5.ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЕ КАК ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Электрошлаковые печи являются одними из основных агрегатов специальной электрометаллургии, позволяющими получать слитки и отливки высокого качества. Они широко применяются на металлургических и машиностроительных заводах. Масса выплавляемых слитков и отливок лежит в пределах от нескольких десятков килограммов до сотен тонн. Для электрошлаковых процессов существует широкая номенклатура печей различных конструкций с установленной мощностью от 630 до 15000 кВ·А. Электрошлаковые печи разделяются на металлургические печи электрошлакового переплава (ЭШП), в которых получают гладкие слитки различных фор сечения, и на печи электрошлакового литья (ЭШЛ), предназначенные для получения отливок сложной формы.
Основным элементом электрошлаковой печи является ванна расплавленного шлака, который является электролитом и имеет достаточно высокую ионную проводимость. Электрошлаковый процесс в принципе бездуговой, что обеспечивается подбором питающего ванну напряжения (35-55)В, положением электрода в шлаке и уровнем вводимой мощности. Поэтому электрошлаковая печь как приёмник электроэнергии представляет собой печь сопротивления косвенного действия с жидким нагревателем.
Обычно электрошлаковые печи питаются переменным током промышленной частоты. Это связано с тем, что на переменном токе интенсивно развито рафинирование металла шлаком.
Для улучшения электрических характеристик крупных печей, а в последнее время и печей средней ёмкости иногда используется переменный ток пониженной частоты (2-10) Гц. Обычно питание таких установок производится реверсивным постоянным током с помощью двух преобразователей типа ТВ-9. Вообще возможно питание не только симметричным, но и несимметричным током, в результате чего возникает управляемая постоянная составляющая тока, которая может быть использована для электрохимической оптимизации металлургических процессов.
Однако применение многоамперных тиристорных преобразователей усложняет и удорожает установку, снижает надёжность её работы. Поэтому пока наиболее распространённым родом тока является переменный ток промышленной частоты. Питание электрошлаковых печей производятся в зависимости от мощности либо от цеховой сети напряжением 0,4 кВ, либо от высоковольтных печных подстанций напряжением 6-10 кВ через специальные понизительные трансформаторы.
Одной из основных схем питания является схема электрод-поддон. Из-за низких вторичных напряжений в печах протекают значительные вторичные токи, что вызывает необходимость иметь сложные токоподводы со сравнительно низкими электротехническими характеристиками. Особенностью токоподводов печей ЭШП по сравнению с ДСП является большая роль активных и реактивных сопротивлений электрода в общем сопротивлении токоподвода. Значительная реактивность токоподвода определяет низкие значения коэффициента мощности, который уменьшается с увеличением развеса слитка. В результате этого выплавка слитков массой более 30-40 т. по схеме электрод-поддон на переменном токе промышленной частоты применяется редко.
Для снижения реактивности многоэлектродных печей ЭШП широко используются m/2 бифилярные схемы питания. Электрошлаковые печи с числом электродов, кратным двум, могут питаться по двух фазной схеме, кратным шести, по шестифазной. Во всех этих схемах осуществляется попарное бифилирование электродов и ветвей короткой сети, что позволяет значительно снизить реактивное сопротивление токоподводов.
Для компенсации реактивной мощности и повышения cosφ до требуемой системой значения на питающих шинах распредустройств устанавливаются батареи статических конденсаторов.
Электрошлаковые печи как электротехнологические агрегаты имеют циклический характер работы. Цикл плавки разбивается на «горячее» время, в течение которого происходит переплав электрода, и «холодное», которое затрачивается на остывание слитка, наведение шлаковой ванны и подготовительные операции. Коэффициент включения зависит от развеса слитка и технологических особенностей плавки.
Печи малой и средней ёмкости обычно устанавливаются группами по 5-10 и более печей. За счёт сдвига циклов их работы коэффициент включения электрошлаковой нагрузки цеха приближается к единице.
Нагрузка электрошлаковой печи при правильно выбранном электрическом режиме является спокойной, без КЗ и бросков тока, исключая кратковременный начальный этап периода наведения шлаковой ванны при «твёрдом старте». В период переплава кривые тока и напряжения промодулированны переменным сигналом с частотой 1-5Гц, отражающим процесс изменения проводимости шлаковой ванны, при нарастании и отрыве капель электродного металла. Из-за его небольшой величины влияние капельного переноса на энергетический режим и питающую сеть незначительно.
Во время плавки нагрузка печи является неравномерной. Это связано с тремя основными факторами – нестационарностью теплового режима в начальный период плавки, изменению геометрических размеров слитка и уменьшением сопротивления подводящей сети при сплавлении электрода. На рисунке 1 показана типичная кривая изменения мощности печи при переплаве электродов в гладкий кристаллизатор со значительной конусностью, Из него видно, что во время плавки вводимая мощность закономерно уменьшается, особенно сильно в период выведения усадочной раковины.
Рисунок.3.-Изменение мощности электрошлаковой печи во время плавки.
Большинство электрошлаковых печей малой и средней являются однофазной нагрузкой, Для уменьшения влияния несимметрии нагрузки принимаются меры по равномерному распределению однофазных печей по фазам сети, что обычно возможно в цехах ЭШП и ЭШЛ из-за значительного количества установок. Сложнее обстоит дело с отдельно установленными крупными печами. В этих случаях необходимо применение различных симметрирующих устройств на стороне высокого напряжения трансформатора. Электрошлаковые установки требуют высокой надёжности электропитания. При перерыве питания, длительность которого зависит от развеса слитка, нарушения структуры слитка становится достаточным для его отбраковки. Поэтому электрошлаковые печи относятся ко второй категории по надёжности питания. Однако установки обеспечивающие водоснабжение печей ЭШП и ЭШЛ, относятся к потребителям первой категории, так как перерыв в водоохлаждении поддонов, кристаллизаторов и дорнов может привести к их прожогу, взрыву печи или выплеску шлака и металла, опасному для жизни.
Характер воздействия колебаний напряжения на качество слитка и отливки определяется динамическими характеристиками электрошлаковой печи. Колебания напряжения вызывают колебания мощности шлаковой ванны с удвоенной частотой. Такие колебания ПСН трансформатора отработать не могут. Воздействие колебаний мощности на качество слитка и отливки определяется возникающими при этом колебаниями температуры шлаковой ванны Θш, скорости оплавления металла G, фронта кристаллизации слитка Кфр и толщины шлакового гарнисажа δг. Последние приводят к изменению диаметра наплавляемого слитка и возникновению гофр и пережимов.
Динамические характеристики этих возмущений описываются передаточными функциями:
;
;
;
.
Где - оперативные относительные отклонения параметров f;
- относительные коэффициенты передачи при воздействии на температуру, скорость плавления и толщину гарнисажа , мощности; - коэффициент передачи при воздействии скорости плавки на коэффициент фронта кристаллизации слитка(металла); - постоянные времени шлаковой и жидкой металлической ванн и шлакового гарнисажа.
Электрошлаковая печь представляет собой инерционный объект со значительными постоянными времени, составляющими единицы и десятки минут. Известно, что такие объекты являются эффективными высоких частот. Частоты среза, выше которых реакция составляет менее 5% возмущения, составляет для всего спектра ёмкостей печей десятые доли герца. Это свидетельствует о том, что промышленные электрошлаковые печи на колебания напряжения практически не реагируют.
6.РАСЧЁТ ГРУППОВОГО ГРАФИКА СИЛОВОЙ НАГРУЗКИ УЧАСТКА
Электрические нагрузки характеризуют потребление электроэнергии отдельными приёмниками или группой приёмников, предприятия в целом.
Правильное определение ожидаемых электрических нагрузок при проектировании является основой для рационального электроснабжения предприятия. От их значения зависит выбор всех токоведущих элементов и аппаратов и технико-экономические показатели проектируемой системы электроснабжения.
График нагрузки рассчитываем для участка содержащего 2 печи электрошлакового переплава рассчитанной для выплавки оси трактора массой 250 кг, и одной флюсоплавильной печи У-560.
Групповой график нагрузки составляю с использованием индивидуальных графиков нагрузки ЭШП-0,25 и ФПП У-560.
Рисунок.4.- Индивидуальный график нагрузки печи ЭШП.
Рисунок.5.- Индивидуальный график нагрузки ФПП У-560.
Цикл работы ЭШП-0,25 составляет 96 минут, из них на получение отливки уходит 28 минут, оставшиеся 68 минут составляет межплавочный простой. Для начала работы печи необходимо наличие шлака, который получают в флюсоплавильной печи, исходя из этого можно составить общий график нагрузки для ЭШП и ФПП который будет иметь вид:
Рисунок.6.- График нагрузки печи ЭШП и ФПП.
Исходя из того, что на участке предусмотрено 2 печи ЭШП, работа ведётся в три смены, за смену необходимо совершить 2 плавки, перед каждой плавкой необходимо 8кг жидкого флюса и необходимости получения максимального «сглаженного» группового графика получили следующий вид группового графика нагрузки:
Рисунок.7.- Групповой график нагрузки.
Для нахождения среднего значения нагрузки необходимо определить площадь описываемую ломаной графика нагрузки для этого разделим график на определённое количество прямоугольников.
где Si-мощность выбранного интервала времени,
ti- интервал времени в течение которого мощность остаётся постоянной.
S∑=8*100+5*125+7*140+(3*360+5*325+5*280+4*260+5*250+5*200+1*100)*2 = 800+625+980+(1080+1625+1400+1040+1250+1000+100)=17395 кВА*мин.
Среднее значение нагрузки рср:
где t∑ - суммарное время работы.
кВА.
Среднеквадратичные нагрузки находим по формуле:
где t∑ - суммарное время работы.
S∑кв=8*100^2+5*125^2+7*140^2+(3*360^2+5*325^2+5*280^2+4*260^2+5*250^2+5*200^2+1*100^2)*2 = 295325+4203650=4498975.
кВА.
Определение коэффициентов:
Коэффициент использования: ;
;
Коэффициент включения: ;
где tвкл- продолжительность включения приёмника в цикле,
