寶鋼超高功率直流電弧爐整流器改造優(yōu)化

摘 要：文章首先介紹了國內(nèi)外在整流器設(shè)計上取得的成果及存在的缺陷。以寶鋼原整流器系統(tǒng)情況為切入點介紹了主要技術(shù)參數(shù)、圓盤式框架設(shè)計框架結(jié)構(gòu)及冷卻水系統(tǒng)主要設(shè)計指標(biāo)。然后說明了雖然從2000年開始對冷卻系統(tǒng)進行了一系列技術(shù)改造，取得了一定的成效，但是電爐整流器自從1996年投運以來也存在一些缺陷，例如整流器設(shè)計裕量偏低、均流的影響、冷卻能力偏低以及環(huán)境的影響。當(dāng)前整流器存在的主要問題是框架變形、均流無法保證、冷卻管道時常堵塞。最后分析了整流器的改造、主要技術(shù)要求及取得的主要成果。目前整流器的改造運行正?？煽?，徹底解決了多年無法解決重大事故隱患問題，提高了設(shè)備的可靠性，保證了電爐生產(chǎn)安全正常運行。這些新技術(shù)將在今后的工程中廣泛使用并且為國產(chǎn)化直流電弧爐提供了有力的幫助。

關(guān)鍵詞：整流器；框架；均流；冷卻系統(tǒng)

中圖分類號：TF748.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）29-0092-02

電爐煉鋼的主原料主要是廢鋼，占60%以上，并可以全廢鋼冶煉，在冶煉初期（引弧階段），電弧經(jīng)常會出現(xiàn)瞬間的短路及斷路，形成的電動力對整流器框架產(chǎn)生強大的振動沖擊，容易引起整流器框架變形損壞。因此，國外制造的超高功率直流電弧爐專用整流器都是以框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為基礎(chǔ)的，目前國內(nèi)研制最大僅只用到60 t直流電弧爐上，尚無制造60 t以上直流電弧爐用整流器的先例。國外制造的電爐用整流器在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計方面有兩個顯著的特點：一是整流器框架采用開放式自支撐式設(shè)計，如蘇鋼100 t的直流爐引進的SIEMENS整流器；二是整流器框架采用開放的大圓盤式設(shè)計，如寶鋼150 t與杭鋼80 t直流電弧爐引進的GE整流器。雖然兩種框架結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)點都是從整流器安全、可靠運行角度考慮的，但不同廠家針對用戶實際要求和設(shè)備安裝環(huán)境等不同，其設(shè)計出來的裝備風(fēng)格具有明顯的區(qū)別，經(jīng)實際運行證明裝備所具有安全性、可靠性和穩(wěn)定運行性也存較大差異。寶鋼電爐整流器是由加拿大GE公司制造的，采用大圓盤式結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種框架結(jié)構(gòu)非常緊湊，不利于日常維護，電爐投運十幾年來，整流器暴露出了許多重大問題，運行可靠性越來越差。

近年來，隨著國內(nèi)大容量電力電子裝置技術(shù)發(fā)展很快，在一些引進裝備部件的國產(chǎn)化應(yīng)用及部分改造方面發(fā)揮了一定作用，特別是自主研發(fā)的大容量裝置在電解、電鍍、無功補償裝置、“西電東送”超高壓輸變電等工程項目中得到了較好應(yīng)用，已基本具備了研發(fā)超高功率直流電弧爐用整流器的技術(shù)能力。

1 原整流器系統(tǒng)情況

1.1 寶鋼電爐整流器

寶鋼分公司煉鋼廠150 t超高功率雙爐殼直流電弧爐是由法國CLECIM公司整體引進的。電爐的供電電源是由三套整流器裝置EB51、EB52和EB53組成的，整流器輸出的負極連接到爐頂石墨電極，正極經(jīng)底電極切換開關(guān)連接到兩個爐底底電極中的一個，冶煉時石墨頂電極和底電極經(jīng)爐內(nèi)的廢鋼或鋼水之間產(chǎn)生電弧，形成爐內(nèi)能量的供給源。其中，三套整流器裝置EB51、EB52和EB53由GE加拿大電氣公司于1996年制造。

1.1.1 整流器框架結(jié)構(gòu)

電爐整流器結(jié)構(gòu)由交流鋁母排、直流鋁母排、帶絕緣板的鋁合金焊接框架和晶閘管組件組成，整個系統(tǒng)采用開放式框架設(shè)計，鋁母排之間通過焊接支撐。系統(tǒng)采用負壓閉循環(huán)純水冷卻方式，冷卻系統(tǒng)由三臺水泵、三臺熱交換器及一個密封水箱組成。

整流器采用三相橋式全控整流，每個橋臂有10只2500A/2500V晶閘管并聯(lián)組成，橋臂采用大圓盤結(jié)構(gòu)形式，每組晶閘管組件（包括一只晶閘管、一只快熔、三個水冷散熱塊和一套晶閘管安裝支架，靠一支250 mm長的交流連接母排和內(nèi)圈的直流連接母排固定到交直流母排上。

1.1.2 冷卻系統(tǒng)

水箱內(nèi)的純水流經(jīng)整流器內(nèi)各母排及晶閘管散熱塊，再由三臺水泵抽回水箱，形成一套負壓閉循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)，此部分又稱為內(nèi)部冷卻水系統(tǒng)，主要將整流器交直流母排及晶閘管工作時產(chǎn)生的熱量帶走，而內(nèi)部冷卻水帶出的熱量又經(jīng)過三臺板式熱交換器，由外部冷卻水對流冷卻。

冷卻水系統(tǒng)的主要設(shè)計指標(biāo)如下：

①內(nèi)部冷卻水水質(zhì)為去離子加5%丙烯甘醇混合純水、電阻率300 k以上，最高進口水溫38.5℃，流量433 l/min。

②外部冷卻水引至電爐電氣冷卻用純水總管，最小流量667 l/min。

③水泵：流量：5/85（GPM），揚程：72/55（Ft）， 正常情況下2備1。

④熱交換器：熱交換面積3.77 m2，設(shè)計壓力0.7MPa，最高承受溫度150℃，正常情況下2備1。

1.2 存在的缺陷

電爐整流器自從1996年投運以來，故障頻發(fā)，對1999～2008十年間的電爐主作業(yè)線故障停機進行統(tǒng)計，其中47起由整流器故障引起，停機時間175.6 h，直接影響電爐的生產(chǎn)產(chǎn)量。從2000年開始實施了晶閘管擴容、冷卻系統(tǒng)改進等一系列技術(shù)改造，取得了一定的成效。

2 項目改造、目標(biāo)

2.1 項目改造

本次整流器改造，利用寶通鋼鐵閑置整流器設(shè)備框架及部分元器件，開發(fā)制造3臺整流器，分別更新替換現(xiàn)有的EB51、EB52、EB53三臺整流器設(shè)備。

寶通鋼鐵閑置整流器為ABB成熟產(chǎn)品（原屬浦鋼公司100t直流電爐），特別是在框架結(jié)構(gòu)、18個晶閘管并聯(lián)運行的系統(tǒng)安全裕量與動態(tài)均流、降低系統(tǒng)發(fā)熱量與系統(tǒng)冷卻、滅?。ǚ乐故鹿蕯U大）等設(shè)計方面有較高的可靠性。

整流器設(shè)備利用了閑置整流器框架及部分元器件設(shè)備，結(jié)合多年的設(shè)備使用維護經(jīng)驗，對控制、保護及冷卻系統(tǒng)等部分進行全新優(yōu)化設(shè)計，在發(fā)揮閑置整流器框架結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，進一步有效提升了整流器安全穩(wěn)定運行性能。

利用寶通鋼鐵閑置整流器設(shè)備框架開發(fā)制造3臺整流器，重新設(shè)計制造的設(shè)備及零部件如下：

①交流進線單元。交流進線單元共3套，每套包括：變壓器的三相接口及連接、電流互感器CT、銅母線、支撐及大電流交流進線絕緣處理等。

②整流觸發(fā)及驅(qū)動單元。整流觸發(fā)及驅(qū)動單元共3套，每套包括：12塊光電觸發(fā)脈沖、驅(qū)動及導(dǎo)通電路顯示板等。

③直流出線單元。直流出線單元共3套，每套包括：輸出端接口排連接、直流輸出支撐連接、大電流直流輸線絕緣處理等。

④控制單元?？刂茊卧?套，每套包括：控制電路系統(tǒng)、屏蔽控制電纜及光纜接頭等。

⑤保護監(jiān)控單元。保護監(jiān)控單元共3套，每套包括：橋臂及母排接口溫度檢測、過壓保護、過流保護、dv/dt保護、交直流側(cè)及可控硅器件阻容吸收保護、直流電壓檢測（含穩(wěn)壓電阻組）、接地監(jiān)控系統(tǒng)、快熔檢測、故障報警信號及HMI接口界面等。

⑥內(nèi)循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)。內(nèi)循環(huán)純水冷卻系統(tǒng)共3套，每套包括：水路連接單元、可控硅冷卻、快速熔斷器冷卻、交直流母排冷卻、盤架冷卻、2臺循環(huán)水泵（1用1備）、自動補水閥、去水離子系統(tǒng)、純水冷卻熱交換系統(tǒng)及純水冷卻系統(tǒng)檢測儀表等。冷卻系統(tǒng)采用閉循環(huán)水冷系統(tǒng)，循環(huán)水采用正壓方式，冷卻能力應(yīng)滿足整流器最大電流工作需求，且設(shè)計時應(yīng)盡量減小運行過程中電位腐蝕的影響。每套整流器水冷系統(tǒng)進出水口側(cè)各增加1套溫度檢測點，出水口增加1套差壓流量計，冷卻水箱增加1套液位計，1套電導(dǎo)率計，1套壓力變送器。

⑦3套純水冷卻系統(tǒng)公用補水箱。增加1個純水公用補水箱，內(nèi)裝1套水位檢測儀表。

2.2 整流器主要技術(shù)要求

依據(jù)現(xiàn)有整流器十多年的實際運行維護及相關(guān)改造經(jīng)驗，確定改造后整流器應(yīng)達到下列技術(shù)指標(biāo)要求。

輸入電壓：AC 648 V、3相、50 Hz；輸入電流：AC 29394 A；額定輸出電壓：DC 765 V；最高空載直流電壓：DC 870 V額定功率：27 540 kW；額定輸出電流：DC 36000 A（連續(xù)）；整流器承載最大電流能力：144kA/10s；平波電抗器：150 μH；可控硅通態(tài)壓降：≤1.35 V/3000 A；可控硅承受浪涌電流能力：43 kA/10 ms；可控硅電流安全裕量：kAi≥3.6；可控硅電壓安全裕量：kAu=3.0倍；整流器過載能力：150%額定輸出電流，歷時1 min；整流裝置額定整流效率約：η≥95%；橋臂均流系數(shù)達到國家標(biāo)準(zhǔn)：18并≥0.74；整流裝置額定運行時噪音：≤65 dB；冷卻方式：純水—強迫水冷式冷卻；安裝方式：戶內(nèi)絕緣法安裝；柜體防護等級：開啟式自支撐框架結(jié)構(gòu)。

3 結(jié) 語

目前整流器改造已運行一段時間了，運行正常可靠。徹底解決了多年無法解決的設(shè)備頑癥、解決了維護和故障分析處理困難及備件供應(yīng)困難特別是解決了重大事故隱患等問題，提高了設(shè)備的可靠性，保證了電爐生產(chǎn)安全正常運行。這些新技術(shù)相信在今后的工程中必定會得到廣泛的使用也為國產(chǎn)化直流電弧爐提供了有力幫助。

參考文獻：

[1] 朱應(yīng)波.直流電弧爐煉鋼技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

[2] 傅杰.電弧爐煉鋼技術(shù)發(fā)展歷史分期問題[J].鋼鐵研究學(xué)報，2006，（5）.