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炼钢炉/冶金机械 |
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中钢50t电弧炉炼钢生产实践分析 |
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现代电弧炉采取了诸如氧燃助熔、铁水热装及废钢预热等多种新技术用于增加化学热或物理热的能量输入，但电能仍占总能耗的60％一70％，是电弧炉炼钢的主要能量来源，供电制度是其操作工艺中最为重要的一项。因此研究电弧炉炼钢合理供电技术，对于降低电耗、提高生产率具有现实意义。
2003年6月3日，中钢公司炼钢厂50t电弧炉开始采用铜钢复合导电横臂电极把持器。自6月3～30日，共冶炼钢水约1.9万t，平均EBf电弧炉冶炼电耗约446kW.h/t。与5月的生产数据相比，平均电耗增加约29kw.h/t。为找出电耗增加的原因，本文从电弧炉炼钢供电制度角度进行了分析。
工程背景
中钢公司50 t电弧炉采用额定功率为40MV.A变压器，一次电压为33 kV，二次电压为600～200V，共22档，电极升降系统为直流电机带钢丝绳卷扬系统，强化用氧设备主要有：炉门碳氧枪(流量为1 500m3/h（3上标）)、3只炉壁油氧枪(每只功率为2.5 MW)、1只炉门油氧枪(功率为3 MW)、炉后EBT冷区有1只超音速氧枪(流量为5003/h（3上标）)。2003年6月3日，将原有的水冷导电铜管改为铜钢复合导电横臂。 目前主要生产的产品有Q235、45～75号优质碳素钢。
现场测试方案及过程
电弧炉电气运行是电弧炉炼钢生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电弧炉炼钢生产的各项技术经济指标。超高功率电弧炉炼钢过程中合理的电气运行制度是其最基本的工艺制度之一，合理的电气运行制度，不仅对操作顺行是必要的，而且有助于降低电耗、电极损耗和耐材侵蚀，缩短冶炼周期，带来良好的经济效果。因此，研究电弧炉的合理电气运行制度很有必要。研究电气运行制度，首要的一点就是测量电弧炉炼钢过程中的电气参数。
为取得中钢公司50t电弧炉供电参数，必须对该电弧炉的供电主回路系统的电力参数进行采集，并确保其精确可靠。用两台PowerLogic2000电力参数线路监控仪表-CM2250来测量电弧炉多种电气参数。这种仪表是较为先进的智能仪表，可同时测量多种电气参数，精度为0.2级。测量原理如图1所示。在测量点上同时测量以下参数：三相线电压、三相相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数。两台仪表同时采样，每组数据时间间距为1 min。测量时间为每炉钢开始通电到出钢的全过程。本次测量只测了电弧炉变压器一次侧电气数据。
图1 电弧炉供电回路测量原理图
测量从2003年7月6日下午4点开始，到2003年7月10日上午11点结束，共进行了4天。测量过程中，电弧炉分别在22、21、18档电压下运行。在测试过程中，利用CM2250的电力参数监控功能，对电弧炉冶炼过程的三相弧流及三相功率进行了监测，并及时调整控制各相弧流的电位计，使三相弧流及三相输入功率趋于相等，同时对电极调节的灵敏度进行了调节，使电能得到有效利用。测试过程中，由于电弧炉变压器一次侧的电压互感器的B相有过电流，使得测量过程中B相数据测试持续一段时间其电压互感器的熔断器就熔断而使测量数据失真。后采用并联电容器的方法，使测试能够顺利进行。
实测数据分析
定义每次采集的数据为一组。由于测量是连续进行，测量的数据包括了通电时间和非通电时间的所有数据。在数据处理中，非通电时间的测量数据对研究没有实际意义，必须对其进行剔除，同时由于B相电压互感器的熔断器熔断而造成数据失真的这部分数据也应该剔除。剔除后的数据为1 538组。实际得到的数据构成见表1。表1 中钢50t电弧炉电气运行实测数据构成
 从测取的数据中选取18档、21档及22档下稳定运行时的各电气运行参数，并根据炉前的配电记录，对不同电压档位的数据进行分类并分别处理。各参数的平均值见表2。表2 测试结果（变压器一次测）
 由表2可看出，18档电压下功率因数较稳定，平均有功功率也最高，约为2.5MW。另外，电弧炉在最高电压档位下运行时电弧炉的输入功率并不是最高的。如22档时，视在功率为25840kW，有功功率为22959 kW，没有18档时对应的视在功率29266kW和有功功率24924 kW高。从功率因数看，电弧炉在高电压档位下运行时功率因数偏高(22档为0.893)，电弧燃烧不稳定，容易引起频繁的断弧现象。因此要保证电弧炉的高效运行，冶炼时必须选用合适的工作点。
电弧炉运行结果及分析
1 采用导电横臂后的供电制度变化
由于电弧炉采用铜钢复合导电横臂，系统短路电抗下降。以22档电压(600V)为例，作出电极电流与有功功率关系图，如图2所示。当系统短路电抗下降时，系统的短路电流会增大，产生跳闸现象。
图2 电极电流与有功功率的关系
由图2可以看出，当系统的短路电抗下降以后，在相同的电极电流时同一档位下变压器的输出有功功率明显增加，这也是采用铜钢复合导电横臂的优点。但在供电系统参数改变的条件下，工作点发生了变化，此时的供电制度就需要调整。
同理各档电压下的有功功率与电极电流的关系都如此。这样就可以得到如下认识，在电弧炉供电系统短路电抗下降的情况下，不应选用原有的高档电压工作点，电弧炉炼钢主熔化期的电压档位适当下调一档或两档。因此，不推荐使用22档的工作点，建议采用18～2l档的工作点。另外，在上述各档电压下也要防止弧流过大造成的过流现象。
2 采用合理供电制度的生产效果
2003年7月7日下午4点，电弧炉炼钢主熔化期供电电压由原来的22档改用18档，进行一炉试验，该炉次电耗为19600kW.h左右。在以后的炉次中，基本不用22档炼钢，电耗水平明显下降，由试验前的平均每炉次23000 kW.h降为平均每炉次21 000kW.h左右。
以2003年8月S日全天生产的生产数据为例进行说明。当天共冶炼18炉，由于设备或其他热停工时间为200min，平均冶炼时间为69min，EBT冶炼电耗为378 kW.h/t，LF冶炼电耗为75kW.h/t，氧耗为49.8m3（3上标）。同比与改造横臂以前的指标相近，并有所降低。
结语
(1)推荐使用18～21档的工作点，采用高档位时，弧流不宜过大。否则超过电弧炉变压器的额定值，变压器长期过载，会影响其使用寿命。
(2)建议随着原料条件的变化及系统阻抗变化时，选用合适的工作点。技术人员应对不同的原料结构及系统状态，制定合理的供电曲线。(end)
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(3/16/2007) |
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