Производство черных и цветных металлов

Все современные генераторы снабжаются устройствами АРВ.

АРВ делятся на регуляторы пропорционального действия, регулирующие на величину отклонения регулируемого параметра (напряжения и тока статора), и регуляторы сильного действия. Эти АРВ регулируют возбуждение генераторов по сложному закону, реагируя не только на величину и знак отклонения напряжения и тока, но также на скорость и ускорение их изменения. Регуляторы сильного действия значительно повышают устойчивость параллельной работы генераторов и применяются на генераторах электростанций, связанных с энергосистемой длинными и сильно загруженными линиями электропередачи (в основном, на напряжение 500 кВ и выше).

Выбор типа АРВ определяется системой возбуждения генератора, которая в свою очередь зависит от типа генератора (ТВФ, ТГВ, ТВВ), мощности и условий работы генераторов в энергосистеме.

Системы возбуждения генераторов

На генераторах мощностью до 150 МВт в качестве возбудителей используются генераторы постоянного тока (рис. 6.1). Основной является схема с параллельным самовозбуждением. Напряжение и ток возбудителя, подводимые к обмотке ротора LG, регулируются с помощью реостата RRЕ в цепи обмотки возбуждения LЕ возбудителя GЕ. При полностью выведенном реостате RRE (когда его сопротивление равно нулю) напряжение и ток возбудителя достигают наибольших значений, т.е потолка возбуждения.

Недостаток:

- наличие скользящего контакта (щеток и коллектора у возбудителя, колец и щеток у ротора генератора);

- постоянная времени Т_а > 1с;

- невозможность изготовления генератора на Р > 100 МВт.

Диодная система возбуждения

Система высокочастотного возбуждения, применяемая на энергоблоках мощностью 300 МВт, приведена на рис. 6.2. Основными элементами системы являются высокочастотный возбудитель GE, представляющий собой трехфазный генератор переменного тока 500 Гц, и кремниевые выпрямители VS1 и VS2. На роторе LG, связанном с валом ротора генератора, расположены три обмотки возбуждения: основная LE1, включенная последовательно с обмоткой ротора генератора LG, и две обмотки управления LE2 и LE3. Питание обмоток управления производится от автоматического регулятора возбуждения и устройства быстродействующей форсировки возбуждения УБФ. Питание АV и УБФ осуществляется от высокочастотного подвозбудителя GEA.

Преимущества:

- отсутствие коллектора и щеток у возбудителя;

- возможность изготавливать возбудитель и генератор большей мощности;

- наличие колец и щеток на роторе Т_е < 1c.

Тиристорная система возбуждения

На турбо- и гидрогенераторах мощностью 200 МВт и более получила также распространение тиристорные управляемые выпрямители VS (рис. 6.3). Путем изменения момента начала работы тиристора в проводящем режиме можно плавно изменять среднее значение выпрямленного тока, поступающего в обмотку ротора LG.

Переменный ток подается на тиристорные выпрямители от двух трансформаторов – выпрямительного ТD, подключенного к выводам генератора, и последовательного ТАЕ, включенного в цепь обмотки статора генератора со стороны его нейтральных выводов. В нормальном режиме напряжение на выпрямителях определяется в основном трансформатором ТD, а при близких к.з, когда происходит глубокое снижение напряжения на выводах генератора, - трансформатором ТАЕ, по первичной обмотке которого происходит большой ток к.з. при этом трансформатор ТАЕ не только компенсирует снижение напряжения на выводах генератора, но и обеспечивает уровень напряжения, достаточный для форсировки возбуждения. Тиристорный возбудитель состоит из двух групп – рабочей VS.P и форсировочной VS.Ф. Управление их работой, ручное и автоматическое, производится через системы управления СУТ.Р и СУТ.Ф. Тиристорные системы возбуждения являются наиболее быстродействующими.

Бесщеточная система возбуждения

На рис. 6.4 показана схема бесщеточной системы возбуждения, которая получила свое наименование потому, что из контура выпрямитель VS1 – обмотка LG исключены контактные кольца и щетки, в результате чего существенно повышена надежность работы системы возбуждения.

С этой целью выпрямитель VS1 конструктивно совмещен с валом ротора генератора, вращается вместе с ним и поэтому может быть жестко соединен с обмоткой ротора. Якорь возбудителя GE, на котором в данном случае расположена трехфазная обмотка переменного тока, также соединен с валом ротора генератора, а его обмотка возбуждения (полюса) LE расположена на статоре.

Возбуждение возбудителя GE производится от высокочастотного подвозбудителя GEA через тиристорный выпрямитель VS2, который управляется с помощью автоматического регулятора возбуждения АV. Якорь подвозбудителя соединен с валом ротора генератора.

Достоинство этой системы возбуждения - полное отсутствие колец и щеток Т_е < 1с.

Производство черных и цветных металлов

В настоящее время основным является двухстадийная схема производства стали — выплавка чугуна в доменной печи и передел его в сталь.

Продукцией черной металлургии являются чугуны (передельный и литейный), ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния и других элементов), и стальные слитки для произ­водства сортового проката и поковок крупных деталей машин.

Производство цветных металлов отличается большим разнообразием технологических процессов выплавки и определяется особенностями состава их руд.

Продукцией цветной металлургии являются как чистые металлы, так и их сплавы, а также слитки для производства сортового проката.

Материалы для производства металлов

Для производства металлов используют руды, флюсы, топливо, огне­упорные материалы.,

1. Рудой называют горные породы, содержащие металлы в количест-
вах, обеспечивающих экономную их переработку. Так, например, желез-
ные руды содержат 30—60 % металла. Содержание цветных металлов
в рудах в лучшем случае составляет 2—5 %, а многих — доли процента
(молибдена, например, до 0,02 %).

Руда состоит из минералов, содержащих металл в виде оксидов, суль­фидов, карбонатов и пустой породы (в основном кремнезема 8Ю₂, глино­зема А1₂0₈), в составе которой находятся также примеси серы, фосфора, мышьяка и др.

2. Флюсом называют материалы, образующие при плавке шлак — лег-
коплавкое соединение с пустой породой руды, золой топлива и другими
неметаллическими включениями. Обычно шлак обладает меньшей плот-
ностью, чем выплавляемый металл, поэтому он располагается над ним и
может быть слит в процессе плавки.

При выплавке черных и некоторых цветных металлов в качестве флюсов используют кварцевый песок, состоящий в основном из 5Ю₂, известняк СаС0₃, и другие соединения кальция или магния.

3. Топливом в металлургических процессах служит кокс, природный,
доменный или коксовый газ, мазут.

Кокс получают путем сухой перегонки коксующихся каменных углей без доступа воздуха при температуре 1000—1100 °С. При такой обработке из угля извлекаются и ценные побочные продукты: бензол, фенолы, а так­же улавливается коксовый газ.

Природный газ состоит в основном из метана СН₄.

Доменный газ является - побочным продуктом при выплавке чугуна в доменной печи, содержит значительное количество горючих составляю­щих (до 32 % СО, до 4 % Н₂).

Мазут — тяжелый остаток перегонки нефти, содержит до 88 % С, 10—12 % Н$ и небольшое количество кислорода и серы.

4. Огнеупорные материалы применяют для внутренней облицовки (футеровки) плавильных печей и другого оборудования, находящегося йод действием высоких температур и расплавленных металлов и шлаков.

По химическому составу огнеупорные материалы подразделяют на кислые, основные и нейтральные.

Способы получения металлов из руд

Для получения металлов применяют следующие основные способы.

1. Пирометаллургический — один из самых древних способов получе­ния металлов, основанный на том, что необходимое для осуществления процесса выплавки металла тепло обеспечивается сжиганием топлива. Этот способ является пока основным для получения железа и его сплавов, меди и других металлов.

2. Электрометаллургический способ получения металлов осуществля­ется в дуговых, индукционных и других электрических печах или электро­лизом из расплавов и водных растворов химических соединений (на­пример, получение алюминия из глинозема А1₂0₈).

3. Гидрометаллургический способ заключается в выщелачивании ме­таллов из руд различными растворителями и в последующем выделении их из раствора. Выщелачивание может осуществляться как на поверх­ности земли, так и под землей с помощью системы скважин. Этот способ широко применяется для получения, например, меди, а в последнее вре­мя — урана и некоторых других металлов.

4. Химико-металлургический способ объединяет химические и пиро-металлургические процессы, например титан получают путем восстанов­ления тетрахлорида Т1С1₄ магнием и последующей плавкой в электроду­говых печах.

Наряду с рассмотренными в последнее время для получения деталей и металлов весьма широкое применение получает способ порошковой металлургии.