विद्युत चाप भट्टियों के विद्युत उपकरण

आर्क फर्नेस डिवाइस

चाप भट्टियों का मुख्य उद्देश्य धातुओं और मिश्र धातुओं को पिघलाना है। प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष चाप भट्टियां हैं। सीधी फायरिंग आर्क भट्टियों में, इलेक्ट्रोड और पिघली हुई धातु के बीच आर्क जलता है। अप्रत्यक्ष चाप भट्टियों में - दो इलेक्ट्रोड के बीच। सबसे व्यापक प्रत्यक्ष-तापित चाप भट्टियां हैं जिनका उपयोग लौह और दुर्दम्य धातुओं को पिघलाने के लिए किया जाता है। अप्रत्यक्ष चाप भट्टियों का उपयोग अलौह धातुओं को पिघलाने और कभी-कभी कच्चा लोहा करने के लिए किया जाता है।

चाप भट्टी एक तिजोरी से घिरा एक पंक्तिबद्ध खोल है, तिजोरी में एक उद्घाटन के माध्यम से इलेक्ट्रोड को अंदर उतारा जाता है जो इलेक्ट्रोड धारकों में संलग्न होता है जो गाइड से जुड़े होते हैं। आवेश और इलेक्ट्रोड के बीच जलने वाले विद्युत चापों की गर्मी के कारण आवेश का पिघलना और धातु का प्रसंस्करण होता है।

चाप को बनाए रखने के लिए 120 से 600 V का वोल्टेज और 10-15 kA का करंट लगाया जाता है। 12 टन की क्षमता और 50,000 केवीए की क्षमता वाली भट्टियों पर वोल्टेज और धाराओं के कम मूल्य लागू होते हैं।

चाप भट्टी का डिज़ाइन जल निकासी पंप के माध्यम से धातु की निकासी प्रदान करता है। स्लैग को केसिंग में काटे गए कार्य विंडो के माध्यम से पंप किया जाता है।

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस: 1 — स्टील बॉडी; 2 - आग रोक अस्तर; 3 - भट्टी की छत; 4 — इलेक्ट्रोड; 5 - इलेक्ट्रोड उठाने के लिए तंत्र; 6 - इंद्रधनुष

आर्क फर्नेस में धातु को पिघलाने की तकनीकी प्रक्रिया

आर्क फर्नेस में लोड किए गए ठोस चार्ज की प्रोसेसिंग मेल्टिंग स्टेज से शुरू होती है, इस स्टेज पर फर्नेस में आर्क को प्रज्वलित किया जाता है और इलेक्ट्रोड के तहत चार्ज का पिघलना शुरू होता है। जैसे ही चार्ज पिघलता है, इलेक्ट्रोड उतरता है, त्वरण कुओं का निर्माण करता है। पिघलने के चरण की एक विशिष्ट विशेषता एक विद्युत चाप का अप्रिय जलना है। कम आर्क स्थिरता भट्टी में कम तापमान के कारण होती है।

चाप का एक आवेश से दूसरे आवेश में संक्रमण, साथ ही परिचालन शॉर्ट सर्किट से चाप के कई व्यवधान, जो आवेश के प्रवाहकीय टुकड़ों के ढहने और गति के कारण होते हैं। धातु के काम के अन्य चरण तरल अवस्था में होते हैं और आर्क्स के शांत जलने की विशेषता होती है। हालांकि, भट्ठी में बिजली इनपुट को बनाए रखने के लिए परिचालन नियंत्रण की एक विस्तृत श्रृंखला और उच्च सटीकता की आवश्यकता होती है। बिजली नियंत्रण धातुकर्म प्रतिक्रिया की आवश्यक प्रगति सुनिश्चित करता है।

आर्क फर्नेस से तकनीकी प्रक्रिया की मानी जाने वाली विशेषताओं की आवश्यकता होती है:

1) परिचालन शॉर्ट सर्किट और चाप रुकावटों के लिए जल्दी से प्रतिक्रिया करने की क्षमता, सामान्य विद्युत स्थितियों को जल्दी से बहाल करना और शॉर्ट सर्किट धाराओं को स्वीकार्य सीमा तक सीमित करना।

2) फर्नेस पावर इनपुट को नियंत्रित करने के लिए लचीलापन।

चाप भट्टियों के विद्युत उपकरण

एक चाप भट्टी की स्थापना में भट्टी के अलावा और बिजली या हाइड्रोलिक ड्राइव के साथ इसके तंत्र और अतिरिक्त विद्युत उपकरण शामिल हैं: एक भट्टी ट्रांसफार्मर, ट्रांसफार्मर से आर्क भट्टी के इलेक्ट्रोड तक तार - तथाकथित ओवन स्विच के साथ ट्रांसफॉर्मर के उच्च वोल्टेज पक्ष पर नेटवर्क, वितरण इकाई (आरयू); बिजली नियामक; डैशबोर्ड और कंसोल, नियंत्रण और सिग्नलिंग; फर्नेस ऑपरेशन मोड आदि को नियंत्रित करने के लिए प्रोग्रामिंग डिवाइस।

चाप भट्ठी प्रतिष्ठान बिजली के बड़े उपभोक्ता हैं, उनकी इकाई क्षमता हजारों और दसियों हजारों किलोवाट में मापी जाती है। एक टन ठोस भराव को पिघलाने के लिए बिजली की खपत 400-600 kWh-h तक पहुँच जाती है। इसलिए, भट्टियों को 6, 10 और 35 केवी नेटवर्क से फर्नेस स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर के माध्यम से खिलाया जाता है (ट्रांसफार्मर की द्वितीयक रेखा के अधिकतम वोल्टेज मान आमतौर पर छोटे और मध्यम भट्टियों के लिए 320 वी तक की सीमा में होते हैं। क्षमता और बड़ी भट्टियों के लिए 510 वी तक)।

इस संबंध में, भट्ठी की स्थापना एक ट्रांसफार्मर और स्विचगियर के साथ एक विशेष भट्ठी सबस्टेशन की उपस्थिति की विशेषता है। नई स्थापनाओं में, एकीकृत योजनाओं के अनुसार बनाई गई पूर्ण वितरण इकाइयों (केआरयू) से कैबिनेट का उपयोग किया जाता है। फर्नेस सबस्टेशन भट्टियों के करीब स्थित हैं। 12 टन तक की क्षमता वाले आर्क स्टील भट्टियों की स्थापना के लिए पैनल और कंट्रोल पैनल, दुकान से सर्विस कंट्रोल पैनल (वर्किंग प्लेटफॉर्म से) के साथ फर्नेस सबस्टेशन के भीतर रखे गए हैं। बड़ी भट्टियों के लिए, भट्टी की कामकाजी खिड़कियों के सुविधाजनक दृश्य के साथ अलग नियंत्रण कक्ष प्रदान किए जा सकते हैं।

इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियां महत्वपूर्ण धाराओं का उपभोग करती हैं, जिन्हें हजारों और दसियों हजारों एम्पीयर में मापा जाता है। इस तरह की धाराएँ इलेक्ट्रोड आपूर्ति सर्किट के छोटे सक्रिय और आगमनात्मक प्रतिरोधों के साथ भी बड़ी वोल्टेज ड्रॉप बनाती हैं। नतीजतन, भट्ठी ट्रांसफार्मर को एक विशेष भट्ठी सबस्टेशन में भट्ठी के करीब निकटता में रखा गया है। फर्नेस ट्रांसफॉर्मर और फर्नेस इलेक्ट्रोड को जोड़ने वाले सर्किट और कम लंबाई और जटिल संरचना वाले सर्किट को शॉर्ट नेटवर्क कहा जाता है।

एक चाप भट्टी के लघु नेटवर्क में एक ट्रांसफार्मर कक्ष में एक बसबार, एक लचीली केबल स्ट्रिंग, ट्यूब बसबार, एक इलेक्ट्रोड धारक और गाड़ी के साथ चलने वाला एक इलेक्ट्रोड होता है। 10 टन तक की क्षमता वाली चाप भट्टियों में, "इलेक्ट्रोड का सितारा" योजना का उपयोग किया जाता है, जब भट्टी ट्रांसफार्मर की द्वितीयक वाइंडिंग चेंबर के आउटपुट में एक डेल्टा में जुड़ी होती है। एक छोटे नेटवर्क की अन्य योजनाएँ, जो इसकी प्रतिक्रिया को कम करने की अनुमति देती हैं, अधिक शक्तिशाली भट्टियों के लिए उपयोग की जाती हैं।

बड़ी भट्टियों में 20–30 kW तक की छोटी भट्टियों में 1–2 kW पर 380 V पर रेटेड स्क्विरेल केज इंडक्शन मोटर्स का उपयोग आमतौर पर भट्टी तंत्र के इलेक्ट्रिक ड्राइव में किया जाता है। मूविंग इलेक्ट्रोड के लिए ड्राइव के मोटर्स - एक इलेक्ट्रिक मशीन या चुंबकीय एम्पलीफायरों के साथ-साथ थाइरिस्टर कन्वर्टर्स द्वारा आपूर्ति की जाने वाली प्रत्यक्ष धारा। ये ड्राइव एक स्वतंत्र इकाई का हिस्सा हैं - एक फर्नेस पावर रेगुलेटर।

उत्पादकता बढ़ाने और इस्पात निर्माताओं के काम को सुविधाजनक बनाने के लिए 20 टन से अधिक की क्षमता वाली भट्टियों में, यात्रा चुंबकीय क्षेत्र के सिद्धांत के आधार पर धातु के तरल स्नान को मिलाने के लिए उपकरण प्रदान किए जाते हैं।दो वाइंडिंग वाला एक स्टेटर गैर-चुंबकीय सामग्री की भट्टी के नीचे रखा जाता है, जिसकी धाराएँ 90 ° चरण से बाहर होती हैं। स्टेटर वाइंडिंग द्वारा बनाया गया यात्रा क्षेत्र धातु की परतों को चलाता है। कॉइल स्विच करते समय, धातु की गति की दिशा बदलना संभव है। सरगर्मी डिवाइस के स्टेटर में करंट की आवृत्ति 0.3 से 1.1 हर्ट्ज तक होती है। डिवाइस एक इलेक्ट्रिक मशीन के आवृत्ति कनवर्टर द्वारा संचालित होता है।

चाप भट्टियों के तंत्र की सेवा करने वाले मोटर्स कठिन परिस्थितियों (धूल भरे वातावरण, अत्यधिक गर्म भट्टी संरचनाओं के निकट स्थान) में काम करते हैं, इसलिए उनके पास गर्मी प्रतिरोधी इन्सुलेशन (क्रेन-धातुकर्म श्रृंखला) के साथ एक बंद डिजाइन है।

फर्नेस ट्रांसफॉर्मर इकाइयां

आर्क फर्नेस प्रतिष्ठान विशेष रूप से डिजाइन किए गए तीन चरण के तेल-डूबे हुए ट्रांसफार्मर का उपयोग करते हैं। फर्नेस ट्रांसफॉर्मर की शक्ति, क्षमता के बाद, आर्क फर्नेस का दूसरा सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है और धातु के पिघलने की अवधि निर्धारित करती है, जो फर्नेस के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। आर्क फर्नेस में स्टील पिघलने का कुल समय ऊपर है 10 टन तक की क्षमता वाली भट्टियों के लिए 1-1.5 घंटे और 40 टन तक की क्षमता वाली भट्टियों के लिए 2.5 घंटे तक।

पिघलने के दौरान आर्क फर्नेस पर वोल्टेज काफी विस्तृत श्रृंखला में बदलना चाहिए। पिघलने के पहले चरण में, जब स्क्रैप पिघलाया जाता है, तो इस प्रक्रिया को तेज करने के लिए भट्टी में अधिकतम शक्ति का परिचय दिया जाना चाहिए। लेकिन ठंडे आवेश के साथ, चाप अस्थिर होता है। इसलिए पावर बढ़ाने के लिए वोल्टेज बढ़ाना जरूरी है। गलन अवस्था की अवधि कुल गलन काल का 50% या उससे अधिक होती है, जबकि 60-80% बिजली की खपत होती है।दूसरे और तीसरे चरण में - तरल धातु के ऑक्सीकरण और शोधन (हानिकारक अशुद्धियों को हटाने और अतिरिक्त कार्बन को जलाने) के दौरान, चाप अधिक चुपचाप जलता है, भट्टी में तापमान अधिक होता है और चाप की लंबाई बढ़ जाती है।

भट्ठी के अस्तर को समय से पहले नुकसान से बचाने के लिए, वोल्टेज को कम करके चाप को छोटा किया जाता है। इसके अलावा, भट्टियों के लिए जिसमें विभिन्न प्रकार की धातु को पिघलाया जा सकता है, पिघलने की स्थिति तदनुसार बदल जाती है, और इसलिए आवश्यक वोल्टेज।

चाप भट्टियों के वोल्टेज को विनियमित करने की क्षमता प्रदान करने के लिए, उन्हें खिलाने वाले ट्रांसफार्मर कम वोल्टेज के कई चरणों के साथ बनाए जाते हैं, आमतौर पर उच्च वोल्टेज (12 या अधिक चरणों) की घुमावदार के लिए नल के स्विचिंग के साथ। 10,000 kV-A तक की क्षमता वाले ट्रांसफार्मर ट्रिपिंग डिवाइस से लैस हैं। अधिक शक्तिशाली ट्रांसफार्मर में लोड स्विच होता है। छोटी भट्टियों के लिए, दो से चार चरणों का उपयोग किया जाता है, साथ ही वोल्टेज विनियमन की सबसे सरल विधि - उच्च वोल्टेज (एचवी) वाइंडिंग को डेल्टा से स्टार तक स्विच करना।

इलेक्ट्रोड और चार्ज के बीच रेटेड इलेक्ट्रोड करंट के 2-3 गुना के साथ शॉर्ट-सर्किटिंग के दौरान स्थिर एसी आर्क बर्निंग और ओवरवॉल्टेज को सीमित करने के लिए, इंस्टॉलेशन की कुल सापेक्ष प्रतिक्रिया 30-40% होनी चाहिए। भट्ठी ट्रांसफार्मर की प्रतिक्रिया 6-10% है, छोटी भट्टियों के लिए लघु नेटवर्क प्रतिरोध 5-10% है। इसलिए, 40 टन तक की क्षमता वाली भट्टियों के लिए ट्रांसफॉर्मर के एचवी पक्ष पर, लगभग 15-25% प्रतिरोध के साथ एक अपस्ट्रीम रिएक्टर प्रदान किया जाता है, जो ट्रांसफॉर्मर ब्लॉक किट में शामिल होता है। रिएक्टर को असंतृप्त कोर चोक के रूप में डिज़ाइन किया गया है।

सभी आर्क फर्नेस पावर ट्रांसफार्मर गैस सुरक्षा के साथ प्रदान किए जाते हैं। गैस सुरक्षा, भट्ठी ट्रांसफार्मर की मुख्य सुरक्षा के रूप में, दो चरणों में की जाती है: पहला चरण सिग्नल को प्रभावित करता है, दूसरा स्थापना को बंद कर देता है।

चाप भट्टियों का स्वत: बिजली नियंत्रण। सामान्य और उच्च-प्रदर्शन संचालन सुनिश्चित करने के लिए, चाप भट्टियां स्वचालित बिजली नियामकों (एआर) से लैस होती हैं, जो विद्युत चाप की दी गई शक्ति की स्थिरता को बनाए रखती हैं। स्वचालित चाप भट्टी शक्ति नियामक का संचालन भार के सापेक्ष इलेक्ट्रोड की स्थिति को बदलने पर आधारित है - प्रत्यक्ष ताप चाप भट्टियों में या अप्रत्यक्ष ताप चाप भट्टियों में एक दूसरे के सापेक्ष, अर्थात। दोनों ही मामलों में, चाप भट्टियां लंबाई नियमन का उपयोग करती हैं। ड्राइविंग डिवाइस अक्सर इलेक्ट्रिक मोटर होते हैं।

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस के इलेक्ट्रिकल मोड का विनियमन

संरचनाओं की जांच से इसके विद्युत मोड को समायोजित करने के संभावित तरीके दिखाने की अनुमति मिलती है:

1) आपूर्ति वोल्टेज बदलना।

2) चाप प्रतिरोध में परिवर्तन अर्थात। इसकी लंबाई में परिवर्तन।

दोनों विधियों का उपयोग आधुनिक प्रतिष्ठानों में किया जाता है। ट्रांसफॉर्मर के द्वितीयक वोल्टेज के चरणों को स्विच करके मोड का मोटा समायोजन किया जाता है, ठीक - आंदोलन तंत्र का उपयोग करके। इलेक्ट्रोड को स्थानांतरित करने के तंत्र को स्वचालित बिजली नियामकों (AWS) का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है।

चाप भट्टियों के कार्यस्थल को प्रदान करना चाहिए:

1) स्वचालित चाप प्रज्वलन

2) आर्क ब्रेक और ऑपरेशनल शॉर्ट सर्किट को स्वचालित रूप से हटाना।

3) परिचालन शॉर्ट सर्किट के चाप रुकावटों को समाप्त करने पर प्रतिक्रिया की गति लगभग 3 सेकंड होती है

4) विनियमन प्रक्रिया की एपेरियोडिक प्रकृति

5) नाममात्र के 20-125% के भीतर भट्ठी की इनपुट शक्ति को सुचारू रूप से बदलने और इसे 5% की सटीकता के साथ बनाए रखने की क्षमता।

6) आपूर्ति वोल्टेज गायब होने पर इलेक्ट्रोड को रोकना।

तरल धातु के इलेक्ट्रोड के निचले हिस्से को बाहर करने के लिए नियंत्रण प्रक्रिया की एपेरियोडिक प्रकृति आवश्यक है, जो इसे कार्बोनाइज कर सकती है और पिघलने को खराब कर सकती है, साथ ही ठोस चार्ज के संपर्क में आने पर इलेक्ट्रोड के टूटने को बाहर कर सकती है। इस आवश्यकता का अनुपालन भट्ठी के आपातकालीन या परिचालन बंद होने की स्थिति में उपरोक्त मोड से सुरक्षा प्रदान करता है।

बिजली के उपभोक्ताओं के रूप में इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस

इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस बिजली व्यवस्था का एक शक्तिशाली और अप्रिय उपभोक्ता हैं। यह एक कम पावर फैक्टर = 0.7 - 0.8 के साथ काम करता है, नेटवर्क से खपत होने वाली बिजली पिघलने के दौरान बदलती है, और विद्युत मोड को चाप टूटने, परिचालन शॉर्ट सर्किट तक लगातार चालू उछाल की विशेषता होती है। चाप उच्च-आवृत्ति वाले हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं जो अन्य उपभोक्ताओं के लिए अवांछनीय हैं और बिजली नेटवर्क में अतिरिक्त नुकसान का कारण बनते हैं।

पावर फैक्टर को बढ़ाने के लिए, कैपेसिटर को मुख्य पावर सबस्टेशन के बसबारों से जोड़ा जा सकता है, जो भट्टियों के समूहों को खिलाते हैं, क्योंकि करंट झटके के साथ प्रतिक्रियाशील ऊर्जा बड़ी सीमा के भीतर उतार-चढ़ाव होता है, इस क्षमता को जल्दी से बदलने की संभावना सुनिश्चित करना आवश्यक है। ऐसे विनियमन के लिए, आप उच्च वोल्टेज का उपयोग कर सकते हैं थाइरिस्टर स्विचसीएम को 1 के करीब रखने के लिए सर्किट द्वारा नियंत्रित। उच्च हार्मोनिक्स का मुकाबला करने के लिए, सबसे तीव्र हार्मोनिक्स के लिए ट्यून किए गए फिल्टर का उपयोग किया जाता है।

110, 220 केवी के वोल्टेज के लिए अन्य उपभोक्ताओं से जुड़ी स्वतंत्र बिजली आपूर्ति के लिए फर्नेस सबस्टेशन का वितरण व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इस मामले में, अन्य उपभोक्ताओं के लिए वर्तमान और वोल्टेज घटता की विकृति को स्वीकार्य सीमा के भीतर रखा जा सकता है।