OBLOUKOVÉ PECE
Elektrické zařízení obloukových pecí
elektrický oblouk vytváří potřebné teplo k roztavení vsázkyoblouk hoří mezi elektrodami a vsázkou
teplo se přenáší z oblouku do vsázky hlavně sálánímve vsázce se teplo šíří vedením a prouděním taveniny
Rozdělení obloukových pecí
Pece ocelářské s přímým působením odkrytého oblouku- rafinace tekuté oceli
Pece obloukové sálávé s nepřímým působením oblouku- výroba slitin mědi - max. výkon do 600 kVA
Elektrické pece odporově obloukové s přímým působením zakrytého oblouku, pece hutnické- feroslitiny, karbidy, - největší výkony (unás do 40MVA)
Schéma zařízení obloukové pece1 pecní transformátor2 krátká cesta3 trubky s chladící vodou4 elektrody5 uchycení elektrod6 odvod pecních plynů7 výpust8 poklop9 pec10 jedna ze dvou kolébek umožňující naklánění
pece11 podstavec pece12 řídící stanoviště
Přípojení obloukové pece na napájecí soustavu
• 1 napájecí síť• 2 odpojovač• 3 výkonový vypínač• 4 primární transformátor• 5 sériově řazená tlumivka• 6 výkonový vypínač• 7 pecní transformátor• 8 krátká síť• 9 elektrody• 10 obvody měření• 11 regulace
Připojení obloukových pecí k napájecí síti vysokého napětí
- napájecí vn síť elektrických obloukových pecí je zatěžována nepravidelně proměnlivými špičkami proudů – 0 až 3 In kolísání napětí => nepříznivé elektronické přístroje přesně vymezené požadavky na napájecí síť obl pecí
Činitel pro posouzení napájecí sítě – zkratový výkon v místě zapojení pecí na energetický systém
[MVA]ZU
S NK
2
2N
KUSZ
odchylky 30% In mají u síťové impedance způsobit poklesnapětí nejvýše 0,5% Un.
[]
nutný poměr trvalého zkratového výkonu Sk k připojenému pecnímu transformátoru STP :
trvalý zkratový výkon v místě
napojení přívodu musí být 60 krát
větší než výkon pecního trafapodmínka pro hranici pozorovatelnosti rušivých jevů, nesmí být překročeno kolísání napětí ve výši 0,35% Un => poměr
0,530
N
N
UZI
2 30 600,5N N
K TPN
U IS SU
85K TPS S
Možnosti snížení rušivých účinků obloukových pecí na napájecí síť vn
a) Omezení zkratových a velkých proudů - vznikají zejména při natavování vsázky
- zapojení reaktoru do série s pecním transformátorem
b) Zvětšení zkratového výkonu v místě připojení- zesílení sítě- připojení synchronního kompenzátoru do sítě- sériová nebo paralelní kompenzace
c) Zmenšení kolísání jalového příkonu el obl pece- nepřímá kompenzace- přímá kompenzace
Kompenzace jalového výkonu
Nepřímá kompenzace- udržuje odběr jalové energie
konst na maximální hodnotě- špatný účiník => paralelně
statický kondenzátor
- Přímá kompenzace- kompenzace přímo podle
okamžitého odběru- je možno měnit výrobu
induktivní energie v kompenzátoru v synchronismu se spotřebou pece
Nepřímá kompenzace jalového výkonu s využitím řízeného usměrňovače
Přímá kompenzace jalového výkonu s využitím tyristorů
stupňovitá kompenzace – tyristory spínané kondenzátorové bateriespínacím elementem je dvojice antiparalelně zapojených tyristorů
nemá žádné pohyblivé části => vysoká trvanlivost, tichý choddopravní zpoždění max 10 ms
Pecní transformátory
pracují se značně proměnlivým zatížením při častých zkratech způsobených dotykem elektrod se vsázkou
poměrně nízké sekundární napětí a vysoký proud regulace sekundárního napětí v širokých mezích
změnou počtu závitů primárního vinutí výkonem pecního trafa je vymezen přívod tepla do
pece a tím i výkon pece
volba výkonu pecního trafa se provádí podle velikosti vsázky pece a pracovního režimu
Závislost výkonu pecního transformátoru na velikosti vsázky
UHP- tavení s velmi vysokou produktivitou- krátký oblouk- poměr výkonu pectrafa pro UHP a
normální režim – 2,1 až 2,4
SUPH- pece se supravysokou produktivitou- rychlý roztav do 1 hodiny- trafo o výkonu odpovídající 1 MVA na 1
tunu vsázky
Tlumivky
zapojeny v napájecí síti mezi výkonovým vypínačem a pecním transformátorem omezují hodnotu zkratových proudů při dotyku elektrod s
taveninou obvykle zapojena při spojení primáru trafa do trojúhelníka při přepnutí do hvězdy dojde k vyřazení tlumivkypro režim tavení vyžadující krátký oblouk není potřeba v celédobě tavení.u dlouhých oblouků je účelem zkrátit čas pro natavení vsázky a využít plného výkonu trafa v co nejdelším časovém intervalu zařazení tlumivky => zlepšení stability oblouku x zhoršení
účinnosti pecí
Elektrické zapojení obloukových pecí krátkou cestou
krátká cesta = elektrické vedení od vývodů sekundárního vinutí pecního trafa do pracovního
prostoru pece
části krátké cesty :1. pásová část2. ohebná lana3. vodiče ramen držáků elektrod4. držáky elektrod5. elektrody a spojky
velké proudy => velké ztráty
Bifilární vedení krátké cesty
nerovnoměrné rozložení výkonů v jednotlivých
fázích má nepříznivý vliv na práci pece aživotnost vyzdívky
zmenšení nesymetrie => bifilární vedení
dokonalé vyrovnání indukčností lze provést jen
při bifilárním spojení až po elektrody a při spojení vývodů sekundárního vinutítransformátoru až na elektrodách
Různá zapojení krátké cesty a jejich vliv na účinník
A) B) C)
Různá zapojení krátké cesty a jejich vliv na účinník
Elektrody
požadavky na elektrody :1. dobrá elektrická vodivost2. vysoká mechanická pevnost3. vysoká oxidační teplota4. malý obsah popela a síry
druhy elektrod :1. uhlíkové – antracit, koks, přírodní grafit, pryskyřice2. grafitové – z uhlíkových vypalováním až do 2700°C3. násypné – velké průměry elektrod (>500 mm)
– cena 1/3 uhlíkových
Automatická regulace polohy elektrod
úkol : zachovávat po určitou dobu konstantní množství energie přiváděné do pracovního prostoru pece nezávisle na neustále se měnících podmínkách
regulátor musí mít dostatečnou rychlost nastavení optimaproblém : doba odezvy => pásmo necitlivosti = vymezená oblast uvnitř které změna regulované veličiny nevyvolá změnu polohy elektrody
Id intenzita proudu při pohybu dolů In intenzita proudu při pohybu nahoru
[%] 100
dn
dn
IIII
h
100 [%] n d
n d
I Ih
I I
proudonapěťová, diferenciální regulace – regulátor se snaží udržet nastavený poměr napětí a proudu konstantní.
podle pohonua) elektromechanické ovládání pohybu elektrod - elektromotor zvedá nebo spouští teleskopický sloup
ramene elektrodového držáku s elektrodou prostřednictvímocelových lan
b) hydraulické ovládání pohybu elektrod - mechanizmus pohybu elektrod je vytvořen
pracovním válcem a přívodem tlakové kapaliny - rychlost, přesnost, stabilita regulace
- vysoké náklady, konstrukční náročnost
Elektromechanický regulátor kontaktní- řídícím členem je diferenciální
relé, jehož cívky jsou napájeny proudem ze sekundáru proudového měniče a napětím z elektrody proti zemi
- cívky relé působí na vahadlový systém relé
- s nárůstem proudu v elektrodě vtáhne proudová cívka dif relé své jádro, vahadlo se vychýlí a zapne kontakty ovládající cívku stykače elektromotoru
- elektroda se začne pohybovat nahoru, prodlužuje oblouk
=> zmenšuje se proud
Elektrohydraulický regulátor impedanční- hliníkový rotor tvaru bubínku je
otočně uložen ve vzduchové mezeře dvoufázového statoru s pomocným mag. obvodem
- na hřídeli rotoru je nasazen pastorek, který pohání ozubený segment
- spojen s pákou, která ovládá řízení hydraulicky vyváženého regulačního ventilu hydraulického rozvodu
- vinutí pomocné fáze statoru je napájeno z autotrafa napojeného na jiné dvě fáze napětí než je fáze regulovaná
Tavící obloukové pece na ocel
- vana vyzděná zásaditou vyzdívkou- regulace režimu :
a) změnou napětí na elektrodách peceb) změnou délky oblouku, tedy proudu
pracovní charakteristiky závislost hlavních el. veličin pecních obvodů na nezávisle proměnném proudu určí se : početně graficky pomocí kruhového diagramu el. obl pece měřením
Pracovní charakteristiky el. obl. pece
tep ztráty na konci tavení > el ztráty
užitečný výkon
energ účinnost
měrná spotřeba
rychlost tavení
1už ez tzP P P P
1
100 [%] užen
PP
[kWh/t] už
en
Ww
[t/h] už
už
PG
W
Vznik kolísání napětí a vyšších harmonických proudů
příčiny :1) změna délky oblouku související s častými zkraty
elektrod na vsázku v peci2) vychází z teorie oblouku, intenzita proudu el obl se
náhle mění, aniž by se měnila délka oblel obl přeskakuje od jednoho kusu vsázky ke druhému
3) smyčkový pohyb oblouku, při kterém se obl prodlužuje popsané vlivy se libovolně překrývají nejsilněji se projevuje při natavování
Rudné termické obloukové pece a pece na feroslitiny
z technologického hlediskaredukční – pracují s uhlíkem jako redukčním prvkem
a s kontinuálním procesem slitina a struska se vypouští v intervalech
rafinační – proces tavení je periodický na počátku tavby zakrytý oblouk - postupně se vytáhne nad hladinu taveniny jako u pece na ocel
redukční prvek – hliník, křemík mohutnější než pece na ocel, klidnější provoz bez tlumivky
Elektrické poměry u pecí na feroslitiny
na energetickou náročnost má podstatný vliv rozdělení proudů ve vaně pece boční proudy vsázkou po celé délce
ponořených elektrod omezujeme – mají nepříznivý vliv na energetické poměry má vliv velikost pracovního napětí – se zvyšováním napětí klesá exponenciálně podíl tepelné energie uvolněné v zóně strusky
Stejnosměrné obloukové pece
mezi transformátor a obloukovou pec je umístěn usměrňovač napájecí zdroj je složen z regulačního trafa na nízké napětí, následuje plně řízený šestipulsní usměrňovač v můstkovém
zapojení ve ss části obvodu napájení pece je tlumivka => omezuje
namáhání tyristorů vana má vodivé dno a speciální konstrukci pro vyvedení proudu
v obvodu systémem dnových elektrod provozuje se s dlouhým obloukem
výhody : snížení spotřeby grafitových elektrod (50%) bez rušivých vlivů na napájecí síť
Schéma zařízení stejnosměrné obloukové pece
Přípojení stejnosměrné obloukové pece na napájecí soustavu
• 1 napájecí síť• 2 odpojovač• 3 výkonový vypínač• 4 primární transformátor• 5 sériově řazená tlumivka• 6 výkonový vypínač• 7 pecní transformátor• 8 krátká síť• 9 elektroda• 10 obvody měření• 11 regulace• 12 výkonový blok• 13 tlumivka• 14 nístějová elektroda
Perspektivy stejnosměrného tavení
snížení spotřeby elektrod o 2/3 oproti střídavému tavení
díky stejnosměrnému napájení odpadá asymetrické zatížení napajecí soustavy
zjednodušená obsluha pece
KONEC