電弧爐和礦熱爐

電弧爐和礦熱爐

第一節(jié)電爐裝置的主電路系統(tǒng)第3，1，1條一、電弧爐和礦熱電爐根據(jù)冶煉工藝要求必須按爐況單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)電流、電壓等參數(shù)，因此電弧爐和礦熱爐與供電網(wǎng)路相聯(lián)結(jié)必須經(jīng)過每個(gè)電爐裝置的專用變壓器。二、電爐變壓器的容量與產(chǎn)量和冶煉時(shí)間關(guān)系很大，例如XX化工廠的3臺(tái)電石爐將其中1臺(tái)電石爐變壓器容量由1OMVA換成16.5MVA，日產(chǎn)量由60t增至100t以上。以X鋼五廠的公稱容量為10t實(shí)際裝入量為20多噸的煉鋼電弧爐來作比較，當(dāng)變壓器容量為5MVA時(shí)熔化期為110-120min,而變壓器容量為9MVA時(shí)熔化期為55—60min。又如XX機(jī)修總廠在1,5t煉鋼電弧爐上試用4MVA變壓器，達(dá)到1h煉一爐鋼，但其他工序跟不上，工人勞動(dòng)強(qiáng)度過大；故仍用1,2MVA變壓器，2h多煉一爐鋼。所以電爐變壓器容量的選擇應(yīng)符合工藝操作所規(guī)定的用電制度，年產(chǎn)量與其他工序密切配合并考慮到電弧爐變壓器有20％的過載能力；既能達(dá)到滿足工藝要求快速煉鋼，節(jié)約電能，又避免盲目地增加變壓器容量造成投資上的浪費(fèi)。般可用卜貞來選擇嫌鋼電弧爐變圧器容1:式屮九變壓器晝?nèi)艘曉谌葜?譏⑴：Q——爐料熔化期的單耗(kWh/t)；——熔化期的乎均功率因數(shù)；T——雙入廢鋼重(I)；h——熔化期的凈博化時(shí)間(hh/——修止糸數(shù)為烙化期眾大容I衣利IH率心 .電爐變壓2SIS常設(shè)計(jì)成在熔牝期能過負(fù)荷勿％.所以電爐變壓器的額定容量為酬即加大的電弧爐變壓器蔽定容址期!2()VIVAC三、 電爐變壓器的二次電壓和調(diào)壓方式應(yīng)符合工藝過程的要求：二次電壓高，功率因數(shù)高，電效率高，但電弧長，爐壁損蝕快。最近國內(nèi)外采用水冷爐壁革新技術(shù)解決了爐壁壽命等問題。故目前超高功率電弧爐傾向于采用二次高電壓，這樣輸入功率高，冶煉時(shí)間短，產(chǎn)量大。礦熱爐的二次電壓值還與爐料的電阻系數(shù)大小有關(guān)。四、 電爐變壓器的一次電壓的選擇應(yīng)考慮電爐供電的經(jīng)濟(jì)合理性。在電爐容量較大時(shí)，一次電壓選擇得高可省掉降壓變壓器。例如，XX鋼廠50t煉鋼電弧爐變壓器采用110kV，實(shí)測(cè)電壓波動(dòng)只有0.36%；但相應(yīng)要解決110kV頻繁操作的操作斷路器，增加高壓配電裝置的費(fèi)用所以應(yīng)根據(jù)具體情況作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選擇電爐變壓器的一次電壓。五、 為了保證多相電爐的各相功率對(duì)稱和調(diào)節(jié)方便，供給同一臺(tái)電爐的單相電爐變壓器的容量、電壓等級(jí)數(shù)值和調(diào)壓方式應(yīng)相同。在改建擴(kuò)建工程中為利用舊有設(shè)備可以由兩臺(tái)參數(shù)相同的變壓器并聯(lián)供電給一臺(tái)電爐，XX化工廠由兩臺(tái)參數(shù)相同10MVA變壓器并聯(lián)供電，運(yùn)行情況良好。第3.1.2條電弧爐和礦熱爐的供電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡化，以減少車間復(fù)雜操作。根據(jù)調(diào)查一般采用放射式系統(tǒng)為宜。對(duì)具有平穩(wěn)負(fù)荷特性的礦熱爐亦有采用干線式供電系統(tǒng)，如XX鐵合金廠的礦熱爐采用了母線通道式的干線式系統(tǒng)。絕大多數(shù)電弧爐都是單回路放射供電。例如XX鋼廠50t煉鋼電弧爐、XX重機(jī)廠和XX鋼廠40t煉鋼電弧爐均采用單回路放射式架空線路供電，已運(yùn)行多年，供電可靠，滿足生產(chǎn)要求。為避免操作復(fù)雜化，在每臺(tái)電爐變電所中不應(yīng)設(shè)置屬于該電爐以外的母線、開關(guān)等電氣設(shè)備。第3．1．3條一、三相電弧爐工作短路引起供電母線的電壓波動(dòng)值原標(biāo)準(zhǔn)定為5％，此次修訂為2．5％，這是根據(jù)現(xiàn)行國家有關(guān)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而訂的。二、煉鋼電弧爐的負(fù)荷電流在整個(gè)冶煉時(shí)間具有急劇的沖擊特性；熔化期最劇烈，精煉期較平穩(wěn)，沖擊電流大小主要取決于電爐的阻抗參數(shù)和冶煉工藝。對(duì)不同沖擊電流倍數(shù)具有不同的沖擊頻率。沖擊電流倍數(shù)限3．5倍額定電流。沖擊頻率則由每小時(shí)數(shù)十次至數(shù)干次。根據(jù)實(shí)測(cè)資料，煉鋼電弧爐電壓波動(dòng)在熔化初期的打洞期和二次加料后其幅度、頻度均大，隨著冶煉的進(jìn)行通常其電壓波動(dòng)值減小，電壓波動(dòng)幅值△V與其發(fā)生頻度N,對(duì)煉鋼電弧爐來說一般具有這樣的規(guī)律：N(AV)a=常數(shù)在精煉期,電壓波動(dòng)顯著減少,但在吹氧或加石灰石時(shí)鋼液面波動(dòng),產(chǎn)生短時(shí)性電壓波動(dòng)。30t煉鋼電弧爐電壓波動(dòng)值(AV)與發(fā)生頻度的關(guān)系中，a的平均值為4.5。三、 煉鋼電弧爐引起的電壓閃變一般可分為兩種：一種為熔化期在廢鋼上突發(fā)性的電弧短路,產(chǎn)生每秒一次以下的電弧電流變動(dòng)而引起的電壓閃變稱為最頻繁的閃變，另一種是電弧點(diǎn)弧點(diǎn)在廢鋼上的移動(dòng)的同時(shí)由于受其他相電流磁場(chǎng)影響使電弧長度不斷變化，因而產(chǎn)生每秒數(shù)次的電流變動(dòng)而引起的電壓閃變稱為周期性電壓閃變。XX重機(jī)廠20t煉鋼電弧爐的電流、電壓波形圖在熔化期曾測(cè)得這種周期性電壓閃變。頻率為10Hz左右的周期性電壓波動(dòng)對(duì)人眼最不利。四、 煉鋼電弧爐引起的電壓波動(dòng)對(duì)其他用電設(shè)備影響很大，例如：1.照明燈光閃爍；電視機(jī)畫面亮度變化，垂直和水平幅度動(dòng)搖；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均，使造紙、制絲不勻，使精加工機(jī)床制品光潔度差，嚴(yán)重的產(chǎn)生廢品；使電子設(shè)備(例如X光機(jī))自控設(shè)備工作不正常；影響電渣爐使熔化形成紋點(diǎn)狀而影響高級(jí)鋼的質(zhì)量；使光電比色儀工作不正常，影響化驗(yàn)結(jié)果；使同步電動(dòng)機(jī)聲音不正常，使定子壓板松動(dòng)自行震出，線圈松動(dòng)在槽口處受損。但煉鋼電弧爐引起的電壓波動(dòng)對(duì)其他用電設(shè)備的影響最主要和最普遍的是照明燈光閃爍，因此國際電工委員會(huì)第七十七技術(shù)委員會(huì)電氣設(shè)備包括電網(wǎng)的電磁兼容技術(shù)委員會(huì)明文規(guī)定閃變是指照度波動(dòng)的主要影響，并說明“閃變”詞組不應(yīng)代替“電壓波動(dòng)”。并規(guī)定了一臺(tái)設(shè)備在規(guī)定條件下試驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的電壓波動(dòng)限值；并明確說明這些要求不應(yīng)與用戶供電質(zhì)量相關(guān)的要求混淆。五、 國外煉鋼電弧爐引起電壓波動(dòng)的計(jì)算方法及允許值如下：1?美國。從實(shí)例來說明，兩臺(tái)25MVA變壓器的100t電弧爐，這種電爐在熔化開始后30min周期性的電壓閃變，單相沖擊負(fù)荷每秒4?6次、時(shí)間4—12周波、cos屮=0.6、11.4MVA，這種周期性電壓閃變對(duì)眼最不利。采取短路容量最大的230kV系統(tǒng)供電，用二臺(tái)30MVA的同期調(diào)相機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償無功。經(jīng)計(jì)算系統(tǒng)供應(yīng)0.77的無功，系統(tǒng)電抗為0.03，周期性電壓閃變?yōu)?.422%，即在120V照明線路上的電壓閃變值為0.505V，而允許值為0.45%xl20二0.54V。從上例可以看出美國電爐電壓波動(dòng)是按周期性電壓閃變值校驗(yàn)，即每秒4?6次的單相負(fù)荷，允許值是在120V線路上不超過0.45%。每秒1次的更大沖擊負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)允許值在120V線路上不超過IV。2，獨(dú)聯(lián)體。根據(jù)原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn))FOCT—13109—87，電壓波動(dòng)允許值如圖2所示。電壓波動(dòng)幅值和次數(shù)如圖3所示。

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rrgGFCIK/min)I:r.j1...'l'JilF—吧壓進(jìn)劭熬率他分如一玻動(dòng)閥的時(shí)網(wǎng)聞隔圖2原蘇聯(lián)國家懈靠IXJCJ-13109-87電壓渡動(dòng)允許值圖

咅5—周期桂詭動(dòng)幅值（在忖間丁卩內(nèi)桶値變動(dòng)丁次卄點(diǎn)口,廣護(hù)Ud—非周期性波刮瞞值圖3原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)POCT-L31G9-87電莊波動(dòng)幅值和次數(shù)圖3.有關(guān)電壓波動(dòng)的備國皈準(zhǔn)見表26電壓波動(dòng)的各國標(biāo)準(zhǔn) 表即電壓披動(dòng)母式或所痔慮的菇他屢蛙?別限曜備訐（例如較高電壓采用較低阿度）啣時(shí)值聯(lián)荊議■3--8s0,4%-0.5^澳大利亞厳斯挾夫 111%1IrtkV0.75%;220kV().5%關(guān) 威0.5%IOI!z當(dāng)址袪國童大利電壓波動(dòng)刑竝1日本（B；C.公司）0一45箱（豈AJ0.32%（平均）麟時(shí)值lb平均毎分鐘10衣T口豐（G公司）1,3%-1.5%■'電壓渡蠱r（帶有n咲時(shí)間常數(shù)的儀越按毎孫忡請(qǐng)散的統(tǒng)計(jì)值）養(yǎng) 國().25%132kVWL0.20%電弧爐師宦容質(zhì)電力系統(tǒng)撫態(tài)規(guī)路容『尿 1.單臺(tái)1.2^-L€%Z2.0%-2.7%3合及以上2.8鳴-3-7%閱跚電壓矗（推單臺(tái)爐.多臺(tái)爐歸換弟等斌電護(hù)）涎國2%132kV以上16%瑞輒2,5%2.0%~2.5%為可疑范圉*取臺(tái)護(hù)2%,1lOkVM1：2%'1f? 衛(wèi)-荷二L75%闊斯竝夫2.5%六、相應(yīng)的國際電工標(biāo)準(zhǔn)。國際電工標(biāo)準(zhǔn)最大電壓變動(dòng)允許值見圖4所示。二■一d計(jì)Ts9go OO0-000-0qidVGl_U 二■一d計(jì)Ts9go OO0-000-0qidVGl_U ejH■才話訪H*電牢空盤欣歆I； 1T…十IIClC"JC5-ciOCC7Q■e齊-fiijmpg圖4IEC最丸允許電壓變動(dòng)百分假AU/UC%)七、由于目前我國電力系統(tǒng)和短路容量與國外先進(jìn)國家比較要小得多，且電壓閃變主要是對(duì)人眼感覺出發(fā)的，是針對(duì)照明照度閃爍而言的；正如國外照度標(biāo)準(zhǔn)不適合目前我國國情一樣，故在此條中暫不訂入有關(guān)電壓閃變?cè)试S值的數(shù)據(jù)。我們?cè)萌毡疽M(jìn)的電壓閃變測(cè)定裝置對(duì)華東、華北電網(wǎng)進(jìn)行煉鋼電弧爐引起電網(wǎng)電壓閃變的測(cè)定，由于我國發(fā)電容量和短路容量比發(fā)達(dá)國家小得多，所以實(shí)測(cè)結(jié)果大都不能符合發(fā)達(dá)國家對(duì)電網(wǎng)閃變的標(biāo)準(zhǔn)限值(△V10=0.5%)的要求。第3．1．4條在有工作短路的電爐裝置中，由于經(jīng)常出現(xiàn)工作短路，電流將致使電爐裝置的變壓器等電氣設(shè)備易于損壞，引起電網(wǎng)過大的電壓波動(dòng)，所以必須采取措施限制在規(guī)定值以下。較小容量的電爐短網(wǎng)阻抗較小，工作短路電流將超過允許值，應(yīng)在電路中接入電抗器運(yùn)行以限制沖擊電流用以限制工作短路電流的電抗器應(yīng)能在冶煉過程中根據(jù)爐況進(jìn)行調(diào)節(jié)或切除；煉鋼電弧爐的工作短路主要在熔化期產(chǎn)生，在精煉期負(fù)荷較為平穩(wěn)。接入電抗器將使電爐的功率因數(shù)降低，并由于電弧電壓降低，熔化時(shí)間增加而增加電能耗量。XX拖拉機(jī)廠曾對(duì)兩臺(tái)5t電爐進(jìn)行多次試驗(yàn)，當(dāng)冶煉鋼種和操作制度適當(dāng)時(shí)接入電抗器比經(jīng)常接入電抗器要節(jié)約電能70kWh/t，并縮短冶煉時(shí)間。對(duì)較大容量的電爐由于短網(wǎng)電抗較大（30t煉鋼電弧爐短網(wǎng)電抗值約為31%）,電弧爐的工作短路電流一般能自限在規(guī)定值以內(nèi)。國外近年來經(jīng)常省去電抗器是因?yàn)樽儔浩髡{(diào)到較低級(jí)電壓運(yùn)行與采用串聯(lián)電抗器有相同效果。第3．1．5條由于國內(nèi)外的煉鋼電弧爐變壓器一般能在熔化期過負(fù)荷20%運(yùn)行，所以三相電弧爐裝置主系統(tǒng)的導(dǎo)體載流量應(yīng)按電弧爐變壓器容量的120%計(jì)算；開關(guān)設(shè)備和互感器的額定電流可按大于上述數(shù)值選擇。根據(jù)國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電弧爐變壓器》：煉鋼電弧爐變壓器在溫升試驗(yàn)時(shí)應(yīng)折算到1．2倍額定電流；煉鋼電弧爐其均方根值為1．2倍額定電流時(shí)，每周期所允許的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過表21的規(guī)定。毎周期允許持繞時(shí)間 表婦每風(fēng)期時(shí)阿T（h）允許持皺時(shí)闊質(zhì)歸TC4.5T>4.52.5毎周期時(shí)間系指每煉一爐鋼從裝料到出鋼完畢所需時(shí)間第3．1．6條一、 煉鋼電弧爐的負(fù)荷很不穩(wěn)定，熔化期由于工作短路經(jīng)常使操作斷路器帶負(fù)荷跳閘。另外空載調(diào)壓的電爐變壓器切換二次電壓或改變串聯(lián)電抗器的接線方式時(shí)也要操作斷路器。據(jù)調(diào)查每爐鋼的操作次數(shù)一般平均達(dá)7—10次，多則數(shù)十次，所以電弧爐操作斷路器應(yīng)允許頻繁連續(xù)接通和斷開負(fù)荷電流。二、 我國早年（10t及以下煉鋼電弧爐）廣泛采用的是多油斷路器，從調(diào)查幾十個(gè)廠的工人一致反映這種斷路器性能差，幾次跳閘后油就碳化，觸頭無滅弧裝置磨損大，容易出事故。例如XX鋼廠一年半時(shí)間內(nèi)就發(fā)生爆炸事故9起，有一次斷路器爆炸起火將整個(gè)配電室電氣設(shè)備燒毀。X鋼三廠用此種斷路器有一次爆炸開關(guān)室墻倒壓傷了3人。XX鋼廠用此種斷路器發(fā)生爆炸事故4起；其他廠發(fā)生類似事故很多。我國在60年代試制成磁吹式空氣斷路器。這種斷路器用空氣作滅弧介質(zhì)，開斷速度較快，斷流容量較大，性能比多油斷路器有較大改善，運(yùn)行安全可靠，維修工作量較小，適用于頻繁操作，較受煉鋼工廠的歡迎。三、 隨著我國社會(huì)主義建設(shè)的發(fā)展，首先制成KN—35型空氣斷路器，其操作壽命超過10000次（一般斷路只有1050次），接著試制成功35kVSF6斷路器，利用惰性氣體SF6作為絕緣和滅弧介質(zhì)。這二種斷路器在XX重機(jī)廠、X鋼五廠使用多年，已基本上解決了我國35kV電壓等級(jí)頻繁操作斷路器。四、 除上述斷路器外，目前我國不少開關(guān)廠研制成功真空斷路器。這種斷路器是將觸頭封閉在真空管內(nèi)，滅弧效果好，運(yùn)行安全，體積小，維修工作量小。但國內(nèi)目前這種斷路器產(chǎn)品質(zhì)量不統(tǒng)一；有的產(chǎn)生嚴(yán)重的過電壓。五、 礦熱爐的負(fù)荷特性較平穩(wěn)且多為連續(xù)工作制。很少有過電流跳閘和切換電壓操作。例如XX鐵合金廠全廠十幾臺(tái)礦熱爐經(jīng)常連續(xù)運(yùn)行一兩個(gè)月而不切換電壓，操作斷路器幾乎不動(dòng)作，因此礦熱爐可以采用少油或多油斷路器為操作斷路器。在我們調(diào)查的幾十個(gè)鐵合金廠50多臺(tái)礦熱爐一般采用少油斷路器，長期運(yùn)行證實(shí)可靠。第3．1．7條根據(jù)各地運(yùn)行情況，切斷空載變壓器時(shí)產(chǎn)生過電壓可能性較高，而電弧爐經(jīng)常在電極升起后切斷空載變壓器，所以應(yīng)在操作斷路器與電爐變壓器之間裝設(shè)閥型避雷器以限制切斷空載變壓器時(shí)所產(chǎn)生的過電壓（1.5?7.5UH）。XX鋼廠50t煉鋼電弧爐在操作斷路器與電爐變壓器之間設(shè)有閥型避雷器。XX重機(jī)廠100t精煉爐也是這樣。在中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的35kV電力網(wǎng)切斷空載變壓器產(chǎn)生的過電壓一般不超過4.0UH,個(gè)別可達(dá)7.0UH,變壓器的勵(lì)磁電流越小則過電壓越小。用裝有并聯(lián)電阻的斷路器可以限制切斷空載變壓器時(shí)產(chǎn)生的過電壓。操作斷路器在切斷變壓器——電弧爐時(shí)，操作斷路器的強(qiáng)制滅弧作用和電弧爐中的電弧不穩(wěn)定作用合在一起使電流迅速遮斷，也會(huì)產(chǎn)生很大的過電壓。采用真空斷路器為操作斷路器時(shí)，在試驗(yàn)和運(yùn)行中均發(fā)現(xiàn)操作過電壓較嚴(yán)重。限制操作過電壓除采用氧化鋅避雷器外，還可以采用阻容吸收裝置等辦法。在電爐變壓器的二次側(cè)應(yīng)裝設(shè)阻容吸裝置，這是因?yàn)?0