電弧爐節(jié)能改造探討

劉繼偉，劉帥，劉俊祎

（重慶長(zhǎng)征重工有限責(zé)任公司，重慶 400083）

我鑄鋼分公司有兩臺(tái)3t電弧爐，每爐平均出鋼水量7.3t，1#電弧爐變壓器容量2200KVA，2#電弧爐變壓器容量3200KVA。是我公司重點(diǎn)耗能設(shè)備。

以2019年為例：2019年我公司全年用電量5885.75萬(wàn)kW·h，電費(fèi)4097萬(wàn)元，而鑄鋼分公司電耗2959萬(wàn)kW·h占公司總耗電量的53%。鑄鋼電弧爐電耗1430.588萬(wàn)kW·h，占鑄鋼公司電耗占比48.35%。

所以我們對(duì)鑄鋼公司電弧爐進(jìn)行節(jié)能改造是非常有必要的。為此，我們根據(jù)2019年鑄鋼分公司電弧爐的冶煉數(shù)據(jù)，進(jìn)行了一系列的比較、分析、計(jì)算、總結(jié)，再根據(jù)結(jié)論對(duì)1#電弧爐進(jìn)行了相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)改造。

1 技術(shù)分析

本文主要以鑄鋼分公司2019年電弧爐生產(chǎn)中所記錄的真實(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)冶煉過(guò)程中所涉及主要相關(guān)因素：設(shè)備、能耗進(jìn)行分析，分析軟件主要采用的是Minitab軟件。

1.1 1#、2#電弧爐兩臺(tái)設(shè)備對(duì)比分析

相同點(diǎn)：液壓系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、除塵器、10kV高壓小車；導(dǎo)電橫臂裝置、爐蓋提升裝置、爐蓋旋轉(zhuǎn)裝置、電極升降裝置、爐體傾動(dòng)裝置。

不同點(diǎn)，見表1：

表1 1#、2#電弧爐配置差異表

1.2 1#、2#電弧爐能耗對(duì)比分析

將2019年1#、2#電弧爐的統(tǒng)計(jì)能耗（噸鋼電耗）利用Minitab分析軟件進(jìn)行分析對(duì)比，1#電弧爐平均電耗781.6kW/t，2#電弧爐平均電耗768.6kW/t，1#爐電耗更高。

1.3 1#電弧爐變壓器分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，鑄鋼分公司2019年1#電弧爐平均每爐煉鋼爐料7.3噸，變壓器為2200kV·A，熔煉期時(shí)間平均約為1.75h。而2#電弧爐變壓器為3200KV·A，裝爐量與1#電弧爐相同，熔煉期時(shí)間約為1.3h。

以1#電弧爐實(shí)際裝料量和熔煉時(shí)間，根據(jù)變壓器容量計(jì)算公式計(jì)算：

式中，P為電弧爐用變壓器額定容量，kV·A；q為熔化每噸廢鋼料及相應(yīng)的渣料并升溫所需要的電量，q≈ 410kW·h/t；G為電弧爐裝入量；tm為預(yù)期的熔化時(shí)間，h；cosψ為熔化期平均功率因數(shù)，一般功率電爐取0.82～0.85；η為變壓器有功功率利用率，η=0.75～0.80；N為熔化期變壓器功率平均利用系數(shù)，N=1.0～1.2；

此計(jì)算結(jié)果可說(shuō)明現(xiàn)1#電爐變壓器容量選配偏小。

依據(jù)電爐變壓器選型“取高不取低”的原則，按計(jì)算結(jié)果查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)選擇變壓器容量為3200kV·A。

1.4 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)比、分析，得出結(jié)論：（1）在相同班組及物料的前提下，2#電弧爐比1#電弧爐更節(jié)能；（2）1#電弧爐的變壓器較小，需要更換成容量3200KVA的變壓器；（3）對(duì)1#電弧爐水冷電纜、短網(wǎng)、電極升降裝置進(jìn)行技術(shù)改造，節(jié)能空間更具潛力；（4）對(duì)1#電弧爐控制系統(tǒng)和電極調(diào)節(jié)進(jìn)行改造，采用PLC控制、PID調(diào)節(jié)，這樣會(huì)降低設(shè)備故障率，設(shè)備更節(jié)能。

2 設(shè)備改造和效果

根據(jù)我們前期分析、研究的結(jié)果，我們對(duì)1#電弧爐進(jìn)行了針對(duì)性的改造。

2.1 變壓器

將1#電弧爐2200kVA的變壓器更換成容量3200KVA，提高了熔化期的冶煉功率，縮短了冶煉時(shí)間。具體見圖1、圖2。

圖1 改善前熔化期三相有功功率

圖2 改善后熔化期三相有功功率

2.2 水冷電纜

將原有的單相三根的水冷電纜更換為單相單根水冷電纜，新電纜采用了銅鋼復(fù)合爆炸成型技術(shù)，載流量更大，水冷電纜冷卻效果得到提升，在煉鋼期間，水電纜溫度始終在正冷常值范圍內(nèi)。

2.3 導(dǎo)電橫臂

改造前導(dǎo)電橫臂與水冷電纜接頭采取螺栓壓接，在煉鋼時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，緊固易出現(xiàn)松動(dòng)，易產(chǎn)生打火現(xiàn)象。改造后采取螺栓壓接，并將接頭焊接。新接頭采取焊接形式，不易松動(dòng)，增加可靠性。

2.4 10kV真空斷路器

改造前，因斷路器操作頻繁，真空斷路器操作機(jī)構(gòu)經(jīng)常損壞，或者真空斷路器動(dòng)、靜觸頭經(jīng)常燒壞。改造后，采用ZN119-12型，操動(dòng)機(jī)構(gòu)為永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)械壽命為120000次。

2.5 電氣控制

改造前，舊控制柜內(nèi)線路雜亂，電氣器件老化，控制系統(tǒng)故障率較高。改造后，采用PLC控制，控制線路簡(jiǎn)化，設(shè)備穩(wěn)定可靠，故障率降低。

2.6 電極升降調(diào)節(jié)

改造前，采用的分離電路板，模擬電路調(diào)節(jié)電極升降。改造后，PLC替代分離電路板，采用PID調(diào)節(jié)，并將單純的電流反饋閉環(huán)控制改成根據(jù)負(fù)載阻抗閉環(huán)控制，從而使提高了冶煉時(shí)平均功率，同時(shí)還使冶煉過(guò)程中弧流更加穩(wěn)定，縮短冶煉時(shí)間。具體效果見圖3（數(shù)據(jù)來(lái)源于公司能源管理平臺(tái)實(shí)時(shí)記錄）：

圖3 改造前后熔化期瞬時(shí)功率對(duì)比

改造前的熔化期功率平均值2886KVA，改造后，熔化期功率平均值為3216KVA。改造前，熔化期波動(dòng)范圍從0～2551，波動(dòng)平均值為781。改造后，熔化期波動(dòng)范圍系降到0～2396，波動(dòng)平均值733。

3 結(jié)語(yǔ)

本文中所采用的電弧爐數(shù)據(jù)全部來(lái)源于鑄鋼分公司真實(shí)生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)，以及公司2020年新投入使用的能源管理平臺(tái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄。通過(guò)對(duì)比、分析、計(jì)算，為設(shè)備改造提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，使設(shè)備的改造更加切實(shí)可行。