1、矿热炉功率补偿技术的探讨矿热炉功率补偿技术的探讨报告人：报告人：储少军储少军北京科技大学北京科技大学 铁合金研究所铁合金研究所二二0000九九 年年 十一十一 月月 厦门厦门1报告内容报告内容矿热炉补偿技术发展的几个阶段矿热炉补偿技术发展的几个阶段矿热炉低压矿热炉低压(二次侧二次侧)补偿中的技术问题补偿中的技术问题如何利用好就地补偿技术如何利用好就地补偿技术 大型矿热炉自动控制基础之一大型矿热炉自动控制基础之一2 几类补偿方式几类补偿方式 高压补偿高压补偿 早期铁合金矿热炉的补偿方式早期铁合金矿热炉的补偿方式 中压补偿中压补偿 低压补偿低压补偿近些年来在铁合金行业逐步得近些年来在铁合金行业逐步
2、得到认同，到认同，但仍存在一些争议3 高压补偿高压补偿矿热炉变动力变110kV10kVCT某企业变电所主结线图某企业变电所主结线图4 中压补偿中压补偿110/10kV补偿35/6kV补偿110kV6kV35kV10kV中压补偿的基本模式结线图中压补偿的基本模式结线图5低压补偿低压补偿变压器出口补偿短网末端补偿变压器出口、短网末端同时补偿35kV35kV35kV在低压侧补偿的几种结线方式在低压侧补偿的几种结线方式6升压补偿的主结线图升压补偿的主结线图3000kvar1800kvar110kV20MVA5MVA矿热炉10kVBbc7电容补偿的基本原理电容补偿的基本原理电容器并联补偿原理图（秦曾煌主
3、编电容器并联补偿原理图（秦曾煌主编 电工学电工学 P146）RLCiLiicir1IcI1IV8 补偿前：功率因数补偿前：功率因数 ，线路电流（即负载电，线路电流（即负载电 流）为流）为 补偿后：功率因数补偿后：功率因数 ,线路电流为线路电流为补偿前后功率因数、电流的变化补偿前后功率因数、电流的变化cos111cosVPI coscosVPI 但负载电流不变，因为所加的电压和负载参数没有改变。9l当电压一定时，功率因数提高，增加了线路输送有功电流的能力l供电部门要求用电单位的功率因素必须达到 的含义是指提高电源或电网的功率因素，而不是指提高某个电感性负载的功率因素。9.0cos 因此，负载的有
4、功功率没有变化，但由于线电流变小，减少了线路的功率损耗。电力部门要求补偿的意义电力部门要求补偿的意义10CTPT炉膛供电网络110KV变电站变压器110/35电 炉供电网35KV电炉变压器一次侧35KV二次侧（100-200V）电炉冶炼短网系统（低电压大电流）水冷电缆电极系统Cos=？Cos=？矿热炉低压补偿冶炼系统电气图矿热炉低压补偿冶炼系统电气图11需要讨论的几个问题需要讨论的几个问题l 搞补偿节电了吗？搞补偿节电了吗？l 二次补偿比一次补偿好吗？二次补偿比一次补偿好吗？l 如何利用好就地补偿技术？如何利用好就地补偿技术？12补偿技术节电的含义补偿技术节电的含义 静态补偿 3w5w/kva
5、r电容补偿的电力消耗：动态补偿 10w15w/kvar供电部门对用电企业要求:，否则罚款 节省电费矿热炉熔炼特性参数的优化 节电90.0cos13矿热炉电热冶金的基本原理矿热炉电热冶金的基本原理MOx +xC =M+xCO G =H-STG 0,吸热反应）吸热反应）维持炉内反应温度，需要提供电能维持炉内反应温度，需要提供电能kwh14矿热炉内生成硅、锰金属的温度和能耗矿热炉内生成硅、锰金属的温度和能耗0G=268990 183.5T (J/mol)=689860 361.38T (J/mol)（SiOSiO2 2）+2C+2C SiSi +2CO2CO (2)0G（MnOMnO）+C+C Mn
6、+CO (1)Mn+CO (1)T=1192 H=4890kJ/kg (MnMn)T=1637 H=24637kJ/kg (SiSi)1516不同种类铁合金产品的理论电耗不同种类铁合金产品的理论电耗1700220027003200370042004700520057006200670072007700FeMn75C7.6Mn65Si17Mn60Si30FeAl25Si30FeAl50Si20FeSi45FeSi75不同牌号的铁合金理论电耗（Kwh/t）16铁合金冶炼的几个重要概念铁合金冶炼的几个重要概念有渣法冶炼无渣法冶炼不是指最终产物有无渣而言，而是指冶金反应的机理（或形式）碳热还原 电热还
7、原不是指有无还原剂（碳）参与反应，而是指冶炼过程所需能量的来源17 典型的无渣法与有渣法冶炼基本反应典型的无渣法与有渣法冶炼基本反应硅铁合金（无渣法）硅铁合金（无渣法）SiO2 +2C Si(Fe)+2CO锰硅合金（有渣法）锰硅合金（有渣法）（MnO2）+（SiO2）+6C MnSi +6CO 还原剂还原剂 焦炭、兰炭、木炭焦炭、兰炭、木炭 能能 量量 电能电能18冶炼工艺与电冶炼工艺与电热转换形式热转换形式冶炼模式冶炼模式 电热电热转换形式转换形式有渣法冶炼（Mn系、Cr系）电阻加热为主(MO)渣中+C M+CO 有焦炭层无渣法冶炼（Si系）电弧加热为主MO+C M+CO 无焦炭层19冶炼温
8、度和入炉功率冶炼温度和入炉功率l冶炼温度电弧热电阻热热等离子体 31034103 K（属低温等离子体；核聚变、激光聚变，属高温等离子体，106 108K）焦炭层、熔体3103 Kl功率密度维持反应温度的电能输入要求20 铁合金生产的三种冶炼模式铁合金生产的三种冶炼模式l要求能量在渣层放出的埋弧和热炉口操作（要求能量在渣层放出的埋弧和热炉口操作（A型）型）l要求能量集中在反应区的埋弧和冷料面的操作（要求能量集中在反应区的埋弧和冷料面的操作（B型）型）l要求能量在熔池表面放出的明弧和热炉口操作（炼钢炉）要求能量在熔池表面放出的明弧和热炉口操作（炼钢炉）二次补偿技术为什么会产生不同效果？21 高碳锰
9、铁、高碳铬铁、高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图 A型1.松散的烧结料；松散的烧结料；2.软熔带；软熔带；3.渣焦混合物；渣焦混合物；4.焦炭层；焦炭层；5.渣层（有焦炭）；渣层（有焦炭）；6.渣层；渣层；7.金属；金属；8.死料区；死料区；9.电极碎块；电极碎块；10.电极；电极；11.碳砖；碳砖；12.出渣口；出渣口；13.出铁口出铁口22 硅铁及硅铁合金炉炉膛结构的示意图硅铁及硅铁合金炉炉膛结构的示意图 B型 1预热区；预热区；2烧结区；烧结区；3还原区；还原区；4电弧区；电弧区；5熔池区；熔池区；6假炉底；假炉底；7死料区；死料区；8电极；电极
10、；9炉衬；炉衬；10出铁口出铁口 23镍铁合金矿热炉镍铁合金矿热炉(熔分炉熔分炉)炉膛结构示意图炉膛结构示意图 遮弧冶炼过程电渣冶炼过程24 负载性质对变压器外特性的影响负载性质对变压器外特性的影响二次侧补偿的意义提高入炉功率25 有渣法冶炼矿热炉内配热系数的重要性有渣法冶炼矿热炉内配热系数的重要性炉料配热系数+QRCQRR料池总池料操作电阻+R RRRR池料池料RCR料R与C之间的关系26式中：熔池内通过电极端部流经熔池底电流 与输入的总电流之比；熔渣的电导率，mS/cm；焦炭电阻率，mS/cm；焦炭层厚度，mm；焦炭粒度，mm。IIbtLCCHCD1.520.19CLCC=4.36HIID
11、bt与配热系数有相关的炉内与配热系数有相关的炉内电流分配的冷态模拟电流分配的冷态模拟271.01.52.02.53.03.54.00.150.200.250.300.35 Ib/It熔融层操作电阻()溶液电导率 电极插入深度有渣法冶炼电流分配的冷态模拟结果有渣法冶炼电流分配的冷态模拟结果通过调整电极插入深度通过调整溶液电导率28 有渣法冶炼中炉料中有渣法冶炼中炉料中Al2O3 含量对生产的影响含量对生产的影响中信锦州铁合金厂的工作结果29炼钢电弧炉hr 1，x 1r 2，x 2R=Rh0X=contU2矿热炉运行电气参数的调节方式运行电气参数的调节方式r 1，x 1r 2，x 2X=X0R料=
12、contU2h3031短网形式不同的电感变化短网形式不同的电感变化32硅铁、工业硅炉冶炼工艺硅铁、工业硅炉冶炼工艺与运行电气参数特点与运行电气参数特点l中间产物SiC，SiO的重要性l电弧加热稳定性条件33SiO2还原示意图还原示意图1000K(料面)SiO22C 2SiOO2 2SiO2 2SiO Si+SiO21800K SiC和Si的生成 3SiOCO 2SiO2+SiC (SiO的分解)区 SiO2C COSiC SiO23C SiC2CO2100K SiC的分解 3SiO22SiC 4SiO2COSi(SiO及Si生成)区 34硅铁冶炼硅铁冶炼SiC的生成与破坏平衡过程的生成与破坏平
13、衡过程炉料层：SiC的生成SiO2(s)+3C=SiC(s)+2CO(g)T1528.39KSiO+2C=SiC(s)+CO(g)放热反应炉膛内：SiC的破坏SiC(s)+SiO(g)=Si(l)+CO(g)T 2078.79K2SiC(s)+3SiO2(l)=4SiO(g)+2CO(g)+Si(l)SiC(s)+SiO2(l)=SiO(g)+CO(g)+Si(l)T2361.94KT2437.82K电弧过程才能满足还原温度要求35硅铁炉运行时的反应区硅铁炉运行时的反应区36 电弧加热模式对补偿的要求电弧加热模式对补偿的要求37交流电弧稳定条件交流电弧稳定条件电弧电流I波形图连续条件：Uh =
14、Uhm/Um Uh=2Uhm/mhmhUUUUCosSin22)2(11可求得电弧稳定燃烧的条件：84.02mhUUCos（二次补偿的范围）SinUmCos38电弧的形态电弧的形态39电弧弧长电弧弧长长弧，短弧长弧，短弧hU（V）hU电弧电压阴极区、阳极区电压降之和电位梯度 炼钢炉 0.51.15V/mm (金属蒸汽增加，其值变小）电弧长度40与硅铁炉设备参数相关的因素与硅铁炉设备参数相关的因素l电弧发热量 P=UhInl（Uh是与弧长 有关，电弧柱的电位梯度与电流大小无关。电弧电流In与电弧粗细有关）l电弧越粗，越短，电弧越稳定；l大电流、低电压则电抗大，功率因数低。41某企业某企业72Si
15、Fe二次补偿效果对比二次补偿效果对比标准日产量、标准电耗与功率因数关系曲线标准日产量、标准电耗与功率因数关系曲线未投电容投电容42 如何利用好就地补偿技术如何利用好就地补偿技术 矿热炉参数的基本要求矿热炉参数的基本要求 矿热炉大型化引起的电气参数变化特征矿热炉大型化引起的电气参数变化特征 补偿技术与大型矿热炉自动化控制的关系补偿技术与大型矿热炉自动化控制的关系43 矿热炉参数矿热炉参数设备参数设备参数熔炼特性参数熔炼特性参数电气参数炉型参数电气特性操作制度变压器容量电极电流二次侧电压 炉膛直径 炉膛深度 电极直径 极心圆大小功率因素 相平衡操作电阻电极插入深度 化料速度 炉料透气性44矿热炉参
16、数研究内容矿热炉参数研究内容l 二次侧电压选择电极直径极心圆大小产品种类入炉功率密度l 矿热炉径深比(D/H)的意义 (三“大”的适用性)锰铁炉中的CO预还原硅铁炉中的弧长确定l 大型矿热炉的自动控制问题大电流的检测技术电极埋深的指标功率平衡l 二次侧补偿作为运行电气参数的调节方式45结语结语 矿热炉二次侧补偿是能够改善矿热炉的熔炼特性的技术措施之一。该技术的采用应与所生产的铁合金产品，以及矿热炉电气参数、炉型参数设计相结合。合理的补偿，可以使矿热炉的特性参数发生改变，起到增加产能，降低消耗的作用。反之，就会导致补偿不成功。因此，矿热炉的二次补偿应该以改善矿热炉的熔炼特性为明确目标，而不应该仅仅是为了提高功率因数，这样才能取得明显的节电、节能效果。46
