电弧炉炼钢合理供电新技术ppt课件

1、电弧炉炼钢合理供电技术电弧炉炼钢合理供电技术北京科技大学北京科技大学2019.31 超高功率供电 电弧炉的电气运转实际和操作技术的电弧炉的电气运转实际和操作技术的不断提高：近期采用不断提高：近期采用“高电压、长电弧、高电压、长电弧、高功率系数高功率系数的操作制度；的操作制度； 炉衬的热负荷大幅度添加，相应的技炉衬的热负荷大幅度添加，相应的技术开展有：提高耐材质量、水冷炉壁、术开展有：提高耐材质量、水冷炉壁、泡沫渣等；泡沫渣等； 二次回路的电流强度大大添加，降二次回路的电流强度大大添加，降低回路阻抗和进一步改善三相平衡成了低回路阻抗和进一步改善三相平衡成了重要问题；重要问题； 熔炼工艺的变化：为

2、了充分利用变熔炼工艺的变化：为了充分利用变压器的才干，传统的电弧炉三期操作消压器的才干，传统的电弧炉三期操作消亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉；亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉； 电弧炉机械构造、自动化系统不断电弧炉机械构造、自动化系统不断提高，促进了高效、优质、低本钱三方提高，促进了高效、优质、低本钱三方面综合开展，如底出钢技术，过程计算面综合开展，如底出钢技术，过程计算机控制；机控制； 熔炼周期缩短，物料保送和试样化熔炼周期缩短，物料保送和试样化验等负担大大添加。验等负担大大添加。AC炉的变压器功率DC炉的有效功率2 合理供电技术合理供电技术 60年代 400kVA/t RP-EAFMC

3、30MVA/特殊钢,合金钢 冶炼周期:180min 吨钢电耗:630kwh/t 电极消耗:6.5kg/t 低电压 大电流 短弧 80年代 700kVA/t 90年代 800kVA/t 70年代 500kVA/t UHP1-EAFLFCC(S)BR 50MVA/30万吨/棒线材 UHP2-EAFLFCCR 70MVA/50万吨/扁平材,管材 UHP3-EAFLFCCCR 100MVA/100万吨/纯净钢,热带 冶炼周期:40min 吨钢电耗:230kwh/t 电极消耗:1.1kg/t 低电压 大电流 更短弧 高电压 小电流 长弧 更高电压 小电流 更长弧 烧嘴 二次冶金 水冷炉壁 DRI LF/

4、EBT 泡沫渣 竖炉/用氧 双炉壳 连续加料 年代 功率级别 -400kVA/t 流程变迁 变压器容量/产品 技术指标进步 相关/配套技术 电气运行 2.1技术背景近年电炉钢比约15%，约3200万吨/年大于50t/35MVA电炉已有50余座投产引进大型电炉，约计45亿美圆电炉电耗约占总能耗的60 70%2.2技术道路基于大型交流电弧炉现有配备基于大型交流电弧炉现有配备电气运转合理化电气运转合理化充分发扬主变压器的才干充分发扬主变压器的才干到达高效、节能的目的到达高效、节能的目的2.3技术原理电炉变压器电弧炉BAPCC 220kV降压变压器电抗器2.52欧炉 前三总降高阻抗电弧炉主电路合理供电

5、技术的电工学根底n 电弧炉炼钢供电制度运用的根本公式电弧炉炼钢供电制度运用的根本公式1电弧炉炼钢供电制度运用的根本公式电弧炉炼钢供电制度运用的根本公式2表表观观功功率率MVA 电电弧弧功功率率MW 电电弧弧电电阻阻m 电电弧弧电电压压V电电弧弧弧弧长长mm耐耐火火材材料料损损耗耗指指数数V.MW/mm222QPS23rIPParcrRROParcarcarcRIU40arcarcUL2/ )(LPURarcarcE电弧炉电气特性曲线 970V,X=4.160102030405060708090100110120051015202530354045505560657075电流，kA功率，MVA0

6、.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.001.05功率因数cosSQPParc超高功率电弧炉与小电炉电气运转的比较超高功率电弧炉与小电炉电气运转的比较高阻抗与普通阻抗电弧炉比较高阻抗与普通阻抗电弧炉比较01020304050607080901001101200102030405060708090100电流，kA功率，MVA0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1功率因数普通阻抗高阻抗 SQPcosParcI2=35.7kAI2=50.9kA

7、cos=0.842.4关键技术 确定电气运转的根本参数确定电气运转的根本参数 操作电抗的非线性操作电抗的非线性( (测定、建模测定、建模) ) 可操作可操作(S, PF)(S, PF)的任务点总表的任务点总表 优化供电曲线优化供电曲线确定电气运转的根本参数确定电气运转的根本参数电炉变压器电抗器电弧炉b计算机CM-2250CM-2350RS-485/232 转换口a互感器 (CT PT)互感器 (CT PT)c互感器 ( PT)CM-2250Schneider线路监控仪线路监控仪(211专款购置专款购置) 型号：型号：CM-2250 2台台 CM-2350 1台台精度：精度：0.2级级软件：软件

8、：SMS-1500记录：笔记本电脑记录：笔记本电脑功能：硬件、软件功能：硬件、软件(下页下页)功能表n硬件功能硬件功能n Power Logic2000电力参数线路监控仪是一电力参数线路监控仪是一种多功能数字仪表，集数据采集、控制设备于一种多功能数字仪表，集数据采集、控制设备于一体，能替代多种仪表、继电器、传感器及其它元体，能替代多种仪表、继电器、传感器及其它元件。件。 n软件功能软件功能n SMS-1500软件支持各种实时数据显示，包括软件支持各种实时数据显示，包括表格、直方图和模拟表盘等。表格、直方图和模拟表盘等。SMS-1500软件面软件面向客户，包括创建用户表格，增添电气参数等。向客户

9、，包括创建用户表格，增添电气参数等。建立电抗模型的基点建立电抗模型的基点(1)(1)基波基波5050赫兹的含有各次谐波的正弦波赫兹的含有各次谐波的正弦波 (2) (2) 运转中三相不平衡系数为运转中三相不平衡系数为1.66%1.66%(3)(3)要求模型满足电弧炉电极电流从开路到要求模型满足电弧炉电极电流从开路到短路的过程中，操作电抗随电极电流的短路的过程中，操作电抗随电极电流的变化服从一种变化规律变化服从一种变化规律(4)(4)模型与谐波分析有较好的吻合模型与谐波分析有较好的吻合电气圆图电气圆图0204060801001200204060801001201401601802002202402

10、60无功功率Q （MVar）有功功率P （MW）cos=0.866cos=0.1SeImax可操作的任务点总表任务电流任务电流Curve 1Curve 2Curve 3Curve 4Curve 5Curve 6级别级别U2SPFSPFSPFSPFSPFSPF221050430.919450.908480.897510.886530.874550.862211004450.911480.9480.888500.876530.863550.84920962430.903450.891480.878500.864530.850550.83519924430.894450.881480.866500.

11、852520.836550.8218888430.885450.870470.855500.838520.821550.80417855420.874450.858470.841500.824520.805540.78616825420.862450.845470.826500.807520.786540.76515800420.851450.833470.813500.792520.769540.746制定电弧炉炼钢供电制度的根本原那么制定电弧炉炼钢供电制度的根本原那么以平安、稳定、高效运转为根据，选择供电曲以平安、稳定、高效运转为根据，选择供电曲线的电气运转任务点。即要求：线的电气运转任务

12、点。即要求： 表观功率表观功率 S SF 功率因数功率因数 0.840.85 0.75 电弧功率近能够大电弧功率近能够大 Max Parc设定电能需求量和各阶段时间长度。要求总通设定电能需求量和各阶段时间长度。要求总通电时间符合消费节拍要求。电时间符合消费节拍要求。尽量简化供电曲线，减少有载切换电压级别次尽量简化供电曲线，减少有载切换电压级别次数。数。优化的供电曲线051 01 52 02 53 03 54 04 55 00481 21 62 02 42 88 m in4 m in3 m in5 m in2 m in5 m in2 m in5 m in2 m in1 9 /61 8 /62 1

13、 /61 5 /51 8 /62 1 /61 5 /51 8 /61 5 /5( 精炼 ) ( 二 次 料 )( 加铁 水) ( 一次 料 )供 电 时 间 m in 电压级 别/电流 级 别 V/A 3大型电弧炉炼钢供电制度的研讨大型电弧炉炼钢供电制度的研讨(1)(1)天津钢管公司天津钢管公司150t/90MVA150t/90MVA超高超高功率电弧炉功率电弧炉(2)(2)抚顺特殊钢公司抚顺特殊钢公司50t/35MVA50t/35MVA超超高功率电弧炉高功率电弧炉(3)(3)南京钢铁集团公司南京钢铁集团公司70t/60MVA70t/60MVA高阻抗电弧炉高阻抗电弧炉炼钢过程中电气运转形状的评价

14、炼钢过程中电气运转形状的评价 丈量精度的评价丈量精度的评价 三相电压、电流、有功、无功、视三相电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数及对应均值的相对误在功率、功率因数及对应均值的相对误差最大值为差最大值为0.97%南钢南钢100t/60MVA100t/60MVA三相不平衡评价三相不平衡评价 电流电流A电压电压kV平均值平均值1160.5030.69规范差规范差 S19.260.11变异系数变异系数CV=1.66%0.36%XXS /电抗器上端电压波形(A相为代表) Phase A-N VoltageNormal ResolutionVoltageMilliseconds-20000-100

15、000100002000030000050100150200250Phase A-N VoltageNormal ResolutionVoltageMilliseconds-30000-20000-1000001000020000050100150200250Phase A-N VoltageNormal ResolutionVoltageMilliseconds-20000-1000001000020000050100150200250起弧期起弧期氧化精氧化精炼期炼期熔化期熔化期电抗器上端电流波形(A相为代表) 起弧期起弧期氧化精氧化精炼期炼期熔化期熔化期Phase A CurrentNor

16、mal ResolutionCurrentMilliseconds-1000-500050010001500050100150200250Phase A CurrentNormal ResolutionCurrentMilliseconds-2000-1000010002000050100150200250Phase A CurrentNormal ResolutionCurrentMilliseconds-1500-1000-5000500100015002000050100150200250电抗器上、下端各次谐波电压分量 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.0

17、01357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电压占基波电压百分比 %0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电压占基波电压百分比 %电抗器上、下端谐波电流分量 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电流占基波电流百分比 %0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 1

18、7 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电流占基波电流百分比 %傅立叶分析式10)sincos()(nnnnwtbnwtaawtu200)()(21wtdwtua20)(cos)(1wtnwtdwtuan20)(sin)(1wtnwtdwtubn式中：式中：电抗率电抗率K=Xop/Xsc Xsc 短路电抗短路电抗(接近于基波下的电抗值接近于基波下的电抗值) Xop 操作电抗操作电抗(含各次谐波的电抗值含各次谐波的电抗值)其中，其中，n为谐波次数为谐波次数(n=131) An为第为第n次谐波的分量次谐波的分量(An=an/a1,与前面付立叶与前面付立叶公式一样公式一样) scnn

19、nnXnALfnALnAX2311311)(nscnnnopXAnXX311nnAnK操作电抗的非线性 抚钢抚钢50tUHPEAF任务电抗模型任务电抗模型 y = 39.5x-0.44r=0.754681012202530354045505560电极电流，kA工作电抗，m南钢南钢100t100t高阻抗电弧炉的任务电抗模型高阻抗电弧炉的任务电抗模型 天管天管150t150t电弧炉的任务电抗模型电弧炉的任务电抗模型y = 5.15e-0.0031xR2 = 0.92540.001.002.003.004.005.006.0040.0050.0060.0070.0080.00电流（KA）操作电抗Xo

20、p(m)电压电压U2V892865839811786762739717697操 作 电 抗操 作 电 抗XOPm3.373.373.373.383.383.393.393.403.40电压电压U2V678651627602579558538520 操 作 电 抗操 作 电 抗XOPm3.413.423.433.443.453.463.473.48 各级电压下所运用的操作电抗值 Curve1Curve2Curve3Curve4Curve5Curve6tapTapvoltKAMWKAMWKAMWKAMWKAMWKAMW3589263806078587656735472516934865647862

21、7760745873547052683383964766375617458705568536632811657263716169586756655363317866368626759665764546252603076261636062576155605359515729739626260615859565854575255287176259615859575656545452532769761565955575455535352515026678595357525551545051494947 德方提供的德方提供的150t超高功率电弧炉供电任务点总表超高功率电弧炉供电任务点总表天管天管150

22、t电弧炉电气圆图电弧炉电气圆图天管天管150t/90MVA电弧炉电弧炉高电压级别任务点的评价高电压级别任务点的评价级级电压电压V Curve 1 Curve 2 Curve 3 Curve 4 Curve 5 Curve 635892348653383632811 3119 均可平安稳定运转均可平安稳定运转变压器过载严重，不宜长期运用；变压器过载严重，不宜长期运用； 变压器略有过载；变压器略有过载；cos值太高，不能稳定运转；值太高，不能稳定运转； cos值过高，不宜运用。值过高，不宜运用。可以平安、稳定运转。可以平安、稳定运转。 STEP1.BASKETKWH V P2.BASKETKWH V P3.BASKETKWH V PREFININGKWH V P1.START1000271100027110002711003012.MAIN 353 353 333202111.DEPA