ных расширениях шин короткой сети и при вибрации бака транс форматора.
Ш и х т о в а н и ы й п а к е т ш и и представляет собой одну из наиболее длинных частей вторичного токопривода, поэтому при нимают все меры для уменьшения его индуктивного сопротивления. Это достигается размещением рядом проводников, токи в которых протекают в противоположных направлениях, т. е. путем шихтовки проводников. Чаще всего применяют шихтовку двух видов:
1) чередование прямого и обратного проводов одной фазы, ко торое применяют при выполнении короткой сети по схеме «треуголь ник» на электродах;
2) чередование проводов трех фаз в трехфазных печах по схеме «звезда» иа электродах.
Существо явлений, достигаемых шихтовкой шин, заключается в том, что индуктивность и, следовательно, индуктивное сопротив ление проводника, находящегося в шихтованном пакете, опреде
ляются его собственной индуктивностью |
Ь Х1 и взаимными |
индук |
||
тивностями от соседних пакетов или шин |
пакета |
М х_ъ |
М х_^ |
|
. . • М,_п. |
|
|
|
|
Таким образом: |
|
|
|
|
L x = = L x_x ± M x_z + М х_з ± •••± |
М х_п, |
|
|
|
где L x — полная индуктивность |
первого |
пакета |
шин. Знак |
вели |
чины М зависит от направления тока в проводнике. Если токи направлены в противоположные стороны, то величина М вычитается из величины L x.
Применение шихтовки позволяет свести индуктивное сопротив ление шихтованного пакета, составляющего половину длины от всей короткой сети, к 10—15% от ее общего сопротивления. Вели чина взаимной индуктивности зависит от расстояния между про водниками, и чем ближе расположены проводники, тем больше величина М. Поэтому целесообразно сближать между собой про водники там, где величина М отрицательна (противоположные направления протекания токов или разные фазы) и увеличивать при положительных значениях М.
Дробление токопровода фазы на ряд параллельных проводни ков, т. е. шихтовка и расшихтовка проводников при подходе к элек троду, приводит к некоторой асимметрии фаз и к различной длине шин фаз, что в свою очередь вызывает неодинаковое активное сопро тивление отдельных фаз. В результате разность полного, актив ного и индуктивного сопротивлений различных фаз при шихтован ных пакетах достигает 20—25%.
Если не применять шихтовки, эта разность может достичь 60— 80%, что обусловит перегрузку током наиболее загруженной «ди
кой» фазы на 60—80%.
Г и б к и й т о к о п о д в о д. Электроды печи передвигаются в вертикальной плоскости, наклоняются при наклоне печи для слива металла и шлака и отворачиваются вместе со сводом для
91
загрузки шихты сверху (на исчах ДСП), что вызывает необходи мость выполнения гибкого участка короткой сети.
Размеры и конструкция гибкой части зависят от конструкции и характера работы печи и общей ее компоновки. Общая длина гиб кой части короткой сети может быть соизмерима и даже превышать длину шихтованного пакета шин. Она выполняется из специальных медных гибких полых неизолированных многожильных кабелей.
Применение полых кабелей обусловлено поверхностным эффек том. При частоте 50 Гц глубина проникновения тока составляет примерно 10 мм. Внутренняя часть кабелей типа МГЭ имеет джуто вую сердцевину. Допустимая нагрузка кабеля типа М1Э-500 (500 мм2) должна быть не более 800 А. В печах большой мощности, где необ ходимо пропускать токи силой в несколько десятков тысяч ампер, приходится выполнять целые гирлянды параллельных кабелей.
В современных печах гибкую часть короткой сети выполняют из водоохлаждаемых изолированных резиновым шлангом кабелей, что дает возможность сблизить между собой пакеты фаз, а в систе мах, работающих по схеме «треугольник на электродах», соединять в одну гирлянду провода с прямой и обратной полярностью одной и той же фазы. Это приводит к значительному уменьшению индук тивного сопротивления гибкой части короткой сети. Применение гибких водоохлаждаемых кабелей особенно целесообразно при одно временном применении медных водоохлаждаемых труб токопровода по печи к электродам с водоохлаждаемым электрододержателем, поскольку при этом достигается удобство выполнения цепи водоохлаждения короткой сети и электрододержателей.
Однако гибкий водоохлаждаемый токопровод требует более тщательного ухода, частного осмотра и устранения утечки воды в местах соединения. Увеличение массы заполненного водой кабеля требует специальных приспособлений для монтажа и демонтажа кабелей. На заводах, расположенных в зонах с суровыми клима тическими условиями, в обычно нс отапливаемых электросталепла вильных цехах при остановке печи па ремонт или длительный осмотр, а также при вынужденных остановках печи во избежание замерза ния приходится сливать воду из водоохлаждаемых труб и кабелей. Для слива воды с провисающей части водоохлаждаемых кабелей их необходимо отсоединять от пакета шин и опускать на пол. Так как узел крепления кабелей находится на уровне 5—8 м от рабо чей площадки и сложен по конструктивному исполнению, то такой демонтаж с последующим монтажом выполнить достаточно трудно.
Элементы конструкции печи, расположенные вблизи токоведу щих проводников, оказываются в области переменного магнитного поля. Это приводит к дополнительным потерям энергии на перемагничивание конструкций, составляющим 20—30% от общих потерь в короткой сети, в связи с чем близко расположенные к токоведу щим элементам металлические конструкции изготовляют из немаг нитных материалов.
Эл е к т р о д ы
На всех дуговых электропечах применяют электроды круглого сечения, диаметр которых определяется емкостью плавильного агрегата, а следовательно, подводимой электрической мощностью.
От качества электродов и способа подвода к ним электрического тока значительно зависят потери электроэнергии, составляющие до 10% и более всей подводимой к печи мощности.
Учитывая исключительно тяжелые условия, в которых нахо дятся электроды в процессе плавки, к ним предъявляют особые требования. Материал электродов должен выдерживать высокие температуры, быть достаточно механически прочным, обладать высокой электропроводностью и необходимой стойкостью против окисления, обеспечивать в местах сочленения плотность контакта.
Удовлетворять этим требованиям могут только изделия из угле рода. Сырьем для изготовления электродов служат графит, лучшие сорта антрацита и термоантрацита, каменноугольный, пековый
инефтяной коксы, естественный графит, бой электродных огарков. Для дуговых электропечей применяют угольные, графитирован-
ные и самоспекающиеся электроды. Угольные и самоспекающиеся электроды применяют главным образом при осуществлении рудовссстановительиых процессов в ферросплавных печах.
Для сталеплавильных процессов применяют преимущественно графитированные электроды, обладающие более высокими физико механическими и электротехническими свойствами по сравнению с угольными электродами.
Графитированные электроды характеризуются низким удельным сопротивлением (8—13 Ом-мм2/м), высокой термостойкостью, со держат мало золы. Допустимая плотность тока в этих электродах составляет 28, 16 и 14 А/см2 при диаметрах 150, 400 и 550 мм соот ветственно. В специальных графитированных электродах она дости
гает 50 А/см2.
Сырьем для производства электродов служат природные и искус ственные углеродистые материалы, содержащие около 90% угле рода: графит, антрацит, термоантрацит, каменноугольный, пековый и нефтяной коксы, а также возвраты электродного производства. Для электродной продукции всех видов в качестве связующего вещества применяют каменноугольный электродный пек.
Принципиальная схема производства электродных изделий пока
зана на рис. 45.
Все твердые кусковые материалы предварительно измельчают в дробилках (щековых или валковых) до кусков размером 40—70 мм,
после чего |
поступают на прокаливание — термическую обработку |
без доступа |
воздуха. |
Прокаливанию с целью уменьшения содержания влаги и лету чих веществ подвергают все виды углеродистого сырья, кроме нату ральных графитов. Прокаливание при 1150—1350° С обеспечивает высокую механическую прочность, плотность, термостойкость и высокую электропроводность электродов.
93
Из прокалочного отделения твердые углеродистые материалы поступают на измельчение в молотковых или валковых дробилках п шаровых мельницах, а затем на рассев. Размолотый материал разделяется на фракции при помощи вибрационных сит или бара банных грохотов и поступает на хранение в сортовые бункера.
Порошковый материал отвешивается в соответствии с дозиро вочным рецептом из сортовых бункеров, и подготовленная шихта подается в смесительные машины с паровым обогревом для тщатель ного перемешивания с расплавленным каменноугольным пеком до получения однородной массы.
Рнс. *15. Схема производства электродов
Приготовленную углеродистую массу после охлаждения до определенной температуры направляют в прессовое отделение. Заготовки прессуют в специальных горизонтальных прессах вы давливанием через мундштук круглого сечения. После выпрессовки заготовки охлаждают в воде и подвергают контролю по форме и длине.
Обжиг отпрессованных заготовок осуществляют в течение 15— 30 суток по графику, который подбирают в зависимости от вида и размеров изделий. При обжиге происходит коксование связую щего, и обжигаемые заготовки переводятся в новое качественное состояние, характеризуемое определенными теплофизическими и электротехническими свойствами.
После обжига электроды подвергают графитизации в электри ческих печах сопротивления при температуре 2600—2800° С. Сопро тивлением служат сами изделия и материал засыпки. В процессе графитизации изделия приобретают высокую электрическую про водимость, увеличивается их теплопроводность, повышается термо
94
стойкость, снижается окисляемость, улучшаются механические свой ства и обрабатываемость.
После графитизации и охлаждения электроды поступают в меха ническое отделение для придания им на токарных станках необхо димой формы и чистоты поверхности и для нарезки резьбы под ниппель.
У электродов с двух сторон имеются ниппельные гнезда с цилин дрической или конической резьбой (предпочитается коническая резьба). На рис. 46 показано соединение электродов при помощи цилиндрического и биконического ниппелей.
Для фиксации биконического ниппель ного соединения применяют контактную прессованную пасту, вставляемую в виде пластин между ниппелем и дном ниппель ного гнезда в процессе наращивания элек тродов.
Расход электродов зависит от правиль ного выбора поперечного сечения, каче ства, условий транспортировки и хранения их, строгого соблюдения условий^эксплу атации, главным образом, электрического режима. При выборе поперечного сечения электродов следует учитывать в первую очередь предельно допустимую удельную плотность тока.
Электроды необходимо хранить в чистом сухом закрытом поме щении в штабелях высотой не более 1,5 м с деревянными проклад ками между рядами, обращая особое внимание на сохранение в ис правном состоянии торцов и ниппельных гнезд.
Электроды поглощают влагу из воздуха, поэтому перед установ кой на электропечь их необходимо просушивать в специальных камерных печах. При свинчивании (наращивании) электродов необ ходимо принимать меры по предупреждению излишнего перенапря жения в местах ниппельного соединения. Свинчивать электроды нужно либо на специальных стендах, либо на печи. Перед свинчи ванием ниппельные гнезда необходимо тщательно обдувать сжатым воздухом.
Наращивать свечи на печи с помощью мостового крана надо плавно, без рывков, вращая верхний электрод вокруг своей оси с помощью специального ключа.
ОПТИМАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ
Современные дуговые электрические печи представляют собой очень мощные потребители электроэнергии, характеризуемые слож ным характером работы. Процесс плавки обычно складывается из трех периодов, отличающихся друг от друга величиной потребляе
95
мой мощности. Мощность трансформатора используется полностью в период плавления, примерно' на 70% — в окислительной и на 50% и менее — в восстановительный периоды.
Для определения оптимального электрического режима работы на каждой ступени строят так называемые «рабочие» электрические характеристики печи (рис. 47). Для этого опытным путем определяют электрические параметры на печи в режиме холостого хода и корот кого замыкания.
Робщ I От >0пат
ид
Шг
/го
Ъл
100 |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
Ш ( р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
80 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7 |
60 |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
to |
to |
|
|
|
|
|
|
|
|
?о |
го |
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
0J |
||
о |
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 |
5 |
8 |
!? |
/8 |
80 |
21/ |
28 |
3? 364000 |
|
|
|
|
|
|
] |
|
|
|
Рис. 47. Электрические характеристики периода плавления для печи емкостью 25 т для ли нейного напряжения 240 В; трансформатор 7500 кВА
Оптимальным является режим, обеспечивающий большое зна чение мощности дуги (полезной мощности) при достаточно высоких значениях электрического коэффициента полезного действия и коэфциента использования мощности. Для приведенных на рис. 47 условий номинальной следует считать силу тока, равную при мерно 18000 А.
Поддержание электрического режима на каждой ступени напря жения в пределах, близких к оптимальному, осуществляется авто матическими регуляторами.
На электропечах применяют релейно-контакторные регуляторы типа РРТ, регуляторы с электромашинными усилителями типа РМД, электрогпдравлические регуляторы типа АРРГ, бесконтактные регу ляторы с электромагнитными усилителями типа РБС, регуляторы на тиристорах типа СТУ-022 и др.
%