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