三台单相变压器可以实现分项调压

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1、三台单相变压器可以实现分项调压三台单相变压器可以实现分项调压“人类社会的进化和发展一般是以材料为标志，即石器时代、青铜器时代、铁器时代。 但随着社会发展和科学的进步， 半导体特别是硅的发现和应用使我们的生存条件、 社会及生 活发生了革命性变化，甚至超过了以前所有材料时代所发生变化的总和，这就是 硅时代 。 我们生活在 硅时代 仅仅只有半个世纪 ”。生活中我们的手机、电视机、电脑、数码产品，乘 坐的飞机、汽车、轮船，航空领域的卫星、飞船、火箭等等，都与硅相关，还有刻下炙手可 热的材料名词如光伏材料、单晶硅、多晶硅、硅橡胶、硅油、硅树脂、硅铝合金等等随处可 见、不绝于耳。这些与硅相关的材料实际都离

2、不开基础材料?工业硅（金属硅）。工业硅从实验室研究到规模化生产,是从 1938 年苏联建成世界第一台 2000KVA 单相单电极电炉工业硅工厂起先的。随后法国、日本、加拿大、美国、挪威和巴西等都相继兴办了 工业硅厂。中国工业硅生产始于 1957 年的抚顺铝厂。 70 年代中期又在贵州遵义和青海民和兴办 工业硅厂。到 1989 年底，工业硅电炉总装机容量已达数十万 kVA ，最大工业硅厂年产能力 为1万t。90年代后期国际起先多量兴办 6300KVA工业硅炉，进入2000年后兴办8000 KVA 的，最近3年起先多量兴办 一KVA的，有几个规模大的硅企业比如云南永昌、河南昇阳分别引进德马克和南非

3、技术，兴办了容量为KVA和KVA的工业硅电炉。纵观国际，虽然工业硅设备技术和生产水平获得了很大促进和发展， 但是工业硅行业的总体设计技术和工艺管理水 平依然参差不齐， 认识上也有很大区别。 这也是为什么在同一个地方， 有的厂的设备运行非 常正常、各项指标好，而另一个厂的设备运行状况和各项指标很不理想的关键原因所在。工业硅行业有句俗语： “原料是基础，设备是条件，操作是关键，管理是保障。我就比较普遍的9000 KVA工业硅炉设备、原料、操作、管理4个方面的一些认识和体会，从设计和生产管理的角度与大家探讨学习，相互交流进步，为中国硅业蓬勃发展而努力。一、9000 KVA工业硅炉的合理设计任何一种材

4、料的制取都离不开设备， 工业硅也不例外。 “工欲善其事， 必先利其器。 ”2009 年初，我们通过对 9000KVA 以上的硅炉的故障问题和操作特点作了多量数据的收集梳理、 总结分析， 结合多年设计和生产管理经验， 你看苏州工业电炉。 对以往的设计和理念做了重 大调整修正和提炼。对新设计和改造的硅炉，在细节上下功夫，使设备故障率小于1% ，保证长期稳定运行，为稳产高产、节能降耗创造条件。1、厂房的合理设计重点是保证捣炉机工作时伸缩、旋转自如、空间大；全方位加料无死角；出炉口宽广 不设立柱；液压系统所有元件远离高温区；电极库房（我们一般设在冶炼跨三楼平台）、浇 铸车间、精整破碎包装车间、成品库独

5、立分开。厂房布置有两种形式： 如果电极采用倒三角布置，则选用单台三相变压器，尽量接近炉体但又与高温烟气隔离，可以做到短网最短，而且基本对称，减少强弱相。主厂房较低，总体投资较省。（见图 1 ）图1 工业硅三相变压器厂房立面图 如果采用三台单相变压器布置，则多一楼层， 主厂房增高。 整体投资较高。 （见图 2）2、炉衬高温区采用自焙碳砖与半石墨化碳砖结合的方式，外围用高铝砖、粘土砖、轻质保温砖，炉孔采用全石墨砖或半石墨质 半碳化硅整体转， 可以正常使用四年不用大修炉衬。 筑 炉方式一般分为有缝和无缝砌法两种。有缝法（见图3）是传统砌法，对碳砖的外形几何尺寸没有要求； 无缝法 （和图 4）是近几年

6、出现的， 要求碳砖必需精加工， 几何尺寸要求严格。图2 工业硅三台单相变压器厂房立面图图3 有缝砌法的炉衬结构图图4 无缝砌法的炉衬结构图3、电极垄断设备 压力环电炉容量越大，铜瓦数量越多，压力环结构越复杂。而压力环是整个电炉的核心设备。 其设计合理与否， 直接影响到连续生产、 甚至电力单耗和产量指标。 所以选用碟形弹簧式不 锈钢压力环， 设计时考虑到大电流强磁场的影响， 采取了屏蔽磁场的措施来珍爱碟簧不被磁 化发红而影响弹性，这样就做到了免维护，且抱紧力始终大于 10 吨，相变。可以做到每块 铜瓦一对一单独调整， 与波纹管效果相同。 但碟簧这种结构比较简单， 无需在高温区设置液 压油路。本设

7、计已经在近 30 台电炉上使用，推行证明了以上优点。只要安装调整到位，保 证铜瓦与电极之间 3.5Kg/cm2 以上的接触压力，铜瓦是不会打弧的，压放电极时也不用松 铜瓦。云南德宏、 四川和重庆有几个公司生产运行一年多没有打过弧， 也没有换过一块铜瓦。 铜瓦除被刺火烧坏之外，没有打弧损坏的。（见图 5）图5 电极垄断器弹簧压紧机构4、电极升降与压放电极升降系统采用液压，用单向调速液压缸（上升靠油压，下降靠自重），电极到炉底自动停止下降， 可以珍爱电极及设备不受损坏； 压放采用液压与碟形弹簧结合的方式 （也有采用气囊结构的） ，正常生产时弹簧抱紧。 液压只在需要压放电极时工作，进步了的可靠性。一

8、套液压系统做到了电极升降与压放、 烟囱阀门和捣炉门开关的全部功能， 所有动作全 部在配电柜台上按钮操作实现。（图6）5、电炉变压器采用有充分裕量的壳式变压器：这种变压器体积轻，超负荷能力强，只是成本比传统 芯式变压器略高。因为不少企业习惯超负荷1030% 长期运行，加大电流电压比，使电极深埋， 表面上看炉况较好，电耗有所降低，产量有所增加。但是超负荷运行使变压器和短网 电阻损耗加大，降低了电效率，功率因数也同时降低。所以选用变压器时一定要考虑 30% 的裕量，这对冶炼生产是很有利的！图6 电极压放和升降装置6、短网通常对短网的基本要求是：足够的有效截面积和载流能力；充分考虑交变电流肌肤效应和邻

9、近效应的影响， 进步板材导体的宽厚比或管材导体的外径和壁厚比； 尽可能缩 短导体长度、 减小导体接触电阻； 避免导体附近铁磁物质的涡流损失； 适当的经济电流 密度；足够小的感抗值；选用导电性好的T2铜；降低导体的运行温度。根据上述8项原则，我们设计时一般取电流密度为：水冷铜管1.53A/mm2, 水冷电缆 11.5A/mm2 ，铜瓦与电极间的接触面 0.01 0.025A/mm2。我们一般选用外径为7080mmT2铜管制作 短网。（1 ）如果选用单台三相变压器，则采用水冷电缆（图7）、水冷铜管短网。既节约投资，比传统的铜排节约 50% 的铜材，你知道可以。超负荷能力又强。倒三角采用我们首创 设

10、计的变压器八字形出线 （图 8）的短网布置， 这样可以尽可能的缩短变压器到炉心的距离。阻抗小，压降低。2）如果选用三台单相变压器，则三相对称，变压器可以最大限度的接近炉心。出线端直接用水冷电缆与铜瓦铜管相连， 省去短网。 按照已有的设计， 水冷电缆长度基本不超过3 米。从理论上讲，三台单相变压器可以实现分项调压，单相。避免强弱相，短网短而且长 度一致。 但是从目前多家企业的运行状况和生产指标看， 三台单相变压器的电炉和单台三相 变压器相比，并无明显优势。在云南德宏和保山等地，我们设计了上述两种形式的电炉和短网。图7 水冷电缆图 8与八字短网相匹配的变压器俯视图7、铜瓦（ 1 ）采用钛铬合金铸造

11、铜瓦，与锻造铜瓦比具有高温环境下变形小、强度高、成本低 的优点。 而有些锻造铜瓦存在受热后易翘曲变形导致打弧烧坏引起漏水等故障， 不得不停炉 更换。经过测量使用前和使用后烧坏换下的锻造铜瓦，其变形量超过 5mm 。这内中有设计 原因，也有制造原因。 所以我们在对比后选择了铸造铜瓦。 通常只要保证了足够的接触压力， 铸造铜瓦在生产期间很少甚至没有打弧，其变形量几乎为零。（2）如果采用锻造铜瓦，那么结构上需要重新调整，铜瓦后面的受力点需要增加厚度 和强度，尽可能减少受热受力后的变形。目前的锻造铜瓦背后顶头受力处都是加工成凹形， 与内圆弧接触面之间的厚度只有 50mm 左右，然后做一道绝缘，实际上就

12、降低了铜瓦的受 力后抗变形能力。如图 5 所示的铜瓦结构就不易产生变形。8、半封闭中烟罩从烟罩结构我们可以看出工业硅设备的发展状况（如图9 所示）。最初设计的烟罩结构多为高烟罩。 很长一段时间内， 人们普遍认为高烟罩冶炼能耗低。 这种意识阻碍了中低烟 罩的发展。由于国家环保政策的强制实施，矮烟罩才获得进一步推广。但是传统设计的中、 低烟罩结构， 尽管许多设备隔离在高温区外， 而除尘效果却很不理想， 反而加剧了操作环境 的恶化。针对这种境况，我们对烟罩结构作了根本性的调整（如图10 ）。采用我们独创设计的中烟罩 +n 型副烟罩形式 （也可叫盆式烟罩， 即烟罩顶部中间低， 周围高） 。工业电炉 日

13、本。 中烟罩顶部中心的骨架和中心盖板选用不导磁的不锈钢材料制作， 周围采取隔磁的措施， 有 利于降低电磁损耗。 副烟罩顶部最高可达到 4.5 米，既吸取了高烟罩排烟能力强， 料面温度 低，也吸取了矮烟罩使主要设备远离高温区的优点。通过云南、重庆、四川等多家硅厂的使 用，排烟效果相当显著， 操作环境大大改善。 同时水冷捣炉门开关采用液压升降， 按钮操作。 烟罩周围采用水冷墙板内中砌筑耐火砖或打耐火浇注料， 降低周围操作环境的温度， 减少热 辐射。目前这种结构的烟罩已被国际很多企业认同并起先广泛推广。如果能够在KVA 的电炉上推广，结合修正 KVA 电炉烟罩的帘幕结构，那么可以很大程度上改善车间的

14、高温操作环 境。图9 传统设计的低烟罩图 10 最新设计的中烟罩9、水路设计水路好比人体的血管，工业电炉。冷却水好比人体的血液。从生产过程中设备的角度 上讲， 水比电还重要。 所以作为设计和制安人员必需要重视水路的设计和安装。 水的流速要 大于 0.8 米/秒、压力大于 0.25MPa ，且水路在炉内高温区的流动长度最多不超过 30 米， 水 路截面必需按照这几个参数计算设计， 保证水流在水路的任意位置均为紊流， 而非层流。 这避免水冷件里的样散热快， 且不易沉沙积垢。 进出水的开孔位置尽量坚持低进高出的原则， 空气积存影响冷却效果。在设计或安装时如果没有上述要求，很多电炉就会出现高压蒸汽断水

15、的故障，同时结 垢现象异常严重。另外循环进水温度最好低于30 C,出水温度最好低于 45 C。武汉工业电炉。如果达不到要求，需另外增加降温效果良好的玻璃钢冷却塔。10 、电极选用在硅冶炼炉中，电极就是心脏，是导电系统的重要组成部分，也是工业硅生产中主要 的消耗材料之一。一般采用石墨电极或碳素电极。设计时选用电流密度：石墨电极814A/cm2 ，碳素电极 5 6A/cm2 。电极质量的好坏，直接影响电炉的正常生产。最好采用规模较大、质量可靠而且稳定、 售后服务好的厂家的品牌电极。对电极的基本要求：（1）导电性好、电阻率小（石墨电极813Q .m西安工业电炉。 碳素电极25 40 .m，电能损失少。（2）热膨胀系数小，不易炸裂。（3）灰分、杂质 含量低，高温时有足够的机械抗压、抗折强度。11、电炉参数的选择电炉参数的确定非常重要，特别是极心圆、电极直径（如果选用石墨电极则电极直径为9601020mm为宜；如果选用碳素电极则电极直径为1060 1100mm 为宜）和炉膛直径，炉膛深度，烟罩高度的确定（具体的计算方法有很多前辈的资料已经表达得很清楚，这里不再赘述）。这些数据直接影响到生产效果和指标。比如KVA硅炉，如果选用 960的石墨电极，通常设计时极心圆直径按照经验公式得出的极心圆直径是2400左右。但是2500以上。比