高阻抗电弧炉-西炉所梁正敏

1、| 维普资讯 h ttp:/加热设备文増号 i 1002-lS39t 200D00021-C4壽阻抗电孤炉集正社(机感工业部西安电炉研究所 陕西 西安710061)猜鼻：同60年代甚至丁0年优生产的普通电弧炉相比，高阻扰电弧炉具有效率高、生产率高、电能溝耗低、电橙猜耗少、耐火村 料梢耗少尋优点.事实上*它是一时新的炼钢工具它梗搅廳缰慢的交從电弧炉炼钢技术也*直沢电菱炉和等离子电弧炉那 样具有灵活性和竞爭力<,筒要駅述了高阻抗电弧炉的挠展情况*理论基础、性能指标.同时也介豁它的冥际应用情况*以艮同 普通电瓠妒的一些数据对比.关餐侷(高阻抗电弧炉F尅抗弄，栓弧操捽中朋分类号訂賊时4.4立址标

2、黑码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电& 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| 维普资讯 h ttp:/21| 维普资讯 h ttp:/1前盲三相交疏电弧炉在绘近？5年间经过了一系列 重大的改革，其中值得称颂的项目有；水冷炉壁和水 冷炉盖、留钢操作、泡沫渣、氧-握烧嘴、炉底吹气搅 祥、通过电极中心孔吹人气体、倔心底出钢“导电横 臂、采用可编程控制器和计算扒实现自动化控制，以 及废钢预热等.以上这些新技术也是披迅速发展的 炉外赭炼技术（主要是钢包精炼炉）所促进、所推动. 结果，电弧炉只起熔化炉料、脱隣和氧化的作用.另外一个重要因素就是巩固和发展待别能适应 市场需要的特殊钢厂柢念，它在生产成本、生产率和 产品质址方面占绝对优越灵活地也。今天的髙效连 铸工艺

6、也要求电弧炉向更大容景方向境展,主要依 靠交流电弧炉来生产特殊钢，甚至普碳钢的小聖待 钢厂之所以能够存在和迅速发展'是由于出现了新 概念的电弧炉一高阻抗电弧炉.它是一种高效率收稿日期| 2001-04-18介甦正敏別-八男禹毀工艮師.机事电护炼镐设 禹的硏究和设汁工作.的新塑炼摘工具*具有一系列的夷出扰点：能大幅度 地降低电极、电能和耐火材料的消耗、能显薯地减少 对供电电网的冲击效应©电压闪变人提高生产率和 负荷系数.高馭抗电弧炉包盍了近25年来出现的所有电 弧炉炼钢新技术，再加上最桂运行案歎的新突破.使 得一直发展缰慢的交流电弧炉冶炼工艺在牧率和灵 活性方面可阖直流电孤炉或

7、等离子电弧炉相媲美 本文论证了高阻抗电弧炉的理论基础和实际应用* 以及同普通电弧炉的各项楷标进行对比.2普通电弧炉剋弧炉的功率决定了它的生产率.自从电张炉 诞生那天起人幻便开始研究用什么办法能莪得它 的最大功率。余所周知*功舉正比于电压和电流*开 始是借助于提高电压的方法来提高其功率，但是实 际操作中受到了限制，这是由于较长电節船光的辐 射*导致炉墙耐火材斜很快烧损，因为弧拴与弧压成 正比a岳来一直是借助加大电流来提高其功率.但是 其弊端是必须配置巨大截面的二欧载流导怵和开发 价播昂贵的、特制的犬直從石屡电极来構足传输大21| 维普资讯 h ttp:/21| 维普资讯 h ttp:/加国:没虽

8、| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/电流的要求另外这种技术方秦导致增大电阴损耗 （降低电效率'增加电能捏耗九增加无功损耗降低 功事因数、减少有功功率h若要减少这些负面效应， 必须研究、设计出具有醍小的冋路电阻和冋路电抗 的二次载流导体"与此同时为了设计和制造效率更 高的电瓠炉，而研究出来了賂响妒衬耐材侵蚀指数 的数学模型。在勿年代主要以W.E. Schwabe为 侣导者的电弧炉专家们，经过潜心研究开发出趙高 功率（UHP）电弧炉°当时*该技术对电炉炼钢做出 了很大的萸献，其主要原理是缩短冷炼时间，大幅度 提届生产率*在世界各地得到了广臣的推广应用

9、°表1示出了普通鈕高功率电弧炉（ICO门的典 型运行参数.从表1中可以看到：变压器容量和钢 液的比功率为600 kVA/t （当时規定的超髙功率电 弧炉比功率标准九功率因数非常低，此外短路阻 抗孤长等数值均较小，导致二次电流过大*因此必 须采用大直轻的石晏电极。% 1 WC t雪通电孤炉、高組拭电弧妒远行參甦对比昔通电弧炉高凰抗电弧炉电掇直径"Aniri610508电槻井布1 -4001 2003.537. 03回器总阻K/mQ5,1914. 40变压髀额定容flt/kV血60100二氏堆商电压/¥55S1 2 00二抚额定电AA6Z. 1诣.1功率国散0.70也

10、84老功功率/M评42. 184.0电甄功率弭36. 27 a. 9电弧快度/mm150S00电敢率4SG94电抗曙容1/MvarLG电抗器电抗ia/mn2, 3注订根据Mnmann Demag 司提僖的数据-图1示出了具疳代表性的普通电弧护副视轮席 图。从图中可以看出*具有整体的耐火材热“大直乾 的石墨电殺、短电飙、薄渣层、常规出钢方式，还有诵 过炉门插人的人工手动操作吹氧”普逼超高功率电匏炉的问世*大大地提高了电 炉钢在世界范围内总钢产駅的市场份额*它也有助 于以电炉钢包精炼炉-连铸机设备为主体的小型特 钢厂的发履壮大.这种棋武得到了钢铁业的普追接 受"但是，应强调指出：在那个时

11、间段里，低的石油价 格优势是推动普通超高功率电弧炉成功的关镇因 塞因为在那时石墨电极一直谍持着较懸的忻格； 它在很大程度上齡响着电护炼钢的成轧表2示出了 loot普通电弧炉的各项单耗擅 斬.可以首到*普通趙高功咻电弧炉的电扱消耗过高 由于大电流操作）和耐火材料消耗过高丈由于钛少 水冷炉壁和利涼渣技术人« 2100 t普通跑弧炉，高闵伙电弧炉各項单耗指标单耗描标普通电弧炉寄阻拭电弧炉电能涓耗/kWh广520石撮电5.0L 2耐火材料消耗/k ><-'耐火砖22CL £搦打料122. 5221 普通电弧炉示意阳3高阻抗电弧炉在70年代有两亍廈要因素迫使电弧炉

12、进行技 术改造，其一是石油危机，用来制造电极的针状焦价 格猛涨，因此石變电极的阶格也随之大幅度提高；其 二是研制成功了管武水冷炉壁和水冷炉盖，用来代 替寿命非常短的耐火材斛炉衬口就是由于这两个因表3示出100 I普通电弧炉*高阻抗电弧炉生 产指标对比°柱普通电弧妒中，由于采用頰电弧帚 炼便得电槻同炉料频繁萇触，所以电极折断寧非常 高经常接电极也賂响生产率指标短电弧的另一负 面玻应是在穿井期间'适行电抗非常高*这也导致孵 低平均功寧延怅冶炼时间"*5晋锻电弧轉凰抗电弧炉运行指标对比普通电孤炉离阻抗电弧炉倩it时间/min74冶炼时IfiJ/min14445毎日出炼炉衣

13、/护10昭日生产0.0. 32月生产去R京2年笙产量r万t30他生产率/rh-42133素促成了电弧炉炼钢可以采用高电压、低电渡操作， 其结果是既节省了电极，只提高了炉衬寿倩.又由于 采用长弧冶烁，电圾距炉料较远所以电极折断机車 非常少但是，采用髙电压、低电流操作*尚存在以下 两大问題+当时还无袪解决*这就是1由于主回路 电抗值小十导致功率因数过高.电弧样烧不卷定川2） 淹线址耐火材料遭受剧烈侵性，为了癮补它需要经 常停炉+彩响生产甚至产生谗炉事駅"在80年代初期.开发出翘沫渣新技术，从而解 决了耐火材料侵蚀甸题。可是，电弧不总罡柯題及对 电网冲击问題，仍燃没有解决。综上所述-可得出

14、一 条重要结论那就是如果将主回路的低阻抗值改造 成高阻抗值则上述的一切难点全部迎刃而解。也就 是说附加的韭抗稳定了电弧、降低电压闪变.并将 变压器二択电压提髙到过去不可想象的数值结舉 功率因数也不降低于是”具有划时代意宜的高阻抗 电弧炉诞生了.在设计高阻抗电弧炉主回路昜数时'应特别注 意选择合适的电弧持性以便使电弧稔逻燃烧，输人 功睾高表征电弧特性的主要参敎是电弧功率、电弧电压、鹿弧杭度、电弧电流和功率因数a这些虽可用下列关系式描述 有功功率r尸=5 * Coss电弧电流is sino电弧电压f J J 陆 - Ox PFT曲* r电弧怏度=173 mm电弧功率尸“r = 3J&quo

15、t; *电效率尸几豎式中沾为变压器額定容M，MVA；为主囲路运荷 电KtniH；r为主回路电阻mfh矶h为变压器二机 相电压*VM如:为电弧长度jrnni,由式住）可以看出，在功率圉数相同的情况下* 提髙电抗可口降低电弧电由式3）可以看出撻 高变压器二啟屯压及降低电弧电慌*町增高电弧亀 压和电弧按度口由式代）可得出重要结论.即在主回 路电阻不变的条件下.提高电弧电压和降低电弧电 流可大大地提高电弧炉的效率.这是离阻抗屯弧炉 的重要优势.表4列出了国外几台高皑抗电弧炉的二次电压 和息电抗值。普通电弧炉总阻抗数3-3.5 加附加电抗器后”总电抗数在47 mH左右.寰4禽阻抗屯颈怕的二止贏压和贏捕值

16、电炉最高二氏电压型抗An017<1 2005.31409&03.613Q1 0706. 3120S&04” 211SCB4£4115盟5雄1109504. 5809Q05.7751 0005.4656504Q注；抿据UCAR Cirlcn仝可提供*提高电輒炉阻抗最经祈和最灵活的方祛是在变 压器欢侧申人电抗器.电抗器可做成带油-水强制 冷却的蟻凑式三相装置，它可以安装在丰间变电所 或变压器室内口由于电抗誥带有调节电感量的抽头，所以操作 者可灵活地选择最佳运行狀态；療高生产率最低能 源消耗'以及允许的电压闪变值.这对电胪炼钢来 说是一欧巨大的变革*疑高二次电

17、压的透择仍然是一个有争论姓的问 题。在实际操作上，它取决于羯沫渣的厚度、包围覆 盖电弧的能力t棍据沪膛空舸几何尺寸），旦及变压 器二次回路绝缘问题.新电炉可H设计成具有较深 的炉膛'隊便容纳大容积泡沫渣，表1示出了带有电抗器的WO t高阻扰电弧炉 运存塞数"它的各项技术抬标均优于普通电弧炉，图2示出了具有代表性的高齟抗电弧炉剖视轮 嫌图.它具有管式水冷炉壁和水玲炉課.偏心底出 钢、厚泡沫渣"扶弧操作、炉底吹盘搅拌、氧燃烧嘴、 小的电极直程及其分布圆直径、通过电换孔吹姬、机 械手操柞的炉门、碳氧枪°高阻抗电弧炉的关養问 题是0须便袍沫渣完全包围II盖电弧没有

18、这牛前 提务件就没有高阻抗电弧胪"图2高阴抗屯弧炉示嵐阳4普通与高阻抗的电弧炉比较从表1表3的数据对比分折”可取清楚地看 出高阻抗电弧妒具有毋膺置疑的许多优点.下面就23几个亶要论点注释如下：1)电效率杓提高直播彰响电能消耗的降低，即 电阻损失陲低*在上述例子中*仅电效率这一项节省 的电能就达8%.相当于30 kWh/tt2(2>ft阻抗电弧炉运行在较高的功率因数下 (0. 82-0, B4)且不产生电压闪变.这雄因为电极和 炉料之间保持较长的距离它使电弧枝度变化百分 数小，则二次电流和一次电压变化率也较 小.因此电压闪变就咸少了 "在较高的功率因数下运 行.就不需要

19、装设大址的扑偿电容器'另外也鲍对用 不着装设SVC装置，因而节省了附加投资。(3)高阻抗电弧炉运行噪音小，因为电弧嗓音的 音源.是由于电弧直住变化引起的，而电弧直径变化 与其怏度变化放正比"由于长弧冶炼弧长变化小，所 以其嗓音小.(4高阻抗电弧炉耐材侵蚀揩数高的说法是错 倏的，因为理论和实践均证明，电弧一旦被合适的泡 沫渣所覆盃其耐材侵诧指数是很低的。(5)高阻抗电弧炉的基本康理是依靠大幅度提 高变压器二抚电压来增加电弧功率和提高功率因 数*依靠串联电抗器来稳定电弧和限制短路电流、依 靠提高电效毕来释低电耗、提高生产率。表5列出60 t(40 MV A) Wig电弧炉.髙阻抗

20、 电弧炉各項指标对比。衰5电亶护、高阻挤电豪炉描标对比普通电弧炉高阻抗电弧炉电扳直6/mm50840S电极分布圆直径/mm1 20U1 000短陪电it/mn3. 08玄57设备总31抗/皿口& 1618, 49变压 ®i/MVA3040二次电压/v4308G0二次电流/kA40.326,5功率 filjRgg。0. 8250, 82有功功申WW25.132. 8电孤功率/MW22.63kl电56隹度fmmJ5035D电敕率(3090. 394. 7电抗器容K/Mvar11.7电抗眷电抗值加45.45结论高阻抗电弧护在国内外的许多钢厂实践运行证 明了其科学性和合理性.井产生了

21、巨大的经济效益， 但是就其开发年代来说.它仍然是处于初期，它的卓24著成效的潜在优势还远远没有发挥出来.在未来的 年代里在高限抗电豪炉方面进行研究和开发，无碇 是电炉炼钢研究设计工作者最有兴趣和最有前途的 课题之一*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完善冶金厂炉子技术和热工装置的方向一 C MtTaDJt y >TMM«l<aJl U rftpHOpyAhUH rJpaMhfTEUieilHOCTb ) f 2000, No. 2,9397(fil)冶金和机械工业的工业炉是种不斷更新的设备，其结构 和供热系境越来越五花ah.a方面的进步主姿裘现在提高 热加工质駅、实现机械化和自动化、节约贵源和能源、改菩炉 干操柞和建适的劳动条件，以及减少大污染物的排放.文 中列举到3世纪末炉干设廿和建造方面的主要成就。刮 如在冶金厂对于里材和板材乱制前的加霍炉，推锅