Peralatan listrik tungku busur listrik

Perangkat tungku busur

Tujuan utama dari tungku busur adalah untuk melelehkan logam dan paduan. Ada tungku busur langsung dan tidak langsung. Dalam tungku busur pembakaran langsung, busur terbakar di antara elektroda dan logam cair. Dalam tungku busur tidak langsung - antara dua elektroda. Yang paling luas adalah tungku busur yang dipanaskan langsung yang digunakan untuk melelehkan logam besi dan tahan api. Tungku busur tidak langsung digunakan untuk melelehkan logam non-besi dan terkadang besi tuang.

Tungku busur adalah cangkang berlapis yang tertutup oleh lemari besi, elektroda diturunkan ke dalam melalui lubang di lemari besi yang terhubung ke pemegang elektroda yang terhubung ke pemandu. Pelelehan muatan dan pemrosesan logam terjadi karena panas busur listrik yang terbakar antara muatan dan elektroda.

Tegangan 120 hingga 600 V dan arus 10-15 kA diterapkan untuk mempertahankan busur. Nilai tegangan dan arus yang lebih rendah berlaku untuk tungku dengan kapasitas 12 ton dan kapasitas 50.000 kVA.

Desain tungku busur menyediakan drainase logam melalui pompa drainase. Terak dipompa melalui jendela kerja yang dipotong di casing.

Tungku busur listrik: 1 - badan baja; 2 — lapisan tahan api; 3 — atap tungku; 4 — elektroda; 5 — mekanisme untuk mengangkat elektroda; 6 — pelangi

Proses teknologi peleburan logam dalam tungku busur

Pemrosesan muatan padat yang dimuat dalam tungku busur dimulai dari tahap peleburan, pada tahap ini busur dinyalakan dalam tungku dan peleburan muatan di bawah elektroda dimulai. Saat muatan meleleh, elektroda turun, membentuk sumur akselerasi. Ciri khas dari tahap peleburan adalah pembakaran busur listrik yang tidak menyenangkan. Stabilitas busur rendah disebabkan oleh suhu rendah di tungku.

Transisi busur dari satu muatan ke muatan lainnya, serta banyak gangguan busur dari korsleting operasional, yang disebabkan oleh keruntuhan dan pergerakan muatan konduktif. Tahap pengerjaan logam lainnya berada dalam keadaan cair dan ditandai dengan pembakaran busur yang tenang. Namun, diperlukan rentang kendali operasional yang luas dan akurasi yang tinggi dalam mempertahankan masukan daya ke tungku. Kontrol daya memastikan kemajuan yang diperlukan dari reaksi metalurgi.

Karakteristik yang dipertimbangkan dari proses teknologi membutuhkan dari tungku busur:

1) Kemampuan untuk merespons dengan cepat terhadap hubung singkat operasional dan gangguan busur, dengan cepat mengembalikan kondisi kelistrikan normal dan membatasi arus hubung singkat pengoperasian hingga batas yang dapat diterima.

2) Fleksibilitas untuk mengontrol input daya tungku.

Peralatan listrik tungku busur

Pemasangan tungku busur termasuk, selain tungku itu sendiri dan mekanismenya dengan penggerak listrik atau hidrolik, dan peralatan listrik tambahan: transformator tungku, kabel dari transformator ke elektroda tungku busur - yang disebut jaringan, unit distribusi (RU) di sisi tegangan tinggi transformator dengan sakelar oven; pengatur daya; dasbor dan konsol, kontrol dan pensinyalan; perangkat pemrograman untuk mengendalikan mode operasi tungku, dll.

Instalasi tungku busur adalah konsumen listrik yang besar, kapasitas unitnya diukur dalam ribuan dan puluhan ribu kilowatt. Konsumsi listrik untuk melelehkan satu ton bahan padat mencapai 400-600 kWh-h. Oleh karena itu, tungku diumpankan dari jaringan 6, 10 dan 35 kV melalui transformator step-down tungku (nilai tegangan maksimum saluran sekunder transformator biasanya berkisar hingga 320 V untuk tungku kecil dan menengah kapasitas dan hingga 510 V untuk tungku besar).

Dalam hal ini, instalasi tungku dicirikan dengan adanya gardu tungku khusus dengan trafo dan switchgear. Di instalasi baru, kabinet dari unit distribusi lengkap (KRU) yang dibuat sesuai skema terpadu digunakan. Gardu tungku terletak di dekat tungku. Panel dan panel kontrol untuk pemasangan tungku baja busur dengan kapasitas hingga 12 ton ditempatkan di dalam gardu tungku dengan panel kontrol layanan dari toko (dari platform kerja). Untuk tungku yang lebih besar, ruang kontrol terpisah dapat disediakan dengan pemandangan yang nyaman dari jendela kerja tungku.

Tungku busur listrik mengkonsumsi arus yang signifikan, diukur dalam ribuan dan puluhan ribu ampere. Arus seperti itu menciptakan penurunan tegangan yang besar bahkan dengan resistansi aktif dan induktif yang kecil dari sirkuit suplai elektroda. Akibatnya, trafo tungku ditempatkan di dekat tungku di gardu tungku khusus. Sirkuit yang menghubungkan transformator tungku dan elektroda tungku dan memiliki panjang pendek dan struktur kompleks disebut jaringan pendek.

Jaringan pendek tungku busur terdiri dari busbar di ruang transformator, tali kabel fleksibel, busbar tabung, dudukan elektroda, dan elektroda yang bergerak bersama dengan kereta. Dalam tungku busur dengan kapasitas hingga 10 ton, skema "bintang elektroda" digunakan, ketika belitan sekunder transformator tungku dihubungkan dalam delta pada keluaran bilik. Skema lain dari jaringan pendek, yang memungkinkan untuk mengurangi reaktansinya, digunakan untuk tungku yang lebih bertenaga.

Motor induksi sangkar tupai dengan daya 380 V pada 1–2 kW dalam tungku kecil hingga 20–30 kW dalam tungku yang lebih besar umumnya digunakan dalam penggerak listrik mekanisme tungku. Motor penggerak untuk elektroda bergerak - arus searah disuplai oleh mesin listrik atau amplifier magnet, serta oleh konverter thyristor. Drive ini adalah bagian dari unit independen — regulator daya tungku.

Dalam tungku dengan kapasitas lebih dari 20 ton, untuk meningkatkan produktivitas dan memudahkan pekerjaan pembuat baja, disediakan perangkat untuk mencampur bak cairan logam berdasarkan prinsip medan magnet keliling.Stator dengan dua belitan ditempatkan di bawah bagian bawah tungku bahan non-magnetik, yang arusnya 90 ° di luar fase. Bidang perjalanan yang diciptakan oleh belitan stator mendorong lapisan logam. Saat mengganti kumparan, dimungkinkan untuk mengubah arah pergerakan logam. Frekuensi arus di stator perangkat pengaduk adalah dari 0,3 hingga 1,1 Hz. Perangkat ini ditenagai oleh konverter frekuensi dari mesin listrik.

Motor yang melayani mekanisme tungku busur bekerja dalam kondisi sulit (lingkungan berdebu, lokasi dekat struktur tungku yang sangat panas), oleh karena itu mereka memiliki desain tertutup dengan insulasi tahan panas (seri derek-metalurgi).

Unit transformator tungku

Instalasi tungku busur menggunakan transformator terendam minyak tiga fase yang dirancang khusus. Kekuatan transformator tungku adalah, setelah kapasitas, parameter terpenting kedua dari tungku busur dan menentukan durasi peleburan logam, yang secara signifikan mempengaruhi kinerja tungku.Total waktu peleburan baja dalam tungku busur habis hingga 1-1,5 jam untuk tungku dengan kapasitas hingga 10 ton dan hingga 2,5 jam untuk tungku dengan kapasitas hingga 40 ton.

Tegangan pada tungku busur selama peleburan harus berubah dalam rentang yang cukup lebar. Pada tahap pertama peleburan, saat skrap dilebur, daya maksimum harus dimasukkan ke dalam tungku untuk mempercepat proses ini. Tetapi dengan muatan dingin, busurnya tidak stabil. Oleh karena itu, untuk meningkatkan daya perlu dilakukan peningkatan tegangan. Durasi tahap peleburan adalah 50% atau lebih dari total waktu peleburan, sedangkan 60-80% listrik dikonsumsi.Pada tahap kedua dan ketiga - selama oksidasi dan pemurnian logam cair (penghilangan kotoran berbahaya dan pembakaran karbon berlebih), busur terbakar lebih pelan, suhu di tungku lebih tinggi dan panjang busur bertambah.

Untuk menghindari kerusakan dini pada lapisan tungku, busur dipersingkat dengan menurunkan voltase. Selain itu, untuk tungku di mana berbagai jenis logam dapat dilebur, kondisi leleh berubah sesuai dengan itu, dan karenanya tegangan yang diperlukan.

Untuk memberikan kemampuan untuk mengatur tegangan tungku busur, trafo yang memasoknya dibuat dengan beberapa tahap tegangan rendah, biasanya dengan pergantian keran untuk belitan tegangan tinggi (12 langkah atau lebih). Transformer dengan kapasitas hingga 10.000 kV-A dilengkapi dengan perangkat trip. Transformator yang lebih kuat memiliki sakelar beban. Untuk tungku kecil, dua hingga empat tahap digunakan, serta metode pengaturan tegangan paling sederhana - mengalihkan belitan tegangan tinggi (HV) dari delta ke bintang.

Untuk memastikan pembakaran busur AC yang stabil dan membatasi tegangan berlebih selama hubungan arus pendek antara elektroda dan muatan dengan 2–3 kali arus pengenal elektroda, reaktansi relatif total instalasi harus 30–40%. Reaktansi transformator tungku adalah 6-10%, resistansi jaringan pendek untuk tungku kecil adalah 5-10%. Oleh karena itu, pada sisi HV transformator untuk tungku dengan kapasitas hingga 40 ton, disediakan reaktor hulu dengan resistansi sekitar 15-25%, yang disertakan dalam kit blok transformator. Reaktor dirancang sebagai choke inti tak jenuh.

Semua transformator daya tungku busur dilengkapi dengan perlindungan gas. Proteksi gas, sebagai proteksi utama trafo tungku, dilakukan dalam dua tahap: tahap pertama memengaruhi sinyal, tahap kedua mematikan instalasi.

Kontrol daya otomatis tungku busur. Untuk memastikan operasi normal dan kinerja tinggi, tungku busur dilengkapi dengan pengatur daya otomatis (AR), yang menjaga keteguhan daya busur listrik yang diberikan. Pengoperasian pengatur daya tungku busur otomatis didasarkan pada perubahan posisi elektroda relatif terhadap beban - dalam tungku busur pemanas langsung atau relatif satu sama lain dalam tungku busur pemanas tidak langsung, mis. dalam kedua kasus, tungku busur menggunakan pengaturan panjang. Perangkat penggerak paling sering adalah motor listrik.

Regulasi mode kelistrikan tungku busur listrik

Memeriksa struktur memungkinkan untuk menunjukkan cara yang mungkin untuk menyesuaikan mode kelistrikannya:

1) Mengubah tegangan suplai.

2) Perubahan resistensi busur yaitu. perubahan panjangnya.

Kedua metode ini digunakan dalam instalasi modern. Penyesuaian mode secara kasar dilakukan dengan mengalihkan tahapan tegangan sekunder transformator, tepatnya - menggunakan mekanisme gerakan. Mekanisme pergerakan elektroda dikontrol menggunakan pengatur daya otomatis (AWS).

Tempat kerja tungku busur harus menyediakan:

1) Pengapian busur otomatis

2) Penghapusan pemutusan busur dan hubung singkat operasional secara otomatis.

3) Kecepatan respons sekitar 3 detik ketika interupsi busur dari hubung singkat operasional dihilangkan

4) Sifat aperiodik dari proses regulasi

5) Kemampuan untuk mengubah daya input tungku dengan lancar, antara 20-125% dari nominal dan mempertahankannya dengan akurasi 5%.

6) Menghentikan elektroda ketika tegangan suplai menghilang.

Sifat aperiodik dari proses kontrol diperlukan untuk mengecualikan penurunan elektroda logam cair, yang dapat mengkarbonisasi dan merusak peleburan, serta untuk mengecualikan pecahnya elektroda saat bersentuhan dengan muatan padat. Kepatuhan terhadap persyaratan ini memberikan perlindungan terhadap mode di atas jika terjadi keadaan darurat atau pemadaman operasional tungku.

Tungku busur listrik sebagai konsumen listrik

Tungku busur listrik adalah konsumen sistem tenaga yang kuat dan tidak menyenangkan. Ia bekerja dengan faktor daya rendah = 0,7 — 0,8, daya yang dikonsumsi dari jaringan bervariasi selama peleburan, dan mode kelistrikan ditandai dengan lonjakan arus yang sering, hingga kerusakan busur, korsleting operasional. Busur menghasilkan harmonik frekuensi tinggi yang tidak diinginkan untuk konsumen lain dan menyebabkan kerugian tambahan pada jaringan listrik.

Untuk meningkatkan faktor daya, kapasitor dapat dihubungkan ke busbar gardu induk, memberi makan kelompok tungku, karena dengan guncangan saat ini daya reaktif berfluktuasi dalam batas yang besar, perlu untuk memastikan kemungkinan perubahan kapasitas ini dengan cepat. Untuk pengaturan seperti itu, Anda dapat menggunakan tegangan tinggi sakelar thyristordikendalikan oleh sirkuit untuk menjaga CM mendekati 1. Untuk memerangi harmonik yang lebih tinggi, filter yang disetel ke harmonik yang paling intens digunakan.

Distribusi gardu tungku untuk catu daya independen yang terhubung ke konsumen lain untuk tegangan 110, 220 kV banyak digunakan. Dalam hal ini, distorsi kurva arus dan tegangan untuk konsumen lain dapat dipertahankan dalam batas yang dapat diterima.