超高功率電弧爐變壓器的設(shè)計(jì)探討

王鑫

摘 要：除了電弧爐的容量之外，輔助能源、原料、生產(chǎn)步驟、冶煉品種以及冶煉工藝等多種生產(chǎn)方面的狀況都對電弧爐其變壓器的額定容量確定有一定影響。通過分析研究得到利用廢鋼當(dāng)做原料超高功率的電弧爐變壓器其額定容量P/kVA和變壓器的功率運(yùn)用率c2、噸鋼電耗W、出鋼量G以及總的通電時(shí)間t間關(guān)系式，而且給出二次電壓方面確定的方式。與高阻抗工藝相結(jié)合，給出了超高功率以及高阻抗的電弧爐電抗容量還有變壓器工藝參數(shù)方面確定方式還有對石墨電極其二次導(dǎo)體的截面積進(jìn)行確定的思路。

關(guān)鍵詞：超高功率；電弧爐變壓器；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TM924.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0290-02

1 引 言

因?yàn)橛脩舻纳a(chǎn)條件方面不一樣，就像是輔助能源、原料條件、生產(chǎn)步驟、冶煉品種還有冶煉工藝等，導(dǎo)致同容量的電弧爐變壓器其容量也是不相同的。除此之外，利用廢鋼作為原料電弧爐，特別為超高功率的電弧爐，他的變壓器一定要設(shè)置恒功率段來使得熔化和快速提溫的階段都可以使得大功率的供電得到滿足，就是說主熔化期以及完全埋弧期是采取低電流與高電壓，又使得快速升溫階段埋弧的不完全以及電弧暴露時(shí)期的高電流以及低電壓供電得到滿足。

2 電弧爐變壓器的額定容量

2.1 對變壓器的容量造成影響的原因

超高功率的電弧爐工藝需要不但變壓器的額定容量高，現(xiàn)實(shí)投入功率水平方面高，并且其變壓器的運(yùn)用率還得高，其工藝流程與工藝方面要得到相關(guān)的優(yōu)化，還有電弧爐方面產(chǎn)出的危害需獲得有效的限制。依照相關(guān)變壓器運(yùn)用率方面的表達(dá)式，得到變壓器其額定容量的表達(dá)式，該式能夠看出在電弧爐出鋼量和平均功率的因數(shù)在確定之后，其變壓器的額定容量只會(huì)受到通電時(shí)間以及電能單耗方面的影響。

2.2 電弧爐冶煉的周期

冶煉周期的長短與采用工藝、冶煉種類、操作工作人員的素質(zhì)以及裝備水平等方面有關(guān)。當(dāng)前，由于澆鑄系統(tǒng)其耐火材料的質(zhì)量，以及熱損失造成鋼水溫降等多方面的限制，導(dǎo)致單爐鋼水恰當(dāng)澆注的時(shí)間于50～70min。在需要采取下限的時(shí)候，這不僅需要使得變壓器的功率得到提升，并且還需要輔助能源方面的冶煉周期得到縮短的舉措。在連鑄周期得到確定后，該電弧爐冶煉的周期能夠近似的求到。

2.3 噸鋼電耗方面的確定

對于沒有任何廢鋼、全廢鋼方面進(jìn)行預(yù)熱工作的電弧爐，假若冶煉周期被定在65min，一定會(huì)考慮到采取超高功率方式對用氧進(jìn)行強(qiáng)化。通過計(jì)算得到，變壓器的時(shí)間運(yùn)用率是0.8，冶煉的周期到達(dá)65min的條件為，裝料與出鋼以及維護(hù)還有調(diào)電極等多項(xiàng)工作的時(shí)間被把控在13min之內(nèi)，使得通電的時(shí)間是52min。

氧化法對低合金鋼進(jìn)行冶煉，采取100%的廢鋼鐵，再配以碳1.5%以及爐渣3%，于電弧爐當(dāng)中進(jìn)行熔化而且加熱精煉到出鋼的溫度，其所需實(shí)際的總能耗是615kW/h（依據(jù)68%效率來進(jìn)行計(jì)算）。對這個(gè)爐的爐門碳以及爐壁燒咀進(jìn)行考慮，氧槍強(qiáng)化進(jìn)行供氧，其總吹氧量是45m3，再加上石墨電極的氧化，一共取代電能量是215kW/h。計(jì)算得到的噸鋼其實(shí)際電耗是400kW/h。

2.4 變壓器的額定容量

通過出鋼量G的計(jì)算，獲得了功率水平公式。在C2取到0.75時(shí)，而且把其他的已知數(shù)據(jù)代到式中，獲得功率水平是724kVM·t。就像是公稱容量為50t超高功率的電弧爐，其平均的出鋼量是55t，所需變壓器的額定容量是40000kVA。

因?yàn)樽儔浩鞯念~定容量比較巨大，為使得電壓閃爍以及無功動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償裝置其補(bǔ)償?shù)娜萘康玫綔p少，還有使得電耗和電極的消耗等得到降低，需考慮采取高阻抗工藝。

3 電弧爐變壓器的二次電壓

3.1 變壓器其最高的二次電壓

電弧爐的變壓器其最高的二次電壓和變壓器的容量是正比例關(guān)系。對于這個(gè)例子，容量是40MVA的變壓器，其回路的電抗取得3.6，對普通阻抗的電弧爐變壓器進(jìn)行計(jì)算最高的二次電壓大約是537～565V。

參照國家相關(guān)方面的標(biāo)準(zhǔn)，該40000kVA變壓器其最高的二次電壓是547V。該高阻抗其電弧爐變壓器的最高電壓方面的確定，應(yīng)當(dāng)是利用高阻抗的計(jì)算來對最高的二次電壓進(jìn)行確定。

3.2 二次電壓還有檔位

最低的二次電壓方面的確定其主要為對電弧爐的冶煉技術(shù)需要進(jìn)行滿足，由于當(dāng)前UHP電弧爐的冶煉技術(shù)已經(jīng)將還原期取消了，是氧化性的鋼水出鋼方式，所以最低的二次電壓不用過低。其最低的二次電壓大小應(yīng)當(dāng)使得電弧的長度比氧化末期的爐渣厚度低為標(biāo)準(zhǔn)。就像是這個(gè)例子的爐渣厚度大約是110，假設(shè)弧長是90mm（需保證弧長比渣厚小），則最低的電弧電壓為130V，就能夠用他來對最低的二次電壓進(jìn)行確定。除此之外，合適低二次的電壓對短路實(shí)驗(yàn)是有利的（由于短路電流和二次電壓是正比例的關(guān)系），從而對短網(wǎng)電的參數(shù)進(jìn)行確定，還有對電氣的特性進(jìn)行相關(guān)的研究。

二次電壓的級差在國外通常是采取恒壓差，其恒壓差對操作顯示以及計(jì)算剖析等方面是有利的，他的范圍是15～30V。

恒功率段和恒電流段的電壓范圍要依照冶煉技術(shù)方面的需要以及操作水平來進(jìn)行確定的。①恒功率段為使得熔化和快速提溫的期間得到滿足，不一樣時(shí)期都可以使得大功率的供電得到滿足，就是主熔化期間或者是完全埋弧的期間采取低電流以及高電壓的方式，又使得快速升溫時(shí)期的埋弧不完整或者是電弧暴露時(shí)期的大電流、低電壓的供電得到滿足。②恒電流段為使得精煉期的保溫以及調(diào)溫得到滿足的要求所在。就是使小電流、低電壓的供電得到滿足。③段間電壓，就是恒電流段中最高的電壓，他主要是考慮到兩點(diǎn)來進(jìn)行確定的：a.為使得非泡沫渣階段供電得到滿足，不可以過高；b.對裝置最大的載流量進(jìn)行一定的限制，但是不可以過低。

4 高阻抗的電弧爐

4.1 電抗器的容量

利用普通阻抗的電弧爐其阻抗當(dāng)做基礎(chǔ)，來實(shí)施高阻抗方面的計(jì)算，對這個(gè)50t高阻抗其電弧爐電抗器的容量還有抽頭的參數(shù)進(jìn)行確定，如表1。

這個(gè)電抗器是一個(gè)外附的電抗器，其串聯(lián)于變壓器的一側(cè)，是無載調(diào)節(jié)的，有著連續(xù)過載20%這樣的能力，需要裝置隔離開關(guān)以及接地開關(guān)。

對本例來說，增大電抗之后的電弧功率是不變的，其阻抗提升，電流下降、電壓上升，導(dǎo)致電極的消耗還有電耗得到有效降低，該電流的波動(dòng)減小45%，能夠使得電壓閃爍降低20%還要多，使得對電網(wǎng)方面的需要降低了，還使無功動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償容量減少。

4.2 變壓器的主要參數(shù)

依照高阻抗的計(jì)算，而且考慮到所增添的一個(gè)富裕電壓700V，該變壓器的主要工藝性能參數(shù)，表2。

5 石墨電極與水冷電纜等幾種二次導(dǎo)體的導(dǎo)電截面

由表2所示二次的額定電流，而且參照樣本還有標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)κ姌O與水冷電纜等幾種二次導(dǎo)體的導(dǎo)電截面進(jìn)行相關(guān)的確定。

（1）石墨電極方面。變壓器其二次的額定電流是43.99kA，其最大的工作電流是52.79kA，參照國產(chǎn)的電極產(chǎn)品產(chǎn)品，選取直徑為500r超高功率的石墨電極。

（2）水冷電纜方面。依照變壓器其二次最大的工作電流是52.79kA，且參照行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，其電流的密度是按照4.5A/rI來計(jì)算的，選取每相其兩根截面是6000II水冷電纜。

（3）其他的二次導(dǎo)體方面。截面是按照最大的工作電流52.79kA來實(shí)施設(shè)計(jì)以及制造的。

6 結(jié)束語

對還原性的鋼水出鋼其電弧爐變壓器的容量，得到這個(gè)方法依舊是適用的，這個(gè)時(shí)候需把變壓器的容量計(jì)算公式之中通電時(shí)間以及用電單耗分別變?yōu)槿刍耐姇r(shí)間以及熔化的電耗。

在對電弧爐的煉鋼兌上鐵水30～50%進(jìn)行考慮的時(shí)候，所介紹電弧爐變壓器的容量確定措施也是適用的。不過由于鐵水熱裝方面對于電耗的影響原因較多，就像是：鐵水溫度、熱裝比例、輔助能源的狀況以及吹氧量等多種，影響到冶煉周期的因素包含：供氧強(qiáng)度、鐵水溫度與熱裝比例以及輔助能源狀況還有吹氧量等多種。

參考文獻(xiàn)

[1]閻立懿.當(dāng)前超高功率的電弧爐工藝特征[J].特殊鋼，2001，22（5）：155～157.

[2]閻立懿，劉一心，李延智.高阻抗其電弧爐方面的設(shè)計(jì)[J].特殊鋼，2002，23（6）：40～41.

[3]朱苗勇，杜 剛，閻立懿.當(dāng)代冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005（01）：221～265.

[4]袁 平，王福利，毛志忠.sR電弧爐的熔化期內(nèi)供電優(yōu)化的模型[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，26（10）：930～933.

收稿日期：2018-6-24