高阻抗电弧炉的设计特点和应用

感应炉和电弧炉的特点及应用分析中频感应炉是将工频交流电转变为中频的电源装置。

其实质是把三相工频交流电整流后变为直流，再把直流通过逆变装置变为可调节的中频电，供给由电容和感应线圈组成的谐振回路。

由于在感应圈中产生很强的磁场，使在感应线圈里盛放的金属材料产生很大的涡流。

金属本身的电阻通过很大的电流时会产生很大的热量，这样就会使金属材质很快发热。

例如，把一根金属圆柱体放进通过中频电流的感应线圈里，圆柱体表面被加热甚至熔化，而且这种加热和熔化的速度只要调节电源频率大小和电流的强弱就能实现。

如果圆柱体放在线圈中心，那么圆柱体周边的温度是一样的，圆柱体加热和熔化也不会产生有害气体、表面氧化也很小。

我公司生产的中频、工频感应电炉广泛用于有色金属的熔炼〔主要用在熔炼钢、合金钢、特种钢、铸铁等黑色金属材料以及不锈钢、铜、铝、锌等有色金属材料的熔炼，并能和高炉进行双联运行〕，广泛用于锻造加热及热处理调质生产线。

中频炉系列熔炼炉特点：（1）熔化效率高节电效果好，结构紧凑、过载能力强（2）炉子周围温度低、烟尘少、作业环境好。

（3）操作工艺简单、熔炼运行可靠。

（4）金属成分均匀。

（5）熔化升温快、炉温容易控制、生产效率高。

（6）炉子利用率高、更换品种方便。

中频炉系列透热炉特点：（1）加热速度快、生产效率高、氧化脱炭少、节省材料与锻模成本。

（2）工作环境优越、提高工人劳动环境和公司形象、无污染、低耗能。

（3）加热均匀，芯表温差极小，温控精度高。

电弧炉是利用电极电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。

对于熔炼金属，电弧炉比其他炼钢炉工艺灵活性大，能有效地除去硫、磷等杂质，炉温容易控制，设备占地面积小，适于优质合金钢的熔炼。

电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成，炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。

电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。

电弧炉炼钢是通过石墨电极产生的电弧向炼钢炉内输入能量，电极放电形成电弧时能量很集中，弧区温度在3000℃以上，如此高的温度能使炉内的炉料快速熔化。

减轻对电网冲击的高阻抗电弧炉1 概述随着半导体电力电子技术的发展与进步，各种变流变频装置已广泛用于工业及民用领域，煤矿提升机也比较普遍的采用晶闸管供电的直流拖动，称为提升机晶闸管电控系统（SCR-D）。

晶闸管电控系统具有调速平稳准确、效率高、容易维护、可引入计算机监控等优点，目前国内大功率的矿井提升机采用较多。

但是晶闸管电控系统也会对电网产生一些不良影响。

由于晶闸管变流器采用相切控制方式调节电压或电流，使电网正弦电压波形受到切割，并由此产生谐波电流，导致供电电网电压波形畸变。

SCR-D系统在整个运行期间功率因数偏低（一般在0.02～0.8之间），同时启动无功冲击大，引起电网电压发生波动，尤其对于矿井提升机这类短时重复工作制的负荷，电压波动问题更加突出。

综上所述，SCR-D系统对电网的不利影响主要表现在：①产生谐波电流；②平均功率因数低；③起动无功冲击大。

1.1谐波电流问题根据国内外有关技术文献及规程，电网谐波（分量）的定义为“对周期性交流量进行傅立叶级技术分解，得到的频率为基波频率整数倍的分量”。

在假定发电机输出的电压为理想正弦波形的前提下电网的波形主要由具有非线形特性或者对电流进行周期性开闭的电器设备产生，这类设备分为以下两种：⑴装有电力电子器件的设备，例如变流器、变频器、交流控制器、电视机等。

⑵具有非线形电流电压特性的设备，例如感应炉、电弧炉、气体放电灯和变压器等。

随着晶闸管电路的广泛应用，这类设备成为主要的谐波源。

晶闸管在对电流进行相切控制时，正弦电流的一部分进入负载，转化为功率，另一部分能量返回电网，其频率为电网频率的整数倍。

这部分电流称为谐波电流。

因此，我们可将晶闸管变流器看作谐波电流源，整个电网作为他的负载。

为了保证所有电器设备的正常工作，各工业国家都对谐波问题开展了深入的研究工作，并制定出了相应的规程标准。

我国于1984年颁布了《电力系统谐波管理暂行规定》，后又于1993年发布了国家标准《电能质量：公用电网谐波》，规定了电网谐波的允许值。

石红勇（中冶东方工程技术有限公司，内蒙古包头０１４０１０）摘要：本文介绍了高阻抗电弧炉的优点及操作特性，论述了高阻抗电孤炉优于传统的交流电孤炉，说明了高阻抗电孤炉技术将是我国电炉炼钢生产与技术改遣过程中应首选的技术。

关键词：高阻抗电弧炉；操作特性；优点风∞明ｒｃｈＯｎｈｉ窖ｈｉｍｐｅｄａｎｃｅＥＡＦｔｅｅｈｎｏｌｏ移ＳＨＩＨｏｎｇ－ｙｏｎｇ（ＢＥＲＩＳＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂａｏｔｏｕ０１４０１０ＮｅｉＭｏｇｇｏｌＣｈｉｎａ）Ａｂｓｎ－ａｅｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＩｍｐｅｄａｎｃｅＥＡＦｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｉｓ，ｗｅｃａｎｓｅｅｔｈａｔｉｍｐｅｄａｎｃｅＥＡＦｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＥＡＦａｎｄｉｔｓｈｏｕｌｄｂｅｔｈｅｂｅｓｔｃｈｏｉｃｅｆｏｒＥＡＦｐｌａｎｔｐｒｏｍｏｔｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈＩｍｐｅｄａｎｃｅＥＡＦｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ａｄｖａｎｔａｇｅｓｌ■述近年来，炼钢设备不断进步，电炉技术飞速发展，采用超高功率电炉＋精炼装置＋近终形连铸机＋连轧机四位一体（ＦｏｕｒｉｎＯｎｅ）电炉短流程炼钢工艺已成为当今钢铁工业发展的新潮流。

但随着电炉容量的不断大型化以及功率的超高化，电弧炉冶炼对电网的干扰与冲击也越来越严重。

为了最大限度地减少电弧炉冶炼公害、降低投资成本及操作费用，一种被称为高阻抗（Ｈｉｇｈｉｍｐｅｄａｎｃｅ）的电弧炉技术便应运而生。

这种电弧炉炼钢技术主要是通过在变压器一次侧串联电抗器来减少电弧电流，降低电极消耗，优化电力效率，减少供电线路的电流波动，降低总体投资费用。

２鼻阻抗电曩炉操作特性在炼钢生产过程中，电弧炉是一个巨大而不稳定的负载，尤其是在熔化初期，电流变动的范围常达到电炉变压器额定电流的０～３００％。

电弧炉炉型设计电弧炉是一种利用电弧高温作用的冶炼设备，它可以将废钢和废铁等回收材料加热至高温状况下，溶解成可重新用于冶炼的原材料。

而炉型设计是电弧炉的核心之一，能够直接影响电弧炉的生产效率、炉龄和产品质量等方面。

本文将从以下三个角度探讨电弧炉炉型设计。

一、电弧炉炉型设计的基本原则1.电弧炉的炉型应该具备良好的隔热性和氧化性能，以减少能量损失以及金属氧化损失。

2.炉型应该考虑到在全过程中的安全性、可维护性和易操作性。

3.炉型应该保持与电力供应系统相对衔接的技术特性与可以满足小到大的工作开度。

二、电弧炉炉型设计的常见形式1.圆形炉型由于圆形与球体是光滑自然形体，使炉壳内的炉料得以充分靠拢，加热面积大，变焦作用好，热损失小。

电弧炉采用高圆形炉型在节省用地方面具有很大优点和经济效益，能够使废钢的熔化更完整，并且可以有更广阔的化学平衡区，使炉壁的温度参数均衡，减轻热应力和力波的影响，得到更加优质的炉料和金属产品。

2.矩形炉型矩形炉型外形通常都采用矩形形状，其内部空间可以充分利用，而且维修方便，炉门升降设备可以更加方便的装置，提高了作业效率和安全程度，在废钢冶炼的过程中能够得到更加均匀的加热和氧化。

3.椭圆形炉型椭圆形炉型可以使料层等厚度更均匀，受加热更完整，良好的投料稳定性和快速换料，而且使得炉内空气上升的避难区域尽量靠近高温区域内的产品与炉料。

三、电弧炉炉型设计的优化方向1.提高反应效率可以在炉板设计采用隔板结构或新式导焦系统，也可以增加炉身缩颈区，有效提高炉边温升和加热效果，缩短冶炼周期，提高反应效率。

2.加强炉壳密封性密封性差的炉型会导致腐蚀和氧化，影响炉体寿命，所以需要增加炉壳密封性到隔热材料，同时也可以隔绝炉壁温度场。

3.提高电弧稳定性电弧的稳定性能够直接影响电弧炉的熔化效率以及电极的寿命，所以需要完善电弧炉电极移动系统及保护装置和引弧系统，同时也需要配备优质的电极材料和电源设备。

总之，电弧炉炉型设计的重要性不言而喻，设计合理的炉型形式能够提高工作效率，延长炉体寿命，降低产品成本，进而增强企业的核心竞争力。

高阻抗技术一、高阻抗技术及其优点高阻抗电弧炉，即通过提高电炉装置的电抗（在电炉变压器的一次侧串联一电抗器），使回路的电抗值提高到原来（同容量）的1.5～2倍左右，对于40t/30MVA以上普通阻抗电弧炉，其电抗值为3.5～4.0 mΩ左右，高阻抗电弧炉的电抗值可提高至6～8mΩ左右，使之成为高电抗或高阻抗电弧炉，这种高阻抗电弧炉更适合长弧供电。

因高阻抗电弧炉发挥长弧的优势，故具有如下优点：●电耗与电极消耗降低，因电流大为减小；●电弧稳定性高，因电抗高、功率因数低；●减少电压闪烁20%以上，因电流波动小；●降低回路电动应力，因短路电流小。

二、电弧炉高阻抗技术的发展过程●要有足够的电抗，保证电弧稳定燃烧及限制短路电流对于一般炼钢电弧炉设备运行来说，为了保证电弧的稳定连续燃烧和限制短路电流，要求电炉回路中具有一定的电抗，以往的作法是在变压器一次侧串联电抗器。

●降低电抗，提高功率因素超高功率电炉开发初期为了保证炉衬寿命，供电上采用低电压、大电流，粗短弧供电后，电抗百分数大大增加，功率因素降低很多，虽然电弧比较稳定，但大电流引起了诸多不足。

为此，除小电炉（10吨/5500kVA以下的）还串联电抗器外，对于较大的电炉（20吨/9000kVA以上的），在设计与改造时，还要采取了一系列降低电抗以提高功率因数的措施。

●提高电抗，稳定电弧燃烧交流超高功率电炉大面积水冷炉壁的采用及泡沫渣埋弧操作，使得长弧供电成为可能，长弧供电有许多优点，但高电压长弧供电使功率因数大幅度提高，导致电弧不稳定，输入功率降低。

为了改善此种状况，采取提高电炉装置的电抗，以便适合长弧供电。

提高电抗，降低电压闪烁直流电弧炉能最大限度地降低电压闪烁40%，交流电弧炉为了与之竞争而提出采用高阻抗技术。

减轻对电网冲击的高阻抗电弧炉收藏此信息推荐给好友2009-7-7 来源：机电商情网1 引言自从电弧炉诞生那天起，人们便开始研究用什么办法能获得最大的电弧功率。

众所周知，电弧功率决定了它的生产率，而电弧功率又正比例于电压和电极电流。

在过去的许多年来，一直是依靠加大电极电流来提高电弧功率的。

但是，由此产生的弊端是必须配置巨大截面的二次载流导体和开发价格昂贵的、特制的超大直径硅电极来满足传输大电流的要求。

在这种冶炼操作模式中，由于采用短电弧冶炼，使得电极同炉料频繁接触，经常产生短路，对供电电网的冲击非常严重，造成电网电压波动和闪变，并产生大量高次谐波；另外它还导致电极折断率非常高，经常需要接电极，既影响了生产，也增加了炼钢成本。

短电弧操作的另一负面效应是在电极穿井期间，运行电抗非常高，导致平均功率降低，电弧功率减少，冶炼时间加长。

如果采用高电压，低电流操作，可以减少电极消耗和电能消耗。

可是采用高电压，低电流操作，由于主电路电抗值小，导致短路电流倍数过高，高压开关频繁跳闸，功率因数过高，电弧燃烧不稳定。

综合上述，可得出一条重要结论：那就是如果将电弧炉主电路由低阻抗改造成高阻抗，即在主电路串联一只电抗器，则上述弊端便可迎刃而解。

也就是说：附加电抗能使电弧燃烧稳定，电极电流减少，电压波动降低，谐波发生量减少，提高二次电压，可使电弧功率加大，电效率提高，并依靠泡沫渣完全包围覆盖电弧，因而也提高了炉衬寿命。

这种在电弧炉主电路串有大电抗器的，并有较高二次电压的电弧炉被称为高阻抗电弧炉。

2 高阻抗电弧炉的理论依据自从附加电抗器的高阻抗电弧炉概念在十几年前被首次提出以来，现已在电弧炉操作实践中被炼钢厂普遍接受，并已在国内外迅速推广，已收到了明显的经济效益。

因此，高电弧电压，长电弧冶炼，低电极电流操作模式是已有的超高功率电弧炉进一步发展和提高的必由之路。

提高变压器二次电压来增加电弧电压和电弧长度，以及增加炉子总电抗来降低电极电流和提高电效率的优越性，可用式（1）－（6）说明。