December 14, 2025
電気アーク炉の電気エネルギー効率への影響
電気アーク炉の電気的環境と動作特性
電気アーク炉（EAF）は、製錬に使用され、通常、3つの異なる段階で動作します。
1. 溶解相：固体装入物の初期溶解で、エネルギー需要が最も高い期間を表します。
2. 初期精錬および加熱段階。
3. 精錬段階：エネルギー入力が主に熱損失を補償する段階。
標準的なAC電気アーク炉の製錬サイクルは、電源パラメータ、炉の容量、および特定の製錬プロセスによって異なりますが、約3〜8時間です。溶解期間は、約0.5〜2時間続き、非常にアンバランスな三相衝撃負荷を示します。この段階では、電流が非常に不安定で、電力消費がピークに達し、総エネルギー使用量の約60％〜70％を占めます。対照的に、酸化および還元精錬期間中には、電圧変動と電力消費が大幅に減少します。
スクラップ溶解中の主な動作特性には以下が含まれます。
溶解開始時の頻繁なアーク消滅と再点火。
溶解期間中の継続的なアーク変動により、急速な電流変化、材料の崩壊、および短絡が発生します。
標準的なEAF回路の動作力率は通常0.8〜0.85の範囲ですが、高出力炉の場合は0.7〜0.8と低くなります。この低い力率は、本質的に電気効率の低下をもたらします。
電力効率への影響
EAFにおける電気エネルギーの無駄は、主に2つの形で現れます。それは、低い力率と、溶解中の顕著なフリッカーと高調波の発生です。
フリッカーは、高調波歪みや位相の不均衡など、さまざまな副作用の主な原因です。これは、AC正弦波に重ね合わされた過渡的な歪み（サージ、スパイク、高調波など）を指します。著名なエネルギー理論家であるDr. Hersfieldが指摘したように、この歪みの主な特徴は、超高電圧、超高速、超高周波です。
超高電圧：フリッカースパイクは、通常の電圧振幅の2〜50倍に達し、500〜10,000ボルトにも達する可能性があります。
超高速：これらのスパイクは、非常に短い時間内に発生し、多くの場合、マイクロ秒またはナノ秒以内にバーストと減衰が完了します。
超高周波：フリッカー活動は絶え間なく発生します。電灯のスイッチを入れたり、家電製品を起動したり、コンピューターのマウスをクリックしたりするなどの簡単な操作から、数十のイベントが発生する可能性があり、関連する電圧は500〜1200ボルトに達します。
これらの高電圧、高周波過渡現象が、敏感な電気機器に与える損傷は、しばしば見過ごされています。さらに、電気的な仕事は電流と電圧の積であるため、どちらかの瞬時的な増加は、より大きな瞬時的な電力消費をもたらします。
EAFの加熱素子は抵抗負荷（アーク）です。したがって、これらの瞬時的な電圧または電流スパイクは、アークの開始または加熱に貢献することはできません。代わりに、それらは無効電力としてシステム内の誘導負荷、主に炉変圧器にフィードバックされ、そこでコア損失と銅損失として消散します。この瞬時的な無効電力消費は、製錬プロセスには何のメリットもありませんが、その全体的な効率への影響は、EAFの運用において歴史的に過小評価されてきました。
低い力率によるエネルギーの無駄を考慮しなくても、溶解期間中に発生するかなりのフリッカーだけでも、EAFの電気効率が、同じ定格電力の円滑に動作するデバイス（フリッカーが最小限）と比較して低いことを示しています。
結論
EAFの溶解期間中に発生するフリッカー過渡現象の大きさと周波数を抑制または削減し、この部分の無効電力を有効電力に変換することは、大きな機会を提供します。このアプローチは、炉の電気エネルギー効率を向上させ、大幅な省エネを達成できるだけでなく、電力網に対する炉の悪影響と汚染を軽減し、敏感な電気機器を保護することもできます。
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