电弧炉炼钢.doc

一、我国钢铁现状 随着我国经济力量的不断增强,逐渐已成为钢铁大国. 在2000-2003年，钢产量与钢材消费量的年增长率平均超过了20，是1990-2000年平均增长量的491倍。截至2003年，我国钢铁积蓄量为19.5亿吨。如果2007年以后，我国钢产量稳定在35亿吨，则2010年我国供炼钢使用的废钢量可达9883万吨年。如果此时将电炉钢的比例提高到25，即8750万吨年，电炉使用的废钢量为7000万吨年。由于我国人口众多，人均钢铁占有量又是在世界上最少的国家之一。因此今后对钢铁的需求量还会不断的增长。尤其对工业中有特别要求的钢的需求量更是迫切要求，如弹簧钢、轴承滚珠钢、不锈钢、高温高强度钢（高锰）等等。 二、电弧炉炼钢 在国际上，电弧炉装备技术的发展大体经历了以下几个价段：20世纪70年代，常规交流超高功率电炉及其配套技术的开发应用，使电炉的生产效率大大提高，技术经济指标大大改善；20世纪80年代，直流电弧炉得到大规模工业应用；20世纪80年代后期至90年代中期，利用高温废气对废钢和CO进行预热后再燃烧的技术，以及用化学能代替部分电能的各种节能电炉技术被成功开发并应用。 我国电炉炼钢在20世纪80年代以前一直处于落后的状态。当时，全国有3000多座容量为3吨30吨的小电炉，功率水平普遍不大于350kVAt。这些小电炉多采用落后的“老三段”冶炼工艺(即在电炉内完成熔化、氧化、还原三步冶炼任务)，电炉生产效率低、产品质量差、能源消耗高、生产过程污染严重。 我国电炉钢生产能力在90年代得到发展，在90年代中期的2000万吨年，提高到2002年的4035万吨/年。与此同时，电炉炼钢产品的技术经济指标也明显改善，如2003年，舞阳钢铁公司90吨电炉的技术经济指标已全面超越了当时国际上指标最先进的德国巴登钢厂。 三、电弧炉用电 电弧炉用电在不同的国家略有不同，如欧美采用1000KVA/吨，日本采用800KVA/吨，我国一般采用600KVA/吨。若一座20吨电弧炉一般变压器容量为S=600KVA/吨20吨=12000KVA左右即可。 电弧炉炼钢一般分为熔化期、氧化期和还原期大致三个过程。氧化期和还原期又可分称为精炼期。目前电弧炉炼钢一般都采用废钢处理和加工及炉内吹氧和微电子控制电极升降。因此整个冶炼时间大大缩短，电成本大大减少，一般为450度550度/吨钢电耗。 四、电弧炉炼钢对供电电网的要求和影响 现代电弧炉的基本功能是将尽可能多的把电功率输入到熔池内，以获得高的生产率和低的物料、能量消耗以及好的环保指标，炼钢电弧炉按每吨钢平均变压器额定容量或单位炉膛面积平均变压器额定容量分普通功率、高功率和超高功率，主要目标是提高生产效率和降低成本。一般电弧炉变压器容量较大，从几万千伏安到十几万千伏安，为了能输送较大功率和尽量减少损耗，因此电炉变压器一般都采用35KV电压等级进线，上一级总降变电所一般都采用110KV或220KV电源进线，其容量大于电弧炉容量的5倍。 电弧炉从电网获得电能，其中一部分转化为有用的热能，而另一部分为无功能量，电弧炉在正常熔化时功率因数仅为0.78，但在冲击时，功率因数甚至可以降低到0.3，这样会引起母线电压严重降低，电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使生产效率下降。 交流电弧炉在炼钢工程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波，对电网造成干扰。其主要原因有： 电弧的电阻值不恒定，并且在交流电弧的半个周期中电弧电阻也在变动，这造成电弧电流的非正弦畸变。 交流电的正负半周换相，石墨电极和钢交替作阴极和阳极，因不同材料发射电子能力不一样，故使电流的正负两个半周的波形不对称，造成偶次谐波。 三相电弧不均衡，导致3次谐波。 所以电弧炉产生的谐波主要有2次、3次、4次、5次、7次、11次等高次谐波，谐波含量最严重的是2次和3次，其次是5次。 电弧炉变压器在整个冶炼过程中，频繁的出现冲击过载和进线开关多次地出现跳闸合闸。在熔化期由于坍料电极经常出现短路，因此电流冲击在额定值的4倍以上，变压器严重过载。并会产生高伏值的过电压。常常会使开关和滤波器爆炸烧毁。 同时有电弧炉的电网会出现电压波动闪变，不平衡，严重影响供电电网的电能质量。 五、电弧炉产生谐波的危害 谐波对变压器的影响 谐波对变压器的主要影响是温度的增加和损耗的增大，当负荷含有谐波电流时，通过阻抗形成谐波电压，谐波电压在铁心叠片中将产生涡流电流，使其产生发热和损耗，这部分损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方成正比增加。进而导致了变压器基波负载容量下降，在早些年运行中的变压器，运行几年都是很正常，但随着近几年电力电子装置的增多，有些变压器的基波容量明显不够，并且发热量和噪声明显增加，这里就有由于谐波的干扰而造成的。 当负载含有大量的三倍频谐波时，即零序谐波时，其谐波电流在变压器的线圈和铁心中形成环流，如果变压器二次没有中性点或中性点不接地，则这些谐波磁链在箱体和铁芯中引起附加发热，如果中性点接地，则会在中性点汇集大量的3倍频谐波电流，引起负载不能正常运行。谐波对电动机的影响 谐波同样使电动机的温度增加和损耗的增大，主要表现在谐波频率下的铁损和铜损的增加，谐波电压畸变将引起电动机的效率下降、振动和噪音增加。 对于一些多台电动机的传动设备，要求这些电动机的速度和转矩必须保持一致，不同的运行速度和转矩将导致产品质量的下降，更为严重的是使整个工件报废，由于谐波含有各种特殊的频率的谐波电流，所以会产生一定的附加转矩，谐波的干扰就会使上述情况发生。 谐波对电力电容器的影响 早期的无功补偿大部分采用了串联了0.5%、1%、5%、6%电抗率的电抗器，0.5%、1%电抗率的电抗器只是作为限制合闸涌流用，对谐波没有什么吸收作用，5%、6%电抗率的电抗器对5次以上谐波有一定的吸收作用，可是效果不大，并且忽略了3次谐波的影响，电容器补偿装置盲目串接5%、6%电抗率的电抗器后，引起了三次谐波的放大甚至发生谐振，因此经常发生电容器或电抗器烧毁事件，所以在选型设计时一定要小心。 谐波对电能计量和电子设备的影响 谐波对模拟式仪表和电子式仪表在计量方面产生误差。 模拟式仪表在绕组和圆盘中会出现谐波电流或涡流，由于谐波电流或涡流的存在，在圆盘上产生转矩，使电能表反映出谐波功率，进而使计量产生增加，使生产用户会因谐波的存在而增加费用。 电子式仪表会把有害的谐波功率和有益的基波功率同等对待，所以据一些参考资料它的计量误差大于感应式电能表。 谐波对电子设备的影响主要是由于谐波电压或谐波电流的零点和峰值发生变化，即不是真正的零点和峰值，常会使控制电路出现误动，使控制系统控制失败，进而会使整个系统发生崩溃。 六、对电弧炉供电电网的治理 减少电弧炉对供电电网的影响主要有三点： 1、 提高供电电源的电压等级，主要目的是提高与电网公共连接点的短路容量，使其对电网和自身的影响在允许的范围内，这一点可以通过设计的角度来解决。 2、 装设滤波器，主要原因是滤波器可以很好的吸收谐波和补偿系统的无功。 3、 装设限流电抗器，限制电弧炉在冲击时产生的大电流（厂家可根据情况选择） 1点和3点都可以从设计的角度考虑采用，但2点在电弧炉设备中是必须装设的。我们可以从以下几个方面进行治理和比较各种方案的投资和优缺点，以供客户参考。 各种方案的对比： 类型调谐补偿FCTCR+FCRSVG电容补偿滤波性能差好好好无无功功率控制分级分级连续连续分级灵活性一般一般好高一般故障率低低高低低闪变改善情况无无一般好无项目投资很少少高高很少自身产生谐波无谐波无谐波含高次谐波很少谐波放大谐波电弧炉的谐波成分及含有率 电弧炉的谐波次数234571113等高次谐波含有率 （统计）7.7%5.8