北满特钢40t钢包精炼炉-LF-短网设计与实践
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深入分析 ,发现这种设计思想存在不足 : 首 先 ,由于短网结构必须为空间三角 ,室内互感器和 稳定性构架的装配需要空间 ;其次 ,在使用上出线 式变压器场合 ,需要避免变压器本体和换号箱因 磁耦合引起的发热 ,导致二次铜排的物理尺寸不 能最短 ,同时导电横臂在电极直径及机械条件限 定下的磁耦合亦不是最紧 。因此 ,这种结构的短
1 现有的短网设计思想
为克服三相不平衡所造成的诸多问题 ,目前 的短网设计均以获得三相阻抗相对平衡为设计原 则 ,并以导电横臂 、电缆和铜排三段阻抗分别取得 相对平衡来实现短网总体的平衡 。流行的结构为 空间三角形式 ,可以把它归结为阻抗平衡式短网 。
目前 ,由专业厂家提供的可满足液压缸后置 要求的导电横臂方案主要有图 1 所示的两种 ,它 们均要求与之相配的悬挂电缆和导电铜排的布置 为空间三角形式以获得短网阻抗的总体平衡 。图 1 (a) 是三家西北公司的方案 ,图 1 ( b) 是已获得国 家专利的一家江南公司的方案 。
这里导电横臂的结构及形式与铜排结构的配 合是短网优化的关键 。
图 2 (a) 为改造前的短网铜排形式 ,1987 年建 炉时按上钢五厂图纸设计 。该铜排是三角高架形 式 。它的有效长度为 515 m ,而且需要 10 m 外挂
电缆 。 按照阻抗优化设计步骤完成的短网示于图 2
(b) 。经过优化设计 ,最后的结果与改造初期专业 厂家典型设计方案相比铜排由 515 m 减短到 115 m ,短网阻抗由 2155 mΩ 减小到 1130 mΩ。铜排引 起的不平衡因素由导电横臂和外挂电缆结构形式 配合解决 。表 1 给出了优化短网设计和专业厂典 型设计结果的对比 。
2 优化阻抗式短网设计
本文提出的优化短网阻抗设计的实质是将原 始的平面式短网能够获得最短尺寸的优点加以利 用 ,并以纵向尺寸最短为前提 ,最终取得阻抗平衡 的一种条件优化设计过程 。与以往设计思想的不 同之处在于出发点和最终目标的差异 ,导致了设 计完成后的短网阻抗在平衡基础上达到了最小 , 从而提高冶炼效率 。
铜排长度Π 电缆长度Π 横臂长度Π 阻抗均值Π 阻抗失衡 冶炼效率Π 变压器利用 电压损失Π 功率损失Π 体重惯量
m
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度Π%
%
率Π%
V
kVA
差Π%
5. 5
4. 5
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2. 55
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38. 2
2 394
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2. 15
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66. 8
56. 1
现仅以北满特钢 2000 年 9 月开始的 40 t LF 改造的具体工艺条件为例 ,介绍优化阻抗短网的 设计思路和方法 。
北满特钢 40 t LF 改造的具体设备限定条件
·30 ·
特殊钢
第 24 卷
及因 素 : ( 1) 钢 包 精 炼 炉 变 压 器 为 7 500 kVAΠ 6 000 V 上出线式 ,18 根出线铜排 ,上置铁质换号 箱 ; (2) 把持器液压缸体要求后置 ,便于缸体及其 油路 、水管远离高温区获得较好的温度条件 ,方便 检修 ; (3) 要求短网在截面及纵向尺寸相同的情 况下完成设计 。
图 2 (a) 改造前的短网铜排 ; (b) 改造后的短网简图 Fig. 2 Schematic of short net copper bus2bar before revamp2 ing (a) and short net after revamping (b)
方案
改造前 西北 江南 优化
表 1 优化短网设计和专业厂典型设计结果 Table 1 Parameters of optimal short net design and typical design at different professional plants
郑颖杰 ,男 ,44 岁 ,工程师 。从事电气控制技术与电气设
计方法的生产和研究 。
收稿日期 :2002211215
(1) 同样在出口电压 240 V 、5 kA 保温电流工 况下 ,改造前炉温下漂 ,改造后炉温上漂 。 (2) 改造后石墨电极的绝对红亮区长度比改 造前加长了 200 mm。
(3) 改造后三相石墨电极的红亮区长度差比 改造前缩短了 175 mm。
用 2001 年 2～4 月 (8 号电弧炉 661 炉 ,1 号 LF 491 炉) 与上一年度 (8 号电弧炉 468 炉 ,1 号 LF
31. 3
2 091
25. 0
5. 5
9. 0
5. 2
2. 02
6. 5
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2 060
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1. 30
2. 5
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20. 1
1 512
5. 5
3 实践结果
LF 改造后由于增加了变压器容量 ,LF 内的 电功率增加了 930 kW。根据对炉子生产情况的 观察和各班次人员的生产记录 ,钢包精炼炉的实 际工况和特点如下 :
图 1 电弧炉短网的两种典型形式 Fig. 1 Two kinds of typic short net for arc furnace
网三相阻抗虽然比较容易满足国家标准 ———阻抗 失衡度 ≤7 %的要求 ,但不能保证短网具有最小的 阻抗 。由于冶炼效率与短网阻抗成反比 ,因此 ,这 种短网不能得到最佳的冶炼效果 。
Design and Practice of Short Net for a 40 t Ladle Refining Furnace at Beiman Special Steel
Zheng Yingjie
(Beiman Special Steel Co Ltd , Qiqihaer 161041)
电弧炉短网的结构直接关系到电能消耗 ,虽 然一般短网阻抗都为毫欧级 ,但在上万安培冶炼 电流下 ,炉外有功损耗和无功损失却相当可观。 而且三相电极功率的不平衡将直接影响冶炼效率 并加重电极和炉衬的偏蚀性消耗 ,影响包龄和吨 钢成本 。本文提出一种总体阻抗优化的短网设计 思想 ,结合 40 t LF 改造的具体工艺条件 ,对实现 短网的最优结构作简要介绍 。
对于电弧炉短网的优化设计 ,首先从变压器 引出铜排的最短结构入手 。铜排结构将涉及多方 面因素 : (1) 变压器布置及引出铜排的三角封接 方式 ; (2) 三相间磁耦合的有效利用 ; (3) 铜排三 角封接位置对换号箱磁涡流影响的避免 ; (4) 铜 排静态和动态运行的稳定性 ; (5) 互感器安装位 置的确定 ; (6) 保证足够的安全空间余度 ; (7) 方 便检修 ; (8) 减小横臂的惯量差 。
Fra Baidu bibliotek
445 炉) 同期 、同钢种生产情况 (非真空处理) 做对 比:
(1) 精炼炉吨钢节电率为 27 % (改造前为 91 kWhΠt ,改造后为 65 kWhΠt) 。
(2) 粗 、精炼炉总体节电率为 5 % (改造前为 530131 kWhΠt ,改造后为 50411 kWhΠt) 。
(3) 粗炼炉生产效率提高 5 %。 (4) 电极节约率约 26 %(改造前为 1104 kgΠt , 改造后为 0177 kgΠt) 。
第 24 卷第 2 期 2003 年 3 月
·冶金设备·
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol. 24. No. 2 March 2003 · 29 ·
北满特钢 40 t 钢包精炼炉( LF) 短网设计与实践
郑颖杰
(北满特殊钢股份有限公司 ,齐齐哈尔 161041)
1 现有的短网设计思想
为克服三相不平衡所造成的诸多问题 ,目前 的短网设计均以获得三相阻抗相对平衡为设计原 则 ,并以导电横臂 、电缆和铜排三段阻抗分别取得 相对平衡来实现短网总体的平衡 。流行的结构为 空间三角形式 ,可以把它归结为阻抗平衡式短网 。
目前 ,由专业厂家提供的可满足液压缸后置 要求的导电横臂方案主要有图 1 所示的两种 ,它 们均要求与之相配的悬挂电缆和导电铜排的布置 为空间三角形式以获得短网阻抗的总体平衡 。图 1 (a) 是三家西北公司的方案 ,图 1 ( b) 是已获得国 家专利的一家江南公司的方案 。
这里导电横臂的结构及形式与铜排结构的配 合是短网优化的关键 。
图 2 (a) 为改造前的短网铜排形式 ,1987 年建 炉时按上钢五厂图纸设计 。该铜排是三角高架形 式 。它的有效长度为 515 m ,而且需要 10 m 外挂
电缆 。 按照阻抗优化设计步骤完成的短网示于图 2
(b) 。经过优化设计 ,最后的结果与改造初期专业 厂家典型设计方案相比铜排由 515 m 减短到 115 m ,短网阻抗由 2155 mΩ 减小到 1130 mΩ。铜排引 起的不平衡因素由导电横臂和外挂电缆结构形式 配合解决 。表 1 给出了优化短网设计和专业厂典 型设计结果的对比 。
2 优化阻抗式短网设计
本文提出的优化短网阻抗设计的实质是将原 始的平面式短网能够获得最短尺寸的优点加以利 用 ,并以纵向尺寸最短为前提 ,最终取得阻抗平衡 的一种条件优化设计过程 。与以往设计思想的不 同之处在于出发点和最终目标的差异 ,导致了设 计完成后的短网阻抗在平衡基础上达到了最小 , 从而提高冶炼效率 。
铜排长度Π 电缆长度Π 横臂长度Π 阻抗均值Π 阻抗失衡 冶炼效率Π 变压器利用 电压损失Π 功率损失Π 体重惯量
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现仅以北满特钢 2000 年 9 月开始的 40 t LF 改造的具体工艺条件为例 ,介绍优化阻抗短网的 设计思路和方法 。
北满特钢 40 t LF 改造的具体设备限定条件
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特殊钢
第 24 卷
及因 素 : ( 1) 钢 包 精 炼 炉 变 压 器 为 7 500 kVAΠ 6 000 V 上出线式 ,18 根出线铜排 ,上置铁质换号 箱 ; (2) 把持器液压缸体要求后置 ,便于缸体及其 油路 、水管远离高温区获得较好的温度条件 ,方便 检修 ; (3) 要求短网在截面及纵向尺寸相同的情 况下完成设计 。
图 2 (a) 改造前的短网铜排 ; (b) 改造后的短网简图 Fig. 2 Schematic of short net copper bus2bar before revamp2 ing (a) and short net after revamping (b)
方案
改造前 西北 江南 优化
表 1 优化短网设计和专业厂典型设计结果 Table 1 Parameters of optimal short net design and typical design at different professional plants
郑颖杰 ,男 ,44 岁 ,工程师 。从事电气控制技术与电气设
计方法的生产和研究 。
收稿日期 :2002211215
(1) 同样在出口电压 240 V 、5 kA 保温电流工 况下 ,改造前炉温下漂 ,改造后炉温上漂 。 (2) 改造后石墨电极的绝对红亮区长度比改 造前加长了 200 mm。
(3) 改造后三相石墨电极的红亮区长度差比 改造前缩短了 175 mm。
用 2001 年 2～4 月 (8 号电弧炉 661 炉 ,1 号 LF 491 炉) 与上一年度 (8 号电弧炉 468 炉 ,1 号 LF
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3 实践结果
LF 改造后由于增加了变压器容量 ,LF 内的 电功率增加了 930 kW。根据对炉子生产情况的 观察和各班次人员的生产记录 ,钢包精炼炉的实 际工况和特点如下 :
图 1 电弧炉短网的两种典型形式 Fig. 1 Two kinds of typic short net for arc furnace
网三相阻抗虽然比较容易满足国家标准 ———阻抗 失衡度 ≤7 %的要求 ,但不能保证短网具有最小的 阻抗 。由于冶炼效率与短网阻抗成反比 ,因此 ,这 种短网不能得到最佳的冶炼效果 。
Design and Practice of Short Net for a 40 t Ladle Refining Furnace at Beiman Special Steel
Zheng Yingjie
(Beiman Special Steel Co Ltd , Qiqihaer 161041)
电弧炉短网的结构直接关系到电能消耗 ,虽 然一般短网阻抗都为毫欧级 ,但在上万安培冶炼 电流下 ,炉外有功损耗和无功损失却相当可观。 而且三相电极功率的不平衡将直接影响冶炼效率 并加重电极和炉衬的偏蚀性消耗 ,影响包龄和吨 钢成本 。本文提出一种总体阻抗优化的短网设计 思想 ,结合 40 t LF 改造的具体工艺条件 ,对实现 短网的最优结构作简要介绍 。
对于电弧炉短网的优化设计 ,首先从变压器 引出铜排的最短结构入手 。铜排结构将涉及多方 面因素 : (1) 变压器布置及引出铜排的三角封接 方式 ; (2) 三相间磁耦合的有效利用 ; (3) 铜排三 角封接位置对换号箱磁涡流影响的避免 ; (4) 铜 排静态和动态运行的稳定性 ; (5) 互感器安装位 置的确定 ; (6) 保证足够的安全空间余度 ; (7) 方 便检修 ; (8) 减小横臂的惯量差 。
Fra Baidu bibliotek
445 炉) 同期 、同钢种生产情况 (非真空处理) 做对 比:
(1) 精炼炉吨钢节电率为 27 % (改造前为 91 kWhΠt ,改造后为 65 kWhΠt) 。
(2) 粗 、精炼炉总体节电率为 5 % (改造前为 530131 kWhΠt ,改造后为 50411 kWhΠt) 。
(3) 粗炼炉生产效率提高 5 %。 (4) 电极节约率约 26 %(改造前为 1104 kgΠt , 改造后为 0177 kgΠt) 。
第 24 卷第 2 期 2003 年 3 月
·冶金设备·
特殊钢
SPECIAL STEEL
Vol. 24. No. 2 March 2003 · 29 ·
北满特钢 40 t 钢包精炼炉( LF) 短网设计与实践
郑颖杰
(北满特殊钢股份有限公司 ,齐齐哈尔 161041)