60 t高阻抗電弧爐供電制度優化

馬騰霄　李　笑

(中國第二重型機械集團公司，四川618013)

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生產技術

60 t高阻抗電弧爐供電制度優化

馬騰霄李笑

(中國第二重型機械集團公司，四川618013)

根據高阻抗電弧爐電氣設計原理及60 t電弧爐基礎設計數據，對其供電模式進行重新計算與優化，使熱效率提高，平均噸鋼電耗降低約44 kWh，經濟效益顯著。

高阻抗；供電模式；熱效率；優化

60 t電弧爐是引進先進技術新建的一臺高阻抗電弧爐，相比普通電弧爐這種高阻抗電弧爐設計中主要存在以下兩點不同：

(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行匹配，使得冶煉時功率因數在0.82～0.84區間，保證燃弧穩定。

(2)由于二次電壓的提高，爐膛直徑相比普通電弧爐大，因此必須選擇長弧冶煉。

由于高阻抗電弧爐以上的兩個特點，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，直接應用到高阻抗電弧爐上，必須重新計算設計，建立起一套適用于高阻抗電弧爐的供電模式。

1　優化前供電制度

優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　優化前60 t電弧爐供電制度

2　存在問題

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

(1)冷區爐墻掛料嚴重

爐墻掛料嚴重，掛料部位大多集中在EBT及其附近兩側，且經常是一些大塊重型廢鋼，這樣一是導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就保證不了質量，嚴重時引起出鋼眼漏鋼事故；二是有可能導致出鋼量不夠，引起爐后鋼水量不足，影響生產安排及鋼錠質量；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或低溫鋼，甚至堵塞出鋼眼。

(2)冶煉時間長，能耗較大

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

3　優化供電制度

針對以上問題，按照高阻抗電弧爐電氣設計原理及基礎設計數據對60 t電弧爐供電模式進行重新計算與優化。

3.160 t電弧爐電氣基礎設計數據

變壓器的主要技術參數：

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

第一級阻抗電壓：≤7.97%

接線方式：Y，dⅡ

電極：直徑500 mm，高功率

短網的技術參數：

阻抗值：≤0.63+j3 mΩ

三相阻抗不平衡度：≤4.5%

短網阻抗：Zkc≤3.065 mΩ

串聯電抗器主要技術參數為：

額定容量：7 500 kvar

網路電壓：35 kV

額定電流：742.3 A

各級容量：100%～80%～60%～40%～20%～0%

上述數據是設計單位提供的各主要電氣設備參數，根據高阻抗電弧爐主電路設計思路，利用變壓器、短網電氣參數來選擇各個電壓等級下的串聯電抗值、電弧功率、弧長、短路電流等參數。

3.2恒功率供電所需電抗計算

以恒功率段最高電壓750 V為例進行計算：

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

由于設計單位未給出變壓器的空載銅損，可以近似認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。

將變壓器和短網合成計算整個系統電阻RTkc、電抗XTkc、阻抗ZTkc為：

ZTkc=3.926mΩ

有了上述數據后，根據高阻抗電弧爐的設計思路：提高電弧電壓，加大電弧的阻性負載來補償電抗器的感性負載，使之達到一個理想的功率因數值。參考國外資料，高阻抗電弧爐的合理功率因數在0.82～0.84范圍內。從設計單位提供的供電參數上看，60t電爐在各個檔位電壓下，電流達到設計額定電流時功率因數為0.82～0.83(恒功率段為0.82；恒電流段為0.83)。根據穩定燃弧的條件，包括電弧在內的整個送電系統的總阻抗Zmain應該為：

Zmain=U2ph/I2

=750/(1.732×34.64)

=12.501mΩ

根據阻抗三角形，主回路運行電抗為：

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

根據上述值計算串聯電抗器等效低壓側電抗值XLLOW如下：

XLLOW=XTKCL-XTkc

=6.505-3.875

=2.630 mΩ

折合到高壓側的電抗器電抗值XL為：

XL=XLLOW(U1/U2)2

=2.630×(35000/750)2

=5.727 Ω

因此所需串聯電抗器容量QL計算為：

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，結合60 t電弧爐原始設計電抗器容量，假設每級二次電壓下變壓器阻抗電壓≤7%(以7%計算)，依次計算每級供電電壓，結果最高不得超過675 V。考慮到變壓器、電抗器的安全運行，選擇恒功率長弧供電二次電壓650 V比較合理。計算過程同上。

3.4二次電壓650 V運行參數計算

二次電壓選擇650 V時，額定電流計算為：

I=45000/(1.732×650)=39.97 kA

電抗接入2#檔，即帶抗80%時，電抗器折算到二次低壓側的電抗值為：

XL=Q/3I12×0.8=2.722 Ω

XLLOW=XL/(U1/U2)2=0.94 mΩ

表2　優化后的60 t電爐供電制度

將變壓器和短網合成計算二次側電壓650 V時整個系統電阻RTkc、電抗XTkc、阻抗ZTkc為：

RTkc=RT+Rkc=0.63 mΩ

XTkc=XT+Xkc=4.815 mΩ

ZTkc=4.86 mΩ

有功功率計算：P=Ps×cosφ=36.9 MW

損失功率計算：PR=3I2RTkc=3.02 MW

電弧功率計算：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優化后的供電制度及效果

根據以上計算過程，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，優化后熔化期二次電壓增大，電弧長度明顯增加，將優化后的供電制度應用到實際生產中，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　結論

高阻抗電弧爐與普通高功率電弧爐的電氣設計及爐型設計不同，因此必須根據高阻抗電弧爐設計特點，制定相應的供電模式。根據60 t高阻抗電弧爐電氣設計原理及基礎設計數據，對其供電模式優化后，使噸鋼電耗降低，經濟效益明顯。

[1]張武成.鑄造熔煉技術.北京：機械工業出版社，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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