矿热炉补偿问题的探讨

矿热炉功率补偿技术的探讨报告人：储少军北京科技大学铁合金研究所二00九年十一月厦门报告内容•矿热炉补偿技术发展的几个阶段•矿热炉低压(二次侧)补偿中的技术问题•如何利用好就地补偿技术——大型矿热炉自动控制基础之一几类补偿方式•高压补偿早期铁合金矿热炉的补偿方式•中压补偿•低压补偿近些年来在铁合金行业逐步得到认同，但仍存在一些争议高压补偿矿热炉变动力变110kV10kVCT某企业变电所主结线图中压补偿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升压补偿的主结线图3000kvar1800kvar110kV20MVA5MVA矿热炉10kVBbc电容补偿的基本原理电容器并联补偿原理图（秦曾煌主编电工学P146）RLCiLiicir补偿前：功率因数，线路电流（即负载电流）为补偿后：功率因数,线路电流为补偿前后功率因数、电流的变化但负载电流不变，因为所加的电压和负载参数没有改变。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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。因此，负载的有功功率没有变化，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CTPT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需要讨论的几个问题搞补偿节电了吗？二次补偿比一次补偿好吗？如何利用好就地补偿技术？补偿技术节电的含义静态补偿3w~5w/kvar•电容补偿的电力消耗：动态补偿10w~15w/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90.0cos矿热炉电热冶金的基本原理MOx+xC=M+xCOΔGθ=ΔHθ-ΔSθTΔG0反应自发进行要求炉内达到一定的反应温度T开ΔH—焓变（矿热炉内ΔH0,吸热反应）维持炉内反应温度，需要提供电能kwh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)（SiO2）+2C＝[Si]+2CO(2)0G（MnO）+C＝[Mn]+CO(1)T=1192℃∆H=4890kJ/kg(Mn)T=1637℃∆H=24637kJ/kg(Si)16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）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典型的无渣法与有渣法冶炼基本反应硅铁合金（无渣法）SiO2+2C＝Si(Fe)+2CO锰硅合金（有渣法）（MnO2）+（SiO2）+6C＝MnSi+6CO还原剂——焦炭、兰炭、木炭能量——电能冶炼工艺与电——热转换形式冶炼模式电热——转换形式有渣法冶炼（Mn系、Cr系）电阻加热为主(MO)渣中+CM+CO有焦炭层无渣法冶炼（Si系）电弧加热为主MO+CM+CO无焦炭层冶炼温度和入炉功率冶炼温度电弧热——电阻热——热等离子体3×103——4×103K（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3×103K功率密度——维持反应温度的电能输入要求铁合金生产的三种冶炼模式要求能量在渣层放出的埋弧和热炉口操作（A型）要求能量集中在反应区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热炉口操作（炼钢炉）二次补偿技术为什么会产生不同效果？高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图A型1.松散的烧结料；2.软熔带；3.渣焦混合物；4.焦炭层；5.渣层（有焦炭）；6.渣层；7.金属；8.死料区；9.电极碎块；10.电极；11.碳砖；12.出渣口；13.出铁口硅铁及硅铁合金炉炉膛结构的示意图B型1－预热区；2－烧结区；3－还原区；4－电弧区；5－熔池区；6－假炉底；7－死料区；8－电极；9－炉衬；10－出铁口镍铁合金矿热炉(熔分炉)炉膛结构示意图遮弧冶炼过程电渣冶炼过程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+RRRRR池料池料RCR料R与C之间的关系式中：—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。IIbtLCCHCD1.520.19CLCC=4.36HIIDbt与配热系数有相关的炉内电流分配的冷态模拟1.01.52.02.53.03.54.00.150.200.250.300.35Ib/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通过调整电极插入深度通过调整溶液电导率有渣法冶炼中炉料中Al2O3含量对生产的影响———中信锦州铁合金厂的工作结果炼钢电弧炉hr1，x1r2，x2R=Rh0X=contU2矿热炉运行电气参数的调节方式r1，x1r2，x2X=X0R料=contU2h短网形式不同的电感变化硅铁、工业硅炉冶炼工艺与运行电气参数特点中间产物SiC，SiO的重要性电弧加热——稳定性条件SiO2还原示意图～1000K(料面)SiO2＋2C2SiO＋O22SiO22SiOSi+SiO2～1800KSiC和Si的生成3SiO＋CO2SiO2+SiC(SiO的分解)区SiO＋2CCO＋SiCSiO2＋3CSiC＋2CO～2100KSiC的分解3SiO2＋2SiC4SiO＋2CO＋Si(SiO及Si生成)区硅铁冶炼SiC的生成与破坏平衡过程炉料层：SiC的生成SiO2(s)+3C=SiC(s)+2CO(g)↑T≥1528.39KSiO↑+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)T≥2361.94KT≥2437.82K电弧过程才能满足还原温度要求硅铁炉运行时的反应区电弧加热模式对补偿的要求交流电弧稳定条件电弧电流I波形图连续条件：Uh≤=Uhm/UmUh=2Uhm/π可求得电弧稳定燃烧的条件：（二次补偿的范围）电弧的形态电弧弧长——长弧，短弧（V）——电弧电压——阴极区、阳极区电压降之和——电位梯度炼钢炉0.5~1.15V/mm(金属蒸汽增加，其值变小）ℓ—电弧长度与硅铁炉设备参数相关的因素电弧发热量P=Uh·In（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）电弧越粗，越短，电弧越稳定；大电流、低电压则电抗大，功率因数低。某企业72SiFe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未投电容投电容如何利用好就地补偿技术•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•补偿技术与大型矿热炉自动化控制的关系矿热炉参数设备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矿热炉参数研究内容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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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二次侧补偿作为运行电气参数的调节方式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。