电炉冶炼节能最权威

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1、电弧炉冶炼节能徐采栋院士（北京科技大学）2010年8月10日引言电弧炉炼钢之单元操作——电气运行特性电炉炼钢之反应工程学——过程的能量状况电炉炼钢之过程系统和流程学——流程的能量状况结语1引言电是一种方便、清洁的能源，电力工业的发展促进了电能在炼钢中的应用。用电——热转换技术为炼钢过程提供热量有多种方法，获得工业应用的主要有：电弧电磁感应等离子炬电子束电渣当前，在炼钢工业生产中占绝对统治地位的是电弧炉炼钢生产技术，一般情况下“电炉炼钢”即为“电弧炉炼钢”。电炉炼钢的功能在于将冷废钢加工成为成份和温度合格的钢水，其中包括了供能和冶金两方面的操作。讨论电炉炼钢的能量问题，包括三

2、个工程技术问题：（1）增加能量供应，包括电能和其它物理热和化学能，换取生产率（104t/a）的增加。电炉的公称容量由20世纪50年代的3~5吨，增至120~150t以上，大了40~50倍；主变压器容量由2000kVA左右，增至90~100MVA，也增大了近50倍；单炉的生产率由每年产钢数千吨增至每年产钢100万吨以上，增大了100倍以上，与之相应的能量供应也大大增加；（2）增加输入功率，包括电功率和单位时间内其它物理热和化学热的供应量，提高电炉炼钢的生产速率（104t/t-a），亦即缩短冶炼周期、提高生产节奏。20世纪50年代以来，电炉炼钢的冶炼周期由4小时降至1小时以内，

3、生产速率提高了4倍以上，年出钢炉次由不足2000次提高至10000次以上，增长5～6倍；（3）提高能量的利用效率，按占用电网的容量来计算为单位主变压器容量每年生产的合格钢水量，即变压器利用系数（104t/MVA-a）。每吨钢水所具有的热焓差异不大，电炉炼钢的节能实际是提高单位能量实现物质转换的效率。节电，实质上是提高单位电能生产的合格钢水量。2电弧炉炼钢之单元操作2.1电弧稳定燃烧条件（1）按电源性质可将电弧分为直流电弧和交流电弧两大类，工业应用的电弧大多数是交流电弧。理想的交流电弧的电压和电流为正弦波形，其电压、电流和极性随时间周期性地改变。交流电弧的电压和电流每一个周期

4、会改变两次方向，若采用50Hz电源，其电压及电流在1秒内通过0点的次数为100次，且改变方向。为了保证电弧的燃烧，两电极端面之间，应有一定数量的带电质点之，并要求有一定强度的电场、也就是应有一定大小的电弧电压。电弧开始燃烧的电压称为起弧电压或燃弧电压。若外电路电抗x＝0，电弧电流和电弧电压同相。在外电压U小于起弧电压时，电弧熄灭，电流为0。在时间横轴上，电源电压过0点的前后就有一段时间间隔，此时电弧是熄灭的，这就是交流电弧燃烧不稳定的根源。为了不灭弧，要求电路有一定的感性，在炼钢情况下，要求的理论值是功率因数cos≤0.866。（2）交流电弧炉炼钢过程中产生谐波的主要原因：

5、①电弧的电阻不恒定，造成电弧电流的非正弦畸变。②交流电的正负半周中石墨电极和钢交替做阴极和阳极，电流的正负两个半周的波形不对称，形成偶次谐波。③三相电弧不均匀，导致三次谐波。④供电系统连结的各种谐波源导致各种谐波的形成。实测的电流波形和相应的谐波构成南钢100t/60MVA电弧炉2.2三相交流电路在工程技术中要求交流电弧炉炼钢过程的三相不平衡均值小于5％，大型三相交流电炉炼钢过程的实测结果表明：电流、电压和功率均符合三相平衡的工程技术要求。三相不平衡实测结果，南钢100t/60MVA高阻抗电弧炉电流，A电压，kV有功功率，kW无功功率，kVAR视在功率，kVAA相1176.

6、730.68165011250220762B相1139.230.81160641237620343C相1165.630.59166081190320494平均值1160.5030.69163911226020533标准差19.260.11288.20315.81212.21标准差比1.66%0.36%1.76%2.58%1.03%2.3交流电炉炼钢过程电气运行电工原理根据电工学原理和电炉主电路的有关数据，对给定的次级电压、线路电阻和电抗得到电弧功率、变压器有功功率、无功功率和视在功率及其他有关重要的运行参数随电极电流变化的曲线图，称之为电炉炼钢过程的理论电气运行曲线，利用该

7、曲线图中可以得出允许工作电流范围。将炉子变压器各级次级电压下的电气运行情况可绘成电气圆图，电气圆图定量地给出了电弧炉的操作区间。2.4现代电炉炼钢过程的实际电气运行特性（1）20世纪60年代，超高功率电炉的出现使电弧炉炼钢得到飞速发展，大型化、超高功率化成为现代电炉炼钢的主流。现代电炉主变压器容量，达到60~100MVA。为了提高炉子的工作效率、避免电极电流过大，电弧炉的操作方式发生了改变。其特征是：高功率因数、高电压、低电流操作，如图2-3和图2-4所示。图2-4超高功率电炉与小电炉电气运行特性的比较图2-310