3-第三章-矿热炉

第三章矿热炉(SubmergedArcElectricFurnace)铁合金生产三要素矿热炉主体设备组成炉用变压器与短网设计要点电极系统不同冶炼模式的矿热炉1铁合金生产三要素大厨师材料锅灶原料生产者设备大酒店（饭店）铁合金厂2铁合金冶炼设备认识的几点误区3万能炉（适用于产品改炼）单纯追求高功率因素（有效利用变压器，节电）长期超负荷运行（＞30%）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4（1）炉用变压器（2）短网系统（3）电极系统（4）炉体部分（5）水冷系统（6）加料系统（7）除尘系统矿热炉主要设备组成51-高压母线；2-油开关；3-电炉变压器；4-高压线圈；5-低压线圈；6-铁芯；7-铜排；8-软电缆；9-导电铜管；10-铜瓦；11-电极；12-炉衬；13-熔池矿热炉主体设备示意图6普通矿热炉设备示意图71-炉衬；2-炉壳；3-炉盖；4-旋转机构；5-把持器；6-电极；7-加料系统；8-电极升降压放装置。封闭式旋转电炉断面图81高压母线2高压隔离开关3高压断路器4电流互感器5电压互感器6高压熔断器7电力电缆8炉用变压器铁合金冶炼炉的供电系统10炉用变压器与短网设计要点(1)矿热炉用变压器的特点(2)短网布置与导电体界面积选取原则(3)关于低压补偿技术简介变压器原理U1U2变压器的变比：121212BUINkUIN式中：N1－高压线圈的匝数；N2－低压线圈的匝数11矿热炉炉变二次电压调压方式矿热炉变压器在制造行业称作特种变压器，与电力变压器不同的特点是：电力变压器的二次电压恒定，一次电压随电网波动调整；矿热炉变压器是一次电压恒定，二次电压在一定范围内调整。12变压器感应电动势计算8210mmEfAB＝式中：Am－铁心截面积（cm2）Bm－磁通密度（Gs）－交流电频率（Hz）（V）f13变压器铁心计算mAkS有效铁心截面积：式中：kφ－铁心磁导率系数，武钢冷扎硅钢片20.5S’－单相变压器容量或1/3三相变压器容量（kVA）（cm2）14炉变容量与变压器二次电压选择32usUKP233SUG前苏联A.C.米库林斯基的矿热炉变压器二次电压计算公式式中：Ps－视在功率kVA；Ku－与铁合金产品及变压器容量相关的系数用炉口导纳计算变压器二次电压1LwGRr式中：S”－运行容量VA；RL－炉口电阻；rw－短网电阻（V）（V）（西门子）1522UkdI电极周边电阻系数（安德列系数）不同产品k因子不同，同一产品k因子是常数243Pd电极功率密度式中：P－炉口有效功率kW（kw/cm2）炉变容量与变压器二次电压选择16rRk直流电源内阻与灯泡电阻17炉子电压圆图18短网三种接线方式19a三相变压器Y-△接线b三相变压器Y-△接线c三相变压器△-△接线d三台单相变压器YY△短网基本计算公式交流电阻公式：集肤效应系数公式：简化电感计算公式：05012201()jlRkRkktsj10zRkkrfR922ln110lLMlg(H)20式中：k0、k1、k2—分别为交流电阻系数、集肤效应系数、邻近效应系数；Rz—直流电阻；κ—导体电导率；μ0—空气磁导率；Kr—几何均距；ρ20—导体20℃时电阻率；Δt—温升；α—电阻温度系数；l—导体长度；s—导体截面积。21短网平面布置图22短网立面布置图a-xb-yc-z三相变压器短网设计改进23二次短网设计与经济运行的关系（1）用安全运行电流密度选择导体截面积（2）用经济运行电流密度选择导体截面积（3）克服集肤效应影响选择几何形状24短网截面选择的原则：焦耳-楞次定律：Q=0.239I2Rt矿热炉节电的技术措施之一短网布置与导电体截面积选取导体名称铜（50℃）铝（50℃）石墨电极（1000℃）碳素电极（1000℃）自焙电极（1000℃）集肤深度mm9.2411.7221.9544.8150.70注：上述数据是按着圆柱体的几何形状计算的。25工频电流中的导体集肤效应集肤效应深度红色是电荷流过的截面，黄色是没有电荷流过的截面。26国内部分企业短网运行情况调查汇总表产品短网压降电流密度（A/mm2）地区备注%铜管铜排水冷电缆补偿器硅铁19.232.792.922.92内蒙古包头二次补偿13.724.13.833.83内蒙古鄂盟二次补偿硅钙合金39.83.71.971.56四川雅安裸铜电缆20.573.151.811.49四川眉山裸铜电缆硅钙钡合金32.53.171.911.52四川雅安裸铜电缆25.43.241.771.48陕西安康裸铜电缆工业硅22.52.743.593.59山西大同二次补偿锰硅合金17.92.693.173.17广西柳州二次补偿16.92.793.093.09广西柳州二次补偿27.742.893.793.79广西桂林二次补偿21.212.881.431.082.39江西萍乡裸铜电缆碳铬合金22.942.961.533.061.53广西北海空冷补偿器27化工部短网节能电流密度选择规范导体名称单位空气冷却水冷却铜导体A/mm20.9～1.12.5～3.0理论计算水冷却铜导体的电流密度选择在2.0～2.5之间比较合理28电极系统矿热炉电极的分类电极把持器结构电极压放控制系统29矿热炉电极的分类石墨电极—采用石油焦为主原料，沥青和焦油作粘结剂，挤压成圆柱状电极坯后，装入专门的石墨化电阻炉内制成的（生产周期达3—4个月）；自焙电极—将专用电极糊（soderbergpaste）加入特制的钢质电极壳内，在冶炼过程中自动焙烧硬化而成；碳素电极—采用无烟煤和焦炭为主原料，沥青和焦油作粘结剂，挤压成型的电极通过焙烧成形。30自焙电极烧结示意图80℃200℃800℃1200℃2000℃31自焙电极壳与筋片自焙电极壳一般由1.25～3mm的薄钢板焊接而成，每节长约1m，在钢质圆筒内焊有6～8个筋片，其高度约为电极直径的0.2～0.35倍，筋片上开有三角榫或圆孔。自焙电极横截面上，钢板面积与碳素材料的面积之比（铁比）一般为1.3%左右，对大型电极，其值不超过1.7%。32自焙电极烧成过程在电极垂直方向上的变化（1）构成电极的两种材料（钢、碳）的电阻与温度的影响关系是相反的，在电极烧成过程起互衬作用；（2）电极电流由主要通过电极壳和筋片过渡到全部通过烧成的碳素电极；（3）电极承受的重量由电极壳和筋片承重过渡到完全烧成的碳素电极承重。33电极糊技术指标注：THD-1，THD-2用于封闭电炉，也称封闭糊。其余各牌号用于敞开电炉，也称标准糊。THD-1THD-2THD-3THD-4THD-5灰分/%≤5.06.07.09.011.0挥发分/%12.0~15.512.0~15.59.5~13.511.5~15.511.5~15.5耐压强度/MPa≥17.015.719.619.619.6电阻率/μΩ·m≤6875809090体积密度/g·cm-3≥1.361.361.361.361.36牌号项目34自焙电极把持器（1）径向大螺钉顶紧式把持器（2）径向油压环式把持器（3）锥形环式把持器（4）埃肯组合式把持器（取消传统铜瓦）35铜瓦结构示意图a:1-安放导电铜管处；2-固定导电铜管螺栓装置处；3-U形冷却管；4-联紧螺栓凹形穴b:1-U形管;2-铜瓦本体;3-锥形块;4-绝缘云母36径向大螺钉顶紧式把持器电极把持器简图1-电极；2-铜瓦；3-顶紧螺栓；4-夹紧半环；5-导电铜管；6-吊筋；7-把持筒37径向油压环式把持器38锥形环把持器3940锥形环把持器油压锥形环1-电极；2-油压锥形环；3-铜瓦；4-油压拉力活塞拉杆埃肯组合式把持器埃尔肯标准型电极把持器1-电极提升机构2-电极压放装置3-二次电流导线4-接触装置5-外罩41电极升降机构和压放机构电极升降机构电极压放机构弹簧闸块式抱闸机械传动—卷扬传动，链轮传动液压传动—刚性连接，铰性连接钢带式抱闸42机械传动电极升降机构钢丝绳卷扬升降装置1-电极2-把持器3-定滑轮4-制动器5-平衡锤6-手轮7-开式齿轮对8-减速机9-卷筒10-电动机43液压传动电极升降机构液压升降电极图1-电极2-导电颚板3-锥形环把持器4-软铜带5-集电环6-电极护筒7-电极升降油缸8-下闸环9-上闸环44电极压放机构45不同冶炼模式的矿热炉1）矿热炉冶炼不同产品的所需温度和能量2）冶炼工艺与电热转换形式3）铁合金生产的三种冶炼模式47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)48冶炼温度和入炉功率冶炼温度电弧热—电阻热—热等离子体3×103～4×104K（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49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）51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）52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53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54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55谢谢！56