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不銹鋼管廠中UHP電弧爐的改進(jìn)
在不銹鋼管廠UHP電弧爐的操作中,由于使用了新的測(cè)試手段,實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的工藝操作(77MVA,110噸的爐子)。
測(cè)量?jī)x表(UCE)能檢測(cè)相間電平衡,因?yàn)殡娖胶饩蜁?huì)使三相電極上不銹鋼耐火材料的消耗大致相同,并使生產(chǎn)率提高。
對(duì)于電極的調(diào)節(jié)( TCE),所使用的新方法是按平衡調(diào)節(jié)電極的位置:熔化時(shí)有效功率不變,精煉時(shí)電弧電阻不變。
在完全保證三相電極平衡時(shí),所進(jìn)行的新調(diào)節(jié)會(huì)使能耗降低,電極消耗減少。
電極位移傳感器可以測(cè)量電極的垂直移動(dòng),可以作為操作機(jī)構(gòu),并能預(yù)測(cè)料筐加料后的熔化狀況。
1、電爐鋼廠介紹:
不銹鋼管廠有一座UHP電弧爐,一臺(tái)真空抽氣機(jī),一個(gè)常用的5-7噸鑄錠的澆鑄盤,大部分產(chǎn)品為滾珠軸承鋼。
UHP電弧爐變壓器的額定功率為77MVA,可裝鋼水110噸。爐子裝有水冷壁板和水冷拱頂。在廢鋼熔化時(shí)不使用任何燃燒器。
以技術(shù)革新的名義由EDF和ANVAR給予了資助,由于吉納鋼公司、法國(guó)鋼鐵研究院和TRINDFL聯(lián)合研究了動(dòng)力傳送,以使不銹鋼管廠的電弧爐達(dá)到最佳操作。
這個(gè)工作改進(jìn)了爐子操作,尤其是由于配備了測(cè)試儀表,主要是電測(cè)量?jī)x表,例如UCE(電控制囂)或TCE(電極記錄傳感器)和電極移動(dòng)傳感器。
從電弧爐動(dòng)力傳送的全部情況(圖1),我們將預(yù)料爐子的狀況,并得到下列結(jié)果:
(1)電測(cè)量范圍內(nèi):
一一由UCE測(cè)量出三相電平衡,
一一從TCE得到電極調(diào)節(jié),尤其是原始的調(diào)節(jié)定律:有效功率=常數(shù)。
(2)熔化操作期間
由電極移動(dòng)傳感器顯示出再加料的情況(從壁板水溫度升高則電壓降低)。
1、電和電極的調(diào)節(jié);
1、 1、三相電平衡:
1、 1、 1、相間平衡的必要性:
電平衡也會(huì)有周期性的偏差,而這些偏差會(huì)使三相間電能的分配失去平衡。
如果測(cè)量?jī)x器和測(cè)量處理方法不能立刻表明失去平衡時(shí),那么只有比較晚些時(shí)候才會(huì)感覺(jué)到電不平衡。對(duì)這個(gè)失去平衡的操作,則可由下列二點(diǎn)證明:
一一在一相上最早出現(xiàn)不銹鋼耐火材料的磨損,以至使?fàn)t子過(guò)早地修理,并使這相上的不銹鋼耐火材料大量消耗掉;
一一供電不對(duì)稱時(shí)的熔化,在熔化終了會(huì)提前降壓,因而使功率消耗大,生產(chǎn)率低。
1、1、2、失去平衡的記錄和電弧電壓的再均衡:UCE(電調(diào)節(jié)器)是一個(gè)測(cè)量?jī)x器,按實(shí)際時(shí)間計(jì)算想要知道的電值,尤其是每相的單獨(dú)電壓的測(cè)量(次級(jí)回路)和電流的測(cè)量(初級(jí)回路)。計(jì)算和建立每相電流值的計(jì)算方法,或者是對(duì)每個(gè)大的試驗(yàn)周期(熔化、脫炭、精煉)的計(jì)算方法,甚至對(duì)每相電的調(diào)節(jié)范圍都可測(cè)量。
對(duì)于UCE這個(gè)設(shè)備,能在三相電之間失去平衡時(shí)進(jìn)行記錄,并按計(jì)算公式調(diào)節(jié)電流,以用于電弧電壓再均衡。每一相內(nèi)電弧振幅的偏差降低到低于熔化周期的10%和精煉周期的5%以下。
1.1、3、再均壓后對(duì)操作結(jié)果的影響:
在記錄為不平衡時(shí),測(cè)量的三相線路間不對(duì)稱的電弧電壓和傳導(dǎo)率與這些相上不銹鋼耐火材料的消耗相對(duì)應(yīng): 第一相上總消耗為47%,第二相上總消耗為15%,第三相上總消耗為38%(表1),電弧再均壓后:
一一三相上不銹鋼材料的消耗應(yīng)當(dāng)相等(表1);
一一不銹鋼耐火材料損耗最多的相上,生產(chǎn)過(guò)程中局部消耗不再存在。
一一由于電弧電壓和功率值的增高,除去不銹鋼耐火材料的額外消耗外:生產(chǎn)率可提高10%。
1、2,用TCE調(diào)節(jié)電極:
1、2、1、問(wèn)題的提出:
在操作人員選定功率程序后,并相應(yīng)地調(diào)節(jié)電規(guī)范時(shí),電極的調(diào)節(jié)應(yīng)遵守操作規(guī)程。為了維持到所要求的調(diào)整規(guī)范,特別困難的是來(lái)自于供電電壓的波動(dòng)及線路電阻抗的變化。大家知道,線路阻抗按其負(fù)載狀態(tài),在熔化的過(guò)程中大量增加(圖2): 實(shí)際線路的電抗(x)大大超過(guò)廢鋼熔化開(kāi)始短路時(shí)測(cè)量的電抗(Xcc)和金屬熔池在接近熔化結(jié)束時(shí)測(cè)量的電抗。
按所使用的調(diào)節(jié)過(guò)程:一些系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可以區(qū)分:
——穩(wěn)定阻抗的調(diào)節(jié)《在此視為很重要的阻抗是電弧阻抗與線路阻抗的向量和》一般是最普通的。
一一調(diào)節(jié)電弧電壓,在某些文童中對(duì)此很感興趣
——電弧穩(wěn)定阻抗的調(diào)節(jié)。
用TCE調(diào)節(jié)(電極記錄傳感器),在不銹鋼管廠是用液壓?jiǎn)?dòng)器,分成不同的調(diào)節(jié)等式進(jìn)行研究:一一電弧電壓方程=常數(shù);一一電弧電阻方程=常數(shù)(類似電弧阻抗=常數(shù))一一有效功率方程=常數(shù),在此沒(méi)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
l、2、2、用TCE調(diào)節(jié)
一一電弧電壓的調(diào)節(jié):
電弧電壓的調(diào)節(jié)可以很容易地使三相達(dá)到平衡,但會(huì)出現(xiàn)一些弊。
一一當(dāng)供電電壓變化時(shí),電流和功率會(huì)有較大波動(dòng)。
一一由于線路阻抗的變化,熔化周期內(nèi)電流波動(dòng)大,尤其是由于熔化開(kāi)始時(shí)的不穩(wěn)定引起,或是由于廢鋼塌料后再重新開(kāi)始熔煉而電流很弱引起的。
一一穩(wěn)定電弧的調(diào)節(jié);
由制造者進(jìn)行類似的調(diào)節(jié)(電弧阻抗),信號(hào)顯示出有效功率平均比率增加,并顯示出操作時(shí)觀測(cè)的真實(shí)情況,以及反映出電網(wǎng)上微小的波動(dòng)。
用電弧電阻調(diào)節(jié)( Va/I)為常數(shù):
一一當(dāng)線路阻抗增加時(shí),功率隨熔化過(guò)程中線路電路增加而增加,這可從F=0.25(熔化開(kāi)始線路阻抗增加)的計(jì)算曲線開(kāi)始,到接近F=0.15的計(jì)算曲線上(熔化結(jié)束時(shí)線路阻抗較弱)各點(diǎn)的變化確定(圖3a)。
一一隨著熔化的進(jìn)行,電壓逐漸增加,但增加的不多。
此調(diào)節(jié)足以保證操作的穩(wěn)定,并嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。
——有效功率穩(wěn)定時(shí)的調(diào)節(jié):對(duì)于有效功率穩(wěn)定時(shí)的調(diào)節(jié)可以設(shè)想成:在促使比值Va/l(長(zhǎng)。榭赡艿淖罡呦嗳菪詴r(shí),為的是使電弧適應(yīng)熔化過(guò)程線路上本身的負(fù)載狀態(tài)。同樣,熔化開(kāi)始時(shí),線路的電阻較高,為了保證好的電弧的建立,弧的長(zhǎng)度(和比值Va/l)不是主要的;電的運(yùn)行情況應(yīng)與電弧電阻穩(wěn)定時(shí)調(diào)節(jié)后得到的運(yùn)行情況進(jìn)行比較。在熔化過(guò)程中線路電阻降低,并且所建立的電弧得到改善,弧長(zhǎng)增加(比值Va/l)。
用有效功率為常數(shù)的這個(gè)調(diào)整方式,電測(cè)記錄可證實(shí):
——熔化過(guò)程的線路上有效功率實(shí)際為常數(shù)(圖4a);
——電弧電壓是連貫的,并且在熔化過(guò)程中進(jìn)路上電壓大量增高(由F=0.25計(jì)算曲線到F=0.15的曲線測(cè)得點(diǎn)的變化),而電流值降低。
同樣,令人滿意的穩(wěn)定情況是,與電弧電阻為常數(shù)時(shí)的調(diào)節(jié)相比,有效功率為常數(shù)時(shí)傾向于調(diào)向較高的電弧電阻值。在巳知電路功率,研究很強(qiáng)的輻射電弧時(shí)的調(diào)節(jié)型式可促使:
——因電弧電壓可能比較高,電弧的熱效應(yīng)很好,
——由于電流降低,電極消耗減少。
1、2、3、操作結(jié)果:
操作的熔化周期中有效功率平均不變,并在精煉周期中電弧的平均電阻值為常數(shù)時(shí),使用TCE調(diào)節(jié),當(dāng)電抗不變,使用常規(guī)的調(diào)節(jié)與使用Or CE調(diào)節(jié)的周期進(jìn)行比較,從操作結(jié)果可以估計(jì)出經(jīng)濟(jì)效果。
可得到的收益是;
一—能耗降低10KW h/噸,而電極消耗降低0.1公斤/噸,
—一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖窍M_(dá)到總收益是25KWh/噸和電極消耗為0.25Kg/噸。
一一另外,除去不銹鋼耐火材料的額外消耗:最初可得到提高生產(chǎn)率10%的經(jīng)濟(jì)效益。
2、熔化操作,
2、1、熔化過(guò)程
電弧爐生產(chǎn)的最佳狀態(tài)勢(shì)必要求:在熔化進(jìn)行過(guò)程中,按每一線路上負(fù)載所特有的性質(zhì)分別進(jìn)行調(diào)整。為了使負(fù)載降低,對(duì)于使用無(wú)燒咀而有冷卻壁板的爐子,這個(gè)調(diào)整同樣是很必要的。
對(duì)電壓降低時(shí)間的選擇,以及對(duì)于廢鋼熔化有關(guān)的料斗再加料的時(shí)間的選擇:都應(yīng)該與熔化進(jìn)度相適應(yīng)。
為了確定熔化結(jié)束時(shí)的壓降,在一些爐子上使用了熱傳感器:同樣,在不銹鋼管廠的爐子上用于確定電極桿上再冷卻板水溫提高的測(cè)定,同樣也可以使用電極桿移動(dòng)傳感器,而尤其是料斗重新再加料時(shí),使用這些傳感器可以提供冶煉的進(jìn)展情況。
在福斯廠的爐子上使用各種傳感器進(jìn)行熔煉操作,它可以概括為:
一一水冷板上溫度升高導(dǎo)致壓降;
一一從電極桿穩(wěn)定移動(dòng)時(shí)起,料斗再進(jìn)行加料。
為了簡(jiǎn)單介紹電極傳感器的優(yōu)點(diǎn)和預(yù)測(cè)料斗再加料時(shí)的熔化情況:我就不再談壓降的問(wèn)題了,因?yàn)檫@早已成為常規(guī)的事情了。
2、2、電極位移傳感器的優(yōu)點(diǎn):
在熔化過(guò)程中:電極位移傳感器使負(fù)荷有規(guī)律的變化。記錄系統(tǒng)可記下任何一個(gè)信息(圖7)。正如穿井掘進(jìn)速度的變化一樣,按廢鋼的數(shù)量,尤其按其比重,可探測(cè)廢鋼的塌料,這些主要應(yīng)與調(diào)節(jié)電極升高或降低的尺寸成比例。
由于有電極桿位移距離分析,用計(jì)算機(jī)建立了電極平衡的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上,熔化開(kāi)始時(shí),廢鋼的電弧起振和塌料時(shí)電極移動(dòng)的距離都比較大,在熔池上當(dāng)起振電弧有規(guī)律時(shí)移動(dòng)量減。喝刍Y(jié)束,電極穩(wěn)定時(shí)(電極移動(dòng)距離低子穩(wěn)定時(shí)的極限值)能確定以后的加料時(shí)間,并在減少熔化結(jié)束的低功率運(yùn)行周期時(shí)節(jié)省能耗。
2、3、預(yù)計(jì)再加料的狀況
表2概括出使用電極位移傳感器時(shí)料斗再加料時(shí)爐子的操作情況。
在電極穩(wěn)定前的參照周期是,料斗再加料時(shí)一般使用319KWh/t,在操作機(jī)構(gòu)確立的第一個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)再加料時(shí)可以使用30IKW h/t。目前,一些操作設(shè)備會(huì)使這些指標(biāo)越來(lái)越系統(tǒng)化,并使再加料時(shí)達(dá)到290KWh/t,即與參照周期相比預(yù)計(jì)達(dá)到290KW h/t。
結(jié) 論
由于安裝了新的檢測(cè)、控制儀表,使得不銹鋼管廠的UHP電弧爐有所改進(jìn)。
UCE(電控制器)能完成主要電參數(shù)的實(shí)際時(shí)間的測(cè)量和計(jì)算。這樣就能檢驗(yàn)三相電極間電的平衡,這樣的平衡態(tài)可使三相電極上的不銹鋼耐火材料有著同樣的消耗,取消了部份的修補(bǔ),也使生產(chǎn)率提高。TCE(電極記錄傳感器)具有調(diào)節(jié)電極的能力,它是按照熔化周期內(nèi)實(shí)際功率不變,而在精煉周期內(nèi)Va/I不變進(jìn)行調(diào)節(jié)的,TCE可以節(jié)能,使電極消耗減少,并使三相電極附近的不銹鋼耐火材料有著同樣的持久的消耗量。
電極位移傳感器是在再裝料時(shí)作為操作設(shè)備使用的,正如為了降低電壓,被用在防止冷卻板水溫升高一樣。
從傳感器開(kāi)始的動(dòng)力傳輸作為能量的必要補(bǔ)充,尤其是沒(méi)有燃燒器時(shí)更是如此,以達(dá)到每一筐料,每一次出鋼都能使?fàn)t子處于最理想的操作狀態(tài)。
文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無(wú)縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業(yè)有限公司
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