CN1290118A - 由可控电流供电的直接电弧炉 - Google Patents

Abstract

一种用于熔炼金属及用于铁基合金的供以可控电流的三相直接电弧电炉,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电炉电源;在每一相调节电弧电流的元件由包括至少一个电感器、一个可控晶闸管开关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(SI)一起测量电弧电流强度并和装置(GO)一起工作,后者靠作用于等效串联电抗数值控制电炉电弧电流。

Description

由可控电流供电的直接电弧炉

本申请是1990年11月29日提交、申请号为90109552．4、题为“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”的申请的分案申请。

本发明涉及供以可控电流的三相直接电弧电炉。

本发明被用于为熔炼金属，特别是铁及其合金的三相电弧炉。

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电炉。

在近二十年中，单炉功率得到极大的提高，设备功率从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率补偿器。

调节原理示于图1且如下所述：

三个电感器和三相中压线并联布置，该线作为强电感负载的电炉供电处；这些电感器通过晶闸管T被供电，其导电角根据装置SI检测的电流来控制。

此调节系统保持炉子需用的总无功功率恒定并在零处平衡，电感器L1和L2和多组功率因数校正电容器CR都联到中压电源线上。

多组功率因数校正电容器CR加上适当的电感器也可实现滤除由电炉及补偿系统产生的谐波的功能。

借助于适当的液压装置GI改变电极高度，努力保持电弧的电阻为常数，借此来调节电炉电弧的有功功率。

为了克服这种间接调节吸取的电流的型式带来的困难和缺点，近来生产出了直接电弧电炉，这种型式有一个单电极，电流的返回靠电炉的外壳。

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，它以预定目的作为其目标。

本发明供以可控电流的三相直接电弧电炉，可有利地但并非只用于熔炼铁基合金，该电炉包括用于借助作用于电极的高度来调节电弧长度的装置，包括供给电弧炉用电的至少一条中压线和一个变压器的电炉主电源，在每一相内连接中压线和变压器的那一部分中的且包括至少一个电感器的调节电弧电流的装置，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：包括至少一个可控晶闸管开关，它和第一电感器的至少一部分并联。

根据本发明，控制机构直接作用于电炉的电弧电流，以决定运行点并减少扰动，这与现有技术不同，现有技术让电炉内电流自由地生成，且只用调节电弧长度的液压系统来控制，而下边的抗波动控制系统则试图调节主电源侧的状态。

另一方面现在的三相电弧炉通常连接到独立工作的和电炉并联的补偿系统，根据本发明的电炉的三个电弧，按照其解决办法的一种构思通过给每一电弧施加一由第一电感器L₁限制的第一基本电流来供电。第二电流由第二电感器L₂叠加到第一电流上，第二电流借助于晶闸管T，按照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／或初始斜率外，还要分析设备各处，特别是变压器有载抽头变换器处需要讨论的电量的状态。

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还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具有这样的作用，根据可用的传递功率，电弧长度和辐射指数，通过精选其值，使电炉的运行点优化并更为灵活。

电感器L₁的选定靠确定工作点来实现，该工作点要权衡以下相反的要求：既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，同时又要限制在电极短路时的峰值电流。

选取电感器L₁间接地影响电弧热辐射，它应该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遵守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。

所必需的电容性无功补偿功率是这样获得的：把固定的功率因数校正电容器组CR(通常是中点绝缘或接地的星形连接)并联到中压线，并用固定的电感器L₂和可控晶闸管开关T(由晶闸管控制的电感器)得到可变电感。电感器L₂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。

通过要求在电源点获得的平均功率因数比供电部门规定的要高，而不极快地补偿造成电网里电压波动干扰的被吸取的无功功率峰值，不能都说明可变补偿的需求是合理的。

电容器组CR和电感器L₂根据电炉要求的最大无功功率(等于炉子短路功率)来选定，且该无功功率要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也还有虑波器的作用，并安置得与晶闸管T和电容器CR串联。

被电炉每个供电相所吸取的无功电流的测量，用装置SI逐相进行，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与被电炉和由晶闸管T控制的电感器L₂所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。

例如，已知适当的液压式伺服机构GI的安排使电极垂直地移动，以保持电炉阻抗恒定。

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。

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

用固定电感器L₂和晶闸管操作的阀T可得到可变电感器，且和电感器L₁并联安装。因而提供了和电炉电源串联的可变电感。

装置SI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。

以这种方式有可能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。

电弧阻抗的变化被串联安排的等效电感器阻抗相反的变化所补偿，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，假使电极被正在熔炼的废料所短路，则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。

等效串联的电感的自动控制，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液压调节装置GI协同工作。

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。作用于电弧长度影响电极位置的调节装置GI仅可以改变阻抗的电阻部分，而等效串联电感(L₁·L₂并联)的电调节，通过作用于电弧电流直接改变电抗部分，也对等效电阻起作用。

再有，时间常数很不一样，因为一种情况涉及机械式的作用，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”(coldphase)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SI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，控制装置GC也能接收反映电路各部分中其他电量变化的信号。因此，例如它能籍助于变压器TV接收中压线来的测量信号，又例如，可接收通过控制GC而得到的电极位置信号，这能接收来自其他源的信号，例如，变压器有载转换开关位置的或其他设定的信号。

还有，控制装置GC用消除通过电感器的电流中直流分量来防止其饱和。

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功率因数校正到供电部门给定限度内的作用。

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部分。但这些部分功能以不同的方式被利用用。

对有不同的选定值的各部分不同的应用，带来了结构上若干重要的节省。

可以在供给电炉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，进行两种解决方案的对比。

电感器L₁₁，尽管有较大的电抗，在本发明中通常只被注入部分电炉运行电流。就其功率而言，从而就其价格而言，并考虑短路过载的安全因数，大约是图1构成所要求的30-40％。

功率因数按正电容器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的情况下，只需校正在运行点被电炉吸取的一部分无功功率因数，该无功功率结果减少约为70-80％。

由可控晶闸管开关T所控制的电感器L₂的值在理论上能取为零，可允许电炉串联电抗最大调节的范围。

与图1实例比较，假如考虑了预防因素的话，由于与熔炼过程和晶闸管T的实例相连系的工艺上的原因会使其减少约80-90％。

根据本发明，晶闸管T本身在低电压及不太大电流下选定，选定值降低的系数大约为40-50％。此值用计算加到晶闸管T上的最大电压乘以通过它的最大电流的乘积来获得。

除了各部分结构上获得的节省外，还必须计及工作费用方面的改进，此改进主要由于降低了电弧的电气变化所得。

实际上，电流稳定性及三个相电流的均衡性的提高实现了较高的生产过程效率，较小的电极和耐火衬壁的磨损，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电炉侧电路中电抗，所以可以提出以不同方式实现这种控制的若干变化方案。

图3a是第一种这种变化方案，取消了电感器L₂但保留由可控晶闸管开关T；如我们在前边已见到，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是另一变化方案，它提出调节是非连续的，是分级的。从电感器L₁分出若干中间抽头，由可控晶闸管开关控制。此方案能使控制较简单，但不允许细调炉侧阻抗，从而不允许细调相电流。

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供给的恒定直流电流激磁。其特性为，在比电炉额定电流IN低的小电流下为低电抗值，而在高的电流时为高电抗值。

这可得到相当大地限制过电流，从而限制电压波动的效果。

此解决方案优点是不需复杂的控制系统GC，事实上，当相应于电炉运行点的IN的直流电已设定时，饱和电抗器即自动地限制过电流。

控制电路GC根据电炉运行点固定饱和电抗器的激磁电流。

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联接。

根据一个方案，调节器GC不仅参照来调节器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 (3)

1．供以可控电流的三相直接电弧电炉，包括：

电极；

用于调节电极高度、以便控制所产生的电弧长度的装置；

一个主电源，包括为电炉提供电流的至少一条中压线和一个电炉变压器，所述主电源中的一个部分，用于连接所述中压线和所述电炉变压器且具有至少一个第一电感器和测量被电弧吸取的电流强度的装置；其特征在于：

一个可控晶闸管开关，它和至少一个所述第一电感器并联以改变所述部分的串联电抗。

2．如权利要求1所述的电炉，包括和可控晶闸管开关相联的第二电感器(L₂)。

3．如权利要求1-2中任一个所述的电炉，其中可控晶闸管开关(T)由控制装置(GC)所操纵。

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