المعدات الكهربائية لأفران القوس الكهربائي

جهاز فرن القوس

الغرض الرئيسي من أفران القوس هو إذابة المعادن والسبائك. توجد أفران القوس المباشر وغير المباشر. في أفران القوس بالحرق المباشر ، يحترق القوس بين الأقطاب الكهربائية والمعدن المنصهر. في أفران القوس غير المباشر - بين قطبين. الأكثر انتشارًا هي أفران القوس المسخن المباشر المستخدمة لصهر المعادن الحديدية والحرارية. تستخدم أفران القوس غير المباشر لصهر المعادن غير الحديدية وأحيانًا الحديد الزهر.

الفرن القوسي عبارة عن غلاف مبطّن محاط بقبو ، ويتم إنزال الأقطاب الكهربائية من الداخل من خلال فتحة في القبو والتي تشغل حاملات الأقطاب الكهربائية المتصلة بالأدلة. يحدث ذوبان الشحنة ومعالجة المعدن بسبب حرارة احتراق الأقواس الكهربائية بين الشحنة والأقطاب الكهربائية.

يتم تطبيق جهد من 120 إلى 600 فولت وتيار 10-15 كيلو أمبير للحفاظ على القوس. تنطبق القيم المنخفضة للجهود والتيارات على الأفران بسعة 12 طنًا وقدرة 50000 كيلو فولت أمبير.

يوفر تصميم فرن القوس تصريف المعدن من خلال مضخة تصريف. يتم ضخ الخبث من خلال نافذة عمل مقطوعة في الغلاف.

فرن القوس الكهربائي: 1 - جسم فولاذي ؛ 2 - بطانة حرارية ؛ 3 - سقف الفرن. 4 - أقطاب كهربائية 5 - آلية رفع الأقطاب الكهربائية ؛ 6 - قوس قزح

العملية التكنولوجية لصهر المعدن في فرن القوس

تبدأ معالجة الشحنة الصلبة المحملة في فرن القوس من مرحلة الانصهار ، في هذه المرحلة يتم إشعال القوس في الفرن ويبدأ ذوبان الشحنة تحت الأقطاب الكهربائية. عندما تذوب الشحنة ، ينزل القطب مكونًا آبارًا للتسريع. السمة المميزة لمرحلة الانصهار هي الاحتراق غير السار للقوس الكهربائي. يرجع انخفاض استقرار القوس الكهربائي إلى انخفاض درجة الحرارة في الفرن.

انتقال القوس من شحنة إلى أخرى ، بالإضافة إلى الانقطاعات العديدة للقوس من الدوائر القصيرة التشغيلية ، والتي تنتج عن انهيار وحركات القطع الموصلة للشحنة. المراحل الأخرى لتشغيل المعادن تكون في حالة سائلة وتتميز بالحرق الهادئ للأقواس. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مجموعة واسعة من التحكم التشغيلي والدقة العالية للحفاظ على مدخلات الطاقة للفرن. يضمن التحكم في الطاقة التقدم المطلوب للتفاعل المعدني.

تتطلب الخصائص المدروسة للعملية التكنولوجية من فرن القوس:

1) القدرة على الاستجابة بسرعة لدوائر التشغيل القصيرة وانقطاعات القوس ، واستعادة الظروف الكهربائية العادية بسرعة والحد من تيارات الدائرة القصيرة العاملة إلى حدود مقبولة.

2) المرونة للتحكم في مدخلات طاقة الفرن.

المعدات الكهربائية لأفران القوس

يشمل تركيب فرن القوس ، بالإضافة إلى الفرن نفسه وآلياته بمحرك كهربائي أو هيدروليكي ، ومعدات كهربائية إضافية: محول فرن ، وأسلاك من المحول إلى أقطاب فرن القوس - ما يسمى الشبكة ، وحدة التوزيع (RU) على جانب الجهد العالي للمحول مع مفاتيح الفرن ؛ منظم الطاقة لوحات العدادات وأجهزة التحكم والإشارات ؛ جهاز برمجة للتحكم في وضع تشغيل الفرن ، إلخ.

إن منشآت أفران القوس هي مستهلك كبير للكهرباء ، وتقاس سعة وحداتها بآلاف وعشرات الآلاف من الكيلوات. يصل استهلاك الكهرباء لصهر طن من الحشوة الصلبة إلى 400-600 كيلو واط في الساعة. لذلك ، يتم تغذية الأفران من شبكات 6 و 10 و 35 كيلو فولت من خلال محولات تنحيف الفرن (قيم الجهد القصوى للخط الثانوي للمحولات عادة ما تكون في نطاق يصل إلى 320 فولت للأفران الصغيرة والمتوسطة قدرة تصل إلى 510 فولت للأفران الكبيرة).

في هذا الصدد ، تتميز تركيبات الأفران بوجود محطة فرعية خاصة بالفرن مع محول ومفاتيح كهربائية. في التركيبات الجديدة ، يتم استخدام خزانات من وحدات التوزيع الكاملة (KRU) المصنوعة وفقًا لمخططات موحدة. تقع محطات الأفران الفرعية بالقرب من الأفران. يتم وضع الألواح ولوحات التحكم الخاصة بتركيب أفران القوس الفولاذية بسعة تصل إلى 12 طنًا داخل محطة الفرن الفرعية مع لوحات التحكم في الخدمة من المتجر (من منصة العمل). بالنسبة للأفران الكبيرة ، يمكن تزويد غرف التحكم المنفصلة بإطلالة مريحة على نوافذ العمل بالفرن.

تستهلك أفران القوس الكهربائي تيارات كبيرة ، تُقاس بآلاف وعشرات الآلاف من الأمبيرات. تخلق مثل هذه التيارات قطرات جهد كبيرة حتى مع وجود مقاومات نشطة واستقرائية صغيرة لدوائر إمداد القطب. نتيجة لذلك ، يتم وضع محول الفرن بالقرب من الفرن في محطة فرعية خاصة بالفرن. تسمى الدوائر التي تربط محول الفرن وأقطاب الفرن ذات الطول القصير والهيكل المعقد بالشبكة القصيرة.

تتكون الشبكة القصيرة لفرن القوس من قضيب توصيل في غرفة المحول ، وسلسلة كبل مرنة ، وقضبان توصيل أنبوبية ، وحامل قطب كهربائي ، وقطب كهربائي يتحرك جنبًا إلى جنب مع النقل. في أفران القوس بسعة تصل إلى 10 أطنان ، يتم استخدام مخطط "نجمة الأقطاب" ، عندما يتم توصيل اللفات الثانوية لمحول الفرن في دلتا عند إخراج الغرفة. يتم استخدام مخططات أخرى لشبكة قصيرة ، مما يسمح بتقليل تفاعلها ، في أفران أكثر قوة.

تُستخدم المحركات الحثية على شكل قفص السنجاب بجهد 380 فولت عند 1-2 كيلو واط في الأفران الصغيرة التي تصل إلى 20-30 كيلو واط في الأفران الكبيرة بشكل شائع في المحركات الكهربائية لآليات الفرن. محركات محركات الأقطاب الكهربائية المتحركة - التيار المباشر الذي يتم توفيره بواسطة آلة كهربائية أو مضخمات مغناطيسية ، وكذلك بواسطة محولات الثايرستور. هذه المحركات هي جزء من وحدة مستقلة - منظم طاقة الفرن.

في الأفران التي تزيد سعتها عن 20 طنًا ، من أجل زيادة الإنتاجية وتسهيل عمل صانعي الصلب ، يتم توفير أجهزة لخلط حمام سائل من المعدن بناءً على مبدأ المجال المغناطيسي المتنقل.يتم وضع الجزء الثابت ذو الملفين أسفل الفرن من مادة غير مغناطيسية ، والتيارات التيارات منها 90 درجة خارج الطور. يقود مجال السفر الناتج عن لفات الجزء الثابت الطبقات المعدنية. عند تبديل الملفات ، من الممكن تغيير اتجاه حركة المعدن. يتراوح تردد التيار في الجزء الثابت لجهاز التحريك من 0.3 إلى 1.1 هرتز. يتم تشغيل الجهاز بواسطة محول تردد لآلة كهربائية.

تعمل المحركات التي تخدم آليات أفران القوس في ظروف صعبة (بيئة مليئة بالغبار ، موقع قريب من هياكل الأفران شديدة التسخين) ، وبالتالي فهي تتميز بتصميم مغلق مع عزل مقاوم للحرارة (سلسلة الرافعات المعدنية).

وحدات محولات الأفران

تستخدم تركيبات أفران القوس محولات مغمورة بالزيت ثلاثية الطور مصممة خصيصًا. تعد قوة محول الفرن ، بعد السعة ، ثاني أهم معلمة لفرن القوس وتحدد مدة صهر المعدن ، مما يؤثر بشكل كبير على أداء الفرن.الوقت الإجمالي لصهر الفولاذ في فرن القوس هو الأعلى إلى 1-1.5 ساعة للأفران بسعة تصل إلى 10 طن وحتى 2.5 ساعة للأفران بسعة تصل إلى 40 طنًا.

يجب أن يتغير الجهد على فرن القوس أثناء الصهر على مدى واسع إلى حد ما. في المرحلة الأولى من الصهر ، عندما يتم صهر الخردة ، يجب إدخال أقصى طاقة في الفرن لتسريع هذه العملية. ولكن مع الشحن البارد ، يكون القوس غير مستقر. لذلك ، لزيادة الطاقة ، من الضروري زيادة الجهد. تبلغ مدة مرحلة الانصهار 50٪ أو أكثر من إجمالي وقت الانصهار ، بينما يتم استهلاك 60-80٪ من الكهرباء.في المرحلتين الثانية والثالثة - أثناء أكسدة المعدن السائل وتكريره (إزالة الشوائب الضارة وحرق الكربون الزائد) ، يحترق القوس بهدوء أكثر ، وتكون درجة الحرارة في الفرن أعلى ويزداد طول القوس.

لتجنب التلف المبكر لبطانة الفرن ، يتم تقصير القوس عن طريق خفض الجهد. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للأفران التي يمكن فيها صهر أنواع مختلفة من المعادن ، تتغير ظروف الصهر وفقًا لذلك ، وبالتالي الفولتية المطلوبة.

من أجل توفير القدرة على تنظيم جهد أفران القوس ، يتم تصنيع المحولات التي تغذيها بعدة مراحل من الجهد المنخفض ، عادةً مع تبديل الصنابير لتصفية الجهد العالي (12 خطوة أو أكثر). محولات بسعة تصل إلى 10000 كيلو فولت أمبير مزودة بجهاز تنطلق. تحتوي المحولات الأكثر قوة على مفتاح تحميل. بالنسبة للأفران الصغيرة ، يتم استخدام مرحلتين إلى أربع مراحل ، بالإضافة إلى أبسط طريقة لتنظيم الجهد - تحويل لف الجهد العالي (HV) من دلتا إلى نجمة.

لضمان احتراق قوس التيار المتردد المستقر والحد من الجهد الزائد أثناء قصر الدائرة بين القطب والشحنة ب 2 - 3 أضعاف تيار القطب المقنن ، يجب أن يكون إجمالي التفاعل النسبي للتركيب 30-40٪. مفاعلة محولات الفرن هي 6-10٪ ، ومقاومة الشبكة القصيرة للأفران الصغيرة هي 5-10٪. لذلك ، على الجانب HV من المحول للأفران بسعة تصل إلى 40 طنًا ، يتم توفير مفاعل المنبع بمقاومة حوالي 15-25 ٪ ، والذي يتم تضمينه في مجموعة كتلة المحولات. تم تصميم المفاعل ليكون خنق قلب غير مشبع.

جميع محولات طاقة أفران القوس مزودة بحماية من الغاز. تتم حماية الغاز ، باعتبارها الحماية الرئيسية لمحول الفرن ، على مرحلتين: المرحلة الأولى تؤثر على الإشارة ، والثانية تغلق التثبيت.

التحكم الآلي في الطاقة لأفران القوس. لضمان التشغيل العادي وعالي الأداء ، تم تجهيز أفران القوس بمنظم طاقة أوتوماتيكي (AR) ، والتي تحافظ على ثبات القوة المعطاة للقوس الكهربائي. يعتمد تشغيل منظم طاقة فرن القوس الأوتوماتيكي على تغيير موضع الأقطاب الكهربائية بالنسبة للحمل - في أفران قوس التسخين المباشر أو بالنسبة لبعضها البعض في أفران القوس غير المباشر للتدفئة ، أي في كلتا الحالتين ، تستخدم أفران القوس تنظيم الطول. غالبًا ما تكون أجهزة القيادة محركات كهربائية.

تنظيم الأوضاع الكهربائية لفرن القوس الكهربائي

يسمح فحص الهياكل بإظهار الطرق الممكنة لضبط الوضع الكهربائي:

1) تغيير جهد الإمداد.

2) التغيير في مقاومة القوس أي. تغيير في طوله.

يتم استخدام كلتا الطريقتين في التركيبات الحديثة. يتم إجراء الضبط التقريبي للوضع عن طريق تبديل مراحل الجهد الثانوي للمحول ، على وجه التحديد - باستخدام آلية الحركة. يتم التحكم في آليات تحريك الأقطاب الكهربائية باستخدام منظمات طاقة تلقائية (AWS).

يجب أن يوفر مكان عمل أفران القوس ما يلي:

1) إشعال القوس التلقائي

2) الإزالة التلقائية لفواصل القوس والدوائر التشغيلية القصيرة.

3) تبلغ سرعة الاستجابة حوالي 3 ثوانٍ عندما يتم التخلص من الانقطاعات القوسية للدائرة القصيرة التشغيلية

4) الطبيعة غير الدورية لعملية التنظيم

5) القدرة على التغيير السلس لقوة الإدخال للفرن ، في حدود 20-125٪ من القيمة الاسمية والمحافظة عليها بدقة 5٪.

6) إيقاف الأقطاب الكهربائية عند اختفاء جهد الإمداد.

تعد الطبيعة غير الدورية لعملية التحكم ضرورية لاستبعاد انخفاض أقطاب المعدن السائل ، والتي يمكن أن تفحمها وتفسد الذوبان ، وكذلك لاستبعاد تكسر الأقطاب الكهربائية عند ملامستها للشحنة الصلبة. يوفر الامتثال لهذا المطلب الحماية ضد الأوضاع المذكورة أعلاه في حالة الطوارئ أو الإغلاق التشغيلي للفرن.

أفران القوس الكهربائي كمستهلكين للكهرباء

تعتبر أفران القوس الكهربائي مستهلكًا قويًا وغير سار لنظام الطاقة. يعمل مع عامل طاقة منخفض = 0.7 - 0.8 ، الطاقة المستهلكة من الشبكة تختلف أثناء الانصهار ، ويتميز الوضع الكهربائي بارتفاع التيار المتكرر ، حتى كسر القوس ، ودوائر التشغيل القصيرة. تولد الأقواس توافقيات عالية التردد غير مرغوب فيها للمستهلكين الآخرين وتتسبب في خسائر إضافية في شبكة الطاقة.

لزيادة معامل القدرة ، يمكن توصيل المكثفات بقضبان التوصيل لمحطة الطاقة الرئيسية ، لتغذية مجموعات الأفران ، منذ الصدمات الحالية قوة رد الفعل يتقلب ضمن حدود كبيرة ، فمن الضروري ضمان إمكانية التغيير السريع لهذه السعة. لمثل هذا التنظيم ، يمكنك استخدام الجهد العالي مفاتيح الثايرستوريتم التحكم فيها بواسطة الدائرة لإبقاء CM قريبًا من 1. ولمكافحة التوافقيات الأعلى ، يتم استخدام المرشحات المضبوطة على التوافقيات الأكثر كثافة.

يستخدم على نطاق واسع توزيع المحطات الفرعية للأفران لإمدادات الطاقة المستقلة المتصلة بمستهلكين آخرين لجهود 110 و 220 كيلو فولت. في هذه الحالة ، يمكن الاحتفاظ بتشويه منحنيات التيار والجهد للمستهلكين الآخرين ضمن الحدود المقبولة.