现代炼钢电炉合理供电制度的制定

D0:10.133745.issn1001-053x.2007.s1.036 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 现代炼钢电炉合理供电制度的制定 阎立懿 刘喜海 肖玉光 东北大学材料与治金学院，沈阳110004 摘要为了提高电炉炼钢的生产力、降低电耗及提高炉衬寿命，在分析电炉电气特性的基础上，绘出电炉理论电气 特性曲线，并以“经济电流”概念，考虑到诸多相关因素，给出确定合理的供电制度方法.根据我国电炉炼钢的工艺 条件及生产实际，介绍二次电压确定原则、电炉装置回路阻抗值确定方法：结合高阻抗电炉技术，提出高电压长弧供 电制度的制定原则，并提出供电制度合理性的保证， 关键词电炉炼钢：高阻抗：电气特性：供电制度：经济电流 分类号TM924.4 现代电炉采用超高功率、强化用氧、泡沫渣埋 要考虑保护渣线热点区，因而采用低电压、大电流 弧及高电压供电等相关技术，实现了高效节能，也 或较高电压、大电流， 使得电炉供电制度的制定与传统方法发生了很大变 (5)氧化期，电弧部分遮避或泡沫渣埋弧，要 化.在一定的设备条件下，供电制度合理与否，不 考虑保护渣线，因而采用低电压、大电流或较高电 但影响冶炼过程的顺利，还影响炉衬寿命、治炼时 压、大电流. 间、电能消耗以及设备利用等， (6)还原期，电弧完全暴露，要考虑保护炉衬， 因而采用更低电压、较小电流 1合理的供电制度及其制定 二次电压的大小与电弧长度的关系可由下式判 定： 供电制度是指某一特定的电炉，当能量供给制 度确定之后，在确定的某一电压下工作电流的选 Hsors 2 Lare = Uare-a (1) 择.合理的供电制度要求包括：保证设备不被破坏： 保证炉衬使用寿命：治炼周期要短：电耗、电极消 -1x2-r (2) 耗要低， Uc3 1.1确定能量供给制度 其中，Hsos为炉渣厚度或废钢高度，mm,用来衡 确定电炉冶炼过程各阶段（点弧期、穿井期、 量对电弧的遮避程度：U为电弧电压，V:U2为 主熔化期、熔末升温期、氧化期)需要的能量（电 变压器二次电压，V:I为工作电流，A:x为电抗， 能、化学能)，给出时间-功率曲线. 2:r为电阻，2：a为电弧的阴极区与阳极区压降 1.2确定二次电压 之和，常取40V:B为弧柱区电位梯度，Vmm, 考虑到治炼过程各阶段电弧的状况不同（稳定 平熔池阶段约为1，废钢熔化阶段为3~5 性、电弧被遮避)，二次电压确定原则如下： 1.3确定合理工作电流 (1)点弧期，电弧不稳定且弧光靠近炉盖，要 在传统的确定方法中，最重要的是遵守电气特 考虑保护炉盖，因而采用低电压、较小电流。 性所表达的规律性，即以“经济电流”概念来确定 (2)穿井期，电弧不稳定，要考虑保护炉底， 工作电流，其确定方法也适用超高功率电炉， 因而采用较低电压、电流. (3)主熔化期，电弧稳定、埋弧、热效率高， 2电炉的电气特性 采用高电压、大电流. (4)熔末升温期，电弧部分暴露或泡沫渣埋弧， 电炉的电气特性主要研究某一电压下，电炉的 收病日期：2007-03-01 修回日期：2007-05-01 基金项目：国家重大装备国产化创新研制项日(No.99484) 作者简介：阁立懿(1952一)，男，副教授

第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−03−01 修回日期：2007-05-01 基金项目：国家重大装备国产化创新研制项目（No.99484） 作者简介：阎立懿(1952—)，男，副教授 现代炼钢电炉合理供电制度的制定 阎立懿 刘喜海 肖玉光 东北大学材料与冶金学院，沈阳 110004 摘 要 为了提高电炉炼钢的生产力、降低电耗及提高炉衬寿命，在分析电炉电气特性的基础上，绘出电炉理论电气 特性曲线，并以“经济电流”概念，考虑到诸多相关因素，给出确定合理的供电制度方法．根据我国电炉炼钢的工艺 条件及生产实际，介绍二次电压确定原则、电炉装置回路阻抗值确定方法；结合高阻抗电炉技术，提出高电压长弧供 电制度的制定原则，并提出供电制度合理性的保证． 关键词 电炉炼钢；高阻抗；电气特性；供电制度；经济电流 分类号 TM 924.4 现代电炉采用超高功率、强化用氧、泡沫渣埋 弧及高电压供电等相关技术，实现了高效节能，也 使得电炉供电制度的制定与传统方法发生了很大变 化．在一定的设备条件下，供电制度合理与否，不 但影响冶炼过程的顺利，还影响炉衬寿命、冶炼时 间、电能消耗以及设备利用等． 1 合理的供电制度及其制定 供电制度是指某一特定的电炉，当能量供给制 度确定之后，在确定的某一电压下工作电流的选 择．合理的供电制度要求包括：保证设备不被破坏； 保证炉衬使用寿命；冶炼周期要短；电耗、电极消 耗要低． 1.1 确定能量供给制度 确定电炉冶炼过程各阶段（点弧期、穿井期、 主熔化期、熔末升温期、氧化期）需要的能量（电 能、化学能），给出时间−功率曲线． 1.2 确定二次电压 考虑到冶炼过程各阶段电弧的状况不同（稳定 性、电弧被遮避），二次电压确定原则如下： （1）点弧期，电弧不稳定且弧光靠近炉盖，要 考虑保护炉盖，因而采用低电压、较小电流． （2）穿井期，电弧不稳定，要考虑保护炉底， 因而采用较低电压、电流． （3）主熔化期，电弧稳定、埋弧、热效率高， 采用高电压、大电流． （4）熔末升温期，电弧部分暴露或泡沫渣埋弧， 要考虑保护渣线热点区，因而采用低电压、大电流 或较高电压、大电流． （5）氧化期，电弧部分遮避或泡沫渣埋弧，要 考虑保护渣线，因而采用低电压、大电流或较高电 压、大电流． （6）还原期，电弧完全暴露，要考虑保护炉衬， 因而采用更低电压、较小电流． 二次电压的大小与电弧长度的关系可由下式判 定： arc SorS arc U H L α β − ≥ = （1） 2 2 2 2 arc 3 U U I x Ir = − − （2） 其中， HSorS 为炉渣厚度或废钢高度，mm，用来衡 量对电弧的遮避程度；Uarc 为电弧电压，V；U 2 为 变压器二次电压，V；I 为工作电流，A；x 为电抗， Ω；r 为电阻，Ω；α 为电弧的阴极区与阳极区压降 之和，常取 40 V； β 为弧柱区电位梯度，V·mm−1 ， 平熔池阶段约为 1，废钢熔化阶段为 3~5． 1.3 确定合理工作电流 在传统的确定方法中，最重要的是遵守电气特 性所表达的规律性，即以“经济电流”概念来确定 工作电流，其确定方法也适用超高功率电炉． 2 电炉的电气特性 电炉的电气特性主要研究某一电压下，电炉的 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.036

Vol.29 Suppl.1 阎立懿等：现代炼钢电炉合理供电制度的制定 57 各个电气参数随电流变化的规律性.因而电气特性 控制电极，通过一次次将电极插入到钢液中进行短 是制定供电制度的基础 路，分别记录下各相电流、电压及功率值，然后计 2.1 电炉回路电阻、电抗的确定 算出各相电阻、电抗值及三相阻抗不平衡系数.其 电炉的单相等值电路，如图1所示叫 结果为指导电炉短网的改造，进行电炉电气特性的 研究，制定合理的供电制度打下基础， 用上述方法确定的电抗值为短路电抗，但直接 影响电炉电气特性的是操作电抗.对操作电抗进行 大量的研究表明34操作电抗是随电流变化（或随功 率因数变化)的，尤其是在电炉的熔化初期操作电 抗随电流剧烈变化，有时可高达短路电抗的两倍.早 图1电炉的单相等值电路 期的观点是)：令操作电抗与短路电抗的比值为K, 为了研究电炉的电气特性，制定出合理的供电 对于普通功率电炉K=1:对于超高功率电炉K=1.1~ 制度，首先要确定电炉单相等值电路中的电参数： 13.尤其对于电炉的平熔池阶段，电流比较稳定 电阻、电抗值，它包括变压器与短网两部分的电阻、 2.2电炉的电气特性 电抗值，其确定方法有： 电炉的电气特性主要研究某一电压下（电阻、 (1)工程计算法， 电抗值一定)电炉的各个电气参数随电流变化的规 采用工程计算方法对电炉短网进行计算，设计 律性. 新型电炉短网结构，计算出电炉回路电阻、电抗.该 由电炉的单相等值电路图1可知：它是一个由 方法因电炉设备及其短网的复杂性，使得计算结果 电阻、电抗和电弧电阻三者串联的电路.根据交流 有一定误差，尤其对于电抗的计算，但可以指导、 电路定律可以分别做出阻抗、电压和功率三角形 修改设计，并给出电炉的电气特性、指导供电制度 见图2.由图2可写出表示电路各有关电气参数的 的制定. 表达式，见表1. (2)短网物理模拟法， 应该说短网物理模拟法是确定短网电参数比较 (a) (b) (c) 准确的方法.该方法的实质是利用研究原物的模型 来代替研究真实对象，进行短网模拟试验研究， 预测已运行的电炉或正在设计的电炉短网的电阻、 电抗， 图2阻抗(a)、电压(b)和功率三角形(c) 该方法是利用物理学的相似原理，通过提高电 源频率而缩小短网模型尺寸，因而需要一中频电源、 由表1中式5~式13可以看出，各电气参数在 按比例缩小短网模型及仪表测量系统.该方法虽然 某一电压下(x、r一定)均为电流I的函数，即E 整套短网模拟试验设备复杂，但短网模型比较简单， =f(I)·故可将它们表示在同一个坐标系中，如 因而适合不同容量电炉短网的模拟试验研究，虽然 图3.图中的横坐标为电流，纵坐标为各电气参数， 其结果有一定误差，但对指导电炉短网的改造及修 这样便得到电炉的理论电气特性曲线 改设计很有意义，尤其对于电炉电气特性的研究及 分析电气特性曲线（图3）可以得到一些特性 指导供电制度的制定很有帮助 点：即1o、1、2、I5、Ia、IRe电流所对应的点，这 (3)短路试验法， 些电流分别为空载电流、电弧功率最大时的电流、 对已运行的电炉进行工业短路试验及测试，测 有功功率最大时的电流、经济电流、短路电流及耐 量电炉回路和短网的电阻、电抗值及阻抗不平衡系 火材料磨损指数最大时的电流，以及考虑到变压器 数.该方法是在炉料熔清后，在变压器二次侧最低 空载时的电流3，考虑到电弧连续燃烧时的电流14 档电压，并接入电抗器（有条件的话），利用手动 电气特性等

Vol.29 Suppl.1 阎立懿等：现代炼钢电炉合理供电制度的制定 • 57 • 各个电气参数随电流变化的规律性．因而电气特性 是制定供电制度的基础． 2.1 电炉回路电阻、电抗的确定 电炉的单相等值电路，如图 1 所示[1]． 图 1 电炉的单相等值电路 为了研究电炉的电气特性，制定出合理的供电 制度，首先要确定电炉单相等值电路中的电参数： 电阻、电抗值，它包括变压器与短网两部分的电阻、 电抗值，其确定方法有： （1）工程计算法． 采用工程计算方法对电炉短网进行计算，设计 新型电炉短网结构，计算出电炉回路电阻、电抗．该 方法因电炉设备及其短网的复杂性，使得计算结果 有一定误差，尤其对于电抗的计算，但可以指导、 修改设计，并给出电炉的电气特性、指导供电制度 的制定． （2）短网物理模拟法． 应该说短网物理模拟法是确定短网电参数比较 准确的方法．该方法的实质是利用研究原物的模型 来代替研究真实对象，进行短网模拟试验研究[2]， 预测已运行的电炉或正在设计的电炉短网的电阻、 电抗． 该方法是利用物理学的相似原理，通过提高电 源频率而缩小短网模型尺寸，因而需要一中频电源、 按比例缩小短网模型及仪表测量系统．该方法虽然 整套短网模拟试验设备复杂，但短网模型比较简单， 因而适合不同容量电炉短网的模拟试验研究．虽然 其结果有一定误差，但对指导电炉短网的改造及修 改设计很有意义，尤其对于电炉电气特性的研究及 指导供电制度的制定很有帮助． （3）短路试验法． 对已运行的电炉进行工业短路试验及测试，测 量电炉回路和短网的电阻、电抗值及阻抗不平衡系 数．该方法是在炉料熔清后，在变压器二次侧最低 档电压，并接入电抗器（有条件的话），利用手动 控制电极，通过一次次将电极插入到钢液中进行短 路，分别记录下各相电流、电压及功率值，然后计 算出各相电阻、电抗值及三相阻抗不平衡系数．其 结果为指导电炉短网的改造，进行电炉电气特性的 研究，制定合理的供电制度打下基础． 用上述方法确定的电抗值为短路电抗，但直接 影响电炉电气特性的是操作电抗．对操作电抗进行 大量的研究表明[3-4]操作电抗是随电流变化（或随功 率因数变化）的，尤其是在电炉的熔化初期操作电 抗随电流剧烈变化，有时可高达短路电抗的两倍．早 期的观点是[3]：令操作电抗与短路电抗的比值为 K， 对于普通功率电炉 K=1；对于超高功率电炉 K= 1.1~ 1.3．尤其对于电炉的平熔池阶段，电流比较稳定． 2.2 电炉的电气特性 电炉的电气特性主要研究某一电压下（电阻、 电抗值一定）电炉的各个电气参数随电流变化的规 律性． 由电炉的单相等值电路图 1 可知：它是一个由 电阻、电抗和电弧电阻三者串联的电路．根据交流 电路定律可以分别做出阻抗、电压和功率三角形, 见图 2．由图 2 可写出表示电路各有关电气参数的 表达式，见表 1． 图 2 阻抗(a)、电压(b)和功率三角形(c) 由表 1 中式 5~式 13 可以看出，各电气参数在 某一电压下（x、r 一定）均为电流Ｉ的函数，即 E ＝f（I）．故可将它们表示在同一个坐标系中，如 图 3．图中的横坐标为电流，纵坐标为各电气参数， 这样便得到电炉的理论电气特性曲线． 分析电气特性曲线（图 3）可以得到一些特性 点：即 I0、I1、I2、I5、Id 、IRe 电流所对应的点，这 些电流分别为空载电流、电弧功率最大时的电流、 有功功率最大时的电流、经济电流、短路电流及耐 火材料磨损指数最大时的电流，以及考虑到变压器 空载时的电流 I3，考虑到电弧连续燃烧时的电流 I4 电气特性等[5]．

58· 北京科技大学学报 2007年增刊1 表】电路各有关电气参数表达式 序号 参数 量纲 符号及计算公式 备注 相电压 b U=U2/3 2 二次电压 U2 3 总阻抗 mQ Z=V(r+Rire)2+x2 4 电弧电流 kA 1=U1Z=U1Nr+Rr)）2+x2 5 表观功率 kw S=V51U2=312Z 三相 6 无功功率 kw Q=312x 三相 7 有功功率 kw P=√S2-Q2=31VU2-(x)2 三相 8 电损失功率 kw P,=312r=P-Pare 三相 9 电弧功率 kW P=3I2Re=3Ue=31V02-(-h 三相 10 电弧电压 Uare=Pare 131 11 电效率 % n:Pare /P 12 功率因素 % coso=P/S 13 耐材磨损指数 MW-V.m-2 Re=Uicl/d2 因为电流小于5时，电弧功率小，金属熔化得 40 1.0 ∠Q 慢：大于15时，电弧功率增加不多，电损失功率增 30 0.8 6 加不少，故5得名“经济电流”·另外，在5附 近的cosp、n也比较理想. R P 0.4 ①l<l1,只有当xr很大时，I5才接近1：②实 0.2 际设计中取比值xr=3-5,对应coa0=0.83-~0.88,1 0.0 =0.820.86,而1sJ11=0.810.89. 0 1020 304050 60 I1172 3.2工作电流的确定 //kA 图3电炉的理论电气特性曲线 15的求出就间接给出了工作电流，即I工作≤I5 =(0.8-0.9)11. 3合理工作电流的确定 但若将耐火材料磨损指数Re=UI1d2=f(I) 也表示在图3的电气特性曲线中，可以看出，I工= 从供电曲线表面上看，当能量供给制度确定之 5恰好在Re最大值附近. 后，供电制度实际上就变成了在某一电压下合理工 对于小型普通功率电炉，Re较低，Re< 作电流的确定，在传统的确定方法中，最重要的是 400MWVm2.一般认为Re<400-500MwVm-2 遵守电气特性所表达的规律性，即以“经济电流” 为安全值，电弧对炉衬热点损耗不剧烈.但对于大 概念来确定工作电流，其确定方法也适用超高功率 型超高功率电炉，功率水平大幅度提高，炉壁热点 电炉， 磨损极为严重，Re的峰值≥800MWVm2,此时 3.1经济电流的确定 工作电流的选择必须避开Re峰值（这也是超高功 观察电气特性曲线（图3）可以发现：在电流 率电炉投入初期，为什么采取低电压、大电流的原 较小时电弧功率随电流增长较快（即dPc/d变化 因)，所选的工作电流不再是在山左面接近15的 率大)，而电损功率随电流增长缓慢（即dP,/dl变 区域，而是接近1或超过川，此种情况，P增 化率小)：当电流增加到较大区域内时，情况恰好 加了，虽然P.有所增加，cos0略有降低，但由于 相反.这说明在特性曲线上有一点（电流）能使电 低电压，大电流电弧的状态发生了变化，成为“粗 弧功率与电损功率随电流的变化率相等，即 短弧”使电炉传热效率提高，更主要是炉衬寿命得 dPe/d山=dP/d,而这一点对应的电流叫“经济 到保证，Re减小. 电流”，用15表示 当采用泡沫渣时，可实现埋弧操作，以及废钢

• 58 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 表 1 电路各有关电气参数表达式 序号 参数 量纲 符号及计算公式 备注 1 相电压 V U U= 2 / 3 2 二次电压 V U2 3 总阻抗 mΩ 2 2 Z =+ + ( ) rR x arc 4 电弧电流 kA ( ) 2 2 arc I == + + UZ U r R x / / 5 表观功率 kW 2 S IU I Z = = 3 3 2 三相 6 无功功率 kW 2 Q Ix = 3 三相 7 有功功率 kW 22 2 2 P S Q I U Ix = −= − 3 () 三相 8 电损失功率 kW 2 P Ir P P r = =− 3 arc 三相 9 电弧功率 kW ( ) 2 2 2 P I R IU I U Ix Ir arc arc arc 3 33 ⎛ ⎞ = = = −− ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 三相 10 电弧电压 V arc arc U PI = /3 11 电效率 % E arc η = P P/ 12 功率因素 % cos / ϕ = P S 13 耐材磨损指数 MW·V·m−2 2 2 Re / =U Id arc 图 3 电炉的理论电气特性曲线 3 合理工作电流的确定 从供电曲线表面上看，当能量供给制度确定之 后，供电制度实际上就变成了在某一电压下合理工 作电流的确定．在传统的确定方法中，最重要的是 遵守电气特性所表达的规律性，即以“经济电流” 概念来确定工作电流，其确定方法也适用超高功率 电炉． 3.1 经济电流的确定 观察电气特性曲线（图 3）可以发现：在电流 较小时电弧功率随电流增长较快（即 d /d P I arc 变化 率大），而电损功率随电流增长缓慢（即 d /d P I r 变 化率小）；当电流增加到较大区域内时，情况恰好 相反．这说明在特性曲线上有一点（电流）能使电 弧功率与电损功率随电流的变化率相等，即 d /d P I arc ＝ d /d P I r ，而这一点对应的电流叫“经济 电流”，用 I5 表示． 因为电流小于 I5 时，电弧功率小，金属熔化得 慢；大于 I5 时，电弧功率增加不多，电损失功率增 加不少，故 I5 得名“经济电流”．另外，在 I5 附 近的 cosφ、η 也比较理想． ①I5<I1，只有当 x/r 很大时，I5 才接近 I1；②实 际设计中取比值 x/r＝3~5，对应 coaφ=0.83~0.88，η ＝0.82~0.86，而 I5/I1＝0.81~0.89． 3.2 工作电流的确定 I5 的求出就间接给出了工作电流，即 I 工作≤I5 ＝（0.8~0.9）I1． 但若将耐火材料磨损指数 2 2 Re / ( ) = = U Id fI arc 也表示在图 3 的电气特性曲线中，可以看出，I 工作= I5 恰好在 Re 最大值附近． 对于小型普通功率电炉， Re 较低， Re< 400MW·V·m−2 ．一般认为 Re<400~500 MW·V·m−2 为安全值，电弧对炉衬热点损耗不剧烈．但对于大 型超高功率电炉，功率水平大幅度提高，炉壁热点 磨损极为严重，Re 的峰值≥800 MW·V·m−2 ，此时 工作电流的选择必须避开 Re 峰值（这也是超高功 率电炉投入初期，为什么采取低电压、大电流的原 因），所选的工作电流不再是在 I1 左面接近 I5 的 区域，而是接近 I1 或超过 I1 [1] ．此种情况，Parc 增 加了，虽然 Pr 有所增加，cosφ 略有降低，但由于 低电压，大电流电弧的状态发生了变化，成为“粗 短弧”使电炉传热效率提高，更主要是炉衬寿命得 到保证，Re 减小． 当采用泡沫渣时，可实现埋弧操作，以及废钢

Vol.29 Suppl.1 阎立懿等：现代炼钢电炉合理供电制度的制定 ·59· 的主熔化期（电弧被废钢遮蔽），因此不用顾及R 5.2必须实现有载调压 的影响，而采用小电流、高电压的细长弧供电（操 现代高效电炉要求变压器必须为有载调压，才 作)，那么确定工作电流的原则不变，仍为I工作≤ 能在电炉治炼过程的各个阶段根据不同的炉况进行 I5<I1. 合理的供电，否则，增加调压的热停工时间及增加 当然I工作≤I5是有条件的，不能一味地追求， 炉子热损失，使得治炼周期延长、电耗增加.有例 还必须考虑变压器额定电流I允许值，当变压器允 为证，对于装三次料的电炉，无载与有载比将增加 许超载20%时，还必须考虑设备允许的最大工作电 热停工时间1020min. 流max=1.21n,在电炉变压器选择正确时，应能保 5.3强化供氧操作 证Imax接近I5,否则出现下列情况均对设备不利： 强化供氧增加化学能，替代大部分电能.吹氧 (1)最大工作电流超过经济电流很多，说明变 时机、吹氧方式、吹氧强度及吹氧量影响治炼过程 压器选大了（电流高了），因为受经济电流概念要 的能量供给，影响供电制度操作及其效果.因此， 求：Ix作≤15，使得变压器能力得不到充分发挥，否 在制定合理供电制度时必须考虑这些因素，如： 则工作点不合理： (1)氧-燃烧嘴.实现废钢的同步熔化，大大 (2)最大工作电流低于经济电流很多，说明变 地缩短了熔末升温期、提高钢液的升温速度， 压器选小了（电流小了），因为若满足经济电流确 (2)高碳钢液的脱碳.受吹氧强度的影响，脱 定原则：I工作≤I5,使得变压器长时间超载运行，这 碳速度上不去时将延长脱碳时间， 些对设备都是不利的，也是不经济的， (3)吹氧量增加而替代大部分电能.改善能量 考虑诸因素，工作电流选择原则应该是：在考 供给，要提供与之相适应的供电制度 虑最大工作电流的情况下，满足I工作≤I条件， 5.4泡沫渣埋弧操作 二次电压的确定要考虑电弧的遮蔽状况，遮蔽 4高阻抗电炉供电制度 就可以采用高电压，没有遮蔽就采用低电压，由于 高电压操作的优越性，及埋弧操作的优越性（改善 根据上述分析并遵守高阻抗电炉供电制度的操 传热条件、提高热效率)，使得电炉泡沫渣埋弧操 作原则：“高阻抗-高电压-埋弧”，即，要发挥高 作成为必然. 阻抗电炉的作用采用高阻抗，就必须用高电压，电 高阻抗电炉的开发，主要是由于电炉泡沫渣埋 压高了弧就长、就必须埋弧，以保护炉衬，尤其渣 弧操作的实现，但高阻抗、高电压操作是以电弧的 线热点区的炉衬.其中埋弧是高阻抗供电的必要条 遮蔽为前提的，不完全受泡沫渣埋弧否的限制. 件，高电压是高阻抗供电的充分条件 5.5改革工艺制度 也就是说，只要能埋弧（或电弧不直接对渣线 熔一氧合一、全程泡沫渣操作，是实现高阻抗、 热点区辐射造成严重破坏)就可以采用高阻抗、高 高电压供电操作的充分条件，可最大限度地降低电 电压，就能带来明显的效果.而且高阻抗、高电压 耗及电极消耗. 采用的时间越长效果越好，尤其是在废钢熔化阶段， 5.6减少热停工时间 5供电制度合理性的保障 提高机械化及自动化水平，提高现场管理及操 作水平，努力减少热停工时间，充分发挥合理供电 5.1强化炉料条件及装压料操作 制度的作用，提高企业的综合效益. 供电制度实施最基本的条件是炉料条件及装压 参考文献 料操作，如： (1)废钢料长、料重及成分要合适，而且要稳 刊朱苗勇，杜刚，阁立懿。现代治金学（钢铁治金卷）·北京： 治金工业出版社，2005 定： [2】花皑，梁正敏.炼钢电弧炉的电气设备.北京：机械工业出版 (2)大、中、小、重、轻、薄要搭配，轻薄料 社，1987 有条件要进行打包，而且布置要合理： [3】杨乃辉.现代交流电弧炉炼钢电气运行合理化的研究[学位论 (3)装、压料操作要合理，努力实现“零压料” 文].沈阳：东北大学材料治金学院，2003 操作（宁多装一次料，也不采取长时间压料），使 [4]Bragap.The high impedance arc furnace:a new high-efficience 得每次装、压料热停工时间控制在2~3min内. tool for steelmaking//Special Reprint Presented on the 4th Euro-

Vol.29 Suppl.1 阎立懿等：现代炼钢电炉合理供电制度的制定 • 59 • 的主熔化期（电弧被废钢遮蔽），因此不用顾及 Re 的影响，而采用小电流、高电压的细长弧供电（操 作），那么确定工作电流的原则不变，仍为 I 工作≤ I5 <I1 ． 当然 I 工作≤I5 是有条件的，不能一味地追求， 还必须考虑变压器额定电流 In 允许值，当变压器允 许超载 20%时，还必须考虑设备允许的最大工作电 流 Imax＝1.2In ．在电炉变压器选择正确时，应能保 证 Imax 接近 I5，否则出现下列情况均对设备不利： （1）最大工作电流超过经济电流很多，说明变 压器选大了（电流高了），因为受经济电流概念要 求：I 工作≤I5，使得变压器能力得不到充分发挥，否 则工作点不合理； （2）最大工作电流低于经济电流很多，说明变 压器选小了（电流小了），因为若满足经济电流确 定原则：I 工作≤I5，使得变压器长时间超载运行，这 些对设备都是不利的，也是不经济的． 考虑诸因素，工作电流选择原则应该是：在考 虑最大工作电流的情况下，满足 I 工作≤I5 条件． 4 高阻抗电炉供电制度 根据上述分析并遵守高阻抗电炉供电制度的操 作原则[6]：“高阻抗-高电压-埋弧”，即，要发挥高 阻抗电炉的作用采用高阻抗，就必须用高电压，电 压高了弧就长、就必须埋弧，以保护炉衬，尤其渣 线热点区的炉衬．其中埋弧是高阻抗供电的必要条 件，高电压是高阻抗供电的充分条件． 也就是说，只要能埋弧（或电弧不直接对渣线 热点区辐射造成严重破坏）就可以采用高阻抗、高 电压，就能带来明显的效果．而且高阻抗、高电压 采用的时间越长效果越好，尤其是在废钢熔化阶段． 5 供电制度合理性的保障 5.1 强化炉料条件及装压料操作 供电制度实施最基本的条件是炉料条件及装压 料操作，如： （1）废钢料长、料重及成分要合适，而且要稳 定； （2）大、中、小、重、轻、薄要搭配，轻薄料 有条件要进行打包，而且布置要合理； （3）装、压料操作要合理，努力实现“零压料” 操作（宁多装一次料，也不采取长时间压料），使 得每次装、压料热停工时间控制在 2~3 min 内． 5.2 必须实现有载调压 现代高效电炉要求变压器必须为有载调压，才 能在电炉冶炼过程的各个阶段根据不同的炉况进行 合理的供电，否则，增加调压的热停工时间及增加 炉子热损失，使得冶炼周期延长、电耗增加．有例 为证，对于装三次料的电炉，无载与有载比将增加 热停工时间 10~20 min． 5.3 强化供氧操作 强化供氧增加化学能，替代大部分电能．吹氧 时机、吹氧方式、吹氧强度及吹氧量影响冶炼过程 的能量供给，影响供电制度操作及其效果．因此， 在制定合理供电制度时必须考虑这些因素，如： （1）氧-燃烧嘴．实现废钢的同步熔化，大大 地缩短了熔末升温期、提高钢液的升温速度． （2）高碳钢液的脱碳．受吹氧强度的影响，脱 碳速度上不去时将延长脱碳时间． （3）吹氧量增加而替代大部分电能．改善能量 供给，要提供与之相适应的供电制度． 5.4 泡沫渣埋弧操作 二次电压的确定要考虑电弧的遮蔽状况，遮蔽 就可以采用高电压，没有遮蔽就采用低电压．由于 高电压操作的优越性，及埋弧操作的优越性（改善 传热条件、提高热效率），使得电炉泡沫渣埋弧操 作成为必然． 高阻抗电炉的开发，主要是由于电炉泡沫渣埋 弧操作的实现，但高阻抗、高电压操作是以电弧的 遮蔽为前提的，不完全受泡沫渣埋弧否的限制． 5.5 改革工艺制度 熔−氧合一、全程泡沫渣操作，是实现高阻抗、 高电压供电操作的充分条件，可最大限度地降低电 耗及电极消耗． 5.6 减少热停工时间 提高机械化及自动化水平，提高现场管理及操 作水平，努力减少热停工时间，充分发挥合理供电 制度的作用，提高企业的综合效益． 参 考 文 献 [1] 朱苗勇，杜刚，阎立懿．现代冶金学（钢铁冶金卷）．北京: 冶金工业出版社，2005 [2] 花皑，梁正敏．炼钢电弧炉的电气设备．北京: 机械工业出版 社，1987 [3] 杨乃辉．现代交流电弧炉炼钢电气运行合理化的研究［学位论 文］．沈阳：东北大学材料冶金学院，2003 [4] Bragap. The high impedance arc furnace: a new high-efficience tool for steelmaking// Special Reprint Presented on the 4th Euro-

·60· 北京科技大学学报 2007年增刊1 pean Electric Steel Congress.Madrid(Spain),1992:3 [6]阁立懿，刘一心，肖玉光，等.高阻抗电弧炉的设计.特殊钢， [5】徐世铮.电炉炼钢学.沈阳：东北工学院出版社，1990 2002,23(6):40 Determination of reasonable power input specification for modern electric arc furnace YAN Liyi,LIU Xihai,XIAO Yuguang Northeastern University,Shenyang 110004,China ABSTRACT Based on the analysis of electrical characteristics of the electric arc furnace.theoretical electrical characteristic curves of electric arc furnace were drawn.With the concept of "economy electric current",the rea- sonable power input specification under the consideration of many relative factors was given.According to the productive process of Chinese steelmaking manufacture of electric arc furnace,the principle of secondary voltage determination and the means of device loop impedance worth ascertain was introduced.Combing the high im- pedance electric arc furnace technology,the power input specification of high voltage and long arc was put for- ward,and reasonable guarantee of power input specification wasproposed. KEY WORDS EAF;steelmaking;high-impedance;electrical characteristic;power input specification;economy electric current

• 60 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 pean Electric Steel Congress. Madrid (Spain), 1992：3 [5] 徐世铮．电炉炼钢学．沈阳:东北工学院出版社，1990 [6] 阎立懿，刘一心，肖玉光，等．高阻抗电弧炉的设计．特殊钢， 2002，23（6）：40 Determination of reasonable power input specification for modern electric arc furnace YAN Liyi, LIU Xihai, XIAO Yuguang Northeastern University，Shenyang 110004, China ABSTRACT Based on the analysis of electrical characteristics of the electric arc furnace, theoretical electrical characteristic curves of electric arc furnace were drawn. With the concept of "economy electric current", the rea￾sonable power input specification under the consideration of many relative factors was given. According to the productive process of Chinese steelmaking manufacture of electric arc furnace, the principle of secondary voltage determination and the means of device loop impedance worth ascertain was introduced. Combing the high im￾pedance electric arc furnace technology, the power input specification of high voltage and long arc was put for￾ward, and reasonable guarantee of power input specification wasproposed. KEY WORDS EAF; steelmaking; high-impedance; electrical characteristic; power input specification; economy electric current