ТРАНСФОРМАТОРНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ С ТРЕМЯ ЭЛЕКТРОДАМИ
TRANSFORMER SYSTEM FOR ELECTRIC ARC FURNACES WITH THREE ELECTRODES

Изобретение относится к трансформаторной системе для дуговой печи с тремя электродами.
Для производства стали в современных установках главным образом используют дуговые электропечи. При этом между по меньшей мере тремя электродами и расплавом образуются электрические дуги, которые представляют собой источник излучения для производства тепла. Промышленные установки в настоящее время плавят в течение менее одного часа количество сырой стали в области, как правило, 100-200 тонн. Расплавленную сырую сталь, часто состоящую главным образом из лома и отходов и добавок, затем подвергают химическому анализу и, при необходимости, после подвода других необходимых добавок выпускают. Дуговую печь перед выпуском плавки отключают, после этого частично или полностью опорожняют, снова загружают и снова включают. Эти промышленные установки для производства стали, следовательно, должны ежедневно многократно включаться и выключаться. Процессы выключения или, соответственно, включения имеют место не только перед процессом выпуска плавки или, соответственно, после процесса загрузки, но дуговая электропечь должна многократно включаться или, соответственно, выключаться во время цикла плавки также для отбора проб металла и по другим причинам.
Ток большой силы, вплоть до области порядка 100 кА, который течет между электродами и подлежащим плавлению материалом, в большинстве случаев получают из сети среднего напряжения через трансформатор. При экстремальных токах на вторичной стороне включение цепи на большую силу тока технически является не возможным или возможным только с трудом, и поэтому печь должна включаться на первичной стороне среднего напряжения. Настройка вторичного напряжения также устанавливается на первичной обмотке трансформатора через переключатель ответвлений. Обычные в энергоснабжении выключатели для установок среднего напряжения являются ограниченными со стороны тока и, кроме того, имеют также только ограниченный срок службы порядка 10000 коммутационных циклов. Повышение коммутируемой мощности приводит к частично резкому уменьшению срока службы распределительных устройств. Дуговые электропечи таким образом подлежат известным техническим ограничениям относительно повышения мощности.
Одной возможностью повысить потребляемую мощность отдельной печи при плавке и тем самым возможностью выработать больше стали в течение одного цикла плавки является применение в одной печи нескольких электродно-трансформаторных систем. Так, например, из DE 3024223 С2 является известной дуговая электропечь, в которой в одной печи над плавильной ванной расположено до четырех групп, каждая из трех электродов и соответственно одного трехфазного трансформатора. При этом включение каждой трансформаторной системы происходит по смыслу схемы треугольника трехфазного тока.
Кроме того, из SU 1149446 А является также известной дуговая электропечь с несколькими электродно-трансформаторными системами, в которой в продолговатой печи друг против друга установлены две группы, состоящие каждая из трех электродов. Включение в схему соответствующих фаз при этом происходит так, что фазные последовательности обоих трансформаторов противостоят друг другу в обратном порядке.
Так как мощность дуговой электропечи ограничена на стороне входа распределительными и трансформаторными устройствами, в одной печи используют следовательно несколько электродно-трансформаторных систем. Это требует не только специальной формы печи, но и также электрически симметричного расположения электродных групп. При металлургических неоднородностях или, соответственно, при недостаточной симметрии электродов желаемая энергия за счет этого часто не может быть введена в печь. Кроме того, применение нескольких электродно-трансформаторных систем, как также видно на DE 3024223 С2, заметно ограничивает функциональность печи, прежде всего относительно выпуска плавки.
Поэтому задачей настоящего изобретения является предоставление в распоряжение трансформаторной системы для дуговой электропечи с тремя электродами, в которой мощность дуговой электропечи в смысле увеличенного количества расплава может быть значительно повышена.
Эта задача решается посредством трансформаторной системы по пункту 1 формулы изобретения.
Дальнейшие предпочтительные формы выполнения изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению предусмотрена трансформаторная система для дуговой электропечи с тремя электродами, которая содержит по меньшей мере два трехфазных трансформатора. Три фазы трехфазных трансформаторов подключены соответственно параллельно к одному из электродов. Кроме того, трехфазные трансформаторы являются включаемыми или, соответственно, выключаемыми в зависимости друг от друга. Соответствующая изобретению трансформаторная система, таким образом, имеет преимущество возможности подведения к отдельной дуговой печи с только тремя электродами повышенной электрической мощности. При этом зависимое включение берет на себя включение отдельных трансформаторов в смысле синхронного включения. Тем самым, хотя несколько трансформаторов включены параллельно на вторичной стороне, исключается опасность для человека и установки прежде всего за счет появляющихся на первичной стороне напряжений за счет соответствующей обратной трансформации. Кроме того, зависимое включение может также продолжать безопасную эксплуатацию дуговой электропечи в случае выхода из строя одного из трехфазных трансформаторов при пониженной мощности за счет того, что электрически развязывают соответствующие неактивные трансформаторы.
Согласно предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения трехфазные трансформаторы включают или, соответственно, выключают в течение выделенного отрезка времени максимально 100 мс. За счет этого в основном избегают опасных напряжений в трансформаторной системе. Тем самым предпочтительным образом является не нужным включение токопроводов на большую силу тока (коротких сетей) на вторичной стороне. Может быть предусмотрено, что трехфазные трансформаторы являются уже интерно триангулированными. Соответственно два присоединительных вывода трех вторичных катушек трехфазного трансформатора соединены при этом уже внутри трансформатора в смысле трехфазной схемы треугольника, и от каждого трансформатора к электродам должны быть соответственно проложены только три токопровода на большую силу тока.
Согласно следующей предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения токопроводы выходят из трехфазных трансформаторов под прямым углом к стенке кожуха трансформатора. Кроме того, три фазы всех участвующих трехфазных трансформаторов соединены друг с другом шинами на большую силу тока. Участвующие трехфазные трансформаторы тем самым можно соединять друг с другом предпочтительным образом с применением жестких и тем самым массивных токопроводов. Шины на большую силу тока при этом являются преимущественно водоохлаждаемыми. Электрические пути при этом являются, по возможности, короткими, что является преимуществом, в частности, относительно высоких вторичных токов и тем самым также появляющихся высоких переменных магнитных полей и поддерживает малым реактивное сопротивление печи. Отдельные трансформаторы трансформаторной системы можно тем самым предпочтительным образом пространственно располагать таким образом, что промежуток относительно магнитных частей, то есть частей самих трехфазных трансформаторов, получается особенно большим, и в общем можно поддерживать достаточно большое не содержащее железа пространство вокруг шин на большую силу тока.
В следующей предпочтительной форме выполнения настоящего изобретения шины на большую силу тока между по меньшей мере двумя трехфазными трансформаторами проходят друг над другом в трех плоскостях. Присоединительные выводы для одной фазы покидают таким образом трехфазный трансформатор соответственно на различной высоте. Тем самым трехфазные трансформаторы предпочтительным образом могут быть соединены между собой шинами на большую силу тока электрически симметрично и без пересечений. Кроме того, может быть предусмотрено, что соответственно две шины на большую силу тока одной фазы встречаются друг с другом под углом между 45° и 180°. За счет этого трансформаторная система может быть реализована самым предпочтительным образом так, что участвующие трехфазные трансформаторы пространственно расположены таким образом, что электрические пути получаются короткими и промежуток относительно магнитных материалов является по возможности широким.
Согласно следующей форме выполнения соответственно одна фаза трехфазного трансформатора соединена гибкими токопроводами с соответствующей фазой остальных трехфазных трансформаторов трансформаторной системы. Гибкие токопроводы на большую силу тока являются предпочтительно водоохлаждаемыми и позволяют соответствующее изобретению параллельное включение нескольких трехфазных трансформаторов для дуговой электропечи с только минимальными ограничениями относительно расположения участвующих трансформаторов и печи. Тем самым соответствующее изобретению повышение мощности для дуговой электропечи может быть реализовано также при неблагоприятных пространственных условиях. Кроме того, может быть предусмотрено, что гибкие токопроводы соответственно одной фазы участвующих трехфазных трансформаторов являются проводяще соединенными с соответственно одним из трех электродов дуговой электропечи. Предпочтительным образом тем самым можно минимизировать потребность в электрических контактированиях. Это является особенно предпочтительным, так как также минимальные контактные сопротивления при больших силах тока приводят к большим потерям мощности. Кроме того, в смысле этой предпочтительной формы выполнения настоящего изобретения достигается в высшей степени независимость от пространственных условий относительно конструкции трансформаторной системы.
Предпочтительные формы выполнения настоящего изобретения поясняются в последующем более подробно на основе приложенных чертежей. При этом показывают:
Фигура 1 схематическое представление дуговой электропечи с трансформаторной системой согласно первой форме выполнения настоящего изобретения в виде сверху;
Фигура 2а - детальный вид трансформаторной системы согласно второй форме выполнения изобретения в виде сверху;
Фигура 2b - вид спереди трансформатора согласно второй форме выполнения изобретения; и
Фигура 3 - схематическое представление дуговой электропечи с трансформаторной системой согласно третьей форме выполнения настоящего изобретения.
Фигура 1 показывает в схематическом виде сверху трансформаторную систему 1 с дуговой печью 2. В дуговой электропечи 2 над металлоприемником в дуговой электропечи с расплавленным металлом расположены три электрода 202, как правило, с (не показанным) электрододержателем. Трансформаторная система 1 содержит далее распределительное устройство 120 и, как здесь показано, два трехфазных трансформатора 100, обозначаемые дальше также, как трансформаторы. В смысле настоящего изобретения от одного распределительного устройства 120 в общем могут также питаться и подключаться к дуговой электропечи 2 больше, чем два трансформатора 100.
Трансформаторы 100 на первичной стороне подключены к распределительному устройству 120 через проводящие соединения 123. В распределительном устройстве 120 все трансформаторы 100 включаются или, соответственно, выключаются через выключатель среднего напряжения 121 коммутационным блоком 122 в зависимости друг от друга. Коммутационный блок 122 позволяет синхронное по времени включение или, соответственно, выключение выключателей среднего напряжения 121, предпочтительно в течение выделенного отрезка времени в 100 мс. Кроме того, распределительное устройство 120 позволяет также безопасную эксплуатацию дуговой печи 2 с только частью предусмотренных трансформаторов 100, например, при выходе из строя одного или нескольких трансформаторов 100.
Коммутационный блок 122 в соединении с выключателями среднего напряжения 121 обеспечивает эксплуатацию трансформаторной системы 1 с несколькими трансформаторами 100 в смысле исключения опасности для человека и установки. Включение трансформаторов 100 на вторичной стороне вследствие экстремальных вторичных токов в области порядка 100 кА не практикуется, и все участвующие трансформаторы 100 тем самым на вторичной стороне жестко соединены друг с другом через места контактирования 105. В случае эксплуатации только части трансформаторов 100, предусмотренных в трансформаторной системе 1, например, при эксплуатации с только одним из двух показанных на Фигуре 2 трансформаторов 100, обратно трансформированное за счет соединения на вторичной стороне напряжение приложено на первичной стороне к не активным трансформаторам 100. Выключатели среднего напряжения 121 распределительного устройства 120 тогда, при необходимости, отключают первичную сторону, и опасное напряжение не может покинуть распределительное устройство 120.
Трансформаторы 100 предпочтительным образом являются интерно триангулированными. Это означает, что в целом шесть присоединительных выводов трех катушек трехфазного трансформатора 100 соединены уже внутри по смыслу схемы треугольника трехфазного тока. Стенка кожуха 110 трансформаторов 100 содержит поэтому на вторичной стороне только три присоединительных вывода на большую силу тока u, v и w. В смысле первой формы выполнения настоящего изобретения эти три фазы соединены параллельно друг с другом посредством шин на большую силу тока 101 в местах контактирования 105. От этих мест контактирования 105 к дуговой печи 1 могут вести прежде всего следующие шины на большую силу тока 101 или, как здесь показано, электроды 202 дуговой электропечи 1 могут подключаться к местам контактирования 105 гибкими токопроводами на большую силу тока 102. Как шины на большую силу тока 101, так и гибкие токопроводы на большую силу тока 102 являются предпочтительным образом водоохлаждаемыми.
Согласно первой форме выполнения настоящего изобретения шины на большую силу тока 101 встречаются под прямым углом к стенке кожуха 110 трансформаторов 100. Они встречаются на местах контактирования 105 под углом β. Таким образом трансформаторы 100 расположены в угле α=180°-β. Согласно предпочтительной форме выполнения этот угол α лежит в области от 45° до 180°. Тем самым отдельные трансформаторы 100 трансформаторной системы 1 могут пространственно располагаться в смысле возможно коротких электрических путей. Одновременно в этой форме выполнения обеспечены большие промежутки вызываемых на стороне большой силы тока магнитных полей от магнитных материалов. Дальнейшим преимуществом этой формы выполнения является конструкция трансформаторной системы 1 с несколькими трансформаторами 100 в электрически возможно симметричном расположении.
Фигура 2а показывает детальный вид трансформаторов 100 согласно второй форме выполнения настоящего изобретения. В отличие от формы выполнения с Фигуры 1 трансформаторы имеют стенку кожуха 111, из которой выходят шины на большую силу тока 101. Как показывает вид спереди трансформатора 100 на Фигуре 2b, на стенке кожуха 111 для каждой фазы u, v и w предусмотрены три присоединительных блока 115. Согласно этой второй формы выполнения настоящего изобретения эти три присоединительных блока 115 расположены друг над другом в трех плоскостях. Эта форма выполнения имеет преимущество, что три фазы могут соединяться друг с другом без пересечения на местах контактирования 105 за счет шин на большую силу тока 101, и длина шин 101 может быть выполнена возможно короткой. Участвующие трансформаторы 100, как показанные здесь два трансформатора 100, могут тем самым быть расположенными возможно близко друг к другу.
Фигура 3 показывает схематически трансформаторную систему 1 с дуговой электропечью 2 согласно третьей форме выполнения настоящего изобретения. Как уже описано для Фигуры 1, трансформаторная система 1 содержит два, в общем случае, однако, несколько трехфазных трансформаторов 100 и распределительное устройство 120. Участвующие трансформатора 100 подключены на первичной стороне к распределительному устройству 120 проводящими соединениями 123. Коммутационный блок 122 в распределительном устройстве 120 приводит в действие в зависимости друг от друга несколько выключателей среднего напряжения 121. Это зависимое включение посредством коммутационного блока 122 происходит аналогично к первой форме выполнения на Фигуре 1, опять-таки в смысле исключения опасности для человека и установки.
Согласно этой третьей форме выполнения настоящего изобретения трансформаторы 100 содержат стенку кожуха 112, на которой к не показанным присоединительным блокам 115 подключены гибкие токопроводы 102. Этими гибкими токопроводами 102 три фазы u, v и w участвующих трансформаторов 100 параллельно подключены к электродам 202 дуговой печи 2. Электроды 202, которые находятся над ванной расплавленного металла 201 дуговой печи 2, могут быть расположены опять-таки на электрододержателе (не показано).
Преимущество этой третьей формы выполнения настоящего изобретения состоит в том, что достигнута максимально возможная гибкость относительно пространственной конструкции участвующих трансформаторов 100 на дуговой печи 2. Эта форма выполнения позволяет, следовательно, также соответствующее изобретению использование нескольких трансформаторов 100 на дуговой печи 2 также при неблагоприятных пространственных условиях. Кроме того, можно представить себе также расположение друг над другом нескольких трансформаторов 100, которые можно предпочтительным образом без пересечений подключать гибкими токопроводами 102 к электродам 202 дуговой электропечи 2 возможно короткими токопроводами 102.