1、电弧炉炼钢合理供电新技术1电弧炉炼钢合理供电技术电弧炉炼钢合理供电技术电弧炉炼钢合理供电新技术21 超高功率供电 电弧炉的电气运行理论和操作技术的电弧炉的电气运行理论和操作技术的不断进步：近期采用不断进步：近期采用“高电压、长电弧、高电压、长电弧、高功率系数高功率系数”的操作制度；的操作制度；炉衬的热负荷大幅度增加，相应的技炉衬的热负荷大幅度增加，相应的技术发展有：提高耐材质量、水冷炉壁、术发展有：提高耐材质量、水冷炉壁、泡沫渣等；泡沫渣等；电弧炉炼钢合理供电新技术3 二次回路的电流强度大大增加，降二次回路的电流强度大大增加，降低回路阻抗和进一步改善三相平衡成了低回路阻抗和进一步改善三相平衡成
2、了重要问题；重要问题；熔炼工艺的变化：为了充分利用变熔炼工艺的变化：为了充分利用变压器的能力，传统的电弧炉三期操作消压器的能力，传统的电弧炉三期操作消亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉；亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉；电弧炉炼钢合理供电新技术4 电弧炉机械结构、自动化系统不断电弧炉机械结构、自动化系统不断进步，促进了高效、优质、低成本三方进步，促进了高效、优质、低成本三方面综合发展，如底出钢技术，过程计算面综合发展，如底出钢技术，过程计算机控制；机控制；熔炼周期缩短，物料输送和试样化熔炼周期缩短，物料输送和试样化验等负担大大增加。验等负担大大增加。电弧炉炼钢合理供电新技术5AC炉的变压器功率电
3、弧炉炼钢合理供电新技术6DC炉的有效功率电弧炉炼钢合理供电新技术72 2 合理供电技术合理供电技术 60年代 400kVA/t RP-EAFMC 30MVA/特殊钢,合金钢 冶炼周期:180min 吨钢电耗:630kwh/t 电极消耗:6.5kg/t 低电压 大电流 短弧 80年代 700kVA/t 90年代 800kVA/t 70年代 500kVA/t UHP1-EAFLFCC(S)BR 50MVA/30万吨/棒线材 UHP2-EAFLFCCR 70MVA/50万吨/扁平材,管材 UHP3-EAFLFCCCR 100MVA/100万吨/纯净钢,热带 冶炼周期:40min 吨钢电耗:230kw
4、h/t 电极消耗:1.1kg/t 低电压 大电流 更短弧 高电压 小电流 长弧 更高电压 小电流 更长弧 烧嘴 二次冶金 水冷炉壁 DRI LF/EBT 泡沫渣 竖炉/用氧 双炉壳 连续加料 年代 功率级别-400kVA/t 流程变迁 变压器容量/产品 技术指标进步 相关/配套技术 电气运行 电弧炉炼钢合理供电新技术82.1技术背景近年电炉钢比约15%，约3200万吨/年大于50t/35MVA电炉已有50余座投产引进大型电炉，约计45亿美元电炉电耗约占总能耗的60 70%电弧炉炼钢合理供电新技术92.2技术路线基于大型交流电弧炉现有装备基于大型交流电弧炉现有装备电气运行合理化电气运行合理化充分
5、发挥主变压器的能力充分发挥主变压器的能力达到高效、节能的目的达到高效、节能的目的电弧炉炼钢合理供电新技术102.3技术原理电炉变压器电弧炉BAPCC 220kV降压变压器电抗器2.52欧炉 前三总降高阻抗电弧炉主电路电弧炉炼钢合理供电新技术11合理供电技术的电工学基础电弧炉炼钢合理供电新技术12 电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式（电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式（1）电弧炉炼钢合理供电新技术13电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式（电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式（2）表表观观功功率率MVA 电电弧弧功功率率MW 电电弧弧电电阻阻m 电电弧弧电电压压V电电弧弧弧弧长长mm耐耐火火材材料料损损耗耗指
6、指数数V.MW/mm222QPS23rIPParcrRROParcarcarcRIU40arcarcUL2/)(LPURarcarcE电弧炉炼钢合理供电新技术14电弧炉电气特性曲线 970V,X=4.160102030405060708090100110120051015202530354045505560657075电流，kA功率，MVA0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.001.05功率因数cosSQPParc电弧炉炼钢合理供电新技术15超高功率电弧炉与小电炉电气
7、运行的比较超高功率电弧炉与小电炉电气运行的比较电弧炉炼钢合理供电新技术16高阻抗与普通阻抗电弧炉比较高阻抗与普通阻抗电弧炉比较01020304050607080901001101200102030405060708090100电流，kA功率，MVA0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.1功率因数普通阻抗高阻抗 SQPcosParcI2=35.7kAI2=50.9kAcos=0.84电弧炉炼钢合理供电新技术172.4关键技术 确定电气运行的基本参数确定电气运行的基本参数 操作电抗的非线性操作电抗的非线性(测定、建模测定、建模)可操作可操作(S,PF)(S,PF)的
8、工作点总表的工作点总表 优化供电曲线优化供电曲线电弧炉炼钢合理供电新技术18确定电气运行的基本参数确定电气运行的基本参数电炉变压器电抗器电弧炉b计算机CM-2250CM-2350RS-485/232 转换口a互感器(CT PT)互感器(CT PT)c互感器(PT)CM-2250电弧炉炼钢合理供电新技术19SchneiderSchneider线路监控仪线路监控仪(211(211专款购置专款购置)型号：型号：CM-2250 2台台 CM-2350 1台台精度：精度：0.2级级软件：软件：SMS-1500记录：笔记本电脑记录：笔记本电脑功能：硬件、软件功能：硬件、软件(下页下页)电弧炉炼钢合理供电新
9、技术20功能表n硬件功能硬件功能 Power Logic2000Power Logic2000电力参数线路监控仪是一种电力参数线路监控仪是一种多功能数字仪表，集数据采集、控制设备于一体，多功能数字仪表，集数据采集、控制设备于一体，能替代多种仪表、继电器、传感器及其它元件。能替代多种仪表、继电器、传感器及其它元件。n软件功能软件功能 SMS-1500SMS-1500软件支持各种实时数据显示，包括表格、软件支持各种实时数据显示，包括表格、直方图和模拟表盘等。直方图和模拟表盘等。SMS-1500SMS-1500软件面向客户，软件面向客户，包括创建用户表格，增添电气参数等。包括创建用户表格，增添电气参
10、数等。电弧炉炼钢合理供电新技术21建立电抗模型的基点建立电抗模型的基点(1)(1)基波基波5050赫兹的含有各次谐波的正弦波赫兹的含有各次谐波的正弦波 (2)(2)运行中运行中三相不平衡系数为三相不平衡系数为1.66%1.66%(3)(3)要求模型满足电弧炉电极电流从开路到要求模型满足电弧炉电极电流从开路到短路的过程中，操作电抗随电极电流的短路的过程中，操作电抗随电极电流的变化服从一种变化规律变化服从一种变化规律(4)(4)模型与谐波分析有较好的吻合模型与谐波分析有较好的吻合电弧炉炼钢合理供电新技术22电气圆图电气圆图02040608010012002040608010012014016018
11、0200220240260无功功率Q（MVar）有功功率P（MW）cos=0.866cos=0.1SeImax电弧炉炼钢合理供电新技术23可操作的工作点总表工作电流工作电流Curve 1Curve 2Curve 3Curve 4Curve 5Curve 6级别级别U2SPFSPFSPFSPFSPFSPF221050430.919450.908480.897510.886530.874550.862211004450.911480.9480.888500.876530.863550.84920962430.903450.891480.878500.864530.850550.8351992443
12、0.894450.881480.866500.852520.836550.8218888430.885450.870470.855500.838520.821550.80417855420.874450.858470.841500.824520.805540.78616825420.862450.845470.826500.807520.786540.76515800420.851450.833470.813500.792520.769540.746电弧炉炼钢合理供电新技术24制定电弧炉炼钢供电制度的基本原则制定电弧炉炼钢供电制度的基本原则以安全、稳定、高效运行为依据，选择供电曲以安全、稳定、
13、高效运行为依据，选择供电曲线的电气运行工作点。即要求：线的电气运行工作点。即要求：表观功率表观功率 S SS SF F 功率因数功率因数 0.840.85 0.840.85 0.750.75 电弧功率近可能大电弧功率近可能大 Max PMax Parcarc设定电能需求量和各阶段时间长度。要求总通设定电能需求量和各阶段时间长度。要求总通电时间符合生产节奏要求。电时间符合生产节奏要求。尽量简化供电曲线，减少有载切换电压级别次尽量简化供电曲线，减少有载切换电压级别次数。数。电弧炉炼钢合理供电新技术25优化的供电曲线051 01 52 02 53 03 54 04 55 00481 21 62 02
14、 42 88 m in4 m in3 m in5 m in2 m in5 m in2 m in5 m in2 m in1 9/61 8/62 1/61 5/51 8/62 1/61 5/51 8/61 5/5(精炼 )(二 次 料 )(加铁 水)(一次 料 )供 电 时 间 m in 电压级 别/电流 级 别 V/A 电弧炉炼钢合理供电新技术263 3大型电弧炉炼钢供电制度的研究大型电弧炉炼钢供电制度的研究(1)(1)天津钢管公司天津钢管公司150t/90MVA150t/90MVA超高超高功率电弧炉功率电弧炉(2)(2)抚顺特殊钢公司抚顺特殊钢公司50t/35MVA50t/35MVA超超高功率
15、电弧炉高功率电弧炉(3)(3)南京钢铁集团公司南京钢铁集团公司70t/60MVA70t/60MVA高阻抗电弧炉高阻抗电弧炉电弧炉炼钢合理供电新技术27炼钢过程中电气运行状态的评价炼钢过程中电气运行状态的评价 测量精度的评价测量精度的评价 三相电压、电流、有功、无功、视三相电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数及对应均值的相对误在功率、功率因数及对应均值的相对误差最大值为差最大值为0.97%电弧炉炼钢合理供电新技术28南钢南钢100t/60MVA100t/60MVA三相不平衡评价三相不平衡评价 电流电流A电压电压kV平均值平均值1160.5030.69标准差标准差 S19.260.11变异系
16、数变异系数CV=1.66%0.36%XXS/电弧炉炼钢合理供电新技术29电抗器上端电压波形(A相为代表)Phase A-N VoltageNormal ResolutionVoltageMilliseconds-20000-100000100002000030000050100150200250Phase A-N VoltageNormal ResolutionVoltageMilliseconds-30000-20000-1000001000020000050100150200250Phase A-N VoltageNormal ResolutionVoltageMilliseconds-2
17、0000-1000001000020000050100150200250起弧期起弧期氧化精氧化精炼期炼期熔化期熔化期电弧炉炼钢合理供电新技术30电抗器上端电流波形(A相为代表)起弧期起弧期氧化精氧化精炼期炼期熔化期熔化期Phase A CurrentNormal ResolutionCurrentMilliseconds-1000-500050010001500050100150200250Phase A CurrentNormal ResolutionCurrentMilliseconds-2000-1000010002000050100150200250Phase A CurrentNor
18、mal ResolutionCurrentMilliseconds-1500-1000-5000500100015002000050100150200250电弧炉炼钢合理供电新技术31电抗器上、下端各次谐波电压分量 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电压占基波电压百分比%0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电压占基波电压百分比%电弧炉炼钢合理供电新技术32
19、电抗器上、下端谐波电流分量 0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电流占基波电流百分比%0.002.004.006.008.0010.0012.0014.001357911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31谐波次数谐波电流占基波电流百分比%电弧炉炼钢合理供电新技术33傅立叶分析式10)sincos()(nnnnwtbnwtaawtu200)()(21wtdwtua20)(cos)(1wtnwtdwtuan20)(sin)(1wtnwtdwtubn式中：
20、式中：电弧炉炼钢合理供电新技术34电抗率电抗率K=Xop/XscK=Xop/Xsc Xsc Xsc 短路电抗短路电抗(接近于基波下的电抗值接近于基波下的电抗值)Xop Xop 操作电抗操作电抗(含各次谐波的电抗值含各次谐波的电抗值)其中，其中，n为谐波次数为谐波次数(n=131)An为第为第n次谐波的分量次谐波的分量(An=an/a1,与前面付立叶与前面付立叶公式相同公式相同)scnnnnXnALfnALnAX2311311)(nscnnnopXAnXX311nnAnK电弧炉炼钢合理供电新技术35操作电抗的非线性电弧炉炼钢合理供电新技术36 抚钢抚钢50tUHPEAF工作电抗模型工作电抗模型
21、电弧炉炼钢合理供电新技术37y=39.5x-0.44r=0.754681012202530354045505560电极电流，kA工作电抗，m南钢南钢100t100t高阻抗电弧炉的工作电抗模型高阻抗电弧炉的工作电抗模型 电弧炉炼钢合理供电新技术38天管天管150t150t电弧炉的工作电抗模型电弧炉的工作电抗模型y=5.15e-0.0031xR2=0.92540.001.002.003.004.005.006.0040.0050.0060.0070.0080.00电流（KA）操作电抗Xop(m)电弧炉炼钢合理供电新技术39电压电压U2（V）892865839811786762739717697操作
22、电抗操作电抗XOP（m）3.373.373.373.383.383.393.393.403.40电压电压U2（V）678651627602579558538520 操作电抗操作电抗XOP（m）3.413.423.433.443.453.463.473.48 各级电压下所使用的操作电抗值各级电压下所使用的操作电抗值电弧炉炼钢合理供电新技术40 Curve1Curve2Curve3Curve4Curve5Curve6tapTapvoltKAMWKAMWKAMWKAMWKAMWKAMW3589263806078587656735472516934865647862776074587354705268
23、3383964766375617458705568536632811657263716169586756655363317866368626759665764546252603076261636062576155605359515729739626260615859565854575255287176259615859575656545452532769761565955575455535352515026678595357525551545051494947 德方提供的德方提供的150t超高功率电弧炉供电工作点总表超高功率电弧炉供电工作点总表电弧炉炼钢合理供电新技术41天管天管150t电弧炉
24、电气圆图电弧炉电气圆图电弧炉炼钢合理供电新技术42天管天管150t/90MVA150t/90MVA电弧炉电弧炉高电压级别工作点的评估高电压级别工作点的评估级级电压电压V Curve 1 Curve 2 Curve 3 Curve 4 Curve 5 Curve 635892348653383632811 3119 均可安全稳定运行均可安全稳定运行变压器过载严重，不宜长期使用；变压器过载严重，不宜长期使用；变压器略有过载；变压器略有过载；cos值太高，不能稳定运行；值太高，不能稳定运行；cos值过高，不宜使用。值过高，不宜使用。可以安全、稳定运行。可以安全、稳定运行。电弧炉炼钢合理供电新技术43
25、 STEP1.BASKETKWH V P2.BASKETKWH V P3.BASKETKWH V PREFININGKWH V P1.START1000271100027110002711003012.MAIN 353 353 333202111.DEPAR21003422100342200033151912.DEPAR200033120003213000311 3.DEPAR150032117003112000301 4.DEPAR20003112100301 OPERATING DIAGRAM ELECTRIC 03电弧炉炼钢合理供电新技术44供电曲线的分析（能量积分）供电曲线的分析（能量
26、积分）Start 1000 27，1 Main E 35，3 Depar 2100 34，2 Depar 2000 33，1 Depar 1500 32，1 Depar 2000 31，1电弧炉炼钢合理供电新技术45 STEP1.BASKETKWH V P2.BASKETKWH V P3.BASKETKWH V PREFININGKWH V P1.START1500291150029115002911003212.MAIN 343 343 343203211.DEPAR21003432100343200034253212.DEPAR200034220003423000341 3.DEPAR10
27、0034110003412000341 4.DEPAR20003411000341 OPERATING DIAGRAM ELECTRIC 新新03电弧炉炼钢合理供电新技术46加入铁水的供电曲线（南钢）加入铁水的供电曲线（南钢）全废钢的供电曲线（抚钢）全废钢的供电曲线（抚钢）电弧炉炼钢合理供电新技术474智能电弧炉电弧炉炼钢合理供电新技术48神经元电弧炉炼钢合理供电新技术49神经网络电弧炉炼钢合理供电新技术50智能电弧炉控制特征电弧炉炼钢合理供电新技术51智能电弧炉的效果 美国依阿华（Iowa）州的北星（North Star）钢厂与米尔切克（MilltechHOH）公司合作研究用神经网络技术改善电弧炉的电极控制，1991年9月在一台80吨交流电弧炉炼钢生产中投入运行，所取得的成绩是：生产率提高10%20%电极消耗量降低0.40.6kg/t 电能消耗减少1820kwh/t 年效益216万美元
