Elektrické obloukové pece

Elektrický oblouk Elektrické obloukové pece 2 Statická VA charakteristika oblouk – hyperbola U = A + B / I s asymptotami U = A, I = 0 obvod – přímka popsaná rovnicí U = U0 – RI Obě charakteristiky mohou mít jeden, dva či žádný průsečík – stabilní hoření pouze v průsečících charakteristik. Jeden je stabilní, druhý nestabilní. Kaufmannova podmínka stability: Kauf. p. nepodává vysvětlení, proč daný bod je či není stabilní Výklad pomocí úbytků napětí na oblouku při změně proudu o I 2

Elektrický oblouk Elektrické obloukové pece 3 Určení stability: dva body A1, A2 Pro bod A1 platí: – při náhodném zvětšení proudu je UV + UR > U0 – slabý zdroj, vzrůst odporu, návrat do A1 – při náhodném zmenšení proudu je UV + UR < U0 – napětí na oblouku vyšší, je vyhříván, zmenšení odporu, návrat do A1 V bodě A2 je situace opačná: při zvětšení proudu – přebytek napětí na oblouku, je vyhříván, odpor přejde do A1. Při zmenšení proudu – nedostatek napětí, vzrůst odporu, další zmenšení proudu, zánik oblouku 3

Elektrický oblouk – trochu jinak Elektrické obloukové pece Elektrický oblouk – trochu jinak Pro určení stability oblouku potřebujeme znát okamžitou hodnotu výkonu odevzdaného obloukem do okolí. Dva předpoklady řešení: Vodivost oblouku G závislá jen na součtu ioniz. a tepel. energie Q v oblouku obsažené G = f1(Q) Výkon P2 odváděný z oblouku závisí jen na ioniz. a tepel. energii Q v oblouku obsažené P2 = f2 (Q) Pozn.: P1 – P2 = dQ/dt kde P1 je výkon dodaný a P2 odevzdaný a Q je součet ionizační a tepelné energie v oblouku obsažené 4

Elektrický oblouk – trochu jinak Elektrické obloukové pece Elektrický oblouk – trochu jinak Mějme oblouk s VA charkou dle obrázku Dle první podmínky by měl obl. stejnou energii Q, kdyby se nacházel kdekoli na přímce B0 Dle druhé podmínky by obl. kdekoli na B0 vyzařoval výkon P2 , ovšem jen v bodě S by byl P1 = P2 Stabilita oblouku: energetická bilance: dodávaný výkon: odebíraný výkon: 5

Elektrický oblouk – trochu jinak Elektrické obloukové pece Elektrický oblouk – trochu jinak Stabilita oblouku energie v oblouku obsažená: po patřičném zamotání  Směr pohybu bodu hoření po VA char. určíme dle znaménka dG/dt Pro určení stability potřebujeme znát, zda je dF1/dt kladné či záporné, čili zda je funkce G = F1(Q) rostoucí nebo klesající. S rostoucím Q roste teplota, stupeň ionizace a následně konduktivita. Derivace dF1/dt je tedy kladná. 6

Elektrický oblouk – trochu jinak Elektrické obloukové pece Elektrický oblouk – trochu jinak Stabilita oblouku v kterémkoli bodě VA charky nyní známe P1 a P2 , takže: Je-li P1>P2 , dG/dt >0, zvětšuje se vodivost oblouku Je-li P1<P2 , dG/dt <0, zmenšuje se vodivost oblouku Na základě výše uvedených podmínek můžeme stanovit stabilní bod hoření oblouku 7

Činnost pece Elektrické obloukové pece 9 Plnění Tavba Rafinace Odstranění strusky Odpich Otočení pece 9

Plnění Elektrické obloukové pece 10 Výběr materiálu Minimalizace mezer Velké kusy mimo hořáky Postup odklopení víka zavezení šrotu jeřábem uzavření 10

Tavba Elektrické obloukové pece 11 Prvotní protavování – 15% vsázky Poté dlouhý oblouk – zlepší se podmínky pro stabilní hoření Kyslíkové hořáky – natavování velkých kusů Reakce kyslíku s Al, Si, Mn, P, C – exotermické reakce Po roztavení – oblouk zakryt do napěněné strusky Přidání struskotvorné látky 11

Rafinace Elektrické obloukové pece 12 Odstranění P, S, Al, Si, Mn a C z oceli Rafinační reakce závislé na přístupu kyslíku Prvky mají větší afinitu k O2 než k C, oxidují a vyplavou do strusky Podmínky příznivé pro odstranění síry opačné než pro fosfor přejdou-li P či S do strusky, mohou difundovat zpět do taveniny  odstranění P co nejdříve po rozehřátí – zpětná difuze s vyšší teplotou redukce fosforu z 20ti až 50ti procent síra je odstraňována jako sulfid rozpuštěný ve strusce z pece odchází síra při odpichu a lití 12

Odstranění strusky Elektrické obloukové pece 13 Odstraňují se tak nečistoty z pece Pec je nakloněna dozadu a struska vylita přes výpustní otvor Omezuje se možnost návratu fosforu zpět do taveniny 13

Odpich Elektrické obloukové pece 14 Po skončení tavby se pec nakloní a ocel se lije do licí pánve Během lití se mohou do ocele přidávat antioxidanty – hliník či křemík ve formě ferokřemíku 14

Otočení pece Elektrické obloukové pece 15 Operace prováděná u starších pecí Kontrola vyzdívky, případné provedení oprav Nové pece používají v horní části vodou chlazené panely – odpadá údržba 15

Mechanické systémy pece Elektrické obloukové pece Mechanické systémy pece Hydraulika – hnací síla pro většinu posuvů (operace s víkem, elektrodami, pohyb celé pece, manipulace s hořáky apod.) Vodní chlazení – několik systémů podle požadované čistoty vody chlazení trafa / přívodů a držáků elektrod / uzávěru ústí uzavřené chladící smyčky – výměník – chladící věž ostatní chlazené prvky – boční stěny / víko pece / výfukový systém přímé chlazení z chladící věže Chladící syst. – napáj. a oběh. čerpadla, filtry, chl. věže, měření a regulace průtoku (citlivá zařízení) Mazání 16

Pomocné systémy Elektrické obloukové pece 17 Řezání kyslíkem – v současnosti automatické, vodou chlazené řezáky, možnost vstřikování uhlíku Vstřikování uhlíku – uhlík reaguje s FeO, vzniká CO, což napomáhá vytvoření napěněné strusky – vyšší tepel. účinnost 17

Pomocné systémy Elektrické obloukové pece 18 Kyslíkové hořáky – běžná výbava pecí, zajišťují rychlé natavení, docilují rovnoměrného ohřívání vsázky Chlazení elektrod sprchováním – zamezení oxidace elektrod, snížení opotřebení elektrod o 10-20%, prodloužení doby života elektrod a obklopující izolace Systém měření teploty – jednorázové sondy Výfukový systém – adekvátní řízení spalin a zamezení degradace zařízení (hadic, kabelů, držáků elektrod...) 18

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 19 Připojení AC pece k síti Síť VN zatěžována nepra- videlnými proudovými špičkami 0 – 3IN – flicker Zkratový výkon v místě připojení pece Odchylka 30% IN má u síťové impedance způsobit pokles UN max. o 0,5% 19

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 20 Poměr zkratového výkonu sítě a pecního trafa – trvalý zkrat. výkon v místě připojení 60x >než výk. pecního trafa Hranice pozorovatelnosti rušivých jevů - UN<0,35% z čehož vyplívá poměr zkrat. výk. sítě v místě připojení pece SK = 85.SPT Snížení rušivých účinků na síť VN Omezení zkratových a velkých proudů reaktory velké proudy vznikají při natavování vsázky, dotyk elektrod se vsázkou 20

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 21 Zvětšení zkratového výkonu v místě připojení – zesílením napájecí sítě – synchronní kompenzace Zmenšení kolísání jalového příkonu pece Nepřímá kompenzace – odběr jaloviny udržován na konst. max. hodnotě – řízený usměrňovač 21

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 22 Zmenšení kolísání jalového příkonu pece Přímá kompenzace – podle okamžitého odběru; použito antiparalelní zapojení tyristorů – spínají kond. baterie 22

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 23 Pecní transformátor Malé sekundární napětí a velký proud Pracuje se značně proměnlivým zatížením – časté zkraty se vsázkou Regulace napětí na sekundáru změnou počtu závitů na primáru Výkon pecního trafa definuje výkon pece Typy taveb a výkony traf UHP – výkon 2,1 – 2,4 krát větší než u normální tavby, krátký oblouk SUHP – na 1 tunu vsázky cca 1MVA výkonu pece, roztavení do 1h 23

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 24 Krátká cesta Napájecí kabely – chlazené vodou, která protéká dutinou ve válcově spleteném lanu – skinefekt Ramena držáků elektrod – buď nesou izolované přípojnice nebo jsou přímo vodiči proudu (mědí plátovaná ocel) Držáky elektrod – poslední článek ve vodivé cestě k elektrodám – vystaveny mechanickému namáhání (vibrace, krut) a tepelným cyklům 24

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 25 Bifilární vedení krátké cesty – vyrovnání indukčností ve všech fázích Elektrody – uhlíkové, grafitové, násypné – nejčastěji grafitové – uhlík vypálen na 2.700°C – směs jemně mletého koksu +30% černouhel. dehtu jako pojiva – protlačována při 105°C – kruhový prut, dále řízeně vypalován ve zředěné atm.při 980°C a impregnována dehtem – vyšší tuhost a menší el. odpor – přeměna z amorf. C na krystalický průchodem proudu a tím ohřátím na 2.700°C – nakonec obrobení do fin. tvaru a na koncích závity – spojky 25

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 26 Automatická regulace polohy elektrod Úkolem regulace je zachovávat po určitou dobu konstantní množství energie přiváděné do pece nezávisle na měnících se podmínkách. Problém – rychlost odezvy – pásmo necitlivosti Elektromechanický kontaktní regulátor řídící člen – dif. relé jeho cívky napájené ze sekundáru a napětím elektrody proti zemi cívky působí na vahadlový systém ten spíná kontakty cívky stykače pro motor elektroda se začne pohybovat 26

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 27 Automatická regulace polohy elektrod Elektrohydraulický impedanční regulátor ovládá přepouštěcí ventil hydrauliky pomocí Al rotoru ve vzduch. mezeře 2f statoru s pomoc. mag. obvodem na hřídeli rotoru je pastorek, zabírající do ozubeného segmentu, jež přes pákový mechanizmus ovládá přepouštěcí ventil vinutí pomoc. fáze statoru napájeno z autotrafa, které je na jiných dvou fázích než fáze regulovaná 27

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 28 Připojení DC pece k síti VN Obdobné jako u AC Navíc mezi pecním trafem a pecí připojen šestipulzní usm. v můstkovém zapojení Ve SS části tlumivka, která omezuje namáhání tyristorů Vana pece má vodivé dno Vyvedeny dnové elektrody Provoz s dlouhým obloukem 28

Elektrická část pece Elektrické obloukové pece 29 Výhodou SS pece je menší spotřeba elektrod Díky SS napájení odpadá asymetrické zatěžování napájecí soustavy a neprojevují se rušivé vlivy na napájecí síť Jednodušší obsluha pece 29

Tak...a to je KONEC...