NO120845B - - Google Patents

Description

Strøm- og effektreguleringsmetode for trefase

reduksjonssmelteovner.

Oppfinnelsen er beregnet for trefaseovner hvor den vesentligste elektriske energiomsetning skjer ved strømgjennomgang i et motstandsmateriale (spes. koks) i smeltekrateret. Oppfin-nelsens formål er å optimalisere - spesielt symmetrisere - den elektriske energitilførsel til ovnen under bibehold av de elektrodestillinger - spesielt samme elektrodespisshoyde over metallbadet for alle tre elektroder - som gir de metallurgisk/elektrotermisk sett gun-sttgste forhold i ovnen.

På vedlagte tegning Fig. 1 er vist skjematisk den vanlige elektriske kobling for storre trefase reduksjonssmelteovner. På figuren er vist stiplet den vanligste plassering av faste seriekondensatorer hvor slike benyttes for å redusere uttaket av blindeffekt fra nettet.

Den elektriske regulering av slike ovner foregår i dag på to måter. For det forste blir ovnstransformatorenes trinnkoblere - som bestemmer transformatorenes omsetningsforhold - justert slik at transformatorene og ovnens stromfbrende deler blir maksimalt utnyttet for det impedanssystem som ovnen og pågjeldende prosess (produkt) representerer. Normalt kjores de tre transformatorfaser med samme omsetningsforhold, for å unngå den sirkulasjonstrom gjennom viklingene som eventuelt forskjellig innstilte trinnkoblere ville medfore. For ytterligere å sikre mot en "sirkulasjonsstrøm" på grunn av forskjellige se-kundærskinneimpedanser, kan man også se at tre enfase ovnstransformatorer blir plassert rumlig symmetrisk i forhold til ovnen. For lysbueovner er det også foreslått - kfr. tysk Auslegeschrift No. 1165150 og Norsk Pat. No 85848 - å anordne faste tilleggsimpedanser i elektrodetilledningene eller i tilledningene på primærsiden av ovnstransformatoren, for derved å oppheve konstruksjonsmessige betingede impedansforskjeller på grunn av ukom-penserte strbmskinner og forskjellige masive jerndeler i ovnskonstruksjonen. For ovner med en midtelektrode og symmetrisk til denne to ytre elektroder, er det eksempelvis foreslått å innkoble seriekondensatorer i ytterfasene.

Den andre reguleringsmuligheten på den elektriske siden består i individuell hevning/ senkning av elektrodene. Virkningen av denne regulering forklares ved at en elektrode-bevegelse påvirker sammentrykningen - og dermed motstanden - i den elektrisk ledende "koks-seng" som antas å eksistere mellom elektrodespissen og metallbadet. Under vanlig drift blir slik regulering foretatt relativt ofte, vanligvis med sikte på å holde like store strommer i de tre elektrodene for derved å utnytte transformatorinstallasjonen maksimalt. Det finnes i dag også flere typer automatiske regulatorer for styring av elektrodebevegel-sen, men det er tvilsomt hvorvidt man ennu har funnet frem til et reguleringsprinsipp som virker tilfredsstillende under alle forhold.

Den prinsipielle virkemåte av dagens elektroderegulering er vist på vedlagte Fig. 2. På figuren er ZA - RA + jXA, Zfi = RB + jXB> Zc = Rc + jXc tre stjernekoblede impedanser som representerer ovnens resulterende R-er og X-er. Transformator- og skinneimpedanser, eventuelt med seriekondensatorer for fasekompensering, samt transformatorenes omsetningsforhold er for enkelhets skyld forutsatt like, og de ekvivalente impedanser er representert ved ZQ. Transformatorene er koblet delta/delta, og alle impedanser, strommer og spenninger er referert til stjernekoblet sekundærside.

Når ovnen er tilsluttet et symmetrisk og relativt stivt nett (Ug = a 2- og

Uq = a • U^ hvor a = -r0,5 + j • 0,5 VS) er det kjent at betingelsen for symme-triske strommer (1^ a<2-> 1^, Ic = a • 1^ ) er:

Av denne ligning finner man fblgende betingelser for at elektroderegulering skal gi stromsymmetri:

Ved elektroderegulering tilstreber man stromsymmetri ved å forandre særlig ovnens resulterende R-er slik at betingelsene 2) blir oppfylt. Dersom ovnens resulterende X-er er like, får man altså, spesielt stromsymmetri når også R-ene er like. Generelt

er det den innbyrdes forskjell mellom R-ene som bestemmer stromsymmetrien, mens strbmmens stbrrelse bestemmes av absoluttverdiene av R-er og X-er samt Z^.

Begrepene "resulterende R-er og X-er" står for de per fase motstander og reaktanser som ovnen representerer sett fra strbmskinnenes tilkoblings klemmer på elektrodene. Vanligvis refereres disse til stjernekoblede elektrodestromkretser, med sentret i metallbadet som et slags stjernepunkt. Med en form for intern ovnsusymmetri som vist foren-klet på Fig. 4 (dvs konsentrerte strombaner i stedet for at strbmbanene i virkeligheten har en betydelig rumlig utstrekning både under og mellom elektrodene) kan det f. eks. beregnes at RA = RB < R£, XA = XB ^ X£ , RQ > RE og Xc > X£. Den direkte strømgjennomgang mellom A og B bevirker, altså at både resulterende motstand og reaktans for A og B blir mindre, mens de for C-elektroden blir storre enn i det til-felle at all strbmmen går via metallbadet. En noenlunde eksakt numerisk beregning av de skjevheter i resulterende R-er og X-er som forskjellige former for usymmetri i ovnen medfbrer, lar seg neppe gjennomfbre. Generelt kan man imidlertid slutt folgende:

a) De absolutte verdier av stbrrelsene (XA + Xg - 2X^,), (XB + X c - 2XA)

og (X^, + XA - 2Xg) vil under ellers like forhold være avhengig av

prosessens art og ovnens dimensjoner, og sannsynligvis oke noe med ovns-storrelsen.

b) Med okende ovnsstorrelse og elektrodediameter minker den absolutte verdi av R-ene, hvilket betyr at f. eks. storrelsen

~W <<X>A<+X>B"<2X>C) ^MID (^ A~ RB) ^MID

oker. Dette betyr at det for store ovner vil opptre relativt storre innbyrdes forskjeller mellom elektrodestillingene dersom man ved hjelp av elektroderegulering prover å holde like store strbnflner i de tre elektroder.

Under elektroderegulering med sikte på stromsymmetri kan man ofte under drift også iakta det forhold at virkningen av en elektrodef or stilling fortar seg etter en tid, og dette resulterer i at man får meget store, ensidige elektrodevandringer (0,5 m og mere på en 8-timers periode ) og store innbyrdes pendlinger mellom elektrodene når det gjelder de tre elektrodespissers hbyder over metallbadet. For å begrense disse elektrodebevegelser er derfor en del av dagens automatiske elektroderegulatorer utstyrt med regulerbar forsterkning og dbdsone, mens andre har mulighet for å regulere elektrodene med sikte på noenlunde like "impedans" eller "motstand" i de tre elektrodekretser. "Impedans" eller " motstand" blir i regulatoren beregnet på grunnlag av bl. a. målte spenninger mellom hver elektrode eller transformators sekundærside, og et punkt i metallbadet, en måling som i praksis er forbundet med store usikkerhetsmomenter. Betingelsene for at disse målinger skal gi grunnlag for reell beregning av resulterende impedans eller motstand er at hele elektrodestrommen går via metallbadet og at ledningsføringen er symmetrisk m. h. t. de tre elektroder.

Sammenfattende kan konkluderes at det med de eksisterende prinsipper for elektroderegulering er mulig enten

å holde like store strommer i de tre elektrodene, noe som imidlertid under mange driftsforhold bare kan oppnås ved relativt store elektrodebevegelser og dermed sterkt varierende metallurgiske forhold i ovnen,

eller

å holde like store "impedanser" eller "motstander" i de tre elektrodekretser for dermed å begrense elektrodebevegelsene, noe som imidlertid gjor at man må gi avkall på elektrodestrbmsymmetri, og derved får en dårligere utnyttelse av transformatorinstallasjonen og ovnens strbmfbrende deler.

Formålet med den reguleringsmetode som her sbkes patentbeskyttet er å gjore det mulig å holde de elektrodespissnivåer som under de aktuelle driftsforhold gir de beste metallurgiske forhold - spesielt samme nivå for alle tre elektroder - uten å måtte gi avkall på den elektrodestrbmsymmetri som er en forutsetning for full utnyttelse av transformatorinstallasjonen og ovnens stromfbrende deler. Ifblge oppfinnelsen kan dette oppnås ved at det i de tre linjer til ovnstransformatorens primærside innkobles like store, individuelt trinnvis eller kontinuerlig regulerbare seriekapasitanser. Derved kan strbm-og effektfordelingen i ovnen reguleres uavhengig av elektrodestillingsreguleringen.

Den prinsipielle kobling ifolge oppfinnelsen fremgår av vedlagte Fig. 3. Med seriekapasitanser K^, Kg, K^, innkoblet blir betingelsen for stromsymmetri:

Sammenhengen mellom de tre seriekapasitanser blir fblgende:

Av uttrykkene 4) fremgår at man ved hjelp av regulerbare kapasitanser i hver av de tre linjer i prinsippet kan kompensere for enhver driftsmessig betinget forskjell i ovnens resulterende R-er og X-er. Tilsvarende for elektrodereguleringen er det også her den innbyrdes forskjell mellom K-ene som bestemmer strbmsymmetrien, mens strbm-

mens stbrrelse bestemmes av absoluttverdiene av R-er, X-er, K-er og Z^.

Riktig hbyde av elektrodespissene i forhold til metallbadet regnes å være av avgjbrende betydning for en ovns produksjon og drift. Den stbrste fordel ved oppfinnelsen er derfor at den gjor det mulig å holde hver elektrode på sin gunstigste hbyde over metallbadet under alle driftsforhold, samtidig som man kan opprettholde den stromsymmetri som er en forutsetning for full utnyttelse av transformatorinstallasjonen og ovnens strbmfbrende deler.

Hensikten med reguleringsmetoden er altså under varierende driftsforhold å regulere seriekapasitansene innbyrdes på en slik måte at transformatorinstallasjonen og ovnens strbmfbrende deler blir maksimalt utnyttet under bibehold av de elektrodestillinger som til enhver tid gir metallurgisk optimale forhold i ovnen. Spesielt blir seriekapasitansene å regulere innbyrdes med sikte på både like store elektrodestrbmmer og like store hbyder over metallbadet for de tre elektroder.

På vedlagte Fig. 5 er vist et utfbrelseseksempel basert på trinnvis regulerbare kondensa-torbatterier i hver linje. Med 3 grupper med innbyrdes storr els esforhold 1:2:4 får man 7 like store trinn for hver linje. For ovnen som helhet representerer dette 7- 7* 7 = 343 kombinasjoner av reguleringskapasitans, hvilket anslåes å være tilstrekkelig for de fleste driftsforhold.

Styringen av de 9 enfase trinnkoblingsbrytere kan foregå manuelt ved hjelp av trykk-knapper, eller automatisk fra en strbmsymmetriregulator eller fra en storre regulator (f. eks.

en on-line prosess-regnemaskin) som tar hensyn til også andre driftsparametre.

Et arrangement som på Fig. 5. kan også benyttes på eksisterende anlegg, forutsatt at ovnstransformatorene ikke normalt kjbrer på sine hbyeste trinn. Ovnstranscfrmatorer

utfores vanligvis med et reguleringsområde for spenning på ca. 1:1,7 fordelt på

15-20 trinn, og med transformatorer som normalt kjbrer på trinn som gir ut f. eks.

80% av maksimal sekundærspenning er det en spenningsreserve på ca. 25% på primærsiden. Med de kondensatorstorrelser som det normalt vil være aktuelt å benytte, er denne spenningsreserve tilstrekkelig for å ta vare på den spenningsstigning som innkobling av f. eks. alle reguleringskondensatorene vil medfbre.

Claims (1)

1. Anordning for regulering av strbm- og effektfordelingen ved en trefase reduksjonssmelteovn som er tilsluttet et trefasenett via tre enfase ovnstransformatorer, eventuelt en trefase ovnstransformator', karakterisert ved at det i de tre linjer til ovnstransformatorenes primærside er innkoblet like store, individuelt trinnvis eller kontinuerlig regulerbare seriekapasitanser hvorved strbm- og effektfordelingen i ovnen reguleres uavhengig av elektrodestillingsreguleringen.