इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेसची इलेक्ट्रिकल उपकरणे

आर्क फर्नेस डिव्हाइस

आर्क फर्नेसचा मुख्य उद्देश धातू आणि मिश्र धातु वितळणे आहे. प्रत्यक्ष आणि अप्रत्यक्ष चाप भट्टी आहेत. डायरेक्ट फायरिंग आर्क फर्नेसमध्ये, इलेक्ट्रोड आणि वितळलेल्या धातूच्या दरम्यान चाप जळतो. अप्रत्यक्ष चाप भट्टीमध्ये - दोन इलेक्ट्रोड दरम्यान. फेरस आणि रीफ्रॅक्टरी धातू वितळण्यासाठी वापरल्या जाणार्‍या डायरेक्ट-हीटेड आर्क फर्नेस सर्वात व्यापक आहेत. अप्रत्यक्ष चाप भट्टीचा वापर नॉन-फेरस धातू वितळण्यासाठी आणि कधीकधी कास्ट आयर्न करण्यासाठी केला जातो.

आर्क फर्नेस हे व्हॉल्टने बंद केलेले एक रेषा असलेले कवच आहे, इलेक्ट्रोड व्हॉल्टमधील उघड्याद्वारे आत खाली केले जातात जे इलेक्ट्रोड होल्डर्समध्ये गुंतलेले असतात जे मार्गदर्शकांशी जोडलेले असतात. चार्ज वितळणे आणि धातूची प्रक्रिया चार्ज आणि इलेक्ट्रोड्स दरम्यान जळणाऱ्या इलेक्ट्रिक आर्क्सच्या उष्णतेमुळे होते.

चाप राखण्यासाठी 120 ते 600 V चा व्होल्टेज आणि 10-15 kA चा करंट लावला जातो. 12 टन क्षमतेच्या आणि 50,000 केव्हीए क्षमतेच्या भट्टींवर व्होल्टेज आणि प्रवाहांची निम्न मूल्ये लागू होतात.

आर्क फर्नेसची रचना ड्रेनेज पंपद्वारे धातूचा निचरा प्रदान करते. केसिंगमध्ये कापलेल्या वर्क विंडोमधून स्लॅग पंप केला जातो.

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस: 1 — स्टील बॉडी; 2 - रेफ्रेक्ट्री अस्तर; 3 - भट्टीचे छप्पर; 4 - इलेक्ट्रोड; 5 - इलेक्ट्रोड उचलण्याची यंत्रणा; 6 - इंद्रधनुष्य

चाप भट्टीत धातू वितळण्याची तांत्रिक प्रक्रिया

आर्क फर्नेसमध्ये लोड केलेल्या सॉलिड चार्जची प्रक्रिया वितळण्याच्या अवस्थेपासून सुरू होते, या टप्प्यावर कंस भट्टीत प्रज्वलित केला जातो आणि इलेक्ट्रोड्सच्या खाली चार्ज वितळण्यास सुरुवात होते. चार्ज वितळल्यामुळे, इलेक्ट्रोड खाली येतो, प्रवेगक विहिरी तयार करतो. वितळण्याच्या अवस्थेचे वैशिष्ट्यपूर्ण वैशिष्ट्य म्हणजे इलेक्ट्रिक आर्कचे अप्रिय जळणे. कमी चाप स्थिरता भट्टीमध्ये कमी तापमानामुळे आहे.

एका चार्जमधून दुसर्‍या चार्जमध्ये कमानीचे संक्रमण, तसेच ऑपरेशनल शॉर्ट सर्किट्समधून चापचे असंख्य व्यत्यय, जे चार्जच्या प्रवाहकीय तुकड्यांच्या पतन आणि हालचालींमुळे उद्भवतात. मेटलवर्किंगचे इतर टप्पे द्रव अवस्थेत आहेत आणि आर्क्सच्या शांत बर्निंगद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. तथापि, भट्टीला पॉवर इनपुट राखण्यासाठी विस्तृत ऑपरेशनल नियंत्रण आणि उच्च अचूकता आवश्यक आहे. पॉवर कंट्रोल मेटलर्जिकल रिअॅक्शनची आवश्यक प्रगती सुनिश्चित करते.

आर्क फर्नेसमधून तांत्रिक प्रक्रियेची विचार केलेली वैशिष्ट्ये आवश्यक आहेत:

1) ऑपरेशनल शॉर्ट सर्किट्स आणि आर्क व्यत्ययांना त्वरीत प्रतिसाद देण्याची क्षमता, सामान्य विद्युत परिस्थिती द्रुतपणे पुनर्संचयित करते आणि ऑपरेटिंग शॉर्ट सर्किट प्रवाहांना स्वीकार्य मर्यादेपर्यंत मर्यादित करते.

2) फर्नेस पॉवर इनपुट नियंत्रित करण्यासाठी लवचिकता.

आर्क फर्नेसची इलेक्ट्रिक उपकरणे

आर्क फर्नेसच्या स्थापनेमध्ये भट्टी व्यतिरिक्त आणि इलेक्ट्रिक किंवा हायड्रॉलिक ड्राइव्हसह त्याची यंत्रणा आणि अतिरिक्त विद्युत उपकरणे यांचा समावेश होतो: एक फर्नेस ट्रान्सफॉर्मर, ट्रान्सफॉर्मरपासून आर्क फर्नेसच्या इलेक्ट्रोडपर्यंतच्या तारा - तथाकथित ओव्हन स्विचसह ट्रान्सफॉर्मरच्या उच्च व्होल्टेज बाजूला नेटवर्क, वितरण युनिट (RU); पॉवर रेग्युलेटर; डॅशबोर्ड आणि कन्सोल, नियंत्रण आणि सिग्नलिंग; फर्नेस ऑपरेशन मोड नियंत्रित करण्यासाठी प्रोग्रामिंग डिव्हाइस इ.

आर्क फर्नेस इंस्टॉलेशन्स हे विजेचे मोठे ग्राहक आहेत, त्यांची युनिट क्षमता हजारो आणि हजारो किलोवॅटमध्ये मोजली जाते. एक टन सॉलिड फिलिंग वितळण्यासाठी विजेचा वापर 400-600 kWh-h पर्यंत पोहोचतो. म्हणून, फर्नेस स्टेप-डाउन ट्रान्सफॉर्मरद्वारे भट्टींना 6, 10 आणि 35 केव्ही नेटवर्कमधून पाणी दिले जाते (ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम रेषेची कमाल व्होल्टेज मूल्ये सामान्यत: लहान आणि मध्यम भट्टीसाठी 320 V पर्यंत असतात. क्षमता आणि मोठ्या भट्टीसाठी 510 V पर्यंत).

या संदर्भात, फर्नेस इंस्टॉलेशन्स ट्रान्सफॉर्मर आणि स्विचगियरसह विशेष फर्नेस सबस्टेशनच्या उपस्थितीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत. नवीन इंस्टॉलेशन्समध्ये, युनिफाइड स्कीम्सनुसार बनवलेल्या संपूर्ण वितरण युनिट्स (KRU) मधील कॅबिनेट वापरल्या जातात. फर्नेस सबस्टेशन भट्टीच्या अगदी जवळ स्थित आहेत. 12 टन पर्यंत क्षमतेच्या आर्क स्टील फर्नेसच्या स्थापनेसाठी पॅनेल आणि नियंत्रण पॅनेल फर्नेस सबस्टेशनमध्ये दुकानातील सर्व्हिस कंट्रोल पॅनेलसह (कार्यरत प्लॅटफॉर्मवरून) ठेवल्या जातात. मोठ्या भट्टीसाठी, भट्टीच्या कार्यरत खिडक्यांचे सोयीस्कर दृश्यासह स्वतंत्र नियंत्रण कक्ष प्रदान केले जाऊ शकतात.

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस लक्षणीय प्रवाह वापरतात, हजारो आणि हजारो अँपिअरमध्ये मोजले जातात. इलेक्ट्रोड सप्लाय सर्किट्सच्या लहान सक्रिय आणि प्रेरक प्रतिकारांसहही असे प्रवाह मोठे व्होल्टेज थेंब तयार करतात. परिणामी, फर्नेस ट्रान्सफॉर्मर विशेष फर्नेस सबस्टेशनमध्ये भट्टीच्या अगदी जवळ ठेवला जातो. फर्नेस ट्रान्सफॉर्मर आणि फर्नेस इलेक्ट्रोड्स यांना जोडणाऱ्या सर्किट्सला शॉर्ट नेटवर्क म्हणतात.

आर्क फर्नेसच्या छोट्या नेटवर्कमध्ये ट्रान्सफॉर्मर चेंबरमधील बसबार, लवचिक केबल स्ट्रिंग, ट्यूब बसबार, इलेक्ट्रोड होल्डर आणि कॅरेजसह फिरणारे इलेक्ट्रोड असतात. 10 टन पर्यंत क्षमतेच्या आर्क फर्नेसमध्ये, "स्टार ऑफ इलेक्ट्रोड" योजना वापरली जाते, जेव्हा भट्टीच्या ट्रान्सफॉर्मरचे दुय्यम विंडिंग चेंबरच्या आउटपुटवर डेल्टामध्ये जोडलेले असतात. लहान नेटवर्कच्या इतर योजना, त्याची प्रतिक्रिया कमी करण्यास अनुमती देतात, अधिक शक्तिशाली भट्टीसाठी वापरली जातात.

मोठ्या भट्ट्यांमध्ये 20-30 kW पर्यंतच्या लहान भट्टींमध्ये 1-2 kW वर 380 V रेट केलेल्या गिलहरी पिंजरा इंडक्शन मोटर्स सामान्यतः भट्टी यंत्रणेच्या इलेक्ट्रिक ड्राइव्हमध्ये वापरल्या जातात. इलेक्ट्रोड हलविण्याकरिता ड्राइव्हचे मोटर्स - इलेक्ट्रिक मशीन किंवा चुंबकीय अॅम्प्लीफायर्सद्वारे तसेच थायरिस्टर कन्व्हर्टरद्वारे पुरवलेले थेट प्रवाह. हे ड्राइव्हस् स्वतंत्र युनिटचा भाग आहेत - एक भट्टी उर्जा नियामक.

20 टनांपेक्षा जास्त क्षमतेच्या भट्ट्यांमध्ये, उत्पादकता वाढवण्यासाठी आणि स्टील निर्मात्यांचे काम सुलभ करण्यासाठी, प्रवासी चुंबकीय क्षेत्राच्या तत्त्वावर आधारित धातूचे द्रव बाथ मिसळण्यासाठी उपकरणे प्रदान केली जातात.चुंबकीय नसलेल्या सामग्रीच्या भट्टीच्या तळाशी दोन विंडिंग असलेले स्टेटर ठेवलेले असते, त्यातील प्रवाह 90 ° फेजच्या बाहेर असतात. स्टेटर विंडिंग्सद्वारे तयार केलेले प्रवासी क्षेत्र धातूच्या थरांना चालवते. कॉइल्स स्विच करताना, धातूच्या हालचालीची दिशा बदलणे शक्य आहे. स्टिरिंग यंत्राच्या स्टेटरमधील विद्युत् प्रवाहाची वारंवारता 0.3 ते 1.1 Hz पर्यंत असते. डिव्हाइस इलेक्ट्रिक मशीनच्या फ्रिक्वेंसी कन्व्हर्टरद्वारे समर्थित आहे.

आर्क फर्नेसच्या यंत्रणेची सेवा देणारी मोटर्स कठीण परिस्थितीत काम करतात (धूळयुक्त वातावरण, अत्यंत तापलेल्या भट्टी संरचनांचे जवळचे स्थान), म्हणून त्यांच्याकडे उष्णता-प्रतिरोधक इन्सुलेशन (क्रेन-मेटलर्जिकल मालिका) बंद डिझाइन असते.

फर्नेस ट्रान्सफॉर्मर युनिट्स

आर्क फर्नेस इन्स्टॉलेशनमध्ये विशेषतः डिझाइन केलेले थ्री-फेज ऑइल-इमर्स्ड ट्रान्सफॉर्मर वापरतात. फर्नेस ट्रान्सफॉर्मरची शक्ती, क्षमतेनंतर, चाप भट्टीचा दुसरा सर्वात महत्वाचा पॅरामीटर आहे आणि धातू वितळण्याचा कालावधी निश्चित करतो, ज्यामुळे भट्टीच्या कार्यक्षमतेवर लक्षणीय परिणाम होतो. चाप भट्टीत स्टील वितळण्यासाठी एकूण वेळ आहे 10 टन पर्यंत क्षमता असलेल्या भट्टीसाठी 1-1.5 तास आणि 40 टन पर्यंत क्षमतेच्या भट्टीसाठी 2.5 तासांपर्यंत.

वितळताना कंस भट्टीवरील व्होल्टेज बर्‍यापैकी विस्तृत श्रेणीमध्ये बदलणे आवश्यक आहे. वितळण्याच्या पहिल्या टप्प्यात, जेव्हा भंगार वितळले जाते, तेव्हा या प्रक्रियेला गती देण्यासाठी भट्टीत जास्तीत जास्त शक्ती आणणे आवश्यक आहे. परंतु कोल्ड चार्जसह, चाप अस्थिर आहे. म्हणून, शक्ती वाढविण्यासाठी, व्होल्टेज वाढवणे आवश्यक आहे. वितळण्याच्या अवस्थेचा कालावधी एकूण वितळण्याच्या वेळेच्या 50% किंवा अधिक असतो, तर 60-80% वीज वापरली जाते.दुसऱ्या आणि तिसऱ्या टप्प्यात - द्रव धातूचे ऑक्सिडेशन आणि परिष्करण (हानीकारक अशुद्धी काढून टाकणे आणि जास्त कार्बन जाळणे) दरम्यान, चाप अधिक शांतपणे जळतो, भट्टीत तापमान जास्त असते आणि कमानीची लांबी वाढते.

भट्टीच्या अस्तरांना अकाली नुकसान टाळण्यासाठी, व्होल्टेज कमी करून कंस लहान केला जातो. याव्यतिरिक्त, भट्टीसाठी ज्यामध्ये विविध प्रकारचे धातू वितळले जाऊ शकतात, वितळण्याची परिस्थिती त्यानुसार बदलते आणि म्हणूनच आवश्यक व्होल्टेज.

आर्क फर्नेसेसच्या व्होल्टेजचे नियमन करण्याची क्षमता प्रदान करण्यासाठी, त्यांना फीड करणारे ट्रान्सफॉर्मर कमी व्होल्टेजच्या अनेक टप्प्यांसह बनवले जातात, सामान्यत: उच्च व्होल्टेजच्या वळणासाठी (12 किंवा अधिक पायऱ्या) टॅप स्विचिंगसह. 10,000 kV-A पर्यंत क्षमतेचे ट्रान्सफॉर्मर ट्रिपिंग उपकरणाने सुसज्ज आहेत. अधिक शक्तिशाली ट्रान्सफॉर्मरमध्ये लोड स्विच असतो. लहान भट्टीसाठी, दोन ते चार टप्पे वापरले जातात, तसेच व्होल्टेज नियमन करण्याची सर्वात सोपी पद्धत - उच्च व्होल्टेज (HV) वळण डेल्टा ते तारेवर स्विच करणे.

स्थिर AC चाप बर्निंग सुनिश्चित करण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोड आणि चार्ज दरम्यान शॉर्ट सर्किटिंग दरम्यान ओव्हरव्होल्टेज मर्यादित करण्यासाठी रेट केलेल्या इलेक्ट्रोड करंटच्या 2-3 पट, इंस्टॉलेशनची एकूण सापेक्ष प्रतिक्रिया 30-40% असावी. फर्नेस ट्रान्सफॉर्मरची प्रतिक्रिया 6-10% आहे, लहान भट्टीसाठी लहान नेटवर्क प्रतिरोध 5-10% आहे. म्हणून, 40 टन पर्यंत क्षमतेच्या भट्टीसाठी ट्रान्सफॉर्मरच्या एचव्ही बाजूला, सुमारे 15-25% च्या प्रतिकारासह अपस्ट्रीम अणुभट्टी प्रदान केली जाते, जी ट्रान्सफॉर्मर ब्लॉक किटमध्ये समाविष्ट आहे. अणुभट्टीची रचना असंतृप्त कोर चोक म्हणून केली आहे.

सर्व आर्क फर्नेस पॉवर ट्रान्सफॉर्मर गॅस संरक्षणासह प्रदान केले जातात. फर्नेस ट्रान्सफॉर्मरचे मुख्य संरक्षण म्हणून गॅस संरक्षण दोन टप्प्यात केले जाते: पहिला टप्पा सिग्नलवर परिणाम करतो, दुसरा स्थापना बंद करतो.

आर्क फर्नेसचे स्वयंचलित पॉवर नियंत्रण. सामान्य आणि उच्च-कार्यक्षमता ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी, आर्क फर्नेस स्वयंचलित पॉवर रेग्युलेटर (एआर) ने सुसज्ज आहेत, जे इलेक्ट्रिक आर्कच्या दिलेल्या शक्तीची स्थिरता राखतात. स्वयंचलित आर्क फर्नेस पॉवर रेग्युलेटरचे ऑपरेशन लोडच्या सापेक्ष इलेक्ट्रोडची स्थिती बदलण्यावर आधारित आहे - थेट हीटिंग आर्क फर्नेसमध्ये किंवा अप्रत्यक्ष हीटिंग आर्क फर्नेसमध्ये एकमेकांच्या सापेक्ष, म्हणजे. दोन्ही प्रकरणांमध्ये, चाप भट्टी लांबीचे नियमन वापरतात. ड्रायव्हिंग डिव्हाइसेस बहुतेकदा इलेक्ट्रिक मोटर्स असतात.

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेसच्या इलेक्ट्रिकल मोडचे नियमन

स्ट्रक्चर्सचे परीक्षण केल्याने त्याचे इलेक्ट्रिकल मोड समायोजित करण्याचे संभाव्य मार्ग दर्शविले जाऊ शकतात:

1) पुरवठा व्होल्टेज बदलणे.

2) चाप प्रतिकार मध्ये बदल म्हणजे. त्याच्या लांबीमध्ये बदल.

दोन्ही पद्धती आधुनिक स्थापनेत वापरल्या जातात. ट्रान्सफॉर्मरच्या दुय्यम व्होल्टेजच्या टप्प्यांवर स्विच करून मोडचे कठोर समायोजन केले जाते, तंतोतंत - हालचाल यंत्रणा वापरून. इलेक्ट्रोड हलवण्याची यंत्रणा स्वयंचलित पॉवर रेग्युलेटर (AWS) वापरून नियंत्रित केली जाते.

आर्क फर्नेसच्या कामाच्या ठिकाणी प्रदान करणे आवश्यक आहे:

1) स्वयंचलित चाप इग्निशन

2) चाप ब्रेक आणि ऑपरेशनल शॉर्ट सर्किट स्वयंचलितपणे काढणे.

3) जेव्हा ऑपरेशनल शॉर्ट सर्किटचे आर्क व्यत्यय दूर केले जातात तेव्हा प्रतिसादाचा वेग सुमारे 3 सेकंद असतो

4) नियमन प्रक्रियेचे aperiodic स्वरूप

5) फर्नेसची इनपुट पॉवर नाममात्राच्या 20-125% च्या आत सहजतेने बदलण्याची आणि 5% अचूकतेसह राखण्याची क्षमता.

6) पुरवठा व्होल्टेज अदृश्य झाल्यावर इलेक्ट्रोड थांबवणे.

द्रव धातूच्या इलेक्ट्रोड्सचे कमी होणे वगळण्यासाठी नियंत्रण प्रक्रियेचे एपिरिओडिक स्वरूप आवश्यक आहे, ज्यामुळे ते कार्बनीकरण होऊ शकते आणि वितळणे खराब होऊ शकते, तसेच जेव्हा ते घन चार्जच्या संपर्कात येतात तेव्हा इलेक्ट्रोडचे तुटणे वगळण्यासाठी. या आवश्‍यकतेचे पालन केल्याने आपत्कालीन स्थितीत किंवा भट्टीचे ऑपरेशनल शटडाउन झाल्यास वरील पद्धतींपासून संरक्षण मिळते.

विजेचे ग्राहक म्हणून इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस हे पॉवर सिस्टमचे एक शक्तिशाली आणि अप्रिय ग्राहक आहेत. हे कमी पॉवर फॅक्टर = 0.7 — 0.8 सह कार्य करते, नेटवर्कमधून वापरली जाणारी उर्जा वितळताना बदलते आणि विद्युत मोडमध्ये वारंवार विद्युत् प्रवाह, चाप तुटणे, ऑपरेशनल शॉर्ट सर्किट्स द्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे. आर्क्स उच्च-फ्रिक्वेंसी हार्मोनिक्स तयार करतात जे इतर ग्राहकांसाठी अवांछित असतात आणि पॉवर नेटवर्कमध्ये अतिरिक्त नुकसान करतात.

पॉवर फॅक्टर वाढवण्यासाठी, कॅपेसिटर मुख्य पॉवर सबस्टेशनच्या बसबारशी जोडले जाऊ शकतात, भट्टीच्या गटांना खायला देतात, कारण सध्याच्या धक्क्यांमुळे प्रतिक्रियाशील शक्ती मोठ्या मर्यादेत चढ-उतार होतात, ही क्षमता त्वरीत बदलण्याची शक्यता सुनिश्चित करणे आवश्यक आहे. अशा नियमनसाठी, आपण उच्च व्होल्टेज वापरू शकता थायरिस्टर स्विचेसCM 1 च्या जवळ ठेवण्यासाठी सर्किटद्वारे नियंत्रित केले जाते. उच्च हार्मोनिक्सचा सामना करण्यासाठी, सर्वात तीव्र हार्मोनिक्ससाठी ट्यून केलेले फिल्टर वापरले जातात.

110, 220 kV च्या व्होल्टेजसाठी इतर ग्राहकांशी जोडलेल्या स्वतंत्र वीज पुरवठ्यासाठी फर्नेस सबस्टेशनचे वितरण मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. या प्रकरणात, इतर ग्राहकांसाठी वर्तमान आणि व्होल्टेज वक्रांची विकृती स्वीकार्य मर्यादेत ठेवली जाऊ शकते.