電弧爐節能改造探討

劉繼偉，劉帥，劉俊祎

（重慶長征重工有限責任公司，重慶 400083）

我鑄鋼分公司有兩臺3t電弧爐，每爐平均出鋼水量7.3t，1#電弧爐變壓器容量2200KVA，2#電弧爐變壓器容量3200KVA。是我公司重點耗能設備。

以2019年為例：2019年我公司全年用電量5885.75萬kW·h，電費4097萬元，而鑄鋼分公司電耗2959萬kW·h占公司總耗電量的53%。鑄鋼電弧爐電耗1430.588萬kW·h，占鑄鋼公司電耗占比48.35%。

所以我們對鑄鋼公司電弧爐進行節能改造是非常有必要的。為此，我們根據2019年鑄鋼分公司電弧爐的冶煉數據，進行了一系列的比較、分析、計算、總結，再根據結論對1#電弧爐進行了相應的節能技術改造。

1 技術分析

本文主要以鑄鋼分公司2019年電弧爐生產中所記錄的真實數據為基礎，對冶煉過程中所涉及主要相關因素：設備、能耗進行分析，分析軟件主要采用的是Minitab軟件。

1.1 1#、2#電弧爐兩臺設備對比分析

相同點：液壓系統、水冷系統、除塵器、10kV高壓小車；導電橫臂裝置、爐蓋提升裝置、爐蓋旋轉裝置、電極升降裝置、爐體傾動裝置。

不同點，見表1：

表1 1#、2#電弧爐配置差異表

1.2 1#、2#電弧爐能耗對比分析

將2019年1#、2#電弧爐的統計能耗（噸鋼電耗）利用Minitab分析軟件進行分析對比，1#電弧爐平均電耗781.6kW/t，2#電弧爐平均電耗768.6kW/t，1#爐電耗更高。

1.3 1#電弧爐變壓器分析

據統計，鑄鋼分公司2019年1#電弧爐平均每爐煉鋼爐料7.3噸，變壓器為2200kV·A，熔煉期時間平均約為1.75h。而2#電弧爐變壓器為3200KV·A，裝爐量與1#電弧爐相同，熔煉期時間約為1.3h。

以1#電弧爐實際裝料量和熔煉時間，根據變壓器容量計算公式計算：

式中，P為電弧爐用變壓器額定容量，kV·A；q為熔化每噸廢鋼料及相應的渣料并升溫所需要的電量，q≈ 410kW·h/t；G為電弧爐裝入量；tm為預期的熔化時間，h；cosψ為熔化期平均功率因數，一般功率電爐取0.82～0.85；η為變壓器有功功率利用率，η=0.75～0.80；N為熔化期變壓器功率平均利用系數，N=1.0～1.2；

此計算結果可說明現1#電爐變壓器容量選配偏小。

依據電爐變壓器選型“取高不取低”的原則，按計算結果查標準應選擇變壓器容量為3200kV·A。

1.4 結論

通過以上對比、分析，得出結論：（1）在相同班組及物料的前提下，2#電弧爐比1#電弧爐更節能；（2）1#電弧爐的變壓器較小，需要更換成容量3200KVA的變壓器；（3）對1#電弧爐水冷電纜、短網、電極升降裝置進行技術改造，節能空間更具潛力；（4）對1#電弧爐控制系統和電極調節進行改造，采用PLC控制、PID調節，這樣會降低設備故障率，設備更節能。

2 設備改造和效果

根據我們前期分析、研究的結果，我們對1#電弧爐進行了針對性的改造。

2.1 變壓器

將1#電弧爐2200kVA的變壓器更換成容量3200KVA，提高了熔化期的冶煉功率，縮短了冶煉時間。具體見圖1、圖2。

圖1 改善前熔化期三相有功功率

圖2 改善后熔化期三相有功功率

2.2 水冷電纜

將原有的單相三根的水冷電纜更換為單相單根水冷電纜，新電纜采用了銅鋼復合爆炸成型技術，載流量更大，水冷電纜冷卻效果得到提升，在煉鋼期間，水電纜溫度始終在正冷常值范圍內。

2.3 導電橫臂

改造前導電橫臂與水冷電纜接頭采取螺栓壓接，在煉鋼時產生振動，緊固易出現松動，易產生打火現象。改造后采取螺栓壓接，并將接頭焊接。新接頭采取焊接形式，不易松動，增加可靠性。

2.4 10kV真空斷路器

改造前，因斷路器操作頻繁，真空斷路器操作機構經常損壞，或者真空斷路器動、靜觸頭經常燒壞。改造后，采用ZN119-12型，操動機構為永磁操動機構，機械壽命為120000次。

2.5 電氣控制

改造前，舊控制柜內線路雜亂，電氣器件老化，控制系統故障率較高。改造后，采用PLC控制，控制線路簡化，設備穩定可靠，故障率降低。

2.6 電極升降調節

改造前，采用的分離電路板，模擬電路調節電極升降。改造后，PLC替代分離電路板，采用PID調節，并將單純的電流反饋閉環控制改成根據負載阻抗閉環控制，從而使提高了冶煉時平均功率，同時還使冶煉過程中弧流更加穩定，縮短冶煉時間。具體效果見圖3（數據來源于公司能源管理平臺實時記錄）：

圖3 改造前后熔化期瞬時功率對比

改造前的熔化期功率平均值2886KVA，改造后，熔化期功率平均值為3216KVA。改造前，熔化期波動范圍從0～2551，波動平均值為781。改造后，熔化期波動范圍系降到0～2396，波動平均值733。

3 結語

本文中所采用的電弧爐數據全部來源于鑄鋼分公司真實生產記錄數據，以及公司2020年新投入使用的能源管理平臺的實時數據記錄。通過對比、分析、計算，為設備改造提供了可靠的數據支撐，使設備的改造更加切實可行。