高阻抗電弧爐-西爐所梁正敏

1、| 維普資訊 h ttp:/加熱設(shè)備文増?zhí)?i 1002-lS39t 200D00021-C4壽阻抗電孤爐集正社(機感工業(yè)部西安電爐研究所 陜西 西安710061)猜鼻：同60年代甚至丁0年優(yōu)生產(chǎn)的普通電弧爐相比，高阻擾電弧爐具有效率高、生產(chǎn)率高、電能溝耗低、電橙猜耗少、耐火村 料梢耗少尋優(yōu)點.事實上*它是一時新的煉鋼工具它梗攪廳韁慢的交從電弧爐煉鋼技術(shù)也*直沢電菱爐和等離子電弧爐那 樣具有靈活性和競爭力<,筒要駅述了高阻抗電弧爐的撓展情況*理論基礎(chǔ)、性能指標.同時也介豁它的冥際應用情況*以艮同 普通電瓠妒的一些數(shù)據(jù)對比.關(guān)餐侷(高阻抗電弧爐F尅抗弄，栓弧操捽中朋分類號訂賊時4.4立址標

2、黑碼I AHigh Impedance Eledric Arc FurnaceIANG Zheng-min(Xi'an Electric Furnace Institute, Xi 'an 7100S1 tCbina)Alntract： Th« high impHtlfliice am furnd" is fso efficient in regard to (be con»umption& of tntr官y.eLEflrod電& and rekacrortes as well as productivity that it be

3、ars &Imost no resembLance to the low impedance arc furnace of the sixties / seventies. As a mAtur of her Jt is a now steelmaking Lntlhriani bting so flexibh and compeliri« suth 辭 DC arc furnag and plasma arc fDrnace. that it h 品理 faKtened the deveJ npment of AC tire f urn ace tech nc log ig

4、g. This paper briefly describes the history of t he high impdAne ate furnace As well AS the theory behind its perfomance* And. &laO shows its practical Application nd some compa rat iv6 data Let ween high And low-impedance operations,KtJ wA>*dS； bih imped&nu亡 P2AFf reactcTi locigEr arc op

5、entjon21| 維普資訊 h ttp:/21| 維普資訊 h ttp:/1前盲三相交疏電弧爐在繪近？5年間經(jīng)過了一系列 重大的改革，其中值得稱頌的項目有；水冷爐壁和水 冷爐蓋、留鋼操作、泡沫渣、氧-握燒嘴、爐底吹氣攪 祥、通過電極中心孔吹人氣體、倔心底出鋼“導電橫 臂、采用可編程控制器和計算扒實現(xiàn)自動化控制，以 及廢鋼預熱等.以上這些新技術(shù)也是披迅速發(fā)展的 爐外赭煉技術(shù)（主要是鋼包精煉爐）所促進、所推動. 結(jié)果，電弧爐只起熔化爐料、脫隣和氧化的作用.另外一個重要因素就是鞏固和發(fā)展待別能適應 市場需要的特殊鋼廠柢念，它在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)率和 產(chǎn)品質(zhì)址方面占絕對優(yōu)越靈活地也。今天的髙效連 鑄工藝

6、也要求電弧爐向更大容景方向境展,主要依 靠交流電弧爐來生產(chǎn)特殊鋼，甚至普碳鋼的小聖待 鋼廠之所以能夠存在和迅速發(fā)展'是由于出現(xiàn)了新 概念的電弧爐一高阻抗電弧爐.它是一種高效率收稿日期| 2001-04-18介甦正敏別-八男禹毀工艮師.機事電護煉鎬設(shè) 禹的硏究和設(shè)汁工作.的新塑煉摘工具*具有一系列的夷出擾點：能大幅度 地降低電極、電能和耐火材料的消耗、能顯薯地減少 對供電電網(wǎng)的沖擊效應©電壓閃變?nèi)颂岣呱a(chǎn)率和 負荷系數(shù).高馭抗電弧爐包盍了近25年來出現(xiàn)的所有電 弧爐煉鋼新技術(shù)，再加上最桂運行案歎的新突破.使 得一直發(fā)展韁慢的交流電弧爐冶煉工藝在牧率和靈 活性方面可闔直流電孤爐或

7、等離子電弧爐相媲美 本文論證了高阻抗電弧爐的理論基礎(chǔ)和實際應用* 以及同普通電弧爐的各項楷標進行對比.2普通電弧爐剋弧爐的功率決定了它的生產(chǎn)率.自從電張爐 誕生那天起人幻便開始研究用什么辦法能莪得它 的最大功率。余所周知*功舉正比于電壓和電流*開 始是借助于提高電壓的方法來提高其功率，但是實 際操作中受到了限制，這是由于較長電節(jié)船光的輻 射*導致爐墻耐火材斜很快燒損，因為弧拴與弧壓成 正比a岳來一直是借助加大電流來提高其功率.但是 其弊端是必須配置巨大截面的二歐載流導怵和開發(fā) 價播昂貴的、特制的犬直從石屢電極來構(gòu)足傳輸大21| 維普資訊 h ttp:/21| 維普資訊 h ttp:/加國:沒雖

8、| 維普資訊 h ttp:/| 維普資訊 h ttp:/電流的要求另外這種技術(shù)方秦導致增大電陰損耗 （降低電效率'增加電能捏耗九增加無功損耗降低 功事因數(shù)、減少有功功率h若要減少這些負面效應， 必須研究、設(shè)計出具有醍小的冋路電阻和冋路電抗 的二次載流導體"與此同時為了設(shè)計和制造效率更 高的電瓠爐，而研究出來了賂響妒襯耐材侵蝕指數(shù) 的數(shù)學模型。在勿年代主要以W.E. Schwabe為 侶導者的電弧爐專家們，經(jīng)過潛心研究開發(fā)出趙高 功率（UHP）電弧爐°當時*該技術(shù)對電爐煉鋼做出 了很大的萸獻，其主要原理是縮短冷煉時間，大幅度 提屆生產(chǎn)率*在世界各地得到了廣臣的推廣應用

9、°表1示出了普通鈕高功率電弧爐（ICO門的典 型運行參數(shù).從表1中可以看到：變壓器容量和鋼 液的比功率為600 kVA/t （當時規(guī)定的超髙功率電 弧爐比功率標準九功率因數(shù)非常低，此外短路阻 抗孤長等數(shù)值均較小，導致二次電流過大*因此必 須采用大直輕的石晏電極。% 1 WC t雪通電孤爐、高組拭電弧妒遠行參甦對比昔通電弧爐高凰抗電弧爐電掇直徑"Aniri610508電槻井布1 -4001 2003.537. 03回器總阻K/mQ5,1914. 40變壓髀額定容flt/kV血60100二氏堆商電壓/¥55S1 2 00二撫額定電AA6Z. 1詣.1功率國散0.70也

10、84老功功率/M評42. 184.0電甄功率弭36. 27 a. 9電弧快度/mm150S00電敢率4SG94電抗曙容1/MvarLG電抗器電抗ia/mn2, 3注訂根據(jù)Mnmann Demag 司提僖的數(shù)據(jù)-圖1示出了具疳代表性的普通電弧護副視輪席 圖。從圖中可以看出*具有整體的耐火材熱“大直乾 的石墨電殺、短電飆、薄渣層、常規(guī)出鋼方式，還有誦 過爐門插人的人工手動操作吹氧”普逼超高功率電匏爐的問世*大大地提高了電 爐鋼在世界范圍內(nèi)總鋼產(chǎn)駅的市場份額*它也有助 于以電爐鋼包精煉爐-連鑄機設(shè)備為主體的小型特 鋼廠的發(fā)履壯大.這種棋武得到了鋼鐵業(yè)的普追接 受"但是，應強調(diào)指出：在那個時

11、間段里，低的石油價 格優(yōu)勢是推動普通超高功率電弧爐成功的關(guān)鎮(zhèn)因 塞因為在那時石墨電極一直諜持著較懸的忻格； 它在很大程度上齡響著電護煉鋼的成軋表2示出了 loot普通電弧爐的各項單耗擅 斬.可以首到*普通趙高功咻電弧爐的電扱消耗過高 由于大電流操作）和耐火材料消耗過高丈由于鈦少 水冷爐壁和利涼渣技術(shù)人« 2100 t普通跑弧爐，高閔伙電弧爐各項單耗指標單耗描標普通電弧爐寄阻拭電弧爐電能涓耗/kWh廣520石撮電5.0L 2耐火材料消耗/k ><-'耐火磚22CL £搦打料122. 5221 普通電弧爐示意陽3高阻抗電弧爐在70年代有兩亍廈要因素迫使電弧爐

12、進行技 術(shù)改造，其一是石油危機，用來制造電極的針狀焦價 格猛漲，因此石變電極的階格也隨之大幅度提高；其 二是研制成功了管武水冷爐壁和水冷爐蓋，用來代 替壽命非常短的耐火材斛爐襯口就是由于這兩個因表3示出100 I普通電弧爐*高阻抗電弧爐生 產(chǎn)指標對比°柱普通電弧妒中，由于采用頰電弧帚 煉便得電槻同爐料頻繁萇觸，所以電極折斷寧非常 高經(jīng)常接電極也賂響生產(chǎn)率指標短電弧的另一負 面玻應是在穿井期間'適行電抗非常高*這也導致孵 低平均功寧延悵冶煉時間"*5晉鍛電弧轉(zhuǎn)凰抗電弧爐運行指標對比普通電孤爐離阻抗電弧爐倩it時間/min74冶煉時IfiJ/min14445毎日出煉爐衣

13、/護10昭日生產(chǎn)0.0. 32月生產(chǎn)去R京2年笙產(chǎn)量r萬t30他生產(chǎn)率/rh-42133素促成了電弧爐煉鋼可以采用高電壓、低電渡操作， 其結(jié)果是既節(jié)省了電極，只提高了爐襯壽倩.又由于 采用長弧冶爍，電圾距爐料較遠所以電極折斷機車 非常少但是，采用髙電壓、低電流操作*尚存在以下 兩大問題+當時還無袪解決*這就是1由于主回路 電抗值小十導致功率因數(shù)過高.電弧樣燒不卷定川2） 淹線址耐火材料遭受劇烈侵性，為了癮補它需要經(jīng) 常停爐+彩響生產(chǎn)甚至產(chǎn)生讒爐事駅"在80年代初期.開發(fā)出翹沫渣新技術(shù)，從而解 決了耐火材料侵蝕甸題?？墒?，電弧不總罡柯題及對 電網(wǎng)沖擊問題，仍燃沒有解決。綜上所述-可得出

14、一 條重要結(jié)論那就是如果將主回路的低阻抗值改造 成高阻抗值則上述的一切難點全部迎刃而解。也就 是說附加的韭抗穩(wěn)定了電弧、降低電壓閃變.并將 變壓器二択電壓提髙到過去不可想象的數(shù)值結(jié)舉 功率因數(shù)也不降低于是”具有劃時代意宜的高阻抗 電弧爐誕生了.在設(shè)計高阻抗電弧爐主回路昜數(shù)時'應特別注 意選擇合適的電弧持性以便使電弧稔邏燃燒，輸人 功睪高表征電弧特性的主要參敎是電弧功率、電弧電壓、鹿弧杭度、電弧電流和功率因數(shù)a這些雖可用下列關(guān)系式描述 有功功率r尸=5 * Coss電弧電流is sino電弧電壓f J J 陸 - Ox PFT曲* r電弧怏度=173 mm電弧功率尸“r = 3J&quo

15、t; *電效率尸幾豎式中沾為變壓器額定容M，MVA；為主囲路運荷 電KtniH；r為主回路電阻mfh磯h為變壓器二機 相電壓*VM如:為電弧長度jrnni,由式?。┛梢钥闯觯诠β枢鰯?shù)相同的情況下* 提髙電抗可口降低電弧電由式3）可以看出撻 高變壓器二啟屯壓及降低電弧電慌*町增高電弧亀 壓和電弧按度口由式代）可得出重要結(jié)論.即在主回 路電阻不變的條件下.提高電弧電壓和降低電弧電 流可大大地提高電弧爐的效率.這是離阻抗屯弧爐 的重要優(yōu)勢.表4列出了國外幾臺高皚抗電弧爐的二次電壓 和息電抗值。普通電弧爐總阻抗數(shù)3-3.5 加附加電抗器后”總電抗數(shù)在47 mH左右.寰4禽阻抗屯頸怕的二止贏壓和贏捕值

16、電爐最高二氏電壓型抗An017<1 2005.31409&03.613Q1 0706. 3120S&04” 211SCB4£4115盟5雄1109504. 5809Q05.7751 0005.4656504Q注；抿據(jù)UCAR Cirlcn仝可提供*提高電輒爐阻抗最經(jīng)祈和最靈活的方祛是在變 壓器歡側(cè)申人電抗器.電抗器可做成帶油-水強制 冷卻的蟻湊式三相裝置，它可以安裝在豐間變電所 或變壓器室內(nèi)口由于電抗誥帶有調(diào)節(jié)電感量的抽頭，所以操作 者可靈活地選擇最佳運行狀態(tài)；療高生產(chǎn)率最低能 源消耗'以及允許的電壓閃變值.這對電臚煉鋼來 說是一歐巨大的變革*疑高二次電

17、壓的透擇仍然是一個有爭論姓的問 題。在實際操作上，它取決于羯沫渣的厚度、包圍覆 蓋電弧的能力t棍據(jù)滬膛空舸幾何尺寸），旦及變壓 器二次回路絕緣問題.新電爐可H設(shè)計成具有較深 的爐膛'隊便容納大容積泡沫渣，表1示出了帶有電抗器的WO t高阻擾電弧爐 運存塞數(shù)"它的各項技術(shù)抬標均優(yōu)于普通電弧爐，圖2示出了具有代表性的高齟抗電弧爐剖視輪 嫌圖.它具有管式水冷爐壁和水玲爐課.偏心底出 鋼、厚泡沫渣"扶弧操作、爐底吹盤攪拌、氧燃燒嘴、 小的電極直程及其分布圓直徑、通過電換孔吹姬、機 械手操柞的爐門、碳氧槍°高阻抗電弧爐的關(guān)養(yǎng)問 題是0須便袍沫渣完全包圍II蓋電弧沒有

18、這牛前 提務件就沒有高阻抗電弧臚"圖2高陰抗屯弧爐示嵐陽4普通與高阻抗的電弧爐比較從表1表3的數(shù)據(jù)對比分折”可取清楚地看 出高阻抗電弧妒具有毋膺置疑的許多優(yōu)點.下面就23幾個亶要論點注釋如下：1)電效率杓提高直播彰響電能消耗的降低，即 電阻損失陲低*在上述例子中*僅電效率這一項節(jié)省 的電能就達8%.相當于30 kWh/tt2(2>ft阻抗電弧爐運行在較高的功率因數(shù)下 (0. 82-0, B4)且不產(chǎn)生電壓閃變.這雄因為電極和 爐料之間保持較長的距離它使電弧枝度變化百分 數(shù)小，則二次電流和一次電壓變化率也較 小.因此電壓閃變就咸少了 "在較高的功率因數(shù)下運 行.就不需要

19、裝設(shè)大址的撲償電容器'另外也鮑對用 不著裝設(shè)SVC裝置，因而節(jié)省了附加投資。(3)高阻抗電弧爐運行噪音小，因為電弧嗓音的 音源.是由于電弧直住變化引起的，而電弧直徑變化 與其怏度變化放正比"由于長弧冶煉弧長變化小，所 以其嗓音小.(4高阻抗電弧爐耐材侵蝕揩數(shù)高的說法是錯 倏的，因為理論和實踐均證明，電弧一旦被合適的泡 沫渣所覆盃其耐材侵詫指數(shù)是很低的。(5)高阻抗電弧爐的基本康理是依靠大幅度提 高變壓器二撫電壓來增加電弧功率和提高功率因 數(shù)*依靠串聯(lián)電抗器來穩(wěn)定電弧和限制短路電流、依 靠提高電效畢來釋低電耗、提高生產(chǎn)率。表5列出60 t(40 MV A) Wig電弧爐.髙阻抗

20、 電弧爐各項指標對比。衰5電亶護、高阻擠電豪爐描標對比普通電弧爐高阻抗電弧爐電扳直6/mm50840S電極分布圓直徑/mm1 20U1 000短陪電it/mn3. 08玄57設(shè)備總31抗/皿口& 1618, 49變壓 ®i/MVA3040二次電壓/v4308G0二次電流/kA40.326,5功率 filjRgg。0. 8250, 82有功功申WW25.132. 8電孤功率/MW22.63kl電56隹度fmmJ5035D電敕率(3090. 394. 7電抗器容K/Mvar11.7電抗眷電抗值加45.45結(jié)論高阻抗電弧護在國內(nèi)外的許多鋼廠實踐運行證 明了其科學性和合理性.井產(chǎn)生了

21、巨大的經(jīng)濟效益， 但是就其開發(fā)年代來說.它仍然是處于初期，它的卓24著成效的潛在優(yōu)勢還遠遠沒有發(fā)揮出來.在未來的 年代里在高限抗電豪爐方面進行研究和開發(fā)，無碇 是電爐煉鋼研究設(shè)計工作者最有興趣和最有前途的 課題之一*考文MbCl J P BRAGAk The high-impedance Arc Furnace； A New High-efficiency for Steelmaking A* Special Reprint Presented an the 4th European Electric Steel Contres J C M ad r id (Spain), J 992. 3-

22、6,2 G GENSINI. New Deyelopmencs in Ekctrit Arc Furnace Technology Metallurgical Plant and Technology 1991.WZ 002760完善冶金廠爐子技術(shù)和熱工裝置的方向一 C MtTaDJt y >TMM«l<aJl U rftpHOpyAhUH rJpaMhfTEUieilHOCTb ) f 2000, No. 2,9397(fil)冶金和機械工業(yè)的工業(yè)爐是種不斷更新的設(shè)備，其結(jié)構(gòu) 和供熱系境越來越五花ah.a方面的進步主姿裘現(xiàn)在提高 熱加工質(zhì)駅、實現(xiàn)機械化和自動化、節(jié)約貴源和能源、改菩爐 干操柞和建適的勞動條件，以及減少大污染物的排放.文 中列舉到3世紀末爐干設(shè)廿和建造方面的主要成就。刮 如在冶金廠對于里材和板材亂制前的加霍爐，推鍋