3第三章矿热炉.ppt

第三章 矿热炉(Submerged Arc Electric Furnace) )l铁合金生产三要素铁合金生产三要素l矿热炉主体设备组成矿热炉主体设备组成l炉用变压器与短网设计要点炉用变压器与短网设计要点l电极系统电极系统l不同冶炼模式的矿热炉不同冶炼模式的矿热炉1 铁合金生产三要素铁合金生产三要素大厨师大厨师材料材料锅灶锅灶原料原料生产者生产者设备设备大酒店（饭店）大酒店（饭店）铁合金厂铁合金厂2铁合金冶炼设备认识的几点误区铁合金冶炼设备认识的几点误区3l 万能万能炉（适用于产品改炼炉（适用于产品改炼））l 单纯单纯追求高功率因素（有效利用追求高功率因素（有效利用变压器，节电）变压器，节电）l 长期长期超负荷运行（＞超负荷运行（＞ 30%30%）） 矿热炉参数矿热炉参数设备参数设备参数熔炼特性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 1）炉用变压器）炉用变压器 （（2 2）短网系统）短网系统（（3 3）电极系统）电极系统 （（4 4）炉体部分）炉体部分（（5 5）水冷系统）水冷系统 （（6 6）加料系统）加料系统（（7 7）除尘系统）除尘系统矿热炉矿热炉主要主要设备组成设备组成51-1-高压母线；高压母线；2-2-油开关；油开关；3-3-电炉变压器；电炉变压器；4-4-高压线圈；高压线圈；5-5-低压线圈；低压线圈；6-6-铁芯；铁芯；7-7-铜排；铜排；8-8-软电缆；软电缆；9-9-导电铜管；导电铜管；10-10-铜瓦；铜瓦；11-11-电极；电极；12-12-炉衬；炉衬；13-13-熔池熔池矿热炉主体设备示意图矿热炉主体设备示意图6普通矿热炉设备示意图普通矿热炉设备示意图71-1-炉衬；炉衬；2-2-炉壳；炉壳；3-3-炉盖；炉盖；4-4-旋转机构；旋转机构；5-5-把持器；把持器；6-6-电极；电极；7-7-加料系统；加料系统；8-8-电极升降压放装置。

电极升降压放装置封闭式旋转电炉断面图封闭式旋转电炉断面图81 1 高压母线高压母线 2 2 高压隔离开关高压隔离开关 3 3 高压断路器高压断路器 4 4 电流互感器电流互感器 5 5 电压互感器电压互感器 6 6 高压熔断器高压熔断器7 7 电力电缆电力电缆 8 8 炉用变压器炉用变压器铁合金冶炼炉的供电系统铁合金冶炼炉的供电系统10炉用变压器与短网设计要点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变压器原理变压器原理U1U2变压器的变比：变压器的变比：式中：式中：N N1 1－高压线圈的匝数；－高压线圈的匝数；N N2 2－低压线圈的匝数－低压线圈的匝数11矿热炉炉变二次电压调压方式矿热炉炉变二次电压调压方式n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变压器感应电动势计算式中：式中：Am－铁心截面积（－铁心截面积（cm2）） Bm－磁通密度（－磁通密度（Gs）） －交流电－交流电频率（频率（Hz）） （（V））13变压器铁心计算变压器铁心计算有效铁心截面积：有效铁心截面积：式中：式中：kφ－－铁心磁心磁导率系数，武率系数，武钢冷扎硅冷扎硅钢片片20.5S’－－单相相变压器容量或器容量或1/3三相三相变压器容量（器容量（kVA））（cm2）14炉变容量与变压器二次电压选择炉变容量与变压器二次电压选择前苏联前苏联A.C.米库林斯基的矿热炉变压器二次电压计算公式米库林斯基的矿热炉变压器二次电压计算公式式中：式中：Ps－视在功率－视在功率kVA；； Ku－与铁合金产品及变压器容量相关的系数－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用炉口导纳计算变压器二次电压式中：式中：S”－运行容量－运行容量VA；；RL－炉口电阻；－炉口电阻；rw－短网电阻－短网电阻（V）（（V））（西门子）（西门子）15电极周边电阻系数（安德列系数）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因子是常数电极功率密度电极功率密度式中：式中：P P－炉口有效功率－炉口有效功率kWkW（kw/cm2）炉变容量与变压器二次电压选择炉变容量与变压器二次电压选择16 rRk直流电源内阻与灯泡电阻直流电源内阻与灯泡电阻17炉子电压圆图炉子电压圆图18短网三种接线方式短网三种接线方式 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△短网基本计算公式短网基本计算公式n交流电阻公式：n集肤效应系数公式： n简化电感计算公式：(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短网平面布置图短网平面布置图22短网立面布置图短网立面布置图a-xb-yc-z三相变压器短网设计改进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：焦耳焦耳-楞次定律：楞次定律： Q=0.239I2Rt矿热炉节电的技术措施之一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短网布置与导电体截面积选取导体名称导体名称导体名称导体名称铜铜铜铜（（（（50℃50℃50℃50℃））））铝铝铝铝（（（（50℃50℃50℃50℃））））石墨电极石墨电极石墨电极石墨电极（（（（1000℃1000℃1000℃1000℃））））碳素电极碳素电极碳素电极碳素电极（（（（1000℃1000℃1000℃1000℃））））自焙电极自焙电极自焙电极自焙电极（（（（1000℃1000℃1000℃1000℃））））集肤深度集肤深度集肤深度集肤深度mmmmmmmm9.249.249.249.2411.7211.7211.7211.7221.9521.9521.9521.9544.8144.8144.8144.8150.7050.7050.7050.70注：上述数据是按着圆柱体的几何形状计算的。

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工频电流中的导体集肤效应集肤效应深度集肤效应深度n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国内部分企业短网运行情况调查汇总表产产产产品品品品短网短网短网短网压压压压降降降降电电电电流密度（流密度（流密度（流密度（A/mmA/mmA/mmA/mm2 2 2 2））））地区地区地区地区备备备备注注注注% %铜铜管管铜铜排排水冷水冷电缆电缆补偿补偿器器硅硅铁铁19.2319.232.792.792.922.922.922.92内蒙古包内蒙古包头头二次二次补偿补偿13.7213.724.14.13.833.833.833.83内蒙古鄂盟内蒙古鄂盟二次二次补偿补偿硅硅钙钙合金合金39.839.83.73.71.971.971.561.56四川雅安四川雅安裸裸铜电缆铜电缆20.5720.573.153.151.811.811.491.49四川眉山四川眉山裸裸铜电缆铜电缆硅硅钙钡钙钡合金合金32.532.53.173.171.911.911.521.52四川雅安四川雅安裸裸铜电缆铜电缆25.425.43.243.241.771.771.481.48陕陕西安康西安康裸裸铜电缆铜电缆工工业业硅硅22.522.52.742.743.593.593.593.59山西大同山西大同二次二次补偿补偿锰锰硅合金硅合金17.917.92.692.693.173.173.173.17广西柳州广西柳州二次二次补偿补偿16.916.92.792.793.093.093.093.09广西柳州广西柳州二次二次补偿补偿27.7427.742.892.893.793.793.793.79广西桂林广西桂林二次二次补偿补偿21.2121.212.882.881.431.431.081.082.392.39江西萍江西萍乡乡裸裸铜电缆铜电缆碳碳铬铬合金合金22.9422.942.962.961.531.533.063.061.531.53广西北海广西北海空冷空冷补偿补偿器器27化工部短网节能电流密度选择规范化工部短网节能电流密度选择规范导体名称导体名称导体名称导体名称单位单位单位单位空气冷却空气冷却空气冷却空气冷却水冷却水冷却水冷却水冷却铜导体铜导体A/mmA/mm2 20.90.9～～1.11.12.52.5～～3.03.0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电极系统电极系统n矿热炉电极的分类n电极把持器结构n电极压放控制系统29矿热炉电极的分类矿热炉电极的分类n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）；n自焙电极—将专用电极糊（soderberg paste）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；n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电极糊技术指标电极糊技术指标注：注：THD-1THD-1，，THD-2THD-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铜瓦结构示意图铜瓦结构示意图a: 1-a: 1-安放导电铜管处；安放导电铜管处；2-2-固定导电铜管螺栓装置处；固定导电铜管螺栓装置处；3-U3-U形冷却管；形冷却管；4-4-联紧螺栓凹形穴联紧螺栓凹形穴b: 1-Ub: 1-U形管形管;2-;2-铜瓦本体铜瓦本体;3-;3-锥形块锥形块; 4-; 4-绝缘云母绝缘云母36径向大螺钉顶紧式把持器径向大螺钉顶紧式把持器电极把持器简图电极把持器简图 1- 1-电极；电极； 2- 2-铜瓦；铜瓦； 3- 3-顶紧螺栓；顶紧螺栓； 4- 4-夹紧半环；夹紧半环； 5- 5-导电铜管；导电铜管； 6- 6-吊筋；吊筋； 7- 7-把持筒把持筒37径向油压环式把持器径向油压环式把持器38锥形环把持器锥形环把持器3940锥形环把持器锥形环把持器 油压锥形环油压锥形环1-1-电极；电极；2-2-油压锥形环；油压锥形环； 3-3-铜瓦；铜瓦；4-4-油压拉力活塞拉杆油压拉力活塞拉杆埃肯组合式把持器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电极压放机构电极压放机构45不同冶炼模式的矿热炉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矿热炉内生成硅、锰金属的温度和能耗= 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)48冶炼温度和入炉功率冶炼温度和入炉功率l 冶炼温度电弧热—电阻热—热等离子体 3×103～4×104 K（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<3×103 Kl 功率密度—维持反应温度的电能输入要求49冶炼工艺与电冶炼工艺与电——热转换形式热转换形式冶炼模式冶炼模式 电热电热——转换形式转换形式有渣法冶炼（Mn系、Cr系） 电阻加热为主(MO)渣中+C M+CO 有焦炭层无渣法冶炼（Si系） 电弧加热为主MO+C M+CO 无焦炭层不同种类铁合金产品的理论电耗不同种类铁合金产品的理论电耗51 铁合金生产的三种冶炼模式铁合金生产的三种冶炼模式l要求能量在渣层放出的埋弧和热炉口操作（要求能量在渣层放出的埋弧和热炉口操作（A A型）型）l要求能量集中在反应区的埋弧和冷料面的操作（要求能量集中在反应区的埋弧和冷料面的操作（B B型）型）l要求能量在熔池表面放出的明弧和热炉口操作（炼钢炉）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、硅锰合金高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图（矿热炉炉膛结构示意图（A型）型）1.1.松散的烧结料；松散的烧结料；2. 2. 软熔带；软熔带；3. 3. 渣焦混合物；渣焦混合物；4. 4. 焦炭层；焦炭层；5. 5. 渣层（有焦炭）；渣层（有焦炭）；6. 6. 渣层；渣层；7. 7. 金属；金属；8. 8. 死料区；死料区；9. 9. 电极碎块；电极碎块；10. 10. 电极；电极；11. 11. 碳砖；碳砖；12. 12. 出渣口；出渣口；13. 13. 出铁口出铁口53 硅铁及硅铁合金炉炉膛结构的示意图（硅铁及硅铁合金炉炉膛结构的示意图（B型）型） 1 1－预热区；－预热区；2 2－烧结区；－烧结区；3 3－还原区；－还原区；4 4－电弧区；－电弧区；5 5－熔池区；－熔池区； 6 6－假炉底；－假炉底；7 7－死料区；－死料区；8 8－电极；－电极； 9 9－炉衬；－炉衬； 1010－出铁口－出铁口 54镍铁合金矿热炉镍铁合金矿热炉(熔分炉熔分炉)炉膛结构示意图炉膛结构示意图 遮弧冶炼过程 电渣冶炼过程55谢谢 谢谢 ！！56。