矿热炉及电弧炉节能改造方案矿热炉及电弧炉节能改造方案 -- 低频供电一：简介矿热炉泛指铁合金炉、工业硅炉、电石炉、裂解炉等埋弧电弧炉，是冶金和化工行业的重要熔炼设备它主要用来生产冶金工业原料硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金，以及化工原料工业硅、电石等矿热炉的特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，多数使用自培电极电极插入炉料中进行埋弧操作，利用电弧产生的电弧热量以及电流通过炉料时因炉料的电阻而产生的电阻热量来熔炼金属陆续加料，间歇出炉，连续生产矿热炉的主要类别及用途如表⑴所述：表 ⑴矿热炉的主要类别及用途注：电耗值随原料成分、制成品成分、电炉容量等的不同而有很大差异这里是约值从表⑴可以看出，矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉据了解，矿热炉用户生产成本中仅电费一项就占 60～70%，电费支出成为企业沉重的压力因此，提升矿热炉的能效水平，改善矿热炉的综合能效对相关企业的发展有着生死攸关的意义结构特点矿热炉主要由炉壳、炉盖、炉衬、短网、水冷系统、排烟系统、除尘系统、电极壳、电极压放及升降系统、上下料系统、把持器、烧穿器、液压系统、 矿热炉变压器及相关电气控制设备等组成矿热炉短网系统是高载能动负载电路，具有低电压、大电流的特点，最大电流可以达到上万安培，矿热炉的系统电抗的 70％是由短网系统产生的。
短网的性能决定了矿热炉的性能正是由于这个原因，矿热炉的自然功率因数很难达到 0.85 以上，绝大多数炉子的自然功率因数都在 0.7~0.8 之间较低的功率因数消耗大量的无用功，使得变压器效率下降，常常会被电力部门加收额外的电力罚款类别主要原料产成品反应温度℃电耗kwh/t铁合金炉硅铁炉（45%）硅铁硅铁、废铁、焦碳硅铁1550-17702100-5500（75%）硅铁8000-11000锰铁炉锰矿石、废铁、焦碳、石灰锰铁1500-14002400-4000铬铁炉铬矿石、硅石、焦碳铬铁1600-1750320__-6000钨铁炉钨晶矿石、焦碳钨铁2400-29003000-5000硅铬炉铬铁、硅石、焦碳硅铬合金1600-17503500-6500硅锰炉锰矿石、硅石、废铁、焦碳硅锰合金1350-14003500-4000炼钢电炉铁矿石、焦碳生铁1500-16001800-2500电石炉石灰石、焦碳电石1900-20__01900-3000碳化硼炉氧化硼、焦碳碳化硼1800-250018000-20__00由于三相短网布置不平衡，参数不一致，三相不同的电压降导致了强、弱相现象的形成强、弱相现象的存在使得三个电极周围的温度有所差别，极心圆(三个电极中心确定的圆)内单位面积上的温度相差很大，不利于还原反应的顺利进行。
同时由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到 20％以上这导致冶炼效率的低下，电耗、矿耗增高因此，提高短网的功率因数，降低供电不平衡度就成了降低能耗、增加产能、提高冶炼效率的有效手段三：方法及原理 为了解决矿热炉功率因数低下和三相供电不平衡问题，一般有以下几个途径：一、合理设计电炉，使电极直径、炉膛直径、极心圆直径等电炉尺寸与所选配的矿热炉变压器相匹配如果电炉变压器只有在超载下工作时才能满足电炉对变压器输送的有功功率的需要，那么此时电炉及变压器均消耗大量的无功，功率因数将非常低二、选择最佳电炉工艺参数和设备参数，选择原料并控制原料粒度、水分等，寻求实施最佳运行方式以提高电炉本身的自然功率因数三、采用人工补偿方式电炉一旦建成，则电炉本身的电气参数就固定下来若在保证了工艺要求后功率因数仍不能达标(低于 0.90)，则人工补偿是较为方便的解决问题的办法人工补偿最为常见的就是在电炉变压器一次侧高压母线上接入并联补偿电容器组，即高压补偿由于补偿作用只能使接人点之前的线路，即供电系统高压电网一侧受益，满足供电系统对该负荷线路功率因数方面的要求由于从包括矿热炉变压器绕组、短网铜排、水冷电缆、炉内导电铜管直至铜瓦，电极的全部二次侧低电压大电流回路的无功功率没有得到补偿，用户也就没有得到电炉生产产量的提高和电耗、矿耗降低的利益回报。
这对于电费占冶炼成本相当大份额的企业来讲是得不偿失的矿热炉冶炼的原理是利用电弧产生的高温和电流流过炉料电阻产生的热量熔化矿料在高温下，利用焦炭等还原剂与矿石发生一系列氧化还原反应生成铁合金、电石等单位面积上的热效应是反映电炉炉况的一个重要指标，因此电炉变压器向炉膛提供有功功率的大小是重要的技术指标电炉变压器低压侧功率因数低时，变压器向炉膛内提供的有功功率小，达不到设计指标，造成电耗、矿耗较高，增加了冶炼成本针对电炉变压器低压侧短网的大量无功消耗和不平衡性，在矿热炉变压器低压侧针对短网无功损耗而实施的无功就地补偿，无论在提高功率因数，还是在增产、降耗上，都有着高压补偿无法比拟的优势但是由于工作环境恶劣，低压无功补偿装置的使用寿命受到极大的影响，后续维护费用高；同时短网低压端无功补偿也带来了谐波增加，因此必须采取有效措施来抑制 3～7 次谐波，从而使投入加大，增加了矿热炉低压无功补偿的成本，投资回收周期加长；由于短网电感 L 是一个分布参数，电感的大小随短网的长度、位置和炉料的不同而变化，很难准确选择低压无功补偿的接入点，不易实现预期的补偿效果因此低压无功补偿的综合效益不佳那么有没有一种既能够提高短网端的功率因数，又能解决三相供电不平衡问题同时还能抑制谐波的综合效益比较好的方法呢？我们的答案是：有的。
这就是下面介绍的第四种途径四、采用超低频变流器供电 对于包括矿热炉在内的各种电弧炉来说，短网阻抗是由电阻和感应电抗两部分组成其中电抗部分即为短网的无功分量对于电感为 L 的电路，流过频率为 f 的交流电时，其电抗值 _=2pi;fL；频率 f 越高，则电抗 _ 越大矿热炉短网电抗占供电系统电抗的 70％以上因此，当大电流在短网中流动的时候，就会产生较大的短网电抗压降，于是，输入到电极燃弧端的电压低，有功功率少，炉子效率低为了减少电抗，增加有功功率，最有效的办法是采用低频电技术，即在变压器和短网之间加装频率变换装置以降低电频率，将原 50Hz 的工频电变为 0.05～5Hz 能调节的低频电于是，短网电抗 _=2pi;fL 减小为工频供电时的 1/10～1/1000由于短网电抗减小，功率因数提高，输入到炉内的有功功率增加采用低频电的矿热炉具有以下特点：⑴ 采用频率变换装置供电，三相供电平衡，强弱相现象减弱⑵ 短网电抗减小，功率因数可达 0.90 左右，无需附加低压无功补偿装置⑶ 在电炉变压器容量不变的条件下，输送到炉膛内的有效功率增大，为增产提供了必要条件⑷ 短网导体周围钢构件发热损失降低。
⑸ 低频电磁搅拌的振幅加大，炉膛内熔料搅拌强烈，温升快，从而缩短熔炼时间⑹ 利用频率变换装置的可控特性，自动调节电压或电流，使电极稳定在最佳位置上，保持最佳插深，可以有效控制炉底上涨⑺ 低频电流的趋肤效应小，电极整个截面通过的电流均匀，外层电流密度下降，发热下降，自焙电极质量提高，氧化速度下降，消耗降低能效控制器 由于三相短网布置不平衡，三相不同的电压降导致了强、弱相现象的形成强、弱相现象的存在使得三个电极周围的温度有所差别，极心圆(三个电极中心确定的圆)内单位面积上的温度相差很大，不利于还原反应的顺利进行针对电极间的不平衡现象，我们还开发了矿热炉能效控制器该控制器以矿热炉电极为控制对象，利用 PC 机作为上位机，采用神经网络和模糊控制相结合的方法，解决多变量、强耦合、非线性模型无法建立的电弧炉的控制难题采用矿热炉能效控制器以后，操作人员只需根据冶炼工艺过程中各个阶段所要求的电功率，以电压、电流或功率的数值形式送给计算机（设定值），计算机控制系统将自动实时的把检测到的参数值（电压、电流）进行 A/D 转换后与设定值进行比较运算，并根据控制数学模型进行分析^p ^p 判断，然后发出指令以驱动油缸（电机）带动电极上下运动，改变弧流大小，使系统迅速的纠正偏差，维持电极运行在给定范围内。
以此减少短弧和断弧次数、优化炉况，从而达到节电的目的本节电增效系统将原来的模拟电路电弧炉电极升降调节器升级为具有智能数字控制的计算机系统，从而无论是在熔化期，还是在氧化、还原期，系统都能根据炉况自动选择策略进行最优化控制，并通过最大限度的减少电流波动，来提高矿热炉的能效，实现节能、增产的目标功能特点 全面采用数字控制技术，实行点对点控制，在 WINDOWS（根据需要可配网络）平台下，实现对三相电炉的测、控、管一体化功能系统选用市场上成熟的工业计算机和专用驱动电（或变频器），使原来的模拟电路控制升级为具有智能控制效能的计算机系统，整体性能达到了国外超高功率炉的控制性能：1、节电显著：系统的良好跟踪性能，可使电流的波动减小到最小，对电网的冲击减小 50%以上、供电效率提高10%以上，与非计算机控制调节器相比，吨产电耗降低 5%～10%； 2、生产效率得到显著提高：可将熔化率提高 5%左右、氧化（提温）时间平均缩短 5 分钟以上，钢水综合成本可降低 20～100 元／吨左右，铁水产量增加 5%以上3、电极消耗低：优良的综合性能使电极消耗可降低 10%以上； 4、系统内数据传输全部采用了屏蔽电缆,可靠完善的接地系统可将电弧炉运行过程中的各种强电磁干扰拒之门外。
5、本系统的操作界面非常友好，全中文菜单提示，即使具有初中文化程度的员工，只要稍做培训，即可上机操作--检测弧压、弧流的实际数值及其波动曲线6、安装调试、维护简便，原有系统不用改动或改动极很小本系统可使设备故障率降低 90%以上，互感器或变压器改动时仅需修改软件参数即可8、本系统为用户的信息化改造提供了一个可靠平台，可实现多台电炉联网功率调控、管理二：技术参数 1、电极上、下方向变换反应时间小于 0.2 秒； 2、电极最大运动速度大于 3 米/秒； 3、主回路短路不跳闸时间小于 3 秒，短路电流为额定电流的 3 倍； 4、死区范围：可根据现场的实际情况与用户需求在plusmn; 20%之间调节； 5、系统过载能力为 1.5 倍，具有过压、欠压、缺相和过流的保护功能； 6、系统运行环境：温度 0～50℃，相对湿度小于 85%资深 河南变压器厂家----河南星牛变压器有限公司，三十年专注节能特种变压器研发，更节能，更高效！第 12 页 共 12 页。