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新优化法在电弧炉节电上的应用研究
崔存生
摘要: 新优化法是用于提高工业生产效率、质量和降低消耗的特有方法。其在钢铁工厂各电弧炉节电方面的应用进行了介绍。该法不需投入许多资金，即可取得明显的经济效益，有很大的推广价值。
关键词： 电弧炉；节电；新优化法
Application of New Optimizing Method in the
Electric Energy-saving of Arc Furnaces
CUI Cun-sheng
Abstract: New optimizing method is a special way for improving production effciency and quailty and reducing consumptions,and its application in the electric energy-saving of arc furnace is introduced.It can get obvious economical effectiveness without many investment.
Key Words: arc furnace;electric energy-saving;new optimizing method
1 前 言
早在70年代，华罗庚教授在全国领导并推广优选法，其经济效益和社会效益显著。进入80年代中后期，国内外相继出现了“新优化法”。此法的基本原理是：将工矿企业生产的原始记录进行分类整理，统计分析，找出有用数据及其规律，用于指导生产，改进工艺参数，达到节能降耗，提高产品质量的目的。本文介绍“新优化法”在炼钢电弧炉节电上的应用方法。
2 问题的提出
电弧炉炼钢因其独特的优越性，在钢铁工业中所占比例正逐年上升，发达国家已达30%以上，我国也已达20%。但是，发达国家吨钢电耗在450 kW．h以下，而我国则因种种原因，吨钢电耗一直徘徊在600～1 000kW．h之间，低于600kW．h的极少。为降低电耗，国内各厂家和研究机关做了大量有益的工作，主要都是围绕硬件，即设备各部分的改进开展工作，投入了大量的人力和物力，包括采用微机-变频调速控制系统、智能电弧炉控制系统等。当许多厂家花费巨资对电弧炉设备进行技术改造后，除设备故障率明显降低外，电耗降低的效果比预期的却相差甚远。
我们知道，电弧炉的冶炼电耗高低主要取决于变压器容量、控制系统、短网结构及其损耗、冶炼工艺、设备维护、热停损耗、炉料状况和供电曲线等因素。不少厂家依据所测功率曲线制定了供电曲线，大部分厂家则依据变压器的额定电流和允许过载电流确定供电曲线，如某钢厂有一台5t电弧炉，变压器容量3200kVA，额定电流7600A，允许电流9880A。原供电曲线规定；熔化期电压242 V，电流10kA；氧化期电压210V，电流9kA；还原期电压依炉况确定，电流8kA左右。吨钢电耗平均760 kW．h左右，明显偏高。还有的厂家为了降低电耗，更换了大容量变压器，加大了电功率输入，其结果是事与愿违，甚至出现电耗不降反升的现象。究其原因，主要有两点：
(1)供电制度问题。误将变压器允许电流当作短网系统最佳电流，系统超功率低效率运行，短网损耗增大。如某特殊钢厂有一台公称容量10t的电弧炉，变压器容量5 MVA，额定电流11 kA，电压260V。该厂曾发生使用18kA的电流进行冶炼，短网铜管已发红，钢水温度却升不起来的事例。
(2)设备更新但工艺落后，两者不相匹配。如某钢厂有两台5 t电弧炉，除两台炉的变压器容量不一致外，其余条件全部相同。但是，两台炉的冶炼电耗相差5%左右，变压器容量大的反而电耗高，变压器容量小的电耗却低。
3 降低电耗的途径
影响电弧炉冶炼电耗的因素很多，但在冶炼工艺、炉料状况、变压器容量、短网结构、炉壳大小结构和控制系统一定的情况下，供电制度就成了关键因素。我们知道，由变压器通过短网系统往炉内输入的电功率，以电弧的形式转换成热能为炉料所吸收，使炉料升温熔化，达到冶炼钢水的目的。能量转换不能突变，需要时间。不同的炉料有不同的导热系数，其能量转换过程自然也不尽相同。冶炼过程是一个非常复杂的化学反应和能量转换过程，输入电功率转换为钢水温度的效率取决于诸多因素，试图通过直接计算的方法求得最佳功率输入值几乎是不可能的。如果我们把整个电弧炉设备和冶炼过程当作一个整体看待，用一个黑盒子代替之，如图1所示，输入电功率用kW，输出为吨钢电耗(kW．h/t)和吨钢耗时(min/t)。把时间作为消耗量，且选择分钟(min)有其独到的优越性。（未完待续）
作者简介： 崔存生(1956- ),男，高级工程师.
作者单位：崔存生(成都高威节能科技有限公司 总经理)
注册安全工程师（其他）
每日分享之电伤害
1)电弧烧伤是由弧光放电造成的烧伤,是
最危险的电伤。电弧温度高达8000℃,可直接造成大面积、大深度烧伤。弧光放电时,熔化了的炽热金属飞溅出来还会造成烫伤。
(2)电流灼伤是电流通过人体由电能转换成热能造成的伤害。
(3)皮肤金属化是电弧使金属熔化、气化
金属微粒渗入皮肤造成的伤害。
(4)电烙印是电流通过人体后在人体与带电体接触的部位留下的永久性斑痕。
(5)电气机械性伤害是电流作用于人体时,
由于中枢神经强烈反射和肌肉强烈收缩等作用造成的机体组织断裂、骨折等伤害。
6)电光眼是发生弧光放电时,由红外线
可见光、紫外线对眼睛的伤害。#中级注册安全工程师# #中级注册安全工程师考试#
定子绕组串电阻(或电抗)降压启动另一法
图5 定子绕组串电阻(或电抗)降压启动另一法
按下启动按钮SB1，KM1、KT获电动作，其常开辅助触点闭合自锁，电动机定子绕组串入电阻降压启动。时间继电器达到整定时间后，KT常开延时闭合触点闭合，KM2获电动作，其主触点闭合将电阻短接，电动机定子绕组加上电源全电压，启动过程结束，如图5所示。
这种线路适用于要求启动平稳的中等容量的笼型异步电动机。它的不足是启动转矩因启动电流减小而降低。另外，启动电阻要消耗一定的功率，所以不宜频繁启动。
6、用晶体管延时电路自动转换Y-△启动控制
用电子元件组成的延时电路具有体积小、价格低等优点。用晶体管延时电路自动转换Y-△启动控制线路如图6所示。当按下启动按钮SB1时，交流接触器KM1和KM2同时得电，电动机接成Y形启动，与此同时，KM1的常开辅助触点把晶体管延时电路接通。继电器KT延时动作，其常闭触点KT打开，切断KM2的线圈回路;与此同时，其常开触点KT闭合，使接触器KM3得电吸合，电动机接成△形正常运行。
调整线路中电容C2容量的大小或电位器RP，可控制三极管达到导通的时间，即延时时间。
图6 用晶体管延时电路自动转换Y-△启动控制
7、采用自耦变压器与时间继电器启动的两种控制
对容量较大的220/380V△/Y形笼型电动机不能用Y-△方法启动，可用自耦变压器及时间继电器完成自动控制启动。见图7(a)，只要按下操作按钮SB1，KM1吸合，进行降压启动，经一段时间，电动机达到额定转速后，时间继电器KT动作，KM1失电，KM2得电，电动机在全压下正常运转。按下SB2停止按钮，电动机便失电停转。而另一种采用自耦变压器与时间继电器启动控制的线路如图7(b)所示，它的线路较完善，故在启动大型电动机时采用这种方法非常多见。工作时按下启动按钮SB1，电动机降压启动。待电动机启动完毕，通过时间继电器能自动转换为全压运行。另外图7(b)中还加有指示灯线路，用于指示整个启动过程的情况。
图7 采用自耦变压器与时间继电器启动的两种控制
图7 采用自耦变压器与时间继电器启动的两种控制
8、自耦变压器手动启动控制
自耦变压器手动启动控制线路如图8所示。当启动电动机时，按下SB1按钮，这时KM1接触器得电吸合，电动机通过自耦变压器启动。待电动机启动完毕后，按一下SB3按钮，电动机即可变为正常全压运行。
图8 自耦变压器手动启动控制
9、用中间、时间继电器延时转换的Y-△降压启动控制
这种控制线路在设计上增加了一级中间继电器和时间继电器，可以防止大容量电动机在Y-△转换过程中，由于转换时间短，电弧不能完全熄灭而造成的相间短路。它适用于55kW以上△形接法的大容量电动机，见图9所示。
工作原理是:当接通电源时，时间继电器KT2获电动作，为启动做好准备。按下启动按钮SB1，KM1、KT1、KM3获电动作。KM1常开辅助触点闭合自锁，电动机绕组接成Y形接法降压启动。KT1达到整定延时时间后，KT1延时断开的常闭触点断开，使KM3失电释放;同时KT1延时闭合的常开触点闭合，使中间继电器KA获电动作。KA常闭触点断开使KT2失电释放，同时KA常开触点闭合。当KT2断电，延时触点达到延时时间(0.5~1s)闭合后，KM2才获电动作。这时电动机由Y形接法转换为△形接法，启动过程结束。
图9 用中间、时间继电器延时转换的Y-△降压启动控制
10、用时间继电器自动转换Y-△启动控制
用时间继电器自动转换Y-△启动电动机控制线路如图10所示。当按下按钮SB1时，接触器KM3、KM1吸合，这时电动机为Y形启动。当经过一定延时，电动机启动完毕后(时间继电器一般控制在30s)，时间继电器KT常闭触点断开，使KM3失电释放，同时由于KM3的释放又接通了KM2线圈的电源，KM2吸合，电动机改为△形运行。
图10 用时间继电器自动转换Y-△启动控制
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万用表使用口诀
测量先看挡，不看不测量
每次拿起表笔准备测量时，务必再核对一下测量类别及量程选择开关是否拨对位置。为了安全，必须养成这种习惯。
测量不拨挡，测完换空挡
测量中不能任意波动选择旋钮，特别是测高压（如220V）或大电流（如0.5A）时，以免产生电弧，烧坏转换开关触点。测量完毕，应将量程选择开关拨到“●”位置。
表盘应水平，读数要对正
使用指针式万用表应水平旋转，读数时视线应正对着表针。
量程要合适， 针偏过大半
选择量程，若事先无法估计被测量大小，应尽量选较大的量程。对于指针式万用表，根据偏转角大小，逐步换到较小的量程，直到指针偏转到满刻度的2/3左右为止。
测R不带电，测C先放电
严禁在被测电路带电的情况下测电阻R。检查电器设备上的大容量电容器C时，应先将电容器短路放电后再测量。
测R先调零，换挡需调零
测量电阻时，应先将转换开关旋到电阻挡，把两表笔短接，旋“Ω”调零电位器，使指针指零欧后再测量。每次更换电阻挡时，都应重新调整欧姆零点。
黑负要记清，表内黑接“+”
红表笔为正极，黑表笔为负极，但电阻挡上黑表笔接内部电池的正极。
测I应串联，测U要并联
测量电流I时，应将万用表串接在被测电路中；测量电压U时，应将万用表并联在被测电路的两端。
极性不接反，单手成习惯
测量电流和电压时应特别注意红、黑表笔的极性不能接反，并且一定要养成单手操作的习惯以确保安全。
1.万用表挡位示意图：
2.按键&接口示意图：
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电气运行--（倒闸操作）
倒 闸 操 作:电气设备分为运行、备用（冷备用及热备用）、检修三种状态。通过操作隔离开关、断路器以及挂、拆接地线将电气设备从一种状态转换为另一种状态或使系统改变了运行方式的操作就叫倒闸操作。
运行状态：电气设备的相关一、二次回路全部接通带电。
热备用状态：断路器断开、隔离开关合上。
冷备用状态：断路器、隔离开关全部断开。
检修状态：断路器和隔离开关均已断开，待检修设备两侧装设了接地线、遮栏，悬挂了标示牌。
对倒闸操作的一般规定：
对运行操作人员的规定：
一、操作人和监护人需经考试合格并经领导批准公布
1.接令人和监护人：值班长或正值；
2.操作人：副值； 注：重要和复杂的倒闸操作（如倒母），值班长或站长监护、当值的正值操作
二、操作人不能只依赖监护人，对操作内容应做到心中有数。
对电气设备的规定：
1.现场一、二次设备要有明显的标志∶命名、编号、铭牌、转动方向、切换位置的指使、区别电气相别的颜色
2.要有与现场设备标志和运行方式相符的一次系统模拟图及二次回路的原理图和展开图
3.要有合格的操作工具、安全用具和设施（包括放置接地线的专用装置）
三、倒闸操作的技术规定：
1.操作中发生疑问时，应立即停止操作，并向当值调度员汇报；待弄清问题后，再进行操作。
2.断路器两侧有电源的，必须先同期合闸，才能合断路器。
3.检修过的断路器送电时，须进行远方跳合闸试验。
4.下列操作可不经调度许可进行：
①发生人身触电和设备危险，可自行拉开有关断路器；
②母线电压不合格，可操作主变有载开关；
③不属调度管辖的设备：如并联电容器、直流系统、站用电系统等
倒闸操作的基本原则：
1.线路的停、送电操作：停电时，先断开断路器，后拉开负荷侧隔离开关，最后拉开电源侧隔离开关；送电时，先合上电源侧隔离开关，再合上负荷侧隔离开关，最后合上断路器。
2.倒母线操作：先合上母联断路器，拉开母联断路器的操作电源，再将待停母线的负荷倒至运行母线，检查无误后，将母联断路器的操作电源合上，断开母联断路器及其两侧刀闸。
3.变压器操作：停电时应先停负荷侧，后停电源侧；送电时与此相反。110kV及以上变压器在停、送电操作前必须将中性点接地，以防出现操作过电压危及绝缘。
4.高压并联电容器：变电所停电时，应先拉开电容器开关，后拉开各出线开关，送电时相反。电容器从电网切除后，应立即放电。电容器组的断路器第一次合闸不成功，必须待5min后再进行第二次合闸。
5.消弧线圈的操作：消弧线圈隔离开关的拉合必须在确认该系统中不在接地故障的情况下进行消弧线圈在两台变压器中性点之间切换使用时应先拉后合。
发生带负荷拉刀闸后的处理方法：
1.错拉隔离开关：若隔离开关刚一离开静触头且仅产生了少量电弧，这时应立即合上;若隔离开关已全部拉开，则绝不允许将误拉的隔离开关再次重新合上！
2.错合隔离开关：既已错合或在合闸时产生了较大电弧，也决不准再往回拉开！
倒闸操作的注意事项：
1.操作过程中，操作人员与带电导体应保持足够的安全距离，同时应穿长袖衣服和长裤。
2.用绝缘棒拉、合高压隔离开关及跌落式开关或经传动机构拉、合高压断路器及高压隔离开关时，均应戴绝缘手套；操作室外设备时，还应穿绝缘靴。雷电时禁止进行倒闸操作。
3.装卸高压熔丝管时，必要时使用绝缘夹钳或绝缘杆，应带护目眼镜和绝缘手套，并应站在绝缘垫（台）上。
4.雨天操作室外高压设备时，绝缘棒应带有防雨罩，还应穿绝缘靴。
5.在发生人身触电事故时，可以不经许可即行断开有关设备的电源，但事后必须立即报告上级。
为给服务器降温，华为挖空大山放置服务器，微软把服务器沉入海底，腾讯把服务器放在贵州山洞，阿里把服务器泡在“特殊的水里”。实在难以想象，一个简单的网页访问，一个次便捷的购物，发一条简单的短信，这背后需要这么巨大的数据中心做支持，而这个支持的背后又是半导体基础作为依靠：华为有鲲鹏，阿里有平头哥，都已经使用在服务器里了。服务器散热，方法有很多，但是成本太高就失去价值。
阿里浸泡服务器的“水”价格就不菲，3M产的大概600一升！这“水”叫氟化液，具有绝缘的特质，并且是惰性液体，也就是很难和其他东西发生反应。
不过，从理论上来说，任何介质都有一定的导电率，服务器接口之间的导体都是密切接触，绝缘液体覆盖在表面虽然会降低导电率，但还做不到绝缘。不导电的本质是电阻非常大。当电压足够大时，没有什么绝对不导电的介质。电弧产生是高压可以击穿空气，包括半导体反向击穿失效也是这个原因。高压电弧能击穿空气，就能击穿氟化液。
这种氟化液既然理论上不能完全绝缘，那么浸泡在里面的服务器各种线缆接口不会因氟化液渗入导致接触不良吗？
服务器是一种追求稳定的设备，不允许出现漏电、弱电的情况，能将服务器浸氟化液中，肯定有个控制导电电压电流等多个系数的系统，时刻保持氟化液的绝缘性。而且服务器本身应该很多都用锁止机构连接或者焊接连接，不采用usb接口。
目前，我国很多企业所得把数据中心主要建在贵州和内蒙古，利用环境温度低的有利因素，自然降低电费成本。贵州的大山洞散热效果倒是不错，就是有时候气候会比较潮湿，需要换气通风，也就是将过湿的空气转换成干燥冷空气。
当然，也不是环境越冷越好，比如西伯利亚和珠穆朗玛峰，这些太冷的地方，会导致电池的使用效率下降。举个例子，你手机的电在常温下可以用4个小时，但如果在极寒地区，可能2个小时都用不到！
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