馬騰霄　李　笑

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

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生產(chǎn)技術(shù)

60 t高阻抗電弧爐供電制度優(yōu)化

馬騰霄李笑

(中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司，四川618013)

根據(jù)高阻抗電弧爐電氣設(shè)計(jì)原理及60 t電弧爐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)其供電模式進(jìn)行重新計(jì)算與優(yōu)化，使熱效率提高，平均噸鋼電耗降低約44 kWh，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

高阻抗；供電模式；熱效率；優(yōu)化

60 t電弧爐是引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)新建的一臺(tái)高阻抗電弧爐，相比普通電弧爐這種高阻抗電弧爐設(shè)計(jì)中主要存在以下兩點(diǎn)不同：

(1)提高了電爐變壓器二次電壓，降低了二次電流，因此必須選擇合理的電抗值進(jìn)行匹配，使得冶煉時(shí)功率因數(shù)在0.82～0.84區(qū)間，保證燃弧穩(wěn)定。

(2)由于二次電壓的提高，爐膛直徑相比普通電弧爐大，因此必須選擇長(zhǎng)弧冶煉。

由于高阻抗電弧爐以上的兩個(gè)特點(diǎn)，使高阻抗電弧爐供電制度與普通電弧爐存在一定的差異。因此就不能將普通電弧爐的供電思路，直接應(yīng)用到高阻抗電弧爐上，必須重新計(jì)算設(shè)計(jì)，建立起一套適用于高阻抗電弧爐的供電模式。

1　優(yōu)化前供電制度

優(yōu)化前參考普通電弧爐供電制度建立的60 t電弧爐供電制度如表1所示。

表1　優(yōu)化前60 t電弧爐供電制度

2　存在問題

由于優(yōu)化前的供電制度，在熔化期采用6/3的恒電流供電模式，電弧短，熱效率低，因此常出現(xiàn)以下問題：

(1)冷區(qū)爐墻掛料嚴(yán)重

爐墻掛料嚴(yán)重，掛料部位大多集中在EBT及其附近兩側(cè)，且經(jīng)常是一些大塊重型廢鋼，這樣一是導(dǎo)致出鋼眼上方由于有殘鋼，出鋼眼無法全部目視到，在填充出鋼眼引流砂時(shí)就保證不了質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)引起出鋼眼漏鋼事故；二是有可能導(dǎo)致出鋼量不夠，引起爐后鋼水量不足，影響生產(chǎn)安排及鋼錠質(zhì)量；三是如果掛料較多，出鋼過程中這些掛料掉入鋼水中容易引起成分超標(biāo)或低溫鋼，甚至堵塞出鋼眼。

(2)冶煉時(shí)間長(zhǎng)，能耗較大

由于爐墻掛料原因，出鋼前這些掛料經(jīng)常塌料引起爐內(nèi)殘余或有害元素超標(biāo)，操作者只能進(jìn)行重新造渣進(jìn)行有害元素的去除，因此，操作時(shí)間延長(zhǎng)，電耗增加。

3　優(yōu)化供電制度

針對(duì)以上問題，按照高阻抗電弧爐電氣設(shè)計(jì)原理及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)60 t電弧爐供電模式進(jìn)行重新計(jì)算與優(yōu)化。

3.160 t電弧爐電氣基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

變壓器的主要技術(shù)參數(shù)：

額定容量：45 000 kVA+9 000 kVA

一次額定電壓：35 kV

一次額定電流：742.3 A

二次額定電壓：750 V～650 V～450 V

750 V～650 V，恒功率輸出

650 V～450 V，恒電流輸出

二次額定電流：39.97 kA

二次最大電流：46.534 kA

第一級(jí)阻抗電壓：≤7.97%

接線方式：Y，dⅡ

電極：直徑500 mm，高功率

短網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)：

阻抗值：≤0.63+j3 mΩ

三相阻抗不平衡度：≤4.5%

短網(wǎng)阻抗：Zkc≤3.065 mΩ

串聯(lián)電抗器主要技術(shù)參數(shù)為：

額定容量：7 500 kvar

網(wǎng)路電壓：35 kV

額定電流：742.3 A

各級(jí)容量：100%～80%～60%～40%～20%～0%

上述數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)單位提供的各主要電氣設(shè)備參數(shù)，根據(jù)高阻抗電弧爐主電路設(shè)計(jì)思路，利用變壓器、短網(wǎng)電氣參數(shù)來選擇各個(gè)電壓等級(jí)下的串聯(lián)電抗值、電弧功率、弧長(zhǎng)、短路電流等參數(shù)。

3.2恒功率供電所需電抗計(jì)算

以恒功率段最高電壓750 V為例進(jìn)行計(jì)算：

變壓器電抗XT=U22Uk%/PS[1]=7502×7/45000×100=0.875 mΩ

由于設(shè)計(jì)單位未給出變壓器的空載銅損，可以近似認(rèn)為變壓器空載銅損為0 mΩ(變壓器銅損一般很小)，所以變壓器阻抗ZT=XT=0.875 mΩ。

將變壓器和短網(wǎng)合成計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)電阻RTkc、電抗XTkc、阻抗ZTkc為：

ZTkc=3.926mΩ

有了上述數(shù)據(jù)后，根據(jù)高阻抗電弧爐的設(shè)計(jì)思路：提高電弧電壓，加大電弧的阻性負(fù)載來補(bǔ)償電抗器的感性負(fù)載，使之達(dá)到一個(gè)理想的功率因數(shù)值。參考國(guó)外資料，高阻抗電弧爐的合理功率因數(shù)在0.82～0.84范圍內(nèi)。從設(shè)計(jì)單位提供的供電參數(shù)上看，60t電爐在各個(gè)檔位電壓下，電流達(dá)到設(shè)計(jì)額定電流時(shí)功率因數(shù)為0.82～0.83(恒功率段為0.82；恒電流段為0.83)。根據(jù)穩(wěn)定燃弧的條件，包括電弧在內(nèi)的整個(gè)送電系統(tǒng)的總阻抗Zmain應(yīng)該為：

Zmain=U2ph/I2

=750/(1.732×34.64)

=12.501mΩ

根據(jù)阻抗三角形，主回路運(yùn)行電抗為：

Xop=Zmain×sinφ

=12.501×0.5724

=7.155 mΩ

主回路短路電抗為：

XTKCL=Xop/KOP=7.155/1.1=6.505 mΩ

根據(jù)上述值計(jì)算串聯(lián)電抗器等效低壓側(cè)電抗值XLLOW如下：

XLLOW=XTKCL-XTkc

=6.505-3.875

=2.630 mΩ

折合到高壓側(cè)的電抗器電抗值XL為：

XL=XLLOW(U1/U2)2

=2.630×(35000/750)2

=5.727 Ω

因此所需串聯(lián)電抗器容量QL計(jì)算為：

QL=3I12XL=3×742.32×5.727=9468 kvar

3.3恒功率供電最高二次電壓選擇

以變壓器二次電壓為基礎(chǔ)，結(jié)合60 t電弧爐原始設(shè)計(jì)電抗器容量，假設(shè)每級(jí)二次電壓下變壓器阻抗電壓≤7%(以7%計(jì)算)，依次計(jì)算每級(jí)供電電壓，結(jié)果最高不得超過675 V?？紤]到變壓器、電抗器的安全運(yùn)行，選擇恒功率長(zhǎng)弧供電二次電壓650 V比較合理。計(jì)算過程同上。

3.4二次電壓650 V運(yùn)行參數(shù)計(jì)算

二次電壓選擇650 V時(shí)，額定電流計(jì)算為：

I=45000/(1.732×650)=39.97 kA

電抗接入2#檔，即帶抗80%時(shí)，電抗器折算到二次低壓側(cè)的電抗值為：

XL=Q/3I12×0.8=2.722 Ω

XLLOW=XL/(U1/U2)2=0.94 mΩ

表2　優(yōu)化后的60 t電爐供電制度

將變壓器和短網(wǎng)合成計(jì)算二次側(cè)電壓650 V時(shí)整個(gè)系統(tǒng)電阻RTkc、電抗XTkc、阻抗ZTkc為：

RTkc=RT+Rkc=0.63 mΩ

XTkc=XT+Xkc=4.815 mΩ

ZTkc=4.86 mΩ

有功功率計(jì)算：P=Ps×cosφ=36.9 MW

損失功率計(jì)算：PR=3I2RTkc=3.02 MW

電弧功率計(jì)算：Parc=P-PR=33.88 MW

電效率：ηE=Parc/P×100%=92%

電弧電壓Uarc=Parc/(3I) =283 V

3.5優(yōu)化后的供電制度及效果

根據(jù)以上計(jì)算過程，選擇最佳的60 t電爐供電制度如表2所示。

由表2可以看出，優(yōu)化后熔化期二次電壓增大，電弧長(zhǎng)度明顯增加，將優(yōu)化后的供電制度應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，很好的解決了上述爐墻掛料及電耗較大的問題。噸鋼冶煉電耗平均降低約44 kWh。

4　結(jié)論

高阻抗電弧爐與普通高功率電弧爐的電氣設(shè)計(jì)及爐型設(shè)計(jì)不同，因此必須根據(jù)高阻抗電弧爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)，制定相應(yīng)的供電模式。根據(jù)60 t高阻抗電弧爐電氣設(shè)計(jì)原理及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)其供電模式優(yōu)化后，使噸鋼電耗降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

[1]張武成.鑄造熔煉技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：336-338.

編輯杜青泉

Optimization of Power Supply System of 60 t High Impedance Electric Arc Furnace

Ma Tengxiao, Li Xiao

The power supply mode has been recalculated and optimized according to the electrical design principle and the basic design data of 60 t high impedance electric arc furnace, as so to increase the heat efficiency. The power consumption for average ton of steel reduces about 44 kWh with remarkable economical benefit.

high impedance; power supply mode; heat efficiency; optimization

2016—01—20

TF748.41

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