D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.034 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing Oct.1999 炼钢交流电弧炉工作电抗模型 武骏 李士琦 王海润 孙彦辉 季淑娟 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要研究了炼钢交流电弧炉在冶炼期间电弧的电气特性，建立了交流电弧炉工作电抗模 型，分析了电炉控制参数B、设备线路特征y、废钢条件及冶炼不同阶段α等对操作电抗的影响. 关键词炼钢：交流电弧炉：工作电抗 分类号TF741.5 三相交流电弧炉的操作电抗对电弧的稳定 Ldi.+i.R+u.+us-U-sin(t+p) dt (1) 燃烧十分重要“.关于操作电抗与短路电抗之 间的差异，国内尚未见研究性的论文，国外工作 对式中梯形波形的电弧电压进行傅立叶展开： 电抗模型一般为基于实测数据半经验模型，缺 u, 4U.sina sinka sinkor a2 k'sina (2) 乏理论上的合理解释， 则熔池电压为： 1基于梯型弧压波形的三相交流电 k4兴品韶 sinka sinkot (3) 将控制方程量纲为一处理，得： 弧电路 新6器A.点器品-p） k'sina 在电炉冶炼生产过程中，电弧电压的波形 (4) 随冶炼阶段不同发生变化，一般在起弧阶段弧 根据叠加原理分析电路，则可进一步得到 压波形为近似矩形波形，而在治炼比较稳定的 正向电流、逆向基波电流等参量.图2为a=π/10， 主熔化期和泡沫渣况较好的精炼期的弧压波形 B=0.6,=10,=0.6的初始条件下求解微分方程 为近似正弦波形，本研究用梯形弧压波形来模 的结果.图中有关量纲为一电气参量的公式如 拟这一变化，如图1所示（α为梯形弧压常数）.当 下： 图中角=0时就为矩形的情况，此角在一定范围 (5) 内增加即渐近正弦波形.也就是说，梯形弧压波 i√7sino+w-a-tan） 形假设不但包括矩形的情况，而且也考虑了治 k-7产Asn(or-aay) (6) 炼过程中弧压波形的变化（α变化）. 图2(a)为计算得到的量纲为一电弧电流瞬 为了分析方便，以电弧电压为基准，则三相 时值，可以看出电弧电流与弧压变化趋向同相， 交：流电弧电路的控制方程为（符号见附录）： 但并非正弦波形.图2(b)示出了正向电流、逆向 电流、电弧电流、电弧基波电流之间的关系，虽 然电弧电流和电弧基波电流相差很小，但在过 零时仍有一相位差6.进一步考查电弧基波电压 U. 和基波电流的关系，如图2（©）所示，基波电弧电 流和电压存在相位差ò，表明作为特殊负载的交 流电弧表现为阻抗电气性质，即电弧可由电弧 电阻和电弧电抗来描述其电气特征，电弧电抗 图1假定的梯形弧压波形 即是三相交流电弧炉治炼时操作电抗高出短路 电抗的部分， 1999-01-25收稿武骏男，27岁，博士第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、 · ， 、 炼 钢 交 流 电弧 炉 工 作 电抗模 型 武 马交 李士 琦 王 海润 孙彦辉 季淑娟 北 京 科技 大学 冶金 学 院 ， 北 京 摘 要 研 究 了炼钢 交流 电弧 炉 在 冶炼 期 间 电弧 的 电气特 性 ， 建立 了交流 电弧 炉 工 作 电抗 模 型 ， 分析 了 电炉 控 制参 数刀 、 设 备线路 特 征夕 、 废 钢 条 件 及 冶 炼 不 同阶 段 等 对 操 作 电抗 的影 响 关键词 炼 钢 交流 电弧 炉 工 作 电抗 分 类 号 三 相 交 流 电弧 炉 的操 作 电抗对 电弧 的稳 定 燃 烧 十分 重 要 ’川 关 于 操作 电抗 与短路 电抗 之 间的差 异 ， 国 内尚未 见 研 究性 的论文 国外 工 作 电抗 模型 一 般 为 基 于 实测 数 据 半 经 验 模 型 ， 缺 乏 理 论 上 的合 理 解 释 奈 。 。 。 一 、 口 对 式 中梯 形 波 形 的 电弧 电压 进 行 傅立 叶展 开 。 “ — ‘ — 乙 兀 护 瓜 则熔池 电压 为 以 “ 、 一 · — 乙 兀 卜 巧 ， 寿石而及‘ 田 基 于 梯 型 弧 压 波 形 的三 相 交 流 电 弧 电路 在 电炉 冶 炼 生 产 过 程 中 ， 电弧 电压 的波 形 随 冶炼 阶 段 不 同发 生 变 化 一 般在起 弧 阶 段 弧 压 波 形 为 近 似 矩 形 波 形 ， 而 在 冶 炼 比较稳 定 的 主 熔化 期和 泡 沫 渣 况 较好 的精炼期 的弧 压 波 形 为近 似正 弦波 形 〔月 本研 究用梯 形 弧压波 形 来模 拟 这 一 变 化 ， 如 图 所示 为梯形 弧压 常数 当 图 中角 时就 为矩 形 的情 况 ， 此 角 在 一 定范 围 内增 加 即 渐近 正 弦波 形 也 就 是 说 ， 梯 形 弧 压 波 形 假 设不 但 包 括 矩 形 的情况 ， 而 且 也 考虑 了冶 炼过 程 中弧 压 波形 的变化 变化 为 了分析 方 便 ， 以 电弧 电压 为基准 ， 则三相 夕 流 电弧 电路 的控 制 方 程 为 符 号见 附录 二 臼 将 控 制 方 程 量 纲 为 一 处 理 ， 得 二 。 。 石丁下了五十 — ，卜 — · 口 乙 又田 兀仅 ’ 卜 ，刀 。 二 ‘沙 。 根据 叠 加原理 分析 电路 ， 则 可 进 一 步得 到 正 向电流 、 逆 向基波 电流等 参量 图 为 二’ ， 户 ， ， 声 的初 始条件 下 求 解 微 分 方程 的结果 图 中有关量 纲 为 一 电气 参量 的 公 式如 下 ‘ 一 六 ‘ 田 一 ‘ 少， ，， ‘ ， 一 六令 · “ 一‘ · ‘ 。 卜二 二 图 假定 的梯形 弧 一 压 波形 图 为计 算得到 的量 纲 为一 电弧 电流 瞬 时值 ， 可 以看 出 电弧 电流 与弧 压 变化趋 向同相 ， 但 并 非 正 弦波形 图 示 出 了正 向电流 、 逆 向 电流 、 电弧 电流 、 电弧 基 波 电流 之 间 的 关 系 ， 虽 然 电弧 电流 和 电弧 基 波 电流 相 差 很 小 ， 但 在过 零 时仍 有 一 相 位 差 占 进 一 步 考 查 电弧基波 电压 和 基 波 电流 的 关 系 ， 如 图 所 示 ， 基 波 电弧 电 流 和 电压 存在 相 位 差 ， 表 明作为特 殊 负载 的交 流 电弧 表 现 为 阻 抗 电气 性 质 ， 即 电弧 可 由 电弧 电阻 和 电弧 电抗 来描述 其 电气 特 征 电弧 电抗 即 是三 相交流 电弧炉 冶炼 时操 作 电抗 高出短路 电抗 的 部 分 一 一 收稿 武骏 男 ， 岁 ， 博 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．1999．05．034