I. סקירה כללית של תרחישי יישומים
תנור קשת חשמלי DC (DC EAF) הוא ציוד ליבה לייצור פלדה-בתהליכים קצרים, המסתמך על קשת DC יציבה להמסת גרוטאות פלדה ולעידון פלדה מותכת. שנאי המיישר משמש כלב מערכת אספקת החשמל DC; הוא ממיר את המתח AC הגבוה-של המפעל (10kV/35kV) למתח AC בינוני-ל-נמוך המתאים למיישר. לאחר תיקון התיריסטור, הוא מספק זרם זרם זרם גבוה- לאנודה התחתונה ולקתודה הגרפיטית של הכבשן.
תרחישי יישומים ראשיים מתחלקים לשלוש קטגוריות:
1. DC EAFs-בעוצמה גבוהה עבור ארגונים גדולים לייצור פלדה (80-150t): מערכות יישור 24 פעימות- גבוהות, ייצור פלדה מתמשך ותנודות עומס חמורות;
2. DC EAFs עבור בתי יציקה קטנים-עד-בינוניים והתכת פלדה מיוחדת (10t–60t):תצורת תיקון 12 פעימות וייצור התכה לסירוגין;
3. שנאי מיישרים קטנים עבור תנורי זיקוק מצקת DC:משמש לחימום עזר וכיוונון סגסוגת, הכולל מתח- נמוך, פלט זרם- גבוה.
תנאי ההפעלה של סדנת ההיתוך הם קשים: קרינה תרמית גבוהה, עשן ואבק כבדים (כולל אבק מתכת מוליך), קצרים תכופים (עקב קריסת גרוטאות, שבירת קשת או התמוטטות מטען), ועומסי נחשולים מיידיים הנגרמים על ידי תנודות אקראיות בקשת. בנוסף, הפעלה בו-זמנית של מספר יחידות התכה מטילה דרישות מחמירות לשליטה בזיהום הרמוני ברשת החשמל הציבורית.
II. מאפייני ליבה טכניים
1. עיצוב עכבת מעגל קצר- גבוה (מאפיין ליבה)
שלא כמו שנאי הפצה סטנדרטיים, שנאי מיישרים עבור DC EAFs מתוכננים עם עכבת מעגל קצר של 8%-14%.
פונקציה:מגביל את זרמי הנחשולים האדירים הנוצרים במהלך קשתות אלקטרודות וקצר חשמלי של גרוטאות קריסת; מגן על מודולי מיישר תיריסטורים; מונע מקצרים מיידיים לגרום לירידות מתח ברשת או נפילות מתח פתאומיות עבור ציוד מפעל אחר;
מותאם לתנאי הפעלה הכוללים שבירת קשת אקראית והצתה מחדש-, מייצבת את זרם הקשת ומפחיתה הבהוב מתח במהלך תהליך ייצור הפלדה.
2. מבנה מתפתל מרובה-פאזות-הסטות
12-תצורות פולסים הן סטנדרטיות, בעוד ש-24-פיתולי הפאזות של פעימות נבחרות עבור יחידות תנורים בעלות קיבולת גבוהה:
1. הסטת שלב- באמצעות פיתולים משניים כפולים מבטלת את ההרמוניות ה-5, 7, 11 ו-13, מפחיתה את ה-THD של הרשת כדי לעמוד בתקני איכות החשמל של התעשייה המתכתית ומונעת הפרעות הרמוניות עם מנופים עיליים, מערכות הסרת אבק ובקרות אוטומציה;
2. העומס מתחלק באופן שווה בין שני גשרים מיישרים, מפחית את הפסדי הרכיבים בענפים בודדים ומאריך את חיי השירות של ציוד המיישר;
3. סובלנות הזווית-לפאזה נשלטת בקפדנות עד ±1 מעלות כדי להבטיח דיכוי הרמוני יעיל.
3. עיצוב מיוחד עבור פיתולי זרם-נמוכים,-גבוהים
תנורי קשת חשמליים DC פועלים עם מתח נמוך וזרם DC -גבוה במיוחד (הנע בין מאות לעשרות אלפי אמפר):
1. פיתולים משניים בנויים מפסי נחושת נטולי-חמצן- רב-שכבתיים עם צפיפות זרם נמוכה מאוד, תוך מזעור הפסדי נחושת ועליית טמפרטורה הקשורה לזרמים גבוהים;
2. קצוות מתפתלים כוללים בידוד מחוזק כדי לעמוד בכוחות האלקטרו-מכאניים של אירועי קצר-תכופים, ומונעים עיוות של סליל וקצר בין-סיבובים;
3. יציאות מתח נמוך- מנצלות פסי נחושת משולבים כדי למזער את ייצור החום בנקודות החיבור.
4. בידוד-עמיד בפני פגיעות וביצועי טמפרטורות{{2} גבוהות
1. דרגת בידוד:בידוד Class F משמש עבור דגמים טבולים בשמן-, בעוד Class H זמין עבור דגמים יבשים אטומים-בעלי קיבולת גבוהה-; לכה מבודדת מציעה עמידות בפני אבק מתכת וקרינת טמפרטורה גבוהה-;
2. התנגדות לנחשולי מתח:הכחדה תכופה של קשת והדלקה מחדש מייצרים מתחי יתר בתדר גבוה-; פיתולים משלבים מיגון בין-שכבות וממשקי התאמת RC כדי לדכא מתחי יתר חולפים שעלולים לגרום להתמוטטות בידוד;
3. הליבה משתמשת בגיליונות פלדת סיליקון-בדרגה גבוהה-נמוכה- כדי למזער את הפסדי ההיסטרזיס ולדכא עליית טמפרטורת הליבה בתקופות של תנודות קשת עזות.
5. מאפייני סיבולת עומס-בטווח רחב
מטפל בתנודות עומס מ-0% עד 120% מהקיבולת המדורגת במהלך תהליך ההיתוך ועמיד בפני זרמי נחשול מיידי של עד פי שניים מהערך המדורג:
מרווח עליית הטמפרטורה עולה באופן משמעותי על זה של שנאים-לכלליים, המאפשרים פעולת עומס יתר לטווח קצר-;
וויסות מתח פחות או שווה ל-4%; מייצב פלט AC משני בתוך תנודות עומס רחבות, מבטיח שהקשת נשארת רציפה (מונעת כיבוי) ומשפרת את יעילות ההתכה של גרוטאות.
6. תכונות הגנה מיוחדות לסדנאות מתכות
1. בידוד אבק וחום:רדיאטורים טבולים-בשמן כוללים משטחים חסינים בפני אבק כדי לחסום אדי ייצור פלדה ואבק מתכת מוליך; יחידות מסוג -יבשות משתמשות ביציקת אפוקסי אטומה לחלוטין כדי למנוע הצטברות אבק ועקיבה/קשתות;
2. עמידות בפני קורוזיה ו-טמפרטורה גבוהה:מארזים כוללים-ציפוי כבד נגד-קורוזיה כדי לעמוד בפני חמצון-בטמפרטורה גבוהה וקורוזיה של גזי פליטה;
3. פיזור חום משופר:דגמי-הספק גבוה משתמשים בקירור נפט ואוויר מאולץ (OFAF); דגמים קטנים-עד-בינוניים יבשים-מצוידים במאווררים מבוקרים-ביכולת-גבוהה של טמפרטורת קיבולת-לפיזור מתמשך של חום שנוצר עקב הפסדי זרם- גבוהים.
III. הדגשות היישום לפי תרחיש
1. תנורי קשת חשמליים DC גדולים-בעוצמה (מעל 80ט)
1. תצורה:קלט מתח גבוה של 35kV-; שנאי מיישר 24-דופק, כפול-פיצול, פאזה-; שמן-טבול, קירור אוויר מאולץ;
2. מאפיינים תפעוליים:התכה רציפה של 24-שעות; קצרים תכופים עקב קריסת גרוטאות; דרישות קפדניות להבהוב רשת ובקרה הרמונית;
3. דרישות נלוות:מובנה-בניטור טמפרטורה מפותל, הגנה על גז והגנה על מפלס שמן; אותות תקלה המשולבים במערכת הבקרה המרכזית לייצור פלדה; שנאי המיישרים המתכתיים-הספקים של Xintailong משמשים כאפשרות ייחוס לפרויקטים כאלה.
4.יתרונות:מבנה 24 פולסים מפחית באופן משמעותי הרמוניות; עכבה גבוהה מייצבת את הקשת; מפחית את הצורך בהשקעה בפיצוי הספק תגובתי במפעל הפלדה.
2. תנורי קשת חשמליים קטנים-עד-בינוניים (10–60 ט; פלדה/יציקה מיוחדת)
1. תצורה:קלט 10kV; 12-שנאי מיישר פעימות (שמן-טבול עצמי-מקורר או יבש-מקורר אוויר).
2. מאפיינים תפעוליים:ייצור לסירוגין עם מחזורי התחלה-יומי תכופים; ביקוש גבוה לבקרת עלויות.
3. יתרונות:מבנה פשוט וטביעת רגל קטנה יותר; תואם להתקני סינון פשוטים כדי לעמוד בדרישות הרשת.
3. תנור זיקוק מצקת DC
1. תצורה:שנאי מיישר מסוג יבש עם קיבולת-קטנה של 6/12-פולסים.
2. תנאי הפעלה:השפעה נמוכה; יציב, קבוע-זרם חימום; ממוקם בדרך כלל בסדנאות זיקוק סגורות ללא קרינת- טמפרטורה אינטנסיבית.
3. יתרונות הבחירה:עיצוב -יבש מבטל סיכוני דליפת שמן, ועומד בתקני בטיחות אש עבור סדנאות זיקוק; תפעול ותחזוקה קלים.
IV. דרישות ציוד מיוחד המונעות על ידי תנאי הפעלה
1. קצרים חולפים תכופים:אירועים כגון קריסת גרוטאות או מגע של אלקטרודה עם המטען פועלים כקצר חשמלי משני- בצד; סלילי שנאי חייבים לעמוד בכוחות אלקטרומגנטיים עצומים, הדורשים רצועות מתפתלות מחוזקות.
2. דיכוי הבהוב מתח:עיצוב עכבה-גבוה חוסם תנודות מתח ברשת הנגרמות מחוסר יציבות בקשת, ומונע הבהוב או תקלות בתאורת המפעל ובציוד בקרה אלקטרוני.
3. הגנת אבק מוליך:אבק פלדה מוליך חשמלית; כניסה למרווחים מתפתלים יכולה להפעיל בקלות מעקב משטח או קצרי שלב-ל-שלבים, המחייבים מבנה מגן אטום לחלוטין.
4. סביבת טמפרטורה-מתמשכת:טמפרטורות הסביבה בבתי מלאכה להתכה עולות לרוב על 40 מעלות בשנה-; עיצובי עליית טמפרטורת-שנאי חייבים לכלול שוליים נוספים של 5-10 מעלות.
V. שיקולים מרכזיים לבחירה ותפעול
1. איסור מוחלט על השימוש בשנאי חלוקת כוח סטנדרטיים כתחליפים: לשנאים סטנדרטיים אין את עכבת המעגל הקצר- הגבוהה הדרושה ופיתולי הסטת הפאזה-; הם רגישים מאוד לשחיקה של תיריסטור מיישר הנגרמת על ידי עליות- במעגל קצר ואינם יכולים לשמור על קשת DC יציבה.
2. שמור על מרווח קיבולת של לפחות פי 1.3 מהעומס המדורג כדי להתמודד עם עומסי יתר חולפים במהלך התחלת קשת וקריסת חומר.
3. עבור תנורי קשת בעלי קיבולת- גדולה, תעדוף תצורות של 24 פולסים כדי להפחית את ההשקעה הנדרשת עבור ציוד עזר להפחתת הרמוניה.
4. במתקני התכה- גבוהים ומאובקים, נקה באופן קבוע אבק מהרדיאטורים של יחידות טבולות בשמן; עבור יחידות מסוג -יבשות, נשוף מדי שנה אבק מצטבר ממשטחי הסליל היצוק.
5. התקן חיבורים גמישים בממשקי פס גבוה- ונמוכים-על מנת לספוג רעידות מבית המלאכה להתכה, ובכך למנוע לחץ מכני על חיבורי מתפתל שעלול להוביל להתחממות יתר או שבירה.
VI. סיכום ערך היישום
שנאי מיישרי כבשני קשת DC כוללים ארבעה מאפיינים טכניים ייחודיים-עכבת מעגל קצרה-גבוהה, הזזת פאזה מרובה-פעימה, עמידה- בפני פגיעות-מתח נמוך/מתח נמוך/גבוה-זרם פיתולי זרם-ומתכתיים-מותאמת לתנאי הפעלה קיצוניים של אבק{7/} ייצור פלדה, כולל תנודות אקראיות בקשת, קצרים תכופים, רמות הרמוניות גבוהות ואדי טמפרטורה- גבוהים. על ידי ייצוב קשת ה-DC, שיפור יעילות התכת גרוטאות, הפחתת צריכת האלקטרודות ודיכוי הרמוניות והבהוב מתח, השנאים הללו מבטיחים את היציבות של מערכת אספקת החשמל הכוללת של מפעל הפלדה, ומשמשים כציוד ליבה הכרחי לקווי פלדה קצרים- מבוססי-DC.
