CN1052585A - 由可控电流馈电的直接电弧炉及对直接电弧炉馈以可控电流的方法 - Google Patents

Abstract

馈可控电流于三相直接电弧电炉的方法和用于 熔炼金属及用于铁基合金的这样馈电的电炉，它包括 调节电弧长度的装置；供电给电炉的至少一条中压线 和一个变压器的炉子电源；在每一相调节电弧电流的 元件由包括至少一个电感器、一个晶闸管控制的阀或 由至少并联于部分电感器的饱和电抗器组成的调节 元件所组成，它和装置(S1)一起测量电弧电流强度 并和装置(GC)一起工作，后者靠作用于等效串联电 抗数值控制炉子电弧电流。

Description

本发明涉及馈以可控电流的三相直接电弧电炉，也涉及将可控电流馈给三相直接电弧电炉的方法。

本发明被用于为熔炼金属，特别是铁和合金的三相电弧炉。

直接电弧炉目前主要被用于熔炼和精炼钢，并且差不多全是三相炉子。

在近二十年中，每只炉子的功率得到极大的提高，从单机功率16MW和20MVA增到大于85MW和120MVA。

这样大的功率给供电电网带来电压扰动（波动），以及由于电感性负载所导致的相当大的相位移等大问题。

为校正由此电感性负载造成的相位差和减少电压波动，现代补偿技术使用了各种带有可控二极管一起运行的无功功率补偿器。

调节原理示于图1及以下：

三个电感器和三相中压线并联布置，该线是作为强电感负载的炉子供电点;这些电感器通过晶闸管T被供电，其导电角由装置SI检测的电流为基础来控制的。

此调节系统保持恒定并在由炉子需用的总无功功率为零处平衡，电感器L1和L2和若干组功率因数校正电容器CR都联到中压电源线上。

若干组功率因数校正电容器CR加上适当的电感器也可完成滤除由炉子及补偿系统产生的谐波。

借助于适当的液压装置GI改变电极高度，以试图保持电弧的电阻为常数来调节炉子电弧的有功功率。

为了克服这种对所吸取的电流的间接调节型式带来的困难和一些缺点，近来生产出了直接电弧电炉，这种型式有一个单电极，电流的返回靠炉子外壳。

电弧的供电电流，由可控二极管或晶闸管组成的整流装置提供。这个系统有两个重大缺点。一方面它难于获得电流的返回路径，同时另一方面整流系统产生很强的奇次谐波。

为了消除这两种电弧炉的这些严重缺点，本申请人设计、试验并实施了本发明，它以前述目的作为其目标。

本发明馈以可控电流的三相直接电弧电炉，可有利地但非基本地用于铁基合金，该电炉包括用于借助对电极高度作用来调节电弧长度的装置，包括用于电弧炉的至少一条中压线、一个变压器的电炉电源，在每一相连接中压线和变压器的那一部分内包括的调节电弧电流的装置，以及包括至少一个电感器和一个用于测量被电弧吸取的电流强度的装置，该电炉特征在于：至少一个晶闸管控制的阀（T）被包括于和至少是第一电感器（L1）的一部分并联。

将可控电流馈给用于熔炼金属，以及虽属有利但非基本的用于熔炼铁基合金的三相直接电弧电炉的方法，其特征在于：一个控制装置（GC）直接作用于炉子的电弧电流并使等效串联电抗整体数值改变。

根据本发明，控制机构直接作用于炉子的电弧电流以决定运行点并减少扰动，这与现有技术不同，它让炉子内电流自由地生成，且只用液压系统调节电弧长度来控制，而抗波动控制系统随后试图调节主电源侧的状态。

现在的三相电弧炉通常连接到独立工作的和炉子并联的补偿系统，根据本发明的炉子的三个电弧，按照其解决办法的一种构思给每一电弧施加一由第一电感器LI限制的第一基本电流。第二电流被第二电感器L2叠加到第一电流上，第二电流借助于具有传输功能的晶闸管T，由经分析第一基本电流的值和/或其初始斜率或趋势来考虑电弧运行状态的传递函数来操作和调节。

根据另一种方案，除了分析其值和/或初始斜率，还要分析工厂各处需要讨论的电量，特别是变压器有载抽头变换器的位置的状态。

根据解决办法的构思的又一方案，饱和电抗器RS可以适当地用来代替电感器L1和L2和晶闸管T。

根据本发明，功率因数校正电容器也被用作吸收由电炉对电网产生的谐波的滤波器，以和现有技术完全类似的方式安置成并联在中压汇流排上，但电容量数值要小得多。

参考作为非限制性例子提供的附图，图1表示现有技术。

图2表示本发明，并使发明和现有技术的区别得以了解。图3和4表示解决办法构思的各种方案。

现在来详细看看现有技术和发明的内容。

本发明与现有技术不同处在中压线和电炉变压器之间的部分。

图1中，电感器L1具有这样的目的，使电炉关于可用的变换功率，电弧长度，电流强度和辐射指数的运行点优化，以及用精选它的值使其更有适应性。

电感器L1的选定通过决定工作点来实现，该工作点对保证适当的转换功率和对熔炼过程工艺要求来说有足够高的电弧电流，以及同时要限制在电极短路时的峰值电流等这些相反的要求保持平衡。

选取电感器L1间接地影响电弧热辐射，它必需在考虑生产效率所需的最小值和因耐火衬壁磨损的限制及保持相关的安全极限所定的最大值之间变动。

因而补偿由电炉吸取的电感性无功功率是重要的。

必需的电容性无功补偿功率通过把固定的功率因数校正电容器组CR并联到中压线（通常是中点绝缘或接地的星形连接），以及用固定的电感器L2和晶闸管操作的阀T（由晶闸管控制的电感器）得到的可变电感来获得，电感器L2的接法是三角接法。

电感器LF也被用作滤波器并被安置成与晶闸管T和电容器CR相串联。

可变补偿的需求，使在电源点让平均功率因数比供电当局规定的要高的要求并不能满足得那么好。反而对于吸取的与电网里电压波动相应的无功功率峰值，可极快地补偿的可能性倒要满足得好些。

电容器组CR和电感器L2的选定根据由炉子要求的最大无功功率（等于炉子短路功率）来实行，该无功功率用一个由于所述的补偿装置（CR+L2+T）不完全补偿之故而大于1的系数来校正。

电感器LF也还有滤波任务并安置得晶闸管T和电容器CR串联。

被电炉每个供电相所吸取的无功功率的测量用装置S1逐相地进行，该装置产生电弧电流控制系统反馈信号。

在所有时间内由电容器组CR吸取的容性电流必须同被电炉和被由晶闸管T控制的电感器L2吸取的感性电流相平衡。

图中标GI的第二调节装置与控制电弧电阻的电路构成相关。

已知，例如适当的液压式伺服机构GI安排得垂直地移动电极，使电炉阻抗保持恒定。

机械调节其时间常数明显地慢于上述电调节型式，因而对电干扰的作用不太有效。

下面转到简要地示于图2的本发明，发现电感器L1实现图1中所示现有技术里包含的类似元件的同样作用。

可变的电感器用固定电感器L2和晶闸管操作的阀T来获得，且和电感器L1并联安置，因而提供可和电炉电源串联的可变电感。

装置S1测量由电弧吸取的电流的强度，并且发出一个信号去驱动晶闸管T的控制系统。

有可能以这种方式保持被电炉吸取的电流在很宽的限度内为常数，因而得到一个可控电流的电源。

电弧阻抗的变动被串联安排的等效电感器阻抗相反的变动所补偿，此等效电感器由L1和L2并联构成。

例如，假使电弧趋向于消失，则减小电感来增加电流。

反之，假使电极被熔炼的废料所短路，电感器的电感变到最大值以便限制电网中造成的电压降。就是说，存在一种趋势，校正电网中扰动的起因，而不象现有技术那样用静态可变补偿器校正其后果。

等效串联电感的自动控制，依赖于电弧电流，因而形成所示构形的革新的内容。

所阐明的控制也可以和电弧长度的液压调节GI一起工作。

虽然两种型式的控制按其目的能在炉子侧维持恒定阻抗，但它们有一些差别。作用于电弧长度的影响电极位置的位置调节GI可以改变的仅仅是阻抗的电阻部分，其中等效串联电感（L1，L2并联）的电调节直接改变电抗部分，通过作用于弧电流，也对等效电阻起作用。

然而，时间常数很不一样，因为在一种情况下涉及机械式的作用，而另一种情况只包含电的作用。

逐相地进行的等效串联电抗的调节也能使在电炉次级电路构成（从电炉变压器输出到电弧）中的固有阻抗不平衡被校正，三个相中的电流可保持恒定，因而克服了所谓的“冷相”（cold  phase）和“狂相”（wild  phase）问题。

现有技术中和在这里提出的技术中用晶闸管T控制的电感器根据从监视器S1来的信号来操纵，这些信号由一控制装置GC处理。

这里提出的技术中，此控制装置GC也能接受反映电路各部分中其他电量变化的信号。因此它能例如借助于变压器TV接受中压线来的测量信号，又例如，可接受通过控制GC而得到的电极位置信号，也能接受其他来源的信号，例如，变压器有载转换开关位置的或其他设定的信号。

然而，控制装置GC用消除通过电感器的电流中连续分量来阻止其饱和。

功率因数校正电容器CR接到中压线，它有把被电炉吸取的功率的无功分量的功率因数校正到供电当局给定范围内之任务。

如在图1，2中可见，根据本发明的构成提供了通常的构成中已被包括的那些同样的成分。但这些成分功能上以不同的方式被利用。

最后，有不同的选定值的各成分不同的应用造成若干重要的结构上节省。

可以在炉子的有效功率相等以及在电网中产生的波动扰动相等条件下进行两种解决办法的对比。

电感器L1，尽管有较大的电抗，通常在本发明中只被注入部分炉子运行电流。就其功率而言，从而其价格来说并计及由于短路过载的安全因数大约是图1构成所要求的30-40%。

功率因数校正电容器CR也减少很多。事实上，在图1情况下，正如我们已经注意到的，容性无功功率被选定在比在电极上短路功率还要大的值上。在图2情况，只需校正在运行点被炉子吸取的一部分无功功率的功率因数，结果减少约为70-80%。

由晶闸管T操作的阀控制的电感器L2的值在理论上能取为零，所以可允许得到炉子串联电抗最大范围的调节。

与熔炼过程和阀T的实例相连系的工艺上的理由，使得与图1实例比较，假如考虑了预防因素的话，其减少可达约80-90%。

阀T本身，根据本发明选在低电压及不太大电流，选定量降低的系数大约为40-50%。此值用计算加到阀T上的最大电压乘以通过它的最大电流的乘积来获得。

除了结构上在各组成成分方面获得的节省外，还必需计及工作费用方面的改进，此改进主要由于降低了电弧电气上变化所得。

实际上，电流增加稳定性及三个相上的均衡性获得较高的生产过程效率，电极和耐火衬壁较小的磨损，以及在短路发生时较小的电动应力。

由于本发明的构思基础是自动控制串联在炉子侧电路中电抗，可以提出若干不同方式的控制的变化方案。

图3a是第一种这种变化方案，取消了电感器L2但保留由晶闸管T操作的阀;如我们在前已见到，包括电感器L2并非实质性的，实际上是由于工艺上的理由。

图3b是另一种变化方案，它提出调节是非连续的，而是分步的。从电感器L1分出若干中间激励抽头通到晶闸管操作的开关去，此方案使较简单的控制成为可能，但不允许炉侧阻抗，从而相电流的细调节。

图4的方案提出应用饱和电抗器RS代替L1，L2和T。

饱和电抗器由适当的、由控制电路GC供电的恒定直流激励，具有可提供比炉子额定电流I_N低的小电流下为低电抗，而在高的电流时为高电抗的特性。

这样可得到相当大地限制过电流因而限制电压波动的结果。

此解决办法优点是不需复杂的控制系统GC，事实上，当相应于炉子运行点的I_N的直流电已设定时，饱和电抗器自动地限制过电流。

控制电路GC根据电炉运行点确定饱和电抗器的激励电流。

为得此功能，调节器GC同电极高度调节器GI以及电炉变压器有载电压抽头变换器联接。

根据一个方案，调节器GC不仅参照来自调节器GI的信号，也分析设备内各不同位置所包含的电量的状态。

Claims (20)

1、将可控电流馈给用于熔炼金属，以及虽属有利但非基本的用于熔炼铁基合金的三相直接电弧电炉的方法，该电炉包括电极高度的位置调节装置(GI)，包括供给电炉用电的至少一条中压线和一个变压器的电炉电源，包括在每一相内连接中压线和变压器的部分中的调节电弧电流的元件，包括至少一个电感器(L1)和一个装置(S1)用于测量被电弧吸取的电流的强度，该方法的特征在于：一个控制装置(GC)直接作用于炉子的电弧电流并使等效串联电抗整体数值改变。

2、如权利要求1所述的方法，其中等效串联电抗整体数值通过通联于第一电感器（L1）安置一个由晶闸管（T）控制的第二电感器（L2）（图2）来改变。

3、如权利要求1所述的方法，其中等效串联电抗整体数值通过晶闸管（T）旁路第一电感器（L1）来改变。

4、如权利要求1所述的方法，其中等效串联电抗整体数值用晶闸管（T）和中间抽头对第一电感器（L1）的一部分进行联接或不联接来逐级地改变。

5、如权利要求1所述的方法，其中调节电弧电流的元件由饱和电抗器（RS）组成，该元件的电抗用对连续的极化电流起作用的办法来改变。

6、如权利要求5所述的方法，其中就由控制装置（GC）供给稳定直流电流所激励的饱和电抗器的行为来说等效串联电抗的变化使电炉电流变化是本质的。

7、上述任何一个权利要求所述的方法，其中控制装置（GC）至少要分析一些其他有关电量（电压变换器，设定信号等）的状态。

8、上述任何一个权利要求所述的方法，其中控制装置（GC）要分析并计及变压器有载下的抽头变稳器的状态。

9、上述任何一个权利要求所述的方法，其中控制装置（GC）也分析电弧电流的初始斜率（趋势）。

10、上述任何一个权利要求所述的方法，其中控制装置（GC）也分析控制电极位置的液压系统（GI）的状态。

11、上述任何一个权利要求所述的方法，其中控制装置（GC）决定各相之间电不平衡的补偿。

12、上述任何一个权利要求所述的方法，其中控制装置（GC）用消除通过它的电流中的连续分量来防止电感器的饱和。

13、馈以可控电流的三相直接电弧电炉，可有利地但非基本地用于铁基合金，该电炉包括用于借助对电极高度作用来调节电弧长度的装置（GI），包括用于电弧炉的至少一条中压线、一个变压器的电炉电流，在每一相连接中压线和变压器的那一部分包括的调节电弧电流的装置，以及包括至少一个电感器（L1）和一个用于测量被电弧吸取的电流强度的装置（S1），该电炉特征在于：至少一个晶闸管控制的阀（T）被包括于和至少是第一电感器（L1）的一部分并联。

14、如权利要求13所述的电炉，包括和晶闸管控制的闸（T）相串联的第二电感器（L2）。

15、如权利要求13所述的电炉，其中，调节电弧电流的装置包括至少一个饱和电抗器（RS）。

16、如权利要求13-15中任一个所述的电炉，其中晶闸管控制的阀（T）由控制装置（GC）所操纵。

17、如权利要求15所述的电炉，其中饱和电抗器由控制装置（GC）所操纵。

18、如权利要求13到17中任一个所述的电炉，其中控制装置（GC）处理电量信号（S1，TV，设定信号等）。

19、如权利要求13到18中任一个所述的电炉，其中控制装置（GC）接到变压器有载下的抽头变换器。

20、如权利要求13到19中任一个所述的电炉，其中控制装置（GC）也控制机械量信号（GI）。

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