不锈钢管厂中UHP电弧炉的改进

 在不锈钢管厂UHP电弧炉的操作中,由于使用了新的测试手段,实现了先进的工艺操作(77MVA110吨的炉子)。

    测量仪表(UCE)能检测相间电平衡,因为电平衡就会使三相电极上不锈钢耐火材料的消耗大致相同,并使生产率提高。

    对于电极的调节( TCE),所使用的新方法是按平衡调节电极的位置:熔化时有效功率不变,精炼时电弧电阻不变。

    在完全保证三相电极平衡时,所进行的新调节会使能耗降低,电极消耗减少。

    电极位移传感器可以测量电极的垂直移动,可以作为操作机构,并能预测料筐加料后的熔化状况。

    1、电炉钢厂介绍:

    不锈钢管厂有一座UHP电弧炉,一台真空抽气机,一个常用的5-7吨铸锭的浇铸盘,大部分产品为滚珠轴承钢。

    UHP电弧炉变压器的额定功率为77MVA,可装钢水110吨。炉子装有水冷壁板和水冷拱顶。在废钢熔化时不使用任何燃烧器。

    以技术革新的名义由EDFANVAR给予了资助,由于吉纳钢公司、法国钢铁研究院和TRINDFL联合研究了动力传送,以使不锈钢管厂的电弧炉达到最佳操作。

    这个工作改进了炉子操作,尤其是由于配备了测试仪表,主要是电测量仪表,例如UCE(电控制嚣)或TCE(电极记录传感器)和电极移动传感器。

    从电弧炉动力传送的全部情况(图1),我们将预料炉子的状况,并得到下列结果:

    (1)电测量范围内:

    一一由UCE测量出三相电平衡,

    一一从TCE得到电极调节,尤其是原始的调节定律:有效功率=常数。

    (2)熔化操作期间

    由电极移动传感器显示出再加料的情况(从壁板水温度升高则电压降低)。

    1、电和电极的调节;

    1、  1、三相电平衡:

    1、  1、  1、相间平衡的必要性:

    电平衡也会有周期性的偏差,而这些偏差会使三相间电能的分配失去平衡。

    如果测量仪器和测量处理方法不能立刻表明失去平衡时,那么只有比较晚些时候才会感觉到电不平衡。对这个失去平衡的操作,则可由下列二点证明:

一一在一相上最早出现不锈钢耐火材料的磨损,以至使炉子过早地修理,并使这相上的不锈钢耐火材料大量消耗掉;

一一供电不对称时的熔化,在熔化终了会提前降压,因而使功率消耗大,生产率低。

    112、失去平衡的记录和电弧电压的再均衡:UCE(电调节器)是一个测量仪器,按实际时间计算想要知道的电值,尤其是每相的单独电压的测量(次级回路)和电流的测量(初级回路)。计算和建立每相电流值的计算方法,或者是对每个大的试验周期(熔化、脱炭、精炼)的计算方法,甚至对每相电的调节范围都可测量。

    对于UCE这个设备,能在三相电之间失去平衡时进行记录,并按计算公式调节电流,以用于电弧电压再均衡。每一相内电弧振幅的偏差降低到低于熔化周期的10%和精炼周期的5%以下。

    1.13、再均压后对操作结果的影响:

    在记录为不平衡时,测量的三相线路间不对称的电弧电压和传导率与这些相上不锈钢耐火材料的消耗相对应:  第一相上总消耗为47%,第二相上总消耗为15%,第三相上总消耗为38%(表1),电弧再均压后:

    一一三相上不锈钢材料的消耗应当相等(表1);

    一一不锈钢耐火材料损耗最多的相上,生产过程中局部消耗不再存在。

    一一由于电弧电压和功率值的增高,除去不锈钢耐火材料的额外消耗外:生产率可提高10%

    12,用TCE调节电极:

    121、问题的提出:

    在操作人员选定功率程序后,并相应地调节电规范时,电极的调节应遵守操作规程。为了维持到所要求的调整规范,特别困难的是来自于供电电压的波动及线路电阻抗的变化。大家知道,线路阻抗按其负载状态,在熔化的过程中大量增加(图2):  实际线路的电抗(x)大大超过废钢熔化开始短路时测量的电抗(Xcc)和金属熔池在接近熔化结束时测量的电抗。

    按所使用的调节过程:一些系统的调节可以区分: 

   ——稳定阻抗的调节《在此视为很重要的阻抗是电弧阻抗与线路阻抗的向量和》一般是最普通的。

    一一调节电弧电压,在某些文童中对此很感兴趣

    ——电弧稳定阻抗的调节。

    用TCE调节(电极记录传感器),在不锈钢管厂是用液压启动器,分成不同的调节等式进行研究:一一电弧电压方程=常数;一一电弧电阻方程=常数(类似电弧阻抗=常数)一一有效功率方程=常数,在此没进行预测

    l22、用TCE调节

    一一电弧电压的调节:

    电弧电压的调节可以很容易地使三相达到平衡,但会出现一些弊病:

    一一当供电电压变化时,电流和功率会有较大波动。

    一一由于线路阻抗的变化,熔化周期内电流波动大,尤其是由于熔化开始时的不稳定引起,或是由于废钢塌料后再重新开始熔炼而电流很弱引起的。

    一一稳定电弧的调节;

    由制造者进行类似的调节(电弧阻抗),信号显示出有效功率平均比率增加,并显示出操作时观测的真实情况,以及反映出电网上微小的波动。

    用电弧电阻调节( Va/I)为常数:

    一一当线路阻抗增加时,功率随熔化过程中线路电路增加而增加,这可从F=0.25(熔化开始线路阻抗增加)的计算曲线开始,到接近F=0.15的计算曲线上(熔化结束时线路阻抗较弱)各点的变化确定(3a)

    一一随着熔化的进行,电压逐渐增加,但增加的不多。

    此调节足以保证操作的稳定,并严格遵守操作规程。

    ——有效功率稳定时的调节:对于有效功率稳定时的调节可以设想成:在促使比值Va/l(长弧)为可能的最高相容性时,为的是使电弧适应熔化过程线路上本身的负载状态。同样,熔化开始时,线路的电阻较高,为了保证好的电弧的建立,弧的长度(和比值Va/l)不是主要的;电的运行情况应与电弧电阻稳定时调节后得到的运行情况进行比较。在熔化过程中线路电阻降低,并且所建立的电弧得到改善,弧长增加(比值Va/l)。

    用有效功率为常数的这个调整方式,电测记录可证实:

    ——熔化过程的线路上有效功率实际为常数(4a);

    ——电弧电压是连贯的,并且在熔化过程中进路上电压大量增高(由F=0.25计算曲线到F=0.15的曲线测得点的变化),而电流值降低。

    同样,令人满意的稳定情况是,与电弧电阻为常数时的调节相比,有效功率为常数时倾向于调向较高的电弧电阻值。在巳知电路功率,研究很强的辐射电弧时的调节型式可促使:

    ——因电弧电压可能比较高,电弧的热效应很好,

    ——由于电流降低,电极消耗减少。

    123、操作结果:

    操作的熔化周期中有效功率平均不变,并在精炼周期中电弧的平均电阻值为常数时,使用TCE调节,当电抗不变,使用常规的调节与使用Or CE调节的周期进行比较,从操作结果可以估计出经济效果。

    可得到的收益是;

    一—能耗降低10KW h/吨,而电极消耗降低0.1公斤/吨,

    —一实验目的是希望达到总收益是25KWh/吨和电极消耗为0.25Kg/吨。

    一一另外,除去不锈钢耐火材料的额外消耗:最初可得到提高生产率10%的经济效益。

    2、熔化操作,

    21、熔化过程

    电弧炉生产的最佳状态势必要求:在熔化进行过程中,按每一线路上负载所特有的性质分别进行调整。为了使负载降低,对于使用无烧咀而有冷却壁板的炉子,这个调整同样是很必要的。

    对电压降低时间的选择,以及对于废钢熔化有关的料斗再加料的时间的选择:都应该与熔化进度相适应。

    为了确定熔化结束时的压降,在一些炉子上使用了热传感器:同样,在不锈钢管厂的炉子上用于确定电极杆上再冷却板水温提高的测定,同样也可以使用电极杆移动传感器,而尤其是料斗重新再加料时,使用这些传感器可以提供冶炼的进展情况。

    在福斯厂的炉子上使用各种传感器进行熔炼操作,它可以概括为:

    一一水冷板上温度升高导致压降;

    一一从电极杆稳定移动时起,料斗再进行加料。

    为了简单介绍电极传感器的优点和预测料斗再加料时的熔化情况:我就不再谈压降的问题了,因为这早已成为常规的事情了。

    22、电极位移传感器的优点:

    在熔化过程中:电极位移传感器使负荷有规律的变化。记录系统可记下任何一个信息(图7)。正如穿井掘进速度的变化一样,按废钢的数量,尤其按其比重,可探测废钢的塌料,这些主要应与调节电极升高或降低的尺寸成比例。

    由于有电极杆位移距离分析,用计算机建立了电极平衡的标准。实际上,熔化开始时,废钢的电弧起振和塌料时电极移动的距离都比较大,在熔池上当起振电弧有规律时移动量减小:熔化结束,电极稳定时(电极移动距离低子稳定时的极限值)能确定以后的加料时间,并在减少熔化结束的低功率运行周期时节省能耗。

    23计再加料的状况

    表2概括出使用电极位移传感器时料斗再加料时炉子的操作情况。

    在电极稳定前的参照周期是,料斗再加料时一般使用319KWh/t,在操作机构确立的第一个试验周期内再加料时可以使用30IKW h/t。目前,一些操作设备会使这些指标越来越系统化,并使再加料时达到290KWh/t,即与参照周期相比预计达到290KW h/t

    结    论

    由于安装了新的检测、控制仪表,使得不锈钢管厂UHP电弧炉有所改进。

    UCE(电控制器)能完成主要电参数的实际时间的测量和计算。这样就能检验三相电极间电的平衡,这样的平衡态可使三相电极上的不锈钢耐火材料有着同样的消耗,取消了部份的修补,也使生产率提高。TCE(电极记录传感器)具有调节电极的能力,它是按照熔化周期内实际功率不变,而在精炼周期内Va/I不变进行调节的,TCE可以节能,使电极消耗减少,并使三相电极附近的不锈钢耐火材料有着同样的持久的消耗量。

    电极位移传感器是在再装料时作为操作设备使用的,正如为了降低电压,被用在防止冷却板水温升高一样。

    从传感器开始的动力传输作为能量的必要补充,尤其是没有燃烧器时更是如此,以达到每一筐料,每一次出钢都能使炉子处于最理想的操作状态。

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