08电弧炉的节电技术

1．电弧炉炼钢的特点电炉炼钢的用电负荷波动大而频繁。电炉炼钢的主要设备有：电弧炉、电炉变压器、电抗器、电极和电极升降自动调节系统、电炉传动系统等。电炉变压器是向电弧炉输出能量的主要设备。在冶炼过程中，电能是以电弧放电的形式转化为热能的，这种能量的大小决定于电弧电流的大小和电弧电压的高低。在熔化期由于炉料熔化、崩塌，常常造成短路，致使电流波动很大，电弧也不稳定。为了限制短路电流带来的不利因素，要采用电抗器，这样可以稳定电弧，限制短路电流，当电弧稳定后，就可以不接入电抗器。所以，合理使用电抗器，既可以保证冶炼顺利进行又可以降低电能消耗。2．炼钢电弧炉的节电技术电弧炉炼钢的节电技术包括的内容是多方面的，主要有减少热量损耗、增加外来热源、改进操作方法、改革冶炼工艺、改造电弧炉设备及辅助设备等。这里仅就电弧炉设备节电的主要措施做简单介绍。炼钢电弧炉的用电单耗，在一定程度上反映了企业电炉炼钢的工艺和管理水平，它与炉料质量、布料情况、熔炼钢种和熔炼工艺等都有着十分密切的关系。近年来，全国各地都突出加强了电炉炼钢的节约用电工作，使电炉钢单耗逐年下降。各地采取的主要节电措施，有以下几方面：（1）改进炼钢工艺，采用高功率炼钢法。为了缩短冶炼时间，许多企业打破了老式电炉的“三期”炼钢法，实行吹氧助熔、以氧代矿、“熔氧合一”、沉淀脱氧、同炉渣洗等新的炼钢工艺，使熔炼时间大大缩短，有效地降低了电炉钢用电单耗。有的企业则采用提高单位装入量（即吨炉料）的输入功率，即采用高功率熔炼的办法来加大熔化功率，缩短熔化时间，降低熔化期电能消耗。如柳州某工程机械厂采用吹氧助熔的办法，在熔化期当炉门口炉料发红处于红热状态（900℃），炉料熔化到50%～70%左右时，用压力为（39.2～58.8）×104Pa的氧气吹氧助熔。先吹熔炉门两侧的炉料，再吹熔炉坡附近的炉料，最后吹炉膛中间的未熔炉料。根据该厂经验，吹氧助熔可以缩短熔化期20～30min，使吨钢单耗下降80～100kWh/t。该厂1.5t电弧炉节电规定：当炉内有熔化小池，炉门附近炉料开始发红，即可开始用压力为（29.4～39.2）×104Pa的氧气吹氧助熔；当炉料熔化至60%～70%左右时，将吹氧压力增大到（58.8～78.4）×104Pa，直到熔化还原结束。另外，该厂在氧化期以吹氧脱碳代替分批加矿石脱碳，两者相比也取得了显著成效，使氧化期缩短10～20min，使钢液升温20℃左右，吨钢节电50～70kWh。沈阳某水泵厂采用同炉渣洗法工艺，在容量为1.5t的电弧炉上，进行了300多炉的试验研究，取得了明显的节电经济效果。经过用传统冶炼方法进行60多炉的对比试验表明：采用同炉渣洗法吨钢耗电由传统法的768kWh，降低到632kWh；冶炼时间比传统冶炼方法缩短了27min，每吨钢的冶炼时间平均减少9.7min，炼钢效率提高了22.8%；钢水质量稳定、化学成分和机械性能均达到部标准要求；炼钢成本由于电耗降低、冶炼时间缩短、炉子寿命延长，盛钢桶寿命延长，比传统法消耗减少10%左右。（2）加强炉料管理，采取饱和炉次、超装炉料、正确合理配装炉料等办法，减少各项热损失。电弧炉炼钢所用的原材料，大多为废钢铁、返回钢、生铁、精钢材、合金材料等以及脱氧剂、氧化剂、增碳剂、造渣材料，尤其是废钢铁，有大小、轻薄、高碳、低碳、合金与碳钢混杂在一起，使用保管时应尽量分类存放，不得混入泥沙杂物。炉料尽寸在条件允许的情况下，亦应按大、中、小分别堆放、装料时则宜合理搭配使用，以减少炉内“搭棚”现象，加快炉料的熔化。装料时，应按照“上疏下密、中间高四周低、炉口无大料”原则，以达到“穿快”、保证炉料顺利熔塌和熔化。底层装生铁，中间装厚钢料，四周装轻薄料，上层装钢、铁屑等，以保证炉温均匀，加速熔化。为了相对减少每吨钢的冶炼时间和渣量，减少炉体和水冷系统的蓄热、散热损失，每炉装料时应尽可能超装，通常小容量是弧炉，超装量可超过规定容量的40%～50%。（3）根据冶炼工艺的不同要求，合理配电。在精炼过程中，应掌握高温氧化，中温还原、低温浇铸的原则，以实现低质、低耗。在熔化期，通电起弧的10min内，宜用二级电压供电，以稳定电弧和减少弧光损坏炉盖，待电弧稳定后再用最大功率送电，以加速熔化。熔化后期，为保护炉墙、炉盖不受损伤，可适当减少输入功率，直至氧化期的中后阶段，由于氧化放热反应剧烈、放出大量化学反应热，钢液升温快，此时，可用小功率供电（中级电压与电流）。在还原期加入稀薄渣料后则应采用中级电压和大电流，加入碳粉后，再输入中等功率，等渣形成后，又输入小功率。采用上述供配电办法，可对降低电耗起到良好作用。（4）进行节电技术改造，降低用电设备损耗。某厂对3t炼钢电弧炉短网硬排布置，由水平布置改为三角形布置，使A、B、Ｃ三相电抗基本相等，避免了出现过热点，减少了涡流损失，缩短了熔化时间。同时，该厂还将短网导线改为水冷电缆，降低了温度，减少了电热损失。其次，调整三相电极的布置，使其向炉子中心有４°的倾斜，从而使电极熔化点温度集中，易形成熔池，加快熔化速度。也可采取改换电极夹头、降低夹头涡流损耗。有的企业原用电极夹头为铁夹头，涡流损耗大，经改换为铜夹头后，不但延长了夹头使用寿命，且使吨钢电耗下降约15kＷh。为保持最佳电弧功率，使电极能快速准确地跟踪电弧状态的瞬间变化，调节电极位置以调节电极的弧隙长度。有的企业将电弧炉的电极驱动操纵装置，由转差电机改为可控硅小惯量电机驱动，从而使输入功率波动限制在最小范围内，降低了电能消耗。如大连某起重机厂，改用晶闸管小惯量电机驱动装置后，使吨钢电耗下降25～30kWh。有的企业则采用微机控制的晶闸管——双绕组异步电动机调节系统改造原滑差电机电极驱动装置，使吨钢电耗由原730kWh，降为638kWh，且使吨钢电极消耗减少0.9～1kg。另外，对老式变压器进行更新，降低变压器损耗。一般老式变压器损耗高达8%～10%，而且输出档数少，难于制定合理的供电曲线，当更换为节能型电炉变压器后，损耗可降低4%～5%，在容量不变的情况下，可相应增加输入功率，使冶炼时间缩短，达到降低电耗的效果。为减少短网及变压器出线各连接部位的接触压降，还可在各连接接头处采用DG1型导电膏涂敷，以减少接头处功率损失。如福州某砂轮厂，在1000kVA电炉变压器二次侧接头处，变压器出线导电排对铜排、铜排与铜排、铜排与母线等处，涂敷导电膏后，电流为6000A时，平均接触压降仅为涂前的11.5%；三相的接头共可减少435.7W功率损耗，且接触压降稳定，铜排处温度达120℃以上，导电膏也无流失情况。电炉设备对电能消耗有较大影响，改变短网分布，缩短短网长度，横臂改造等设备改进可以明显节电。新型横臂的改造是将横臂和导线结合为一体，同时起支撑电极和导电作用，取得明显效果，降低了电阻率，根据某电炉厂实际测量，横臂改造后电阻率降低了17%，有功功率提高了5%～9%，冶炼电耗降低了10～40kW·h/t。电极调节系统与电弧的稳定性有密切联系，会影响断弧和短路的次数，电弧不稳定，损耗在短网、变压器和电极上的电能会加大。采用人工智能技术，使电极调节性能提高，电弧稳定，减少短网电能损耗，减少无功功率，提高电能利用效率。此外，采用新型耐火材料延长炉子寿命。在渣线部位炉体改用镁碳砖砌筑，从而降低砌炉成本和电能消耗。在操作上，推行炉前化学成份快速分析、加快钢水测温、严格控制出炉钢水温度、快速装料等，也都是行之有效的降耗节电措施。（5）采用磁镜直流电弧炉代替交流电弧炉。电弧炉采用直流供电，具有电弧稳定，短网压降小，磁路涡流损耗小，电弧的热交换效率高，对电网无频繁的工作短路电流冲击等优点。它与常规的三相交流电流电弧炉炼钢相比，可使冶炼熔化期缩短60%，电耗减少22%，且使脱磷脱硫速度加快。