[發明專利]交流電弧爐新型穩恒流調功率（電極免升降）節能系統

在審

• 申請號: 201310727519.5
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103759528A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 孫崇山
• 申請（專利權）人: 孫崇山
• 主分類號: F27B3/28
• 分類號: F27B3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種在電弧爐、埋弧爐、電阻爐、真空爐、電熱爐等冶煉系統中應用的新技術。本發明原理是在一個電壓的連續正弦波（串變調壓變壓器主變低壓輸出的波形）上迭加另一個同步率電壓可平滑無級調節的可通斷的正弦波（串變調壓變壓器串變低壓輸出的波形，電壓高低是通過改變通斷比來實現的）進行合成，合成的電壓是連續的、可平滑無級調節的，用此可平滑無級調節的合成電壓代替電弧爐電極升降調弧壓、穩流、調功的功能。合成的電壓波形比較接近正弦波，調壓范圍可在0-100%之間。即把交流調壓器當作高速響應、無觸點化電爐變壓器分接開關使用。?

本專利可以在電弧爐、埋弧爐冶煉系統冶煉過程中當需要爐內穩（恒）流、爐內調弧壓時，代替通過控制電極的升降穩（恒）流、調整輸入功率的傳統冶煉工藝的一種新技術。具有可自動或人工快速調整維持爐內穩（恒）電流、調弧壓、減小電壓波動與閃變、易于實現系統的自動化控制、當不需要電極升降時電爐的密封性好可以獲得強還原性氣芬對爐內反應有利、在突發情況下可以快速斷電和快速恢復供電、節能效果顯著。?

如在系統低壓電壓變化范圍大、電弧電流變化大的低壓大電流系統(如各種交流電弧爐)中應用，能不升降電極就達到調壓、穩（恒）流的效果。?

本發明還可應用于其他電壓要求連續變化狀態或電流要求連續變化狀態或兩者兼有的阻性、阻感性交流系統中，如電阻爐、真空爐、電熱爐系統。本發明原理是在一個連續正弦波上迭加一個電壓可調的間斷正弦波進行電壓連續調節的，波形比較接近正弦波，達到對設備的影響降到最低。因此在電阻爐等冶煉設備中容易實現電壓在平滑、無級、寬范圍調節，具有易于實現設備自動化、損耗低、諧波小的要求。?

本發明具有節電，可縮短電爐短網，最大限度減小電弧弧長，減小電弧弧阻，減小電爐變壓器容量，減小設備投資，減小電壓波動與閃變，減少系統所需無功功率，提高系統自身功率因數的顯著效果。?

特別在突發短路及其它需要快速處理的突發情況時具有在毫秒級甚或微秒級時間內快速斷電或快速調壓穩流而且可以快速恢復供電的保護功能,明顯減小電壓波動與閃變，在此過程中不采用升降電極的傳統抑制方法（當交流調壓器串接在串變調壓變壓器的串變低壓側時）。?

本專利技術在冶煉過程中配合爐內穩（恒）流工藝過程做一定范圍內的電壓調整，同時也要求電極小范圍調整以保證電極與料（液）面的最小安全距離，減少電弧弧長而降低爐內電壓達到最大節電的目的。?

本技術對電爐冶煉系統實現自動（計算機）控制的目標具有重要意義。?

背景技術

電弧爐的冶煉過程主要分為兩個階段：熔化期和精煉期。熔化期爐內廢鋼裝入后，爐蓋封閉，同時插入三相電極。接通三相工頻電源，則在電極與廢鋼之間產生工頻大電流電弧，利用電弧熱量開始熔化廢鋼。相對熔化期，精練期電弧相對穩定，電流基本不再變動，此時的電壓波動與閃變影響極小。?

通常交流電弧爐的冶煉周期約為1-3h，供電電壓為110KV或35KV，由經特殊設計的電弧爐變壓器供電，二次側電極間的電壓典型值在100-700V之間，其中電極電壓降約為40V，電弧壓降約為12V/cm,電弧越長壓降越大。電弧爐的電流控制是通過電弧爐變壓器高壓側繞組分接頭的切換和電極的升降來實現的,即電爐變壓器通過先用開關切換確定一個輸入電弧電壓的量值，再通過控制三相石墨電極插入爐內，通過控制電極的升降裝置上下調節，控制電爐輸入功率,從而控制電爐內電弧電流的終極目標。電弧爐所消耗的無功功率大，且變化量也很大。熔化期由于廢鋼與電極間存在直接電弧，隨著廢鋼的熔化必然引起電弧長度的變化，進而導致燃弧點的移動，電極控制系統由于機械慣性響應時間在數秒至十幾秒間，調節跟不上電弧的跳躍式變化，不能及時補償，電弧極不穩定。?

在初始熔化期間，由于爐內溫度較低，電弧維持困難，電弧頻繁地時起時滅，電流斷續，為使電弧能穩定燃燒，電弧爐的功率因數不能取得太高，電流的急劇變化造成電弧爐從供電系統吸收的有功功率和無功功率同時急劇變化，即在電弧爐冶煉過程中，電弧電流快速地大幅度變動。由于電弧爐是高感性負載，高功率電弧爐運行在熔化期時，功率因數甚至低到0.1-0.2，這樣引起母線電壓嚴重降低。電壓降低又相應降低電弧爐的有功功率，使熔化期延長，生產率下降。電弧爐在電極短路時功率因數為0.1-0.2，在額定運行時為0.7-0.85。?