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1、工业用电设备工业用电设备第第3章章 工业电炉工业电炉上海电力学院上海电力学院电力系电力系工业电炉工业电炉工业生产中应用的、利用电热效应产生的工业生产中应用的、利用电热效应产生的热量加热或熔化物料的设备，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。通常由炉体和配套的机电装置组成。3.1工业电炉及其应用工业电炉及其应用第第3章章工业电炉工业电炉12/20/20222上海电力学院 电力系电炉的优点：电炉的优点：本章主要内容本章主要内容电炉的应用电炉的应用:p76表表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、每一大类还可根据加热方式、炉体结构特点、物料输送
2、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。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：工业电炉的类型：按电热方式不同按电热方式不同电阻炉电阻炉电弧炉电弧炉感应炉感应炉等离子炉、电子束炉、介质（微波）加热设备等等离子炉、电子束炉、介质（微波）加热设备等（1 1）电热功率密度特大。）电热功率密度特大。（2 2）电炉的温度易于准确控制。）电炉的温度易于准确控制。（3 3）电炉炉内气氛易控，可以是需要的气氛，也可以抽成真空。）电炉炉内气氛易控，可以是需要的气氛，也可以抽成真空。（4 4）电电炉的炉的电热电热效率高，一般是效率高，一般是50%
3、50%60%60%，有的达，有的达80%80%90%90%。（5 5）电热电热清清洁卫洁卫生，不生，不污污染染环环境。境。（6 6）电电炉炉较较易于易于实现实现生生产过产过程的机械化和自程的机械化和自动动化，化，劳动劳动条件好，条件好，生生产产率高。率高。第第3章章工业电炉工业电炉3.1工业电炉及其应用工业电炉及其应用 12/20/20223上海电力学院 电力系3.2电阻炉电阻炉电阻炉：电阻炉：利用电流通过电阻体产生的热量来加热或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。熔化物料的一类电炉。电流热效应产生的热量电流热效应产生的热量：Q=I2RT=U2/RT3.2.1电阻炉的类型及
4、其工业应用电阻炉的类型及其工业应用 按加热方式不同：按加热方式不同：直接直接电热电阻炉：电流直接通过被加热的物料，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。依靠物料本身的电阻发热。间接间接电热电阻炉：电流通过炉内的电热体或导电液体产生热量，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再经过一定的传热过程将热量传给被加热的 物体。物体。目前绝大多数电阻炉属于这一类。目前绝大多数电阻炉属于这一类。第第3章章工业电炉工业电炉各种工业电阻炉的特点和用途各种工业电阻炉的特点和用途见见p77表表3.2.112/20/20224上海电力学院
5、电力系3.2.2直接电热电阻炉直接电热电阻炉电流直接通入被加热工件中的一种电流直接通入被加热工件中的一种电阻炉电阻炉（1 1）加热质地均匀、截面相同和较为）加热质地均匀、截面相同和较为 细长的金属材料。细长的金属材料。用途：用途：（2 2）处理或制造一些材料，例如石墨）处理或制造一些材料，例如石墨 化电炉、玻璃熔炼炉等化电炉、玻璃熔炼炉等第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 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 12/20/20225上海电力学院 电力系石墨化电炉：焦炭石墨化电炉：焦炭2600-30002600-3000下经过几十小时的加
6、热，形成了下经过几十小时的加热，形成了 石墨石墨。炉子由低压（次级为炉子由低压（次级为100-200V100-200V）大电流（几大电流（几 kAkA）变压器供电，其输入功率已做到上百变压器供电，其输入功率已做到上百KWKW。玻璃熔炼炉玻璃熔炼炉：玻璃由其它热源加热至玻璃由其它热源加热至1200-1300后才导电后才导电再直接通电加热。（热效率高）再直接通电加热。（热效率高）1.石墨化电炉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。第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3
7、.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 12/20/20226上海电力学院 电力系3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 电流通过炉内的电热体所产生的热量，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。借辐射、对流和传导传递给被处理物料的电阻炉。一一.间接电热电阻炉的特点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的最高工作温度；采用不同材料的电热体可在炉内
8、达到不同的最高工作温度；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；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，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。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。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。12/20/20227上海电力学院 电力系第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 二二.间接电热电阻炉热量传递的类型间接电热电阻
9、炉热量传递的类型（a)辐射型辐射型（b）、（）、（c）对流型对流型（d）、）、（e）传导型传导型1一电热体；2一物料；3一炉衬；4一马弗罩；5一风机 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/20228上海电力学院 电力系三几种间接电热电阻炉三几种间接电热电阻炉1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉2.箱式电阻炉箱式电阻炉3.盐浴炉盐浴炉4.电渣炉电渣炉5.电热流动粒子炉电热流动粒子炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/20229上海电力学院 电力系1.1.远红外加热电阻炉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
10、的热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、光能波长、光谱、光热效应、光能波长波长（m）0.380.380.750.751.51.5661000光谱光谱紫外线紫外线紫蓝紫蓝青绿黄橙红青绿黄橙红近红外近红外中红外中红外远红外远红外光热效应光热效应随波长增加而增强随波长增加而增强光能光能波长增加光能减小波长增加光能减小综合考虑综合考虑光热效应、光能，选取光热效应、光能，选取=325 m的远红外线加热的远红外线加热效果最佳效果最佳第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 远红外线远
11、红外线12/20/202210上海电力学院 电力系1.1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 远红外线的产生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，只要温度在绝对零度（任何固体或液体物质，只要温度在绝对零度（-273）以）以上，上，都不断地向外辐射红外线，并向四周辐射能量。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；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
12、，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频率相符时，物体才能吸收远红外线。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物体对特定频率远红外线的吸收3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202211上海电力学院 电力系例如：搪瓷辐射元件：以黑色金属板（管）为例如：搪瓷辐射元件：以黑色金属板（管）为传热基材传热基材，其表面，其表面 涂以高辐射能力的釉浆（即红外涂层），在涂以高辐射能力的釉浆（即红外涂层），在900-990900-990下熔下熔 烧后，
13、与电阻丝电热元件所组成整体。工作时，电流通烧后，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，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。从而辐射出红外线。常用的常用的电热电热元件有板状、管状和灯状三大类。元件有板状、管状和灯状三大类。远远红外线辐射源：红外线辐射源：用来产生红外线用来产生红外线电热元件、电热元件、辐射材料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。传热基材传热基材第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 组成：组成：1.1.远红外加热电阻炉远红外加热电阻炉3.2.3间接电热电阻炉间接
14、电热电阻炉12/20/202212上海电力学院 电力系远红外线能透入被加热物体表面一定深度，加热速度快，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。电能消耗少，加热质量高。与一般电阻加热相比，与一般电阻加热相比，可缩短加热时间可缩短加热时间1/31/2，节约用电，节约用电30%以上。以上。设备费用低、操作简单、干燥质量好、安全可靠设备费用低、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在各行业的中、低温加热方面得到广泛应用远远红外线加热的特点：红外线加热的特点：第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 1.1.远红外加热电阻炉远红外加热
15、电阻炉3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202213上海电力学院 电力系2.2.箱式电阻炉箱式电阻炉 第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 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。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间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202214上海电力学院 电力系3.3.盐浴炉盐浴炉 在槽（即炉膛）内以熔融的盐为传热导电介质在槽（即炉膛）内以熔融的盐为传热
16、导电介质进行进行加热的一种电阻护。加热的一种电阻护。除用盐外除用盐外还还可用碱、油、可用碱、油、铅铅等作等作为为加加热热介介质质，那就是碱浴炉、油浴炉、，那就是碱浴炉、油浴炉、铅铅浴炉。浴炉。这类这类炉子炉子统统称浴炉，其中以称浴炉，其中以盐盐浴炉用得最浴炉用得最为为广泛。广泛。第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 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间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202215上海电力学院 电力系特点
17、：特点：（1 1）盐盐液液对对金属的金属的传热传热快，工件加热速度快快，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盐液导热性比气体好，工件各部分加热比较均匀均匀（3）不同的盐分可得到不同的熔点，不同的盐分可得到不同的熔点，（25025013001300之间的任何温度，都可以找到适当的盐或几种盐的混合物之间的任何温度，都可以找到适当的盐或几种盐的混合物）常用盐：常用盐：aNO3、KCl、NaCl、NaSiO3（4）工件不被氧化。结构简单工件不被氧化。结构简单（5）盐耗量大，环境污染较严重，热损耗大）盐耗量大，环境污染较严重，热损耗大用途：对工具、量具、模具进行热处理用途：对工具、
18、量具、模具进行热处理第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.3.盐浴炉盐浴炉3.2.3间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202216上海电力学院 电力系4电渣炉电渣炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 钢或某些合金进行钢或某些合金进行再精炼用的一种电炉设备。再精炼用的一种电炉设备。特点：电阻熔炼炉。特点：电阻熔炼炉。自耗电极用被熔炼金属本身制成的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、板坯和各种异形型优质合金钢锭、板坯和各种异形铸件
19、。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间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202217上海电力学院 电力系5电热流动粒子炉电热流动粒子炉第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 新型电炉之一新型电炉之一优点：升温快、耗电少、优点：升温快、耗电少、开停炉方便、炉温均匀、开停炉方便、炉温均匀、工件热处理质量好。工件热处理质量好。缺点：流化床表面起伏较大，缺点：流化床表面起伏较大，不适于局部加热；不适于局部加热；要有除尘设备要有除尘设备。图3.2.10 电极式流
20、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间接电热电阻炉间接电热电阻炉12/20/202218上海电力学院 电力系3.2.4间接电热电阻炉的供电与温度控制间接电热电阻炉的供电与温度控制1.供电供电间接电热电阻炉的供电一般采用低压间接电热电阻炉的供电一般采用低压220V或或380V电阻炉的功率在电阻炉的功率在25kW以下时，可用单相以下时，可用单相220V或或380V电电源将电热体串联供电；源将电热体串联供电；功率在功率在2575kW时，用三相时，用三相380V星形或角形接法供电星形
21、或角形接法供电功率在功率在75kW以上时，则应考虑采用两组或两组以上的以上时，则应考虑采用两组或两组以上的三相三相380V星形或角形接法供电，星形或角形接法供电，即每组电热体的功率以即每组电热体的功率以3075kW最为适宜，必要时采用最为适宜，必要时采用串、并联以获得所需要的功率。串、并联以获得所需要的功率。某些情况下采用降压变压器某些情况下采用降压变压器P84第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 12/20/202219上海电力学院 电力系2.功率调节功率调节常用的功率调节方式常用的功率调节方式:4）用不同的接线方法调节）用不同的接线方法调节l）用变阻器调节用变阻器调节2）用变压器调
22、节）用变压器调节3）用饱和电抗器（阻流线圈）调节）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）用晶闸管交流调功电路调节第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.2.4间接电热电阻炉的供电与温度控制间接电热电阻炉的供电与温度控制12/20/202220上海电力学院 电力系3.温度控制温度控制1)位式控制位式控制2)连续控制系统连续控制系统3)脉冲控制系统脉冲控制系统采用热电温度计的电阻炉采用热电温度计的电阻炉温度自动控制系统示意图温度自动控制系统示意图3.2.5间接电热电阻炉间接电热电阻炉的节电措施的节电措施P86第第3章章工业电炉工业电炉3.2电阻炉电阻炉 3.2.4间接
23、电热电阻炉的供电与温度控制间接电热电阻炉的供电与温度控制12/20/202221上海电力学院 电力系3.3电弧炉电弧炉电弧：电位不同的两电极，其间电场达到一定程度时，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，放电电流越大、电弧越强，物料获得的热量越大，温度也就高，把物料加热到熔化温度也就高，把物料加热到熔化第第3章章工业电炉工业电炉12/20/202222上海电力学院 电力系工业上应
24、用的电弧炉可分为二类：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直接电热式交流电弧炉（b）矿热炉矿热炉1电极；电极；2电弧；电弧；3炉料炉料 包括：交流炼钢电弧炉、直流电弧炉、真空自耗炉包括：交流炼钢电弧炉、直流电弧炉、真空自耗炉第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202223上海电力学院 电力系3.1.1交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉 炼炼钢钢电电弧弧炉炉是是电电弧弧炉炉中中最最主主要要的的一一种种炉炉种种，是是钢钢铁铁冶冶炼炼工工业业中的重要冶炼设备，其优点：中的重要冶炼设备，其优点：热效率较高，一般可达热效率较高，一般可达6565以上，约比平炉高一倍；以
25、上，约比平炉高一倍；温度高，弧区温度最高可达温度高，弧区温度最高可达30003000以上，可将钢水加热以上，可将钢水加热 到到1600 1600 ，能满足冶炼不同钢种的要求，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，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；对钢的成分进行控制；成套的炼钢电弧炉设备包括：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电炉本体、主电路设备和控制设备 除尘设备除尘设备四大部分四大部分第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202224上海电力学院 电力系炼钢电弧炉炼钢电弧炉1 1炼钢电弧炉
26、炼钢电弧炉2 2非自耗真空电弧炉非自耗真空电弧炉12/20/202225上海电力学院 电力系一一.电狐炉本体电狐炉本体以以及及炉炉壳壳、电电极极密密封封圈圈、电电极极升升降降机机械械等等部部件件，有有些些炉炉子子还还配配有有排排烟烟装装置置、电电磁磁搅搅拌拌装装置置、冷冷却却水水循循环环装置等。装置等。2.2.电弧炉的冶炼过程：电弧炉的冶炼过程：1.1.装料，装料，2.2.熔化熔化，3.3.氧化期氧化期，4.4.还还原期原期 5.5.冶冶炼过炼过程中程中钢钢液的液的搅搅拌拌1-1-倾炉液压缸倾炉液压缸 2-2-倾炉摇架倾炉摇架 3-3-炉门炉门 4-4-熔池熔池 5-5-炉盖炉盖 6-6-电极
27、电极 7-7-电极夹紧器电极夹紧器 8-8-炉体炉体 9-9-电弧电弧 10-10-出钢槽出钢槽第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202226上海电力学院 电力系炼钢电弧炉的主电路炼钢电弧炉的主电路隔离开关隔离开关高压断路器高压断路器电抗器短电抗器短接开关接开关电压互感器电压互感器电抗器电抗器电流互感器电流互感器电炉变压器电炉变压器软电缆软电缆电弧炉炉体电弧炉炉体电流表、电流表、电压表、电压表、功率表、功率表、电能表电能表二二.供电与电器设备：供电与电器设备：12/20/202227上海电力学院 电力系 电弧炉的主电路：电弧炉的主电路：电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独
28、进行电压电流的调节，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。并能承受工作短路电流的冲击。1）炉用变压器）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，则系统电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装些，则系统电抗小，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。弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉
29、 3.1.1交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉12/20/202228上海电力学院 电力系一般电炉变压器一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。（几千至几万安）。为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器压器二次电压二次电压要能在要能在50%70%的范围内调整的范围内调整，因此都设计成多级，因此都设计成多级可调形式。调整方法有变换、有载调压分接开关等。变压器容量小可调形式。调整方法有变换、有载调压分接开关等。变压器容量小于于10MVA者，可进行无载切换；容量在者，可进行无载切换；容量在1
30、0MVA以上者，一般应是以上者，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，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。可以保障炉内三相热能平衡。电炉专用变压器的电炉专用变压器的特点：特点：a.有较大的过负荷能力；有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；有几个二次电压等级；e.有较大的变压比；有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。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电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.41.2MVA/t。电弧炉的
31、电流控制：由电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换，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。电极的升降来达到的。1）炉用变压器）炉用变压器12/20/202229上海电力学院 电力系大型电弧炉变压器，本身具有满足需要的电抗值，不需外加电抗器；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。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
32、为内附式；也可做成装在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。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）。标准值（以电炉变压器额定容量为基准）。容量小于容量小于10MVA的电炉变压器，有时在其高压侧装有串联电抗的电炉变压器，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
33、电抗已足够大，不需再串联电抗器。本身的漏电抗已足够大，不需再串联电抗器。2）电抗器）电抗器为了为了稳定电弧和限制短路电流稳定电弧和限制短路电流，需要约等于变压器容量，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。的电抗容量，串入变压器主回路中。12/20/202230上海电力学院 电力系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，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，常用多油或少油式高压断路器
34、，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。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）高压断路器高压断路器 大型炼钢电弧炉的二次电流很大，无法配用电流互感器。因此，大型炼钢电弧炉的二次电流很大，无法配用电流互感器。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）。感器上，或接在电炉变压器的第三绕组上（可变变比）。4）电流互感器电流互感器 12/20/202231上海电力学院 电力系为了强化钢液与熔渣反应，使钢液温度和成分均匀
35、，在炼钢电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。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，使钢液在电动力的推动下，顺着移动磁与感应电流相互作用，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。场移动的方向流动
36、，从而使钢液得到了搅拌。5）电磁搅拌器电磁搅拌器 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，要求采用变电磁搅拌器的搅拌力，要求采用可调频率的低频电源，可调频率的低频电源，其频其频率在率在0.30.5Hz内调节。一般采用直接变频电源。需加装电容器内调节。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。以提高功率因素，并加装电抗器防止产生谐振。图图3.3.4 3.3.4 炼钢电弧炉钢液炼钢电弧炉钢液的电磁搅拌的电磁搅拌1 1电磁搅拌器；电磁搅拌器；2 2炉底炉底12/20/20223
37、2上海电力学院 电力系三三.交流炼钢电弧炉对电能质量的影响交流炼钢电弧炉对电能质量的影响1.1.超高功率炼钢电弧炉在正常生产时会对电网造成下列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干扰 ：高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、高次谐波、电压闪变、电压波动、三相电压及电流不平衡、功率因数低功率因数低等，而且超过电能质量各项指标国家标准等，而且超过电能质量各项指标国家标准炼钢电弧炉分为炼钢电弧炉分为 普通功率（普通功率（RPRegularPower）、）、高功率（高功率（HPHighPower）、超高功率（超高功率（UHPUltraHighPower）三种。三种。超高功率
38、电弧炉（超高功率电弧炉（UHPEAF）概念自七十年代提出，目标在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炉炼钢技术发展新纪元第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 3.1.1交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉12/20/202233上海电力学院 电力系1 1）功率因数低）功率因数低为为了了稳稳定定电电弧弧和和限限制制短短路路电电流流，需需要要约约等等于于变变压压器器容容量量35%的电抗容量，串入变压器主回路中。的电抗容量，串入变压器主回路中。电电弧弧炉炉负负载载是是高高感感性性
39、的的，电电弧弧炉炉的的接接入入使使供供电电电电网网的的功功率率因因数数恶恶化化。超超高高功功率率电电弧弧炉炉运运行行在在熔熔化化期期时时，功功率率因因数数甚甚至至低低到到0.1，这这样样引引起起母母线线电电压压严严重重降降低低。电电压压降降低低又又相相应应降降低低电电弧弧炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。炉的有功功率，使熔化期延长，生产率下降。三三.交流炼钢电弧炉对电能质量的影响交流炼钢电弧炉对电能质量的影响3.1.1交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202234上海电力学院 电力系2)电压闪烁和波动电压闪烁和波动超高功率电弧炉是供电电
40、网的很大的负载，而且在运行中经常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，产生突然的、强烈的电流冲击，导致电网电压的快速波动，频导致电网电压的快速波动，频率为率为0.130Hz。频率在频率在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，使人们感到烦躁，这类干扰称之为“闪烁闪烁”或或“闪变闪变”（Fluctuation）。）。强烈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，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
41、本身）的实际功率减少，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。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：动百分数为：U%=Q/Sk*100%其其中，中，Q为无功功率的冲击量（为无功功率的冲击量（Mvar）;Sk为为本电弧炉供电母本电弧炉供电母线最小短路容量线最小短路容量(MVA)。第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 12/20/202235上海电力学院 电力系电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分为两个主要阶段：熔化期和电弧炉的冶炼过程依据其电气特性分
42、为两个主要阶段：熔化期和精炼期：精炼期：熔化期时，炉内废钢装入后，同时插入三相电极，则在熔化期时，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，进而导致燃弧点的移动，电弧极不稳定。电弧电弧长度的变化，进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
43、于电极短路引起的急剧变动称之为非常闪变。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，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。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。大大减轻。精炼期是在熔化完成后，边升温边加
44、入铁矿石和氧，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。国标变问题基本消失。国标电能质量电能质量电压允许波动和闪变电压允许波动和闪变（GB12326-2000）规定了电力系统公共连接点的电压波动和闪变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
45、都超过这个规定值，必须加以抑制。往往都超过这个规定值，必须加以抑制。12/20/202236上海电力学院 电力系3）三相电压与电流不对称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。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（分析表明，在公共连接处（PCC：PowerCommonContact）电电网短路容量网短路容量Sk比电弧
46、炉变压器额定容量比电弧炉变压器额定容量SF高高50倍以上时，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标电能质量电能质量三相电压允许不平衡度三相电压允许不平衡度（GB/T15543-1995）中中规定的允许值。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只有电弧炉变压器容量的2040倍或更低，故必须采用补偿。倍或更低，故必须采用补偿。第第3章章工业电炉工业电炉3-3电弧炉电弧炉 三三.交流炼钢电弧炉对电能质量的影响交流
47、炼钢电弧炉对电能质量的影响3.1.1交流炼钢电弧炉交流炼钢电弧炉12/20/202237上海电力学院 电力系4）高次谐波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，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：对电网造成干扰。其主要原因有：a.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。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，交流电的正负半周换相，石墨电极和钢交替作阴极和阳极，
48、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；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；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置中的整流器等。电弧炉的谐波电流成份主要为27次，其中次，其中2、3次最大，其平均值可达基波分量的次最大，其平均值可达基波分量的5%10%，谐波电流，谐波电流流入电网，使电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动流入电网，使
49、电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动以及保护误动作等。国标以及保护误动作等。国标电能质量电能质量公用电网谐波公用电网谐波（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。了具体规定，为抑制电弧炉产生的谐波提供了依据和标准。12/20/202238上海电力学院 电力系2.抑制电弧炉对电网和自身影响的途径：抑制电弧炉对电网和自身影响的途径：v提提高高供供电电电电源源的的电电压压等等级级，以以提提高高与与电电网网公公共共连连接接点点的的短短路路容量，使其对电网和自身的影响在允许范围内；容量，使其
50、对电网和自身的影响在允许范围内；v采采用用SVC（StaticVarCompensation）装装置置，使使其其多多项项指指标标限限制在允许范围内。制在允许范围内。两种途径相比，两种途径相比，前一途径是治标的方法，前一途径是治标的方法，因因为为电电炉炉对对电电网网和和自自身身影影响响的的各各种种量量值值并并未未消消除除，而而是是送送到到更更高高电电压压级级的的电电网网去去扩扩散散，随随着着电电炉炉不不断断建建设设发发展展，这这些些量量值值在在电电网网中中增增加加积积累累，泛泛滥滥成成灾灾，将将会会形形成成电电网网所所不不能能接接受受的的程程度度，而而增增加加了了对对广广大大用用户户的的影影响响