60 t高阻抗电弧炉供电制度优化

马腾霄　李　笑

(中国第二重型机械集团公司，四川618013)



生产技术

60 t高阻抗电弧炉供电制度优化

马腾霄李笑

(中国第二重型机械集团公司，四川618013)

根据高阻抗电弧炉电气设计原理及60 t电弧炉基础设计数据，对其供电模式进行重新计算与优化，使热效率提高，平均吨钢电耗降低约44 kWh，经济效益显著。

高阻抗；供电模式；热效率；优化

60 t电弧炉是引进先进技术新建的一台高阻抗电弧炉，相比普通电弧炉这种高阻抗电弧炉设计中主要存在以下两点不同：

(1)提高了电炉变压器二次电压，降低了二次电流，因此必须选择合理的电抗值进行匹配，使得冶炼时功率因数在0.82～0.84区间，保证燃弧稳定。

(2)由于二次电压的提高，炉膛直径相比普通电弧炉大，因此必须选择长弧冶炼。

由于高阻抗电弧炉以上的两个特点，使高阻抗电弧炉供电制度与普通电弧炉存在一定的差异。因此就不能将普通电弧炉的供电思路，直接应用到高阻抗电弧炉上，必须重新计算设计，建立起一套适用于高阻抗电弧炉的供电模式。

1　优化前供电制度

优化前参考普通电弧炉供电制度建立的60 t电弧炉供电制度如表1所示。

表1　优化前60 t电弧炉供电制度

2　存在问题

由于优化前的供电制度，在熔化期采用6/3的恒电流供电模式，电弧短，热效率低，因此常出现以下问题：

(1)冷区炉墙挂料严重

炉墙挂料严重，挂料部位大多集中在EBT及其附近两侧，且经常是一些大块重型废钢，这样一是导致出钢眼上方由于有残钢，出钢眼无法全部目视到，在填充出钢眼引流砂时就保证不了质量，严重时引起出钢眼漏钢事故；二是有可能导致出钢量不够，引起炉后钢水量不足，影响生产安排及钢锭质量；三是如果挂料较多，出钢过程中这些挂料掉入钢水中容易引起成分超标或低温钢，甚至堵塞出钢眼。

(2)冶炼时间长，能耗较大

由于炉墙挂料原因，出钢前这些挂料经常塌料引起炉内残余或有害元素超标，操作者只能进行重新造渣进行有害元素的去除，因此，操作时间延长，电耗增加。

3　优化供电制度

针对以上问题，按照高阻抗电弧炉电气设计原理及基础设计数据对60 t电弧炉供电模式进行重新计算与优化。

3.160 t电弧炉电气基础设计数据

变压器的主要技术参数：

额定容量：45 000 kVA+9 000 kVA

一次额定电压：35 kV

一次额定电流：742.3 A

二次额定电压：750 V～650 V～450 V

750 V～650 V，恒功率输出

650 V～450 V，恒电流输出

二次额定电流：39.97 kA

二次最大电流：46.534 kA

第一级阻抗电压：≤7.97%

接线方式：Y，dⅡ

电极：直径500 mm，高功率

短网的技术参数：

阻抗值：≤0.63+j3 mΩ

三相阻抗不平衡度：≤4.5%

短网阻抗：Zkc≤3.065 mΩ

串联电抗器主要技术参数为：

额定容量：7 500 kvar

网路电压：35 kV

额定电流：742.3 A

各级容量：100%～80%～60%～40%～20%～0%

上述数据是设计单位提供的各主要电气设备参数，根据高阻抗电弧炉主电路设计思路，利用变压器、短网电气参数来选择各个电压等级下的串联电抗值、电弧功率、弧长、短路电流等参数。

3.2恒功率供电所需电抗计算

以恒功率段最高电压750 V为例进行计算：

变压器电抗XT=U22Uk%/PS[1]=7502×7/45000×100=0.875 mΩ

由于设计单位未给出变压器的空载铜损，可以近似认为变压器空载铜损为0 mΩ(变压器铜损一般很小)，所以变压器阻抗ZT=XT=0.875 mΩ。

将变压器和短网合成计算整个系统电阻RTkc、电抗XTkc、阻抗ZTkc为：

ZTkc=3.926mΩ

有了上述数据后，根据高阻抗电弧炉的设计思路：提高电弧电压，加大电弧的阻性负载来补偿电抗器的感性负载，使之达到一个理想的功率因数值。参考国外资料，高阻抗电弧炉的合理功率因数在0.82～0.84范围内。从设计单位提供的供电参数上看，60t电炉在各个档位电压下，电流达到设计额定电流时功率因数为0.82～0.83(恒功率段为0.82；恒电流段为0.83)。根据稳定燃弧的条件，包括电弧在内的整个送电系统的总阻抗Zmain应该为：

Zmain=U2ph/I2

=750/(1.732×34.64)

=12.501mΩ

根据阻抗三角形，主回路运行电抗为：

Xop=Zmain×sinφ

=12.501×0.5724

=7.155 mΩ

主回路短路电抗为：

XTKCL=Xop/KOP=7.155/1.1=6.505 mΩ

根据上述值计算串联电抗器等效低压侧电抗值XLLOW如下：

XLLOW=XTKCL-XTkc

=6.505-3.875

=2.630 mΩ

折合到高压侧的电抗器电抗值XL为：

XL=XLLOW(U1/U2)2

=2.630×(35000/750)2

=5.727 Ω

因此所需串联电抗器容量QL计算为：

QL=3I12XL=3×742.32×5.727=9468 kvar

3.3恒功率供电最高二次电压选择

以变压器二次电压为基础，结合60 t电弧炉原始设计电抗器容量，假设每级二次电压下变压器阻抗电压≤7%(以7%计算)，依次计算每级供电电压，结果最高不得超过675 V。考虑到变压器、电抗器的安全运行，选择恒功率长弧供电二次电压650 V比较合理。计算过程同上。

3.4二次电压650 V运行参数计算

二次电压选择650 V时，额定电流计算为：

I=45000/(1.732×650)=39.97 kA

电抗接入2#档，即带抗80%时，电抗器折算到二次低压侧的电抗值为：

XL=Q/3I12×0.8=2.722 Ω

XLLOW=XL/(U1/U2)2=0.94 mΩ

表2　优化后的60 t电炉供电制度

将变压器和短网合成计算二次侧电压650 V时整个系统电阻RTkc、电抗XTkc、阻抗ZTkc为：

RTkc=RT+Rkc=0.63 mΩ

XTkc=XT+Xkc=4.815 mΩ

ZTkc=4.86 mΩ

有功功率计算：P=Ps×cosφ=36.9 MW

损失功率计算：PR=3I2RTkc=3.02 MW

电弧功率计算：Parc=P-PR=33.88 MW

电效率：ηE=Parc/P×100%=92%

电弧电压Uarc=Parc/(3I) =283 V

3.5优化后的供电制度及效果

根据以上计算过程，选择最佳的60 t电炉供电制度如表2所示。

由表2可以看出，优化后熔化期二次电压增大，电弧长度明显增加，将优化后的供电制度应用到实际生产中，很好的解决了上述炉墙挂料及电耗较大的问题。吨钢冶炼电耗平均降低约44 kWh。

4　结论

高阻抗电弧炉与普通高功率电弧炉的电气设计及炉型设计不同，因此必须根据高阻抗电弧炉设计特点，制定相应的供电模式。根据60 t高阻抗电弧炉电气设计原理及基础设计数据，对其供电模式优化后，使吨钢电耗降低，经济效益明显。

[1]张武成.铸造熔炼技术.北京：机械工业出版社，2004：336-338.

编辑杜青泉

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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