超高功(gong)率電弧爐作為(wei)電弧爐發(fa)展的基本方向，為(wei)實現(xian)其高產(chan)、低耗、優質的目標，就必須具備快速而準確的生(sheng)產(chan)控(kong)(kong)制(zhi)，全面而優化的綜合(he)管理(li)(li)。單憑(ping)經(jing)驗或依據普通電弧爐的控(kong)(kong)制(zhi)和管理(li)(li)方法，已不能適(shi)應生(sheng)產(chan)需要，而在(zai)生(sheng)產(chan)過程控(kong)(kong)制(zhi)中，電氣運行是極為(wei)關鍵(jian)的技術。

電(dian)弧(hu)爐電(dian)氣(qi)運(yun)行(xing)(xing)是電(dian)爐冶(ye)煉生產最(zui)基本的(de)(de)(de)保障(zhang)，它(ta)關系(xi)到冶(ye)煉工藝、原料、電(dian)氣(qi)、設備等諸多方(fang)面的(de)(de)(de)問(wen)題，直接影響電(dian)爐煉鋼生產的(de)(de)(de)各項技術(shu)經(jing)濟(ji)指標(biao)，因此對(dui)其進行(xing)(xing)最(zui)佳化的(de)(de)(de)研究意義(yi)重大(da)，不但可保障(zhang)冶(ye)煉工藝的(de)(de)(de)順行(xing)(xing)、充(chong)分有利(li)于設備資源，還能提(ti)高生產率、節(jie)能降耗。 1電(dian)氣(qi)運(yun)行(xing)(xing)與電(dian)爐技術(shu)發展

50年代(dai)，為了(le)提(ti)高(gao)電(dian)(dian)弧爐(lu)生產率，當時采(cai)用加大電(dian)(dian)爐(lu)變壓器(qi)提(ti)高(gao)電(dian)(dian)壓的(de)方法來增加輸入功率，即采(cai)用“高(gao)電(dian)(dian)壓、大功率”的(de)運行(xing)制度。到60年代(dai)，當時爐(lu)子容量還不很(hen)大，功率級別(bie)也不很(hen)高(gao)，約為400kVA/t，變壓器(qi)總容量在(zai)30MVA左右。這(zhe)一時期，電(dian)(dian)爐(lu)主要生產特殊鋼、合(he)金鋼，流程為電(dian)(dian)爐(lu)出鋼后模(mo)鑄。

隨著爐子供電(dian)(dian)(dian)功(gong)(gong)(gong)率的增(zeng)大(da)，電(dian)(dian)(dian)弧對(dui)爐襯的輻射(she)侵蝕(shi)大(da)大(da)增(zeng)強(qiang)。在70年代中后(hou)期，一度推崇高功(gong)(gong)(gong)率、大(da)電(dian)(dian)(dian)流(liu)、短電(dian)(dian)(dian)弧操作方(fang)式。因而，功(gong)(gong)(gong)率因數值(zhi)較(jiao)低，特別(bie)(bie)是在最大(da)電(dian)(dian)(dian)弧功(gong)(gong)(gong)率處工作，功(gong)(gong)(gong)率因數僅(jin)為(wei)0.72左(zuo)右。因為(wei)短而粗的電(dian)(dian)(dian)弧，對(dui)爐襯熱(re)輻射(she)減少，減輕(qing)了因提高功(gong)(gong)(gong)率對(dui)爐襯耐火材料的強(qiang)烈侵蝕(shi)，也提高了熱(re)效率;同(tong)時由于電(dian)(dian)(dian)弧電(dian)(dian)(dian)流(liu)加大(da)，對(dui)鋼渣(zha)的攪拌加強(qiang)，強(qiang)化了熔池(chi)的傳熱(re);此(ci)外，大(da)電(dian)(dian)(dian)流(liu)短電(dian)(dian)(dian)弧穩(wen)定(ding)性高，對(dui)電(dian)(dian)(dian)網的沖擊小(xiao)。這一時期，典(dian)型(xing)(xing)的爐子變壓器(qi)容量(liang)大(da)約(yue)在50MVA左(zuo)右，功(gong)(gong)(gong)率級別(bie)(bie)約(yue)為(wei)500kVA/t，典(dian)型(xing)(xing)的流(liu)程為(wei)電(dian)(dian)(dian)爐、鋼包爐、連鑄(zhu)、棒線材軋機(ji)。

所謂“低電(dian)(dian)(dian)壓”和“短電(dian)(dian)(dian)弧(hu)”都只是(shi)相(xiang)對于(yu)相(xiang)同的(de)(de)(de)變(bian)壓器(qi)容量而言。實際上(shang)，如果把1臺普通功(gong)率(lv)(lv)(lv)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐改(gai)造成為(wei)超(chao)高功(gong)率(lv)(lv)(lv)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐，由(you)于(yu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)大(da)大(da)增加，變(bian)壓器(qi)的(de)(de)(de)二次電(dian)(dian)(dian)壓和電(dian)(dian)(dian)弧(hu)長(chang)度都比原來普通功(gong)率(lv)(lv)(lv)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐的(de)(de)(de)大(da)。這種短弧(hu)操作法(fa)(fa)，在(zai)美國又稱為(wei)“滑動功(gong)率(lv)(lv)(lv)因數(shu)法(fa)(fa)”。其要點是(shi)整個熔煉過(guo)(guo)程自(zi)始至終只采用一檔相(xiang)當低的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)壓而連續改(gai)變(bian)電(dian)(dian)(dian)流工(gong)作點。若用平(ping)衡的(de)(de)(de)回路特性理論來描述工(gong)作點的(de)(de)(de)“滑動”，那就是(shi)功(gong)率(lv)(lv)(lv)因數(shu)先(xian)由(you)電(dian)(dian)(dian)弧(hu)功(gong)率(lv)(lv)(lv)最(zui)大(da)點(0.72～0.75)逐漸平(ping)緩地(di)過(guo)(guo)渡(du)到(dao)有功(gong)功(gong)率(lv)(lv)(lv)最(zui)大(da)點(0.707)，再減少(shao)到(dao)0.68。這種情況適應于(yu)美國的(de)(de)(de)條件：廢鋼行業發達，可保證(zheng)入爐廢鋼塊度小且均勻。這種方法(fa)(fa)的(de)(de)(de)難點是(shi)判斷何時(shi)由(you)相(xiang)對長(chang)弧(hu)改(gai)為(wei)短弧(hu)。

上述低功(gong)率(lv)因數(shu)的運行(xing)方式不(bu)利(li)于變壓器(qi)能(neng)力(li)的充(chong)分利(li)用，且電極消耗很大。隨著水冷爐(lu)壁、水冷爐(lu)蓋尤其(qi)是泡沫渣(zha)技術的出現和(he)成功(gong)，使“高(gao)(gao)電壓、低電流、長電弧、泡沫渣(zha)”操(cao)作(zuo)有(you)了可能(neng)，這類超(chao)高(gao)(gao)功(gong)率(lv)電弧爐(lu)是80年代中(zhong)期的先進(jin)技術。在這個(ge)時期，爐(lu)子(zi)容量進(jin)一步大型(xing)化，功(gong)率(lv)級別又有(you)所提高(gao)(gao)，爐(lu)子(zi)變壓器(qi)容量達到了70MVA以(yi)上，電爐(lu)鋼(gang)進(jin)入扁平(ping)材(cai)、管材(cai)市場。其(qi)運行(xing)特點是高(gao)(gao)功(gong)率(lv)因數(shu)操(cao)作(zuo)，使變壓器(qi)的能(neng)力(li)較充(chong)分地發揮(hui)。

到(dao)了(le)90年代，電(dian)爐的(de)容量(liang)進一(yi)步加大(da)，爐子變(bian)壓器容量(liang)達到(dao)了(le)100MVA左(zuo)右，功率級別(bie)已超(chao)過800kVA/t。

在爐子(zi)電氣(qi)運行(xing)特點方(fang)面出現(xian)了高阻(zu)抗(kang)和變(bian)阻(zu)抗(kang)技(ji)術(shu);另(ling)外由于神經網絡(luo)技(ji)術(shu)的(de)成功應用(yong)，使(shi)電弧爐的(de)電氣(qi)運行(xing)工作(zuo)點的(de)識別和控制有了很大改善。這(zhe)一時期的(de)電爐電氣(qi)運行(xing)采用(yong)“更高電壓、更小電流、更長電弧”的(de)操(cao)作(zuo)制度(du)。原料條件的(de)改善、薄板坯連鑄連軋技(ji)術(shu)的(de)出現(xian)使(shi)得(de)電爐鋼向管材、板帶等純凈鋼領(ling)域進(jin)展。

電(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)技術(shu)(shu)的(de)(de)進步和電(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)流(liu)(liu)程的(de)(de)發展與電(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣的(de)(de)運行密切(qie)相關：一方(fang)面(mian)隨(sui)著(zhu)對超高(gao)功率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)弧爐(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)氣運行研究的(de)(de)不(bu)斷深入，開發了許多新技術(shu)(shu)、設(she)備及相關操(cao)作(zuo)工藝，如直流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)弧爐(lu)、導(dao)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)極臂(bei)、高(gao)阻抗(kang)電(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)、智(zhi)能電(dian)(dian)(dian)(dian)弧爐(lu)、水(shui)(shui)冷(leng)(leng)電(dian)(dian)(dian)(dian)纜、水(shui)(shui)冷(leng)(leng)/中空/浸(jin)漬/鍍層電(dian)(dian)(dian)(dian)極等等;另一方(fang)面(mian)也保(bao)障(zhang)了超高(gao)功率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)煉鋼其配(pei)套技術(shu)(shu)的(de)(de)開發和應用(yong)，如海綿鐵(tie)等廢(fei)鋼代用(yong)品的(de)(de)使用(yong)、泡沫渣操(cao)作(zuo)、替代能源的(de)(de)利用(yong)等等。

2電氣運行是電爐(lu)煉鋼最基(ji)本的保障

2.1超高功(gong)率電弧(hu)爐是以(yi)電氣特征命名

由美國人(ren)W.E.Schwabe提(ti)(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)是在(zai)60年(nian)代電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)爐(lu)型(xing)增(zeng)大(da)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)爐(lu)變壓器(qi)水平提(ti)(ti)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)背景下產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，近年(nian)來(lai)，超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)及(ji)其(qi)配套技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)飛速發(fa)(fa)(fa)展(zhan)(zhan)，表(biao)現出(chu)許多優異(yi)特性和競爭(zheng)力。一些冶(ye)金(jin)工(gong)作(zuo)者認(ren)(ren)為(wei)(wei)(wei)“UHP”應(ying)為(wei)(wei)(wei)超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)性能(neng)，因為(wei)(wei)(wei)1臺合格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)并不(bu)只(zhi)意味著(zhu)比功(gong)(gong)(gong)率(lv)級別(bie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)(gao)，而是綜合性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)改善(shan);也有(you)一些冶(ye)金(jin)工(gong)作(zuo)者認(ren)(ren)為(wei)(wei)(wei)，“UHP”應(ying)為(wei)(wei)(wei)超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)生產率(lv)，因為(wei)(wei)(wei)超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)就是縮(suo)短冶(ye)煉(lian)時間，提(ti)(ti)高(gao)(gao)生產率(lv);還有(you)一些冶(ye)金(jin)工(gong)作(zuo)者認(ren)(ren)為(wei)(wei)(wei)應(ying)將“UHP”改為(wei)(wei)(wei)“UHE”，因為(wei)(wei)(wei)超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)許多新(xin)技術(shu)(shu)都(dou)圍繞節(jie)能(neng)降耗、有(you)效利用能(neng)源而展(zhan)(zhan)開。此(ci)外，還有(you)最(zui)佳節(jie)能(neng)爐(lu)“EOF”、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)轉爐(lu)“EAOF”等說法(fa)，但(dan)都(dou)沒有(you)得到冶(ye)金(jin)界一致公認(ren)(ren)，因為(wei)(wei)(wei)這(zhe)些提(ti)(ti)法(fa)或(huo)(huo)過(guo)于(yu)籠(long)統(tong)、或(huo)(huo)過(guo)于(yu)偏重，只(zhi)反(fan)映了超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)及(ji)其(qi)配套技術(shu)(shu)發(fa)(fa)(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)某些方向或(huo)(huo)趨勢。超(chao)(chao)(chao)(chao)高(gao)(gao)功(gong)(gong)(gong)率(lv)還反(fan)映了電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)發(fa)(fa)(fa)展(zhan)(zhan)最(zui)本質、最(zui)具(ju)代表(biao)性的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)特點，這(zhe)也表(biao)明電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣(qi)運行一直是電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)弧(hu)爐(lu)發(fa)(fa)(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)原動力和技術(shu)(shu)保(bao)障。

2.2電氣運行是(shi)制定冶(ye)煉制度的基礎和保障

冶煉一爐(lu)鋼首先要(yao)(yao)確(que)定需要(yao)(yao)多(duo)少能(neng)量(liang)，以電(dian)(dian)能(neng)為(wei)主要(yao)(yao)能(neng)源的(de)電(dian)(dian)弧爐(lu)煉鋼首先要(yao)(yao)保證安全、穩定的(de)提供電(dian)(dian)能(neng)。電(dian)(dian)弧爐(lu)是巨大(da)的(de)電(dian)(dian)能(neng)用(yong)戶，三(san)相電(dian)(dian)弧爐(lu)變壓器(qi)的(de)容量(liang)可達幾十兆伏安，且(qie)所需功率數值在爐(lu)子工作期間(jian)急劇地大(da)幅度地波動(dong)。這就(jiu)有一個怎樣提供電(dian)(dian)能(neng)的(de)電(dian)(dian)氣運行問題。

在制(zhi)定工藝制(zhi)度時(shi)，要考慮(lv)變(bian)壓器容量、變(bian)壓器的(de)利用系(xi)數、對電(dian)網(wang)(wang)的(de)干擾(閃(shan)爍(shuo)、諧波)、功率(lv)因數等電(dian)氣問題(ti)，因為這關系(xi)到冶煉時(shi)間(jian)、冶煉反應、出鋼溫度等工藝基本問題(ti)。采(cai)取合理(li)的(de)供電(dian)制(zhi)度不但(dan)可(ke)保證工藝的(de)順行，還(huan)可(ke)縮短冶煉時(shi)間(jian)、降低噸鋼電(dian)耗(hao)、減(jian)少(shao)對電(dian)網(wang)(wang)干擾。

一臺正常工作的超高(gao)功率電(dian)(dian)弧爐，必須有(you)合理的電(dian)(dian)氣(qi)運行(xing)制(zhi)度與之相匹配，如果電(dian)(dian)氣(qi)運行(xing)制(zhi)度不合理，不僅會(hui)使電(dian)(dian)耗(hao)增高(gao)、電(dian)(dian)極損(sun)耗(hao)加(jia)大(da)、耐材侵蝕嚴重、冶(ye)煉周期(qi)延長(chang)，甚(shen)至(zhi)可能造(zao)成(cheng)操作無法進行(xing)。

2.3電氣運行與電爐煉鋼配套(tao)技術密切相關

不(bu)但電(dian)爐(lu)(lu)本身的(de)技(ji)術(shu)發展與電(dian)氣運行(xing)密(mi)不(bu)可分(fen)，許多(duo)電(dian)爐(lu)(lu)配(pei)套新技(ji)術(shu)也都圍(wei)繞電(dian)爐(lu)(lu)的(de)電(dian)氣運行(xing)而展開，不(bu)少(shao)配(pei)套技(ji)術(shu)的(de)實現，需要(yao)電(dian)氣運行(xing)做相應的(de)改變。

3討論與分析

據統計，目前全世界粗鋼產量的(de)(de)(de)(de)30%由電(dian)(dian)爐(lu)生產，我(wo)(wo)國電(dian)(dian)爐(lu)鋼也(ye)約占總(zong)鋼產量的(de)(de)(de)(de)20%左(zuo)右。國內外電(dian)(dian)爐(lu)煉鋼的(de)(de)(de)(de)發展一(yi)(yi)方(fang)面推動(dong)我(wo)(wo)國電(dian)(dian)爐(lu)煉鋼技術的(de)(de)(de)(de)進步和變(bian)革，同時也(ye)對電(dian)(dian)爐(lu)工(gong)作者提出更高(gao)的(de)(de)(de)(de)要求。特別是(shi)在當(dang)前日益激(ji)烈的(de)(de)(de)(de)市場(chang)競爭下，我(wo)(wo)國電(dian)(dian)爐(lu)煉鋼企(qi)業面臨著嚴峻的(de)(de)(de)(de)形勢和巨大的(de)(de)(de)(de)壓力，因此進一(yi)(yi)步降(jiang)低成(cheng)本(ben)、節能降(jiang)耗，成(cheng)為冶(ye)金(jin)企(qi)業特別是(shi)電(dian)(dian)爐(lu)煉鋼企(qi)業增(zeng)強競爭力的(de)(de)(de)(de)主要手段(duan)之一(yi)(yi)。

我(wo)國在(zai)優化供電、導電電極臂、電極調節器、直(zhi)流電弧(hu)(hu)爐等方面取得了不同(tong)程度的進(jin)展。近年來(lai)，我(wo)國還(huan)陸續從國外(wai)引進(jin)多臺各種爐型(xing)的大型(xing)超高功(gong)率(lv)電弧(hu)(hu)爐，如僅江蘇省(sheng)地區就引進(jin)11臺超高功(gong)率(lv)電弧(hu)(hu)爐。但是，雖然引進(jin)電爐的設備達到國際先(xian)進(jin)水平，但操作和生產(chan)運行(xing)還(huan)遠未達到相(xiang)應水平，因此，對引進(jin)的設備還(huan)存在(zai)合理(li)使(shi)用的問題。

以往，國內有關交流電弧(hu)爐(lu)煉鋼(gang)電氣運行(xing)(xing)的(de)(de)研(yan)究(jiu)還很大(da)程度上局限于(yu)小變壓器(qi)容(rong)量、小爐(lu)子(<30MVA)的(de)(de)水平上，對超高功(gong)率(lv)電弧(hu)爐(lu)尤其(qi)是(shi)大(da)型(xing)超高功(gong)率(lv)交流煉鋼(gang)電弧(hu)爐(lu)的(de)(de)認識和研(yan)究(jiu)都(dou)不多。因此，對大(da)型(xing)交流電弧(hu)爐(lu)電氣運行(xing)(xing)進行(xing)(xing)合理化(hua)研(yan)究(jiu)，不僅具(ju)有實用(yong)價值，還具(ju)有廣(guang)泛的(de)(de)指導意義(yi)，有助于(yu)迅速提高我國煉鋼(gang)技術水平。