアークの多数の中断。金属加工の他の段階は液体状態であり、アークの静かな燃焼が特徴です。ただし、幅広い運転制御と炉への入力電力維持の高い精度が必要です。出力制御により、冶金反応の必要な進行が保証されます。
考慮された技術プロセスの特性は、アーク炉に次のことを要求します。
1) 動作中の短絡やアークの中断に迅速に対応し、通常の電気状態を迅速に回復し、動作中の短絡電流を許容限度に制限する能力。
2) 炉の電力入力を柔軟に制御できます。
アーク炉の電気設備
アーク炉の設置には、炉自体とその電気または油圧駆動機構を備えた機構に加えて、炉用変圧器、変圧器からアーク炉の電極までの配線、いわゆる電気機器も含まれます。オーブンスイッチを備えた変圧器の高電圧側のネットワーク、配電ユニット（RU）。パワーレギュレーター。ダッシュボードとコンソール、制御と信号。炉の運転モードなどを制御するためのプログラミング装置。
アーク炉設備は電力の大規模な消費者であり、その単位容量は数千キロワット、数万キロワットと測定されます。 1 トンの固体充填物を溶解するための電力消費量は 400 ～ 600 kWh-h に達します。したがって、炉には、炉の降圧変圧器を介して6、10、および35 kVのネットワークから電力が供給されます（変圧器の二次ラインの最大電圧値は、通常、中小規模の炉では最大320 Vの範囲にあります）最大容量、大型炉の場合は最大 510 V）。
この点で、炉設備は、変圧器と開閉装置を備えた特別な炉変電所の存在によって特徴付けられます。新しい設備では、統一スキームに従って製造された完全配電ユニット（KRU）のキャビネットが使用されます。炉変電所は炉のすぐ近くにあります。最大 12 トンの容量を持つアーク鋼炉を設置するためのパネルと制御パネルは、工場から (作業プラットフォームから) 提供されるサービス制御パネルとともに炉変電所内に配置されます。大型の炉の場合は、炉の作業窓を見やすくするための独立した制御室を設けることができます。
電気アーク炉は、数千アンペア、数万アンペアに達する大量の電流を消費します。このような電流は、電極供給回路の有効抵抗と誘導抵抗が小さい場合でも、大きな電圧降下を引き起こします。その結果、炉変圧器は特別な炉変電所内の炉のすぐ近くに配置されます。炉内変圧器と炉内電極を接続する、長さが短く複雑な回路をショートネットワークと呼びます。
アーク炉の短いネットワークは、変圧器チャンバー内のバスバー、フレキシブル ケーブル ストリング、チューブ バスバー、電極ホルダー、およびキャリッジとともに移動する電極で構成されます。最大 10 トンの容量を持つアーク炉では、炉変圧器の二次巻線がチャンバーの出力でデルタに接続される場合、「スター オブ 電極」方式が使用されます。リアクタンスを低減できる短いネットワークの他のスキームは、より強力な炉に使用されます。
小型炉では 1 ～ 2 kW、大型炉では最大 20 ～ 30 kW で定格 380 V のかご形誘導電動機が、炉機構の電気駆動装置に一般的に使用されます。電極を動かすためのドライブのモーター - 電気機械または磁気増幅器、およびサイリスターコンバーターによって供給される直流。これらのドライブは、独立したユニット、つまり炉電力調整器の一部です。
20トンを超える容量の炉では、生産性を向上させ、鉄鋼メーカーの作業を容易にするために、進行磁場の原理に基づいて金属の液体バスを混合するための装置が備えられています。2つの巻線を備えた固定子は、非磁性材料の炉の底部の下に配置され、その電流は90°位相が異なります。固定子巻線によって生成される進行磁界が金属層を駆動します。コイルを切り替えると金属の進行方向を変えることができます。撹拌装置の固定子に流れる電流の周波数は 0.3 ～ 1.1 Hz です。このデバイスは、電気機械の周波数変換器によって電力を供給されます。
アーク炉の機構に使用されるモーターは、困難な条件 (粉塵の多い環境、高温の炉構造の近く) で動作するため、耐熱絶縁体 (クレーン冶金シリーズ) を備えた密閉設計になっています。
炉内変圧器ユニット
アーク炉の設置には、特別に設計された三相油入変圧器が使用されます。炉変圧器の電力は、アーク炉の容量に次いで 2 番目に重要なパラメータであり、金属の溶解時間を決定し、炉の性能に大きな影響を与えます。アーク炉で鋼を溶解する合計時間は長くなります。最大 10 トンの容量の炉の場合は 1 ～ 1.5 時間、最大 40 トンの容量の炉の場合は最大 2.5 時間です。
溶解中のアーク炉の電圧は、かなり広い範囲にわたって変化する必要があります。溶解の最初の段階では、スクラップが溶解するときに、このプロセスをスピードアップするために最大の電力を炉に導入する必要があります。しかし、コールドチャージではアークが不安定になります。したがって、電力を大きくするには電圧を高くする必要があります。溶解段階の継続時間は全溶解時間の 50% 以上であり、電力の 60 ～ 80% が消費されます。第 2 段階と第 3 段階では、液体金属の酸化と精製中 (有害な不純物の除去と過剰な炭素の燃焼)、アークはより静かに燃焼し、炉内の温度はより高く、アークの長さは長くなります。
炉の内張りへの早期の損傷を避けるために、電圧を下げることによってアークが短くなります。さらに、異なる種類の金属を溶解できる炉の場合、それに応じて溶解条件が変化するため、必要な電圧も変化します。
アーク炉の電圧を調整する機能を提供するために、アーク炉に電力を供給する変圧器は低電圧の数段階で作られ、通常は高電圧の巻線のタップを切り替えます (12 段階以上)。最大 10,000 kV-A の容量を持つ変圧器にはトリップ装置が装備されています。より強力な変圧器には負荷スイッチが付いています。小型炉の場合は、2 ～ 4 つのステージと、高電圧 (HV) 巻線をデルタからスターに切り替えるという最も単純な電圧調整方法が使用されます。
安定した AC アーク燃焼を確保し、定格電極電流の 2 ～ 3 倍による電極と充電器間の短絡時の過電圧を制限するには、設備の相対リアクタンスの合計を 30 ～ 40% にする必要があります。炉変圧器のリアクタンスは 6 ～ 10%、小型炉のショート ネットワーク抵抗は 5 ～ 10% です。したがって、最大 40 トンの炉用変圧器の HV 側には、抵抗が 15 ～ 25% 程度の上流リアクトルが設けられており、変圧器ブロック キットに含まれています。リアクトルは不飽和コアチョークとして設計されています。
すべてのアーク炉の電源変圧器にはガス保護が施されています。炉用変圧器の主な保護としてのガス保護は 2 段階で実行されます。第 1 段階は信号に影響を与え、第 2 段階は設備をオフにします。
アーク炉の自動電力制御。正常かつ高性能な運転を保証するために、アーク炉には自動電力調整器 (AR) が装備されており、電気アークの所定の電力を一定に維持します。自動アーク炉電力調整器の動作は、負荷に対する電極の位置の変更に基づいています。直接加熱アーク炉では電極の位置を変更するか、間接加熱アーク炉では電極間の位置を変更します。どちらの場合も、アーク炉では長さの規制が使用されます。駆動装置は電気モーターであることがほとんどです。
電気アーク炉の電気モードの調整
構造を調べることで、電気モードを調整する可能な方法を示すことができます。
1) 電源電圧を変更する。
2) アーク抵抗の変化。その長さの変化。
どちらの方法も最新の設備で使用されています。モードの大まかな調整は、移動機構を使用してトランスの二次電圧の段階を正確に切り替えることによって実行されます。電極を動かす機構は自動電力調整器 (AWS) を使用して制御されます。
アーク炉の作業場には以下を提供する必要があります。
1) 自動アーク点火
2) アーク切断と動作上の短絡を自動的に除去します。
3) 動作短絡によるアーク切れが解消された場合の応答速度は約3秒です。
4) 規制プロセスの非周期的な性質
5) 炉の入力電力を公称値の 20 ～ 125% の範囲でスムーズに変更し、それを 5% の精度で維持する能力。
6) 供給電圧がなくなったら電極を停止します。
制御プロセスの非周期的な性質は、液体金属の電極の低下（電極が炭化して溶解を損なう可能性がある）を排除するため、また電極が固体装入物と接触したときに電極が破損するのを排除するために必要です。この要件に準拠すると、炉の緊急時または運転停止の場合に上記のモードに対する保護が提供されます。
電気の消費者としての電気炉
電気炉は、電力システムの強力かつ不快な消費者です。低い力率 = 0.7 ～ 0.8 で動作し、ネットワークから消費される電力は溶融中に変化します。電気モードは、アーク破壊や動作上の短絡に至るまで、頻繁な電流サージによって特徴付けられます。アークは、他の消費者にとって望ましくない高周波高調波を生成し、電力ネットワークに追加の損失を引き起こします。
力率を高めるために、電流ショックがあるため、コンデンサを主変電所の母線に接続して炉のグループに電力を供給することができます。 無効電力 が大きな制限内で変動する場合、この容量を迅速に変更できるようにする必要があります。このような調整には、高電圧を使用できます。 サイリスタスイッチCM を 1 に近づけるように回路によって制御されます。高調波に対処するには、最も強い高調波に調整されたフィルターが使用されます。
電圧 110、220 kV の他の需要家に接続された独立電源用の炉変電所の配電が広く使用されています。この場合、他の消費者の電流と電圧の曲線の歪みを許容範囲内に抑えることができます。