礦熱爐補(bǔ)償問題的探討

礦熱爐功率補(bǔ)償技術(shù)的探討報告人：儲少軍北京科技大學(xué)鐵合金研究所二00九年十一月廈門報告內(nèi)容礦熱爐補(bǔ)償技術(shù)發(fā)展的幾個階段礦熱爐低壓(二次側(cè))補(bǔ)償中的技術(shù)問題如何利用好就地補(bǔ)償技術(shù)——大型礦熱爐自動控制基礎(chǔ)之一

幾類補(bǔ)償方式高壓補(bǔ)償早期鐵合金礦熱爐的補(bǔ)償方式中壓補(bǔ)償?shù)蛪貉a(bǔ)償近些年來在鐵合金行業(yè)逐步得到認(rèn)同，但仍存在一些爭議

高壓補(bǔ)償?shù)V熱爐變動力變110kV10kVCT某企業(yè)變電所主結(jié)線圖

中壓補(bǔ)償110/10kV補(bǔ)償35/6kV補(bǔ)償110kV6kV35kV10kV中壓補(bǔ)償?shù)幕灸Ｊ浇Y(jié)線圖低壓補(bǔ)償變壓器出口補(bǔ)償短網(wǎng)末端補(bǔ)償變壓器出口、短網(wǎng)末端同時補(bǔ)償35kV35kV35kV在低壓側(cè)補(bǔ)償?shù)膸追N結(jié)線方式升壓補(bǔ)償?shù)闹鹘Y(jié)線圖3000kvar1800kvar110kV20MVA5MVA礦熱爐10kVBbc電容補(bǔ)償?shù)幕驹黼娙萜鞑⒙?lián)補(bǔ)償原理圖（秦曾煌主編電工學(xué)P146）RLCiLiicir補(bǔ)償前：功率因數(shù)，線路電流（即負(fù)載電流）為

補(bǔ)償后：功率因數(shù),線路電流為補(bǔ)償前后功率因數(shù)、電流的變化但負(fù)載電流不變，因為所加的電壓和負(fù)載參數(shù)沒有改變。當(dāng)電壓一定時，功率因數(shù)提高，增加了線路輸送有功電流的能力供電部門要求用電單位的功率因素必須達(dá)到

的含義是指提高電源或電網(wǎng)的功率因素，而不是指提高某個電感性負(fù)載的功率因素。因此，負(fù)載的有功功率沒有變化，但由于線電流變小，減少了線路的功率損耗。電力部門要求補(bǔ)償?shù)囊饬xCTPT爐膛供電網(wǎng)絡(luò)110KV變電站變壓器110/35電爐供電網(wǎng)35KV電爐變壓器一次側(cè)35KV二次側(cè)（100-200V）電爐冶煉短網(wǎng)系統(tǒng)（低電壓大電流）水冷電纜電極系統(tǒng)Cos=？Cos=？礦熱爐低壓補(bǔ)償冶煉系統(tǒng)電氣圖需要討論的幾個問題搞補(bǔ)償節(jié)電了嗎？二次補(bǔ)償比一次補(bǔ)償好嗎？如何利用好就地補(bǔ)償技術(shù)？補(bǔ)償技術(shù)節(jié)電的含義

靜態(tài)補(bǔ)償3w~5w/kvar電容補(bǔ)償?shù)碾娏ο模簞討B(tài)補(bǔ)償10w~15w/kvar供電部門對用電企業(yè)要求:

，否則罰款——節(jié)省電費(fèi)礦熱爐熔煉特性參數(shù)的優(yōu)化——節(jié)電礦熱爐電熱冶金的基本原理MOx+xC=M+xCOΔGθ=ΔHθ-ΔSθTΔG<0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行要求爐內(nèi)達(dá)到一定的反應(yīng)溫度T開ΔH—焓變（礦熱爐內(nèi)ΔH

>0,吸熱反應(yīng)）維持爐內(nèi)反應(yīng)溫度，需要提供電能kwh礦熱爐內(nèi)生成硅、錳金屬的溫度和能耗=268990－183.5T(J/mol)=689860－361.38T(J/mol)

（SiO2）+2C＝[Si]+2CO(2)（MnO）+C＝[Mn]+CO(1)T=1192℃?H=4890kJ/kg(Mn)T=1637℃?H=24637kJ/kg(Si)16不同種類鐵合金產(chǎn)品的理論電耗鐵合金冶煉的幾個重要概念有渣法冶煉無渣法冶煉不是指最終產(chǎn)物有無渣而言，而是指冶金反應(yīng)的機(jī)理（或形式）碳熱還原電熱還原不是指有無還原劑（碳）參與反應(yīng)，而是指冶煉過程所需能量的來源

典型的無渣法與有渣法冶煉基本反應(yīng)硅鐵合金（無渣法）

SiO2+2C＝Si(Fe)+2CO錳硅合金（有渣法）

（

MnO2）+（SiO2）+6C＝MnSi+6CO

還原劑——焦炭、蘭炭、木炭能量——電能冶煉工藝與電——熱轉(zhuǎn)換形式冶煉模式

電熱——轉(zhuǎn)換形式有渣法冶煉（Mn系、Cr系）電阻加熱為主(MO)渣中+CM+CO有焦炭層無渣法冶煉（Si系）電弧加熱為主MO+CM+CO無焦炭層冶煉溫度和入爐功率冶煉溫度電弧熱——電阻熱——熱等離子體3×103——4×103K（屬低溫等離子體；核聚變、激光聚變，屬高溫等離子體，106——108K）焦炭層、熔體<3×103K功率密度——維持反應(yīng)溫度的電能輸入要求

鐵合金生產(chǎn)的三種冶煉模式要求能量在渣層放出的埋弧和熱爐口操作（A型）要求能量集中在反應(yīng)區(qū)的埋弧和冷料面的操作（B型）要求能量在熔池表面放出的明弧和熱爐口操作（煉鋼爐）二次補(bǔ)償技術(shù)為什么會產(chǎn)生不同效果？

高碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅錳合金礦熱爐爐膛結(jié)構(gòu)示意圖A型松散的燒結(jié)料；2.軟熔帶；3.渣焦混合物；4.焦炭層；5.渣層（有焦炭）；6.渣層；7.金屬；8.死料區(qū)；9.電極碎塊；10.電極；11.碳磚；12.出渣口；13.出鐵口

硅鐵及硅鐵合金爐爐膛結(jié)構(gòu)的示意圖B型

1－預(yù)熱區(qū)；2－燒結(jié)區(qū)；3－還原區(qū)；4－電弧區(qū)；5－熔池區(qū)；6－假爐底；7－死料區(qū)；8－電極；9－爐襯；10－出鐵口鎳鐵合金礦熱爐(熔分爐)爐膛結(jié)構(gòu)示意圖

遮弧冶煉過程電渣冶煉過程

負(fù)載性質(zhì)對變壓器外特性的影響二次側(cè)補(bǔ)償?shù)囊饬x——提高入爐功率

有渣法冶煉礦熱爐內(nèi)配熱系數(shù)的重要性爐料配熱系數(shù)操作電阻R與C之間的關(guān)系式中：—熔池內(nèi)通過電極端部流經(jīng)熔池底電流與輸入的總電流之比；

—熔渣的電導(dǎo)率，mS/cm；

—焦炭電阻率，mS/cm；

—焦炭層厚度，mm；

—焦炭粒度，mm。

與配熱系數(shù)有相關(guān)的爐內(nèi)電流分配的冷態(tài)模擬有渣法冶煉電流分配的冷態(tài)模擬結(jié)果通過調(diào)整電極插入深度通過調(diào)整溶液電導(dǎo)率

有渣法冶煉中爐料中Al2O3含量對生產(chǎn)的影響———中信錦州鐵合金廠的工作結(jié)果煉鋼電弧爐hr1，x1r2，x2R

=Rh0X=contU2礦熱爐運(yùn)行電氣參數(shù)的調(diào)節(jié)方式r1，x1r2，x2X

=X0R料

=contU2h短網(wǎng)形式不同的電感變化硅鐵、工業(yè)硅爐冶煉工藝

與運(yùn)行電氣參數(shù)特點(diǎn)中間產(chǎn)物SiC，SiO的重要性電弧加熱——穩(wěn)定性條件SiO2還原示意圖～1000K(料面)SiO2＋2C2SiO＋O22SiO2

2SiOSi+SiO2～1800KSiC和Si的生成3SiO＋CO2SiO2+SiC(SiO的分解)區(qū)SiO＋2CCO＋SiCSiO2＋3CSiC＋2CO～2100K

SiC的分解3SiO2＋2SiC4SiO＋2CO＋Si(SiO及Si生成)區(qū)硅鐵冶煉SiC的生成與破壞平衡過程爐料層：SiC的生成SiO2(s)+3C=SiC(s)+2CO(g)↑T≥1528.39KSiO↑+2C=SiC(s)+CO(g)↑放熱反應(yīng)爐膛內(nèi)：SiC的破壞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)T≥2361.94KT≥2437.82K電弧過程才能滿足還原溫度要求硅鐵爐運(yùn)行時的反應(yīng)區(qū)

電弧加熱模式對補(bǔ)償?shù)囊蠼涣麟娀》€(wěn)定條件電弧電流I波形圖連續(xù)條件：Uh≤=Uhm/UmUh=2Uhm/π可求得電弧穩(wěn)定燃燒的條件：（二次補(bǔ)償?shù)姆秶╇娀〉男螒B(tài)電弧弧長——長弧，短弧（V）——電弧電壓——陰極區(qū)、陽極區(qū)電壓降之和——電位梯度煉鋼爐0.5~1.15V/mm

(金屬蒸汽增加，其值變?。?—電弧長度與硅鐵爐設(shè)備參數(shù)相關(guān)的因素電弧發(fā)熱量P=Uh·In（Uh是與弧長有關(guān)，電弧柱的電位梯度與電流大小無關(guān)。電弧電流In與電弧粗細(xì)有關(guān)）電弧越粗，越短，電弧越穩(wěn)定；大電流、低電壓則電抗大，功率因數(shù)低。某企業(yè)72SiFe二次補(bǔ)償效果對比

標(biāo)準(zhǔn)日產(chǎn)量、標(biāo)準(zhǔn)電耗與功率因數(shù)關(guān)系曲線未投電容投電容

如何利用好就地補(bǔ)償技術(shù)礦熱爐參數(shù)的基本要求礦熱爐大型化引起的電氣參數(shù)變化特征補(bǔ)償技術(shù)與大型礦熱爐自動化控制的關(guān)系

礦熱爐參數(shù)設(shè)備參數(shù)熔煉特性參數(shù)電氣參數(shù)爐型參數(shù)電氣特性操作制度變壓器容量電極電流二次側(cè)電壓

爐膛直徑爐膛深度電極直徑極心圓大小功率因素相平衡操作電阻電極插入深度化料速度爐料透氣性礦熱爐參數(shù)研究內(nèi)容二次側(cè)電壓選擇電極直徑極心圓大小產(chǎn)品種類入爐功率密度礦熱爐徑深比(D/H)的意義(三“大”的適用性)錳鐵爐中的CO預(yù)還原硅鐵爐中