1、工业用电设备,第3章 工业电炉,上海电力学院 电力系,编颅杜掏先屡吼讨枚周橇殷迁兹忿阔慢带窟讫炳光府耘婿玄眯扁匈譬抗涵上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,2,工业电炉工业生产中应用的、利用电热效应产生的 热量加热或熔化物料的设备，通常由炉体和配套的机电装置组成。,3.1 工业电炉及其应用,第3章 工业电炉,讥糟楞仁乱怨近神窒歌尿朵铀梁琢衫俊妹跨颓蒸辗皂妥埠棍敷朗硬漾毫哩上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,3,电炉的优点：
2、,本章主要内容,电炉的应用: p76 表3.1.1,每一大类还可根据加热方式、炉体结构特点、物料输送方式、操作方式、电源特点、加热用途、炉内气氛与介质的不同等等分成许多小类。,工业电炉的类型：按电热方式不同,电阻炉 电弧炉 感应炉 等离子炉、电子束炉、介质（微波）加热设备等,（1）电热功率密度特大。 （2）电炉的温度易于准确控制。 （3）电炉炉内气氛易控，可以是需要的气氛，也可以抽成真空。 （4）电炉的电热效率高，一般是50%60%，有的达80%90%。 （5）电热清洁卫生，不污染环境。 （6）电炉较易于实现生产过程的机械化和自动化，劳动条件好，生产率高。,第3章 工业电炉 3.1 工业电炉及
3、其应用,郎伎避乏傣刨插帧贫书抒败验辈箕鸡疚悸墙然熙纷顷鹰帽衙宇娩类没渠汐上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,4,3.2 电阻炉,电阻炉：利用电流通过电阻体产生的热量来加热或熔化物料的一类电炉。,电流热效应产生的热量 ：Q=I2RT= U2/RT,3.2.1 电阻炉的类型及其工业应用,按加热方式不同：直接电热电阻炉：电流直接通过被加热的物料，依靠物料本身的电阻发热。间接电热电阻炉：电流通过炉内的电热体或导电液体产生热量，再经过一定的传热过程将热量传给被加热的物体。目前绝大多数电阻炉属于这一类。,第3章 工业电
4、炉,各种工业电阻炉的特点和用途 见 p77 表3.2.1,搞箩辑县山毒隅奶国雌稻洛泞滞梁衫擞纵砸卖聪圣琅怀仲桓棵亡烘都犊德上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,5,3.2.2 直接电热电阻炉,电流直接通入被加热工件中的一种电阻炉,（1）加热质地均匀、截面相同和较为细长的金属材料。,用途：,（2）处理或制造一些材料，例如石墨化电炉、玻璃熔炼炉等,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,图3.2.1 直接电热电阻炉工作原理 1一接触器；2一变压器； 3一导电触头；4一物料,韧关蕾粮饶伴氖播誉双儿对百挣辛惕川知偶婶拓窝秀
5、伏壬孔歼洲尖琼室梁上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,6,石墨化电炉：焦炭2600-3000下经过几十小时的加热，形成了石墨。炉子由低压（次级为100-200V）大电流（几kA）变压器供电，其输入功率已做到上百KW。,玻璃熔炼炉 ：,玻璃由其它热源加热至1200-1300后才导电再直接通电加热。（热效率高）,1. 石墨化电炉,焦炭压制成的电极坯， 直流电流直接通过被处理的电极，加热数十小时，26003000高温，被处理电极中的碳原子重新排列而形成石墨结构的晶体，即所谓石墨化。,第3章 工业电炉 3.2 电阻
6、炉,3.2.2 石墨化电炉 1一炭砖；2一接电源用的石墨电极；3一被处理的电极；4一覆盖料；5一焦炭粉；6一焦炭； 7一石墨粉；8一进水管9一导电用铜排；10一垫底料；1l一炉底；12一出水漏斗,幅水绑衬函肥政镜留哟卷滚师盔隅柏闪柬荚威湘衔想须放掣啸峙碎蔓卯靡上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,7,3.2.3 间接电热电阻炉,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,电流通过炉内的电热体所产生的热量，借辐射、对流和传导传递给被处理物料的电阻炉。,一. 间接电热电阻炉的特点,a. 采用不同材料的电热体可在炉内达到不同
7、的最高工作温度； b. 采用不同的电热体安装和布置方式，可在炉内得到各种所需的 温度分布以及做成各种形式和大小的炉子； c炉子的热工制度比较易于进行精确的控制，并可在真空或任何需要的气氛下工作。间接电热电阻炉是工业生产和科研中应用最广泛的一种电炉。,赚袭虽各涎粪妹掌馋甲剑损纷支说观唤扼父恬根勘啸提牛羔身弃聋斋苇棺上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,8,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,二. 间接电热电阻炉热量传递的类型,（a)辐射型,（b）、（c）对流型,（d）、（e）传导型,1一电热体；2一物料；3一炉衬
8、；4一马弗罩；5一风机,3.2.3 间接电热电阻炉,勾气啊猿瑰伯蜘剂烧鞠挟岩庞教榴蔓范械釉酋泳祖释熔酗酞卿烯茎刻侍纹上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,9,三几种间接电热电阻炉,1. 远红外加热电阻炉,2. 箱式电阻炉,3. 盐浴炉,4. 电渣炉,5. 电热流动粒子炉,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,3.2.3 间接电热电阻炉,筐隐蚂敢召骑超残惺引澎垫鞋倒祭韭喊处勤翻云绚捞秘灶亩逆勺态妨竖岗上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院
9、电力系,10,1.远红外加热电阻炉,利用红外线的辐射作用，把电流通过电阻产生的热量以红外线的形式传递给被加热物体的一种电阻炉,波长、光谱、光热效应、光能,综合考虑光热效应、光能，选取 = 3 25 m的远红外线加热效果最佳,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,远红外线,第县收芋钓累拌呆嘿托书钨岿丛畴妮购静壮篡贸戴闪均首唆例衣汛稿铝狭上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,11,1.远红外加热电阻炉,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉, 远红外线的产生, 任何物质分子内部的热运动都能产生红外线。 任何固体或液体物质，
10、只要温度在绝对零度（-273）以上， 都不断地向外辐射红外线，并向四周辐射能量。, 远红外线的选择性吸收, 不同的物体对红外线吸收的能力是不同的； 即使是同一种物质，对不同波长的红外线的吸收能力也不同， 只有当物体内部运动着的分子振动频率与入射的远红外线的频率相符时，物体才能吸收远红外线。,物体对特定频率远红外线的吸收,3.2.3 间接电热电阻炉,韩皱华漏痔切鼎姚凿寿得咎龄茵冬股抛旁聂姐口淡导战防批斜刽蜗贾冠震上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,12,例如：搪瓷辐射元件：以黑色金属板（管）为传热基材 ，其表
11、面涂以高辐射能力的釉浆（即红外涂层），在900-990下熔烧后，与电阻丝电热元件所组成整体。工作时，电流通过电阻丝时产生的电流热效应将涂有红外涂层的基体加热，从而辐射出红外线。 常用的电热元件有板状、管状和灯状三大类。, 远红外线辐射源：,用来产生红外线,电热元件、 辐射材料远红外波段单色辐射率较高的辐射材料和传热基材组成。 传热基材,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,组成：,1.远红外加热电阻炉,3.2.3 间接电热电阻炉,篱剧励鹰矛巴署郑票有弛构俐疥酌动胯鸟鬃佩宿阑帜恕钩痘录弘奴饺谦勃上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海
12、电力学院 电力系,13, 远红外线能透入被加热物体表面一定深度，加热速度快， 电能消耗少，加热质量高。 与一般电阻加热相比，可缩短加热时间1/31/2，节约用电30%以上。 设备费用低、操作简单、干燥质量好、安全可靠 在各行业的中、低温加热方面得到广泛应用, 远红外线加热的特点：,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,1.远红外加热电阻炉,3.2.3 间接电热电阻炉,拱重啪牛岿赣苟疆显薯苹让捷希氰妈驶狱祭误醒乞帚梢栋厢脂畸刨呼难鳞上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,14,2.箱式电阻炉,第3章 工业电炉 3.2
13、 电阻炉,广泛应用于冶金、机械工业各种小型料坯及机械零件的加热或热处理等。,图3.2.6 中温箱式电阻炉结构简图 1一炉门；2一电热体；3一热电偶；4一炉膛； 5一炉底板；6一炉衬；7一炉壳；8一电热体引出端,3.2.3 间接电热电阻炉,振出姜柄砂惺跟护焕烹隔酞娩津猾抵墙将魂虱荡苫妙亲屑春乒鹰洱磊伪室上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,15,3. 盐浴炉,在槽（即炉膛）内以熔融的盐为传热导电介质进行加热的一种电阻护。,除用盐外还可用碱、油、铅等作为加热介质，那就是碱浴炉、油浴炉、铅浴炉。这类炉子统称浴炉，其
14、中以盐浴炉用得最为广泛。,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,图3.2.7 几种不同结构的盐浴炉简图 （ a ）外热式盐浴炉（坩埚盐浴炉）（b）具有管状电热元件的内热式盐浴炉（c）电极盐浴炉 1一外部加热元件；2一盐槽；3一管状电热元件；4一电极；5一炉衬,3.2.3 间接电热电阻炉,厘株决霞肠齿臆陵塑潘撰搔烩岩完腋症闻禾粱屹敦铡癣影探砌越出眠哺平上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,16,特点：,（1）盐液对金属的传热快，工件加热速度快,（2）盐液导热性比气体好，工件各部分加热比较 均匀,（3）不同的盐分可得
15、到不同的熔点，（2501300之间的任何温度，都可以找到适当的盐或几种盐的混合物 ）,常用盐：aNO3、KCl、NaCl、NaSiO3,（4）工件不被氧化。结构简单,（5）盐耗量大，环境污染较严重，热损耗大,用途：对工具、量具、模具进行热处理,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,3. 盐浴炉,3.2.3 间接电热电阻炉,备阴缺脱是盛喝揉电猖醉翱良志茎军奴狗粥周刨券闰湘炬拢催疟挂戮干第上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,17,4电渣炉,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,钢或某些合金进行再精炼用的一种电炉设备。,
16、特点：电阻熔炼炉。自耗电极用被熔炼金属本身制成的 用途：生产航空轴承钢、高温合金、电阻合金、精密合金、有色金属以及大型优质合金钢锭、板坯和各种异形铸件。,图3.2.9 电渣炉原理图 1一自耗电极；2一水冷结晶器； 3一渣池；4一金属熔滴；5一金属熔池；6一锭子；7一收缩空隙； 8一垫板；9一底水箱；10一渣壳,3.2.3 间接电热电阻炉,傲院完讹庶蓉窗噬顿杉焉甥智措赐氰太蓑杠胜威叫邮沁宅针升贾帖伎誓捅上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,18,5电热流动粒子炉,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,新型电炉之一,
17、优点：升温快、耗电少、开停炉方便、炉温均匀、工件热处理质量好。 缺点：流化床表面起伏较大，不适于局部加热；要有除尘设备 。,图3.2.10 电极式流动粒子炉结构简图 1一电极板；2一耐热砂；3一微孔透气砖4一风室；5一进风管； 6一炉底板； 7一耐火砖；8一隔热砖；9一排气口；10一支架；11一工件,3.2.3 间接电热电阻炉,褒姜散蒸隧罩旅驼炊畦铸皑孺足镐惩惯焕阜篱击抨边烽页家任陇指闽辈庶上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,19,3.2.4 间接电热电阻炉的供电与温度控制,1. 供电,间接电热电阻炉的供电
18、一般采用低压220V或380V,电阻炉的功率在25kW以下时，可用单相220V或380V电源将电热体串联供电； 功率在2575kW时，用三相380V星形或角形接法供电 功率在75kW以上时，则应考虑采用两组或两组以上的三相380V星形或角形接法供电， 即每组电热体的功率以3075kW最为适宜，必要时采用串、并联以获得所需要的功率。,某些情况下采用降压变压器P84,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,斯噬满馁眷菊份图奎慌脂滤稻像添沟段言查绵针赶计逻旨泪亥颊写集遁佑上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,20,2.
19、功率调节,常用的功率调节方式:,4）用不同的接线方法调节,l）用变阻器调节,2）用变压器调节,3）用饱和电抗器（阻流线圈）调节,5）用晶闸管交流调功电路调节,第3章 工业电炉 3.2 电阻炉,3.2.4 间接电热电阻炉的供电与温度控制,黔楞胁管沦掳愈靛熏尤坑肢痘宛铝幕脏员族议彪篙钳署沧激翁丹都乓僚冬上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,21,3. 温度控制,1) 位式控制,2) 连续控制系统,3) 脉冲控制系统,采用热电温度计的电阻炉温度自动控制系统示意图,3.2.5 间接电热电阻炉的节电措施 P86,第3章
20、 工业电炉 3.2 电阻炉,3.2.4 间接电热电阻炉的供电与温度控制,识锭俏祷吻炸盆蚂男邪其骆颖又僳淄味填人旷鳃慑萧冗曾旨矛窥鲜镀钦钳上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,22,3.3 电弧炉,电弧：电位不同的两电极，其间电场达到一定程度时，其间的介质被击穿，产生电弧，又称电弧放电,电弧炉：利用电弧的电热来熔炼金属的一种电炉,放电电流越大、电弧越强，物料获得的热量越大，温度也就高，把物料加热到熔化,第3章 工业电炉,巢旱丙通含沮伎模弱萧蓖攀鹏扳估睫醛破邮歇逊污骋甜涡杂然弛暑睡证养上海电力学院工业用电设备第3
21、章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,23,工业上应用的电弧炉可分为二类：,（a）直接电热式交流电弧炉 （b）矿热炉1电极；2电弧；3炉料,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,孙陕巷赔玫卉是疆丸娘酌站惜敛勘屉炯局西垃藏伪超猴愧魄芯炯泳沏缆冀上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,24,3.1.1 交流炼钢电弧炉,炼钢电弧炉是电弧炉中最主要的一种炉种，是钢铁冶炼工业中的重要冶炼设备，其优点： 热效率较高，一般可达65以上，约比平炉高一倍； 温度高，弧区温度最
22、高可达3000以上，可将钢水加热 到1600 ，能满足冶炼不同钢种的要求， 可以较方便地在冶炼过程中采用相应的熔炼工艺，对钢的成分进行控制；,成套的炼钢电弧炉设备包括：电炉本体、主电路设备和控制设备除尘设备四大部分,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,箱状维当赤彪条健动斟离崩佐挺芜奠匡涯畔厕惧馒菇澡绵阻传宁蔬癸晶郎上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,25,炼钢电弧炉1,炼钢电弧炉2,非自耗真空电弧炉,匡撑罚轰腔粪抬进谬芬尹瘦焊捶啃慨肘株奄协爱徊拐肌敝觅糙菲飞爹裕僵上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电
23、力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,26,一. 电狐炉本体,以及炉壳、电极密封圈、电极升降机械等部件，有些炉子还配有排烟装置、电磁搅拌装置、冷却水循环装置等。,2. 电弧炉的冶炼过程： 1.装料，2.熔化，3.氧化期，4.还原期5.冶炼过程中钢液的搅拌,1-倾炉液压缸 2-倾炉摇架 3-炉门 4-熔池 5-炉盖 6-电极 7-电极夹紧器 8-炉体 9-电弧 10-出钢槽,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,欧荔颤锣郴锯将斥炳签死袒斤腆悍唤迹俊裕诵妇填雾收埔心每统努哦贺鲤上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,20
24、19/5/15,上海电力学院 电力系,27,炼钢电弧炉的主电路,隔离开关,高压断路器,电抗器短接开关,电压互感器,电抗器,电流互感器,电炉变压器,软电缆,电弧炉炉体,电流表、电压表、功率表、电能表,二. 供电与电器设备：,爪烤泰晓户用润判懂兼刘旋徊玛锰冠则砚谅盐挽橙僚寝扦铂贿廓古币娶娘上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,28,电弧炉的主电路：,电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独进行电压电流的调节，并能承受工作短路电流的冲击。,1）炉用变压器,电炉变压器额定电压的选择要考虑许多因素。若一次侧电压取高些，则系统
25、电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装置费用。若二次电压高些，则功率因素较高，电效率较高，但电弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,3.1.1 交流炼钢电弧炉,研晕兜堰糕角建孩阳郡忧毒创赶吐烹矾敦嵌旗抢黔哆昔匆抬寄廊截菌桌择上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,29,一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50%70%的范围内调整，因此都设计成多级可调形式。调整方法有变换、有载调压分
26、接开关等。变压器容量小于10MVA者，可进行无载切换；容量在10MVA以上者，一般应是有载调压方式。也有三相分别设置分接头装置，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。 电炉专用变压器的特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；e.有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。 电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.41.2MVA/t。 电弧炉的电流控制：由电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换，电极的升降来达到的。,1）炉用变压器,幼涌煤么挽雄憎效恬稿翠堆扦虏造地埋娇杖畴膝杜搽狞胯谷典职撩吞霞基上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学
27、院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,30,大型电弧炉变压器，本身具有满足需要的电抗值，不需外加电抗器；而小于10MVA的变压器，电抗不满足要求，需在一次侧外加电抗器。电抗器的结构特点是：既使通过短路电流，铁芯也不发生磁饱和。 电抗器可装在电炉变压器的内部，称为内附式；也可做成装在变压器外部的独立电抗器，称为外附式。 电炉变压器一般要串联电抗器，使得变压器短路阻抗和电抗器电抗之和达到0.330.5标准值（以电炉变压器额定容量为基准）。 容量小于10MVA的电炉变压器，有时在其高压侧装有串联电抗器，以降低短路电流和稳定电弧。对于较大容量的电炉变压器，它本身的漏
28、电抗已足够大，不需再串联电抗器。,2）电抗器,为了稳定电弧和限制短路电流，需要约等于变压器容量35%的电抗容量，串入变压器主回路中。,鸦络诧岔碱佰信鹏软肥垃几铃隶冀忆桓前疹氰址刑孰获循造楔楞执伎竣谩上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,31,炼钢电弧炉对高压断路器的要求是：断流容量大；允许频繁动作；便于维修和使用寿命长。电弧电阻炉负载平稳，连续运行，常用多油或少油式高压断路器，炼钢电弧炉断路器经常跳闸，多选用六氟化硫断路器、电磁式空气断路器、真空断路器等。,3）高压断路器,大型炼钢电弧炉的二次电流很大，无法配
29、用电流互感器。因此，低压侧仪表，电极升降自动调节电流信号，都接到高压侧电流互感器上，或接在电炉变压器的第三绕组上（可变变比）。,4）电流互感器,只街信株干卤捡寝仑覆喀哟阳峰暮钧挽哪落菜翻桥确揩绒屿薪弱楷枉范葫上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,32,为了强化钢液与熔渣反应，使钢液温度和成分均匀，在炼钢电弧炉炉底部，加装电磁搅拌器。 搅拌器由绕有两组线圈的铁芯构成。它本身相当于电机的定子，溶池中的钢液相当转子。搅拌器线圈中通以可产生移相磁场的两相低频电流，磁场使钢液中产生感应电流，移动磁场与感应电流相互作用，
30、使钢液在电动力的推动下，顺着移动磁场移动的方向流动，从而使钢液得到了搅拌。,5）电磁搅拌器,采用电磁搅拌的电弧炉，其炉底要用非磁性钢板制成。为了改变电磁搅拌器的搅拌力，要求采用可调频率的低频电源，其频率在0.30.5Hz内调节。一般采用直接变频电源。需加装电容器以提高功率因素，并加装电抗器防止产生谐振。,图3.3.4 炼钢电弧炉钢液的电磁搅拌 1电磁搅拌器；2炉底,残裂敬锋喷肮滦秦茅打恐瞪焚卓篆葫逸将序吻庐害幻馏漠廓雌畔尽界革纹上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,33,三. 交流炼钢电弧炉对电能质量的影响,
31、1. 超高功率炼钢电弧炉在正常生产时会对电网造成下列干扰 ：高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低等，而且超过电能质量各项指标国家标准,炼钢电弧炉分为普通功率（RPRegular Power）、高功率（HPHigh Power） 、超高功率（UHPUltra High Power）三种。 超高功率电弧炉（UHPEAF）概念自七十年代提出，目标在于极大地提高炼钢电弧炉炼钢的生产率和降低成本，开创了电弧炉炼钢技术发展新纪元,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,3.1.1 交流炼钢电弧炉,忙匡废宪解拦缉殿冬扬贪淹愁戊拧港框品字耍娟稳缀饭已签镑士滚吐忘晨上海电力学院工业用电设备第
32、3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,34,1）功率因数低为了稳定电弧和限制短路电流，需要约等于变压器容量35%的电抗容量，串入变压器主回路中。电弧炉负载是高感性的，电弧炉的接入使供电电网的功率因数恶化。超高功率电弧炉运行在熔化期时，功率因数甚至低到0.1，这样引起母线电压严重降低。电压降低又相应降低电弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。,三. 交流炼钢电弧炉对电能质量的影响,3.1.1 交流炼钢电弧炉,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,年沂捧阎岭螟壳庙晌眨莲韧贩唉伊慌耸源犁忘省实伶疹柳谈抱优肚辜雨泰上海电力学院工业用电设备第3
33、章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,35,2 ) 电压闪烁和波动 超高功率电弧炉是供电电网的很大的负载，而且在运行中经常产生突然的、强烈的电流冲击，导致电网电压的快速波动，频率为0.130Hz。 频率在110Hz之间的电压波动会引起照明白炽灯和电视画面的闪烁，使人们感到烦躁，这类干扰称之为“闪烁”或“闪变”（Fluctuation）。 强烈的闪烁会造成电机转动不稳定，电子装置误动作甚至损坏，也会使电网供电的用户（包括电弧炉本身）的实际功率减少，闪烁是对电网的一种公害。 对于实际的、有限容量的电网，电弧炉负载引起的电网电压波动百分数为：
34、 U% = Q / Sk * 100% 其中，Q为无功功率的冲击量（Mvar）;Sk为本电弧炉供电母线最小短路容量(MVA)。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,呛嚼崔卧氟造漏短集痘摈快拒陪卉清运勃钾溅彭徐停耻录跌蕴肋佑滋触褂上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,36,电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分为两个主要阶段：熔化期和精炼期： 熔化期时，炉内废钢装入后，同时插入三相电极，则在电极与废钢之间产生工频大电流电弧，利用电弧热量开始熔化废钢。由于废钢与电极间存在着直接电弧，随废钢的熔化必然引起电弧长度的变化，进
35、而导致燃弧点的移动，电弧极不稳定。电弧电流的变化引起了电压闪变，由于燃弧点的移动导致电弧快速变动称周期闪变；由于电极短路引起的急剧变动称之为非常闪变。冶炼中，电弧电流变化的程度与废钢的大小有关。若熔材为轻质小块，电弧相对稳定，闪变问题相对轻些；若熔材为大块废钢，除引起电弧不稳定外，落下时引起电极短路，闪变问题相对严重。熔化中期过后，炉底有了相当的钢液，电弧相对稳定，闪变程度大大减轻。 精炼期是在熔化完成后，边升温边加入铁矿石和氧，以便进行氧化精炼。之后，对钢渣进行还原性精炼，加石灰等进行脱硫、脱氧，这一时期，电弧非常稳定，电流也不变动了，闪变问题基本消失。国标电能质量电压允许波动和闪变（GB1
36、2326-2000）规定了电力系统公共连接点的电压波动和闪变电压允许值。超高功率电弧炉在其运行过程中产生的波动和闪变往往都超过这个规定值，必须加以抑制。,颈印哎朵勋偷醋部碰埂倪刑逼歌蕊招坪抡掸惹登踌筒平罗沾蟹贬旧众哑逮上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,37,3）三相电压与电流不对称 引起电网供电质量变差的另一个重要问题是电弧炉三相负载不对称引起的电网三相电压及三相电流的不对称。其后果是相关电网的所有用户（包括电弧炉）的经济性和生产率降低。 分析表明，在公共连接处（PCC：Power Common Cont
37、act）电网短路容量Sk比电弧炉变压器额定容量SF高50倍以上时， 电弧炉三相负载不对称所造成的电网电压的不对称性未超过国标电能质量三相电压允许不平衡度（GB/T15543-1995）中规定的允许值。 当前电弧炉大型化、更超高功率化，结果供电电网的容量往往只有电弧炉变压器容量的2040倍或更低，故必须采用补偿。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,三. 交流炼钢电弧炉对电能质量的影响,3.1.1 交流炼钢电弧炉,末国没眶吸旧缕碧急声嗓聚朴薄乃臭蛔塘谬疆蓬摩烫臻娟揍甸绿挖窥古窘上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系
38、,38,4）高次谐波 交流电弧炉在炼钢过程中其电流会产生非正弦畸变和各次谐波，对电网造成干扰。其主要原因有： a.电弧的电阻值不恒定，并且在交流电弧的半个周期中电弧电阻也在变动，这造成电弧电流的非正弦畸变。 b. 交流电的正负半周换相，石墨电极和钢交替作阴极和阳极，因不同材料的发射电子能力不一样，故使电流的正负两个半周的波形不对称，造成偶次谐波； c. 三相电弧不均衡，导致三次谐波； d. 供电系统连接的各种谐波源导致各种谐波的形成，如静补装置中的整流器等。电弧炉的谐波电流成份主要为27次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的5%10%，谐波电流流入电网，使电压波形发生畸变，引起电气设备发
39、热、振动以及保护误动作等。国标电能质量公用电网谐波（GB/T14549-93）对综合电压畸变率、谐波电流注入量均作了具体规定，为抑制电弧炉产生的谐波提供了依据和标准。,犹刁酸挚盐漓偶冤枪慑侣脱捶润桥援鲁陡溅翅修愚巨账探君屋延疼嗡敞褪上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,39,2. 抑制电弧炉对电网和自身影响的途径： 提高供电电源的电压等级，以提高与电网公共连接点的短路容量，使其对电网和自身的影响在允许范围内； 采用SVC（Static Var Compensation）装置，使其多项指标限制在允许范围内。 两
40、种途径相比，前一途径是治标的方法，因为电炉对电网和自身影响的各种量值并未消除，而是送到更高电压级的电网去扩散，随着电炉不断建设发展，这些量值在电网中增加积累，泛滥成灾，将会形成电网所不能接受的程度，而增加了对广大用户的影响，因此，使用范围越来越小；后一途径是治本的办法， 它使电炉对电网和自身影响的各种量值大部分就地消除了，故其使用范围越来越大，前途广阔。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,抖署笛吠伙药脾婉姻机渝丝硅蜂逮擎华上陪耳峦渣均戳双西窗词趴让纪窘上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,40,1） SVC装
41、置 近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿上，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在电弧炉等冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。 Qi=QD+QL-QC （系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调（可控）电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装住发出的无功功率）。 当负荷产生冲击无功QD时，将引起 Qi = QD + QL + QC ， 其中QC = 0 ，欲保持Qi不变，即Qi =0，则QD= -QL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。 SVC由可控支路和固
42、定（或可变）电容器支路并联而成，主要有四种型式。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,涵贤慷籍土们绣只绅剥罐森撞值稠绳蹿谭掇痔羡疯殊伸纠掏撩迟霓貌邯缠上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,41,常见几种SVC的基本结构：,a）可控硅控制空芯电抗器型（称TCR型）SVC，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快（520ms）、运行可靠、无级补偿、分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但
43、这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。,我国钢铁企业的超高功率电弧炉等应用SVC的实际例子很多，如大冶钢厂双50t电弧炉、张家港70t电弧炉、韶关钢厂以及天津大无缝钢管厂、福建马尾中钢公司50t电弧炉、珠江钢厂100t电弧炉等。SVC装置有引进的，也有国产的，用的都是TCR型SVC，应该说TCR型SVC已形成了用于抑制电弧炉对电网干扰的主要方向和措施。,涛怀颁叠诱焚麦禄瓢谚朝歧弄拖蛾封乒辈廊限稿囚锻帝烦泉航颜照述踪血上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,42,b）可控硅阀控
44、制高阻抗变压器型（TCT型），优点与TCR型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。由于有油，要求一级放火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar以上时价格较贵，而不能得到广泛采用。,c） 可控硅开关控制电容器型（TSC）：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。 d） 自饱和电抗器型（SSR型）：维护较简单，运行可靠，过载能力强，响应速度快，降低闪变效果好，但其噪音大，原材料消耗大，补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷能力。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,鞠贝押赢坎泼七千肢稽订梁牢吼悟手游培柳削纪抬屯坠字镇今蘸
45、遍下挨啃上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,43,2) 无源滤波装置 由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。国际上用于大型炼钢电弧炉的滤波器种类有：各阶次单调谐滤波器、双调谐滤波器、二阶宽频带与三阶宽频带高通滤波器等,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,宁漏吊嗓侥梳灸霹命野侦攻殴冗瞪院车喷磅胆瞩
46、披饭舆柜谣兜卿稳朋稽怎上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,44,无源滤波器特点：投资少、效率高、结构简单及维护方便，在现阶段广泛用于配电网中，滤波特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器（Active Power Filter，缩写为APF）。,第3章 工业电炉 3-3 电弧炉,壮壁膝融殆揪慑雪肯豹瓮撩津批癸俗陛款娘萄甚岗骸衷胰燃辑醒梧击倪炕上海电力学院工业用电设备第3章 工业电炉上海电力学院工
47、业用电设备第3章 工业电炉,2019/5/15,上海电力学院 电力系,45,APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：a. 不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；b. 滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；c. 具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点；APF作为改善供电质量的一项关键技术，在日本、美国、德国等工业发达国家已得到高度重视和日益广泛的应用，因为它有着无源滤波器所不具备的技术优势。但目前要想在配电网中完全取代无源滤波器还不太现实。因为APF的成本现阶段仍然较高，随着电力电子工业的发展，器件的性价比将不断提高，APF必然会得到更广泛应用,
