硅锰合金冶炼中影响二次电压因素分析与控制措施

硅锰合金
冶炼中影响二次电压因素分析与控制措施
矿热炉设备电路可简化为感抗一定、电阻可变的动态电路，高压电网将电能通过电炉变压器、短网、电极等将功率输入到电炉内，熔池内合适的弧光功率可以通过调整二次电压来实现。

电炉各项技术经济指标都与二次电压的正确选择有关。

分析二次电压对电炉运行的制约因素、从而科学地选择二次电压就成了保证工艺顺行、获取良好指标的关键环节。

一、无功补偿与二次电压
矿热电炉是一个较为复杂的电路体系。

由变压器二次绕组、短网等炉外电气设备以及电极和熔池等炉内工艺设备构成。

由于二次电流很大。

导体周围产生很强的磁场。

导体自感系数大，感抗也大，通常感抗值比有效电阻大得多。

由于三相交流电供电的矿热电炉感性负载的特点，运行中的二次电压、电极电流主要受到变压器二次回路的电阻、感抗的制约，无功功率偏大，导致功率因数偏低。

企业难免要面临供电部门因低功率因数罚款的困扰。

因此在设计电炉阶段就必须要考虑装备无功补偿装置。

加装无功补偿电容装置后，可有效提高电炉以及系统的功率因数。

目前，无功补偿已成为矿热电炉常用的装备之一。

纵向无功
补偿的一个特点，就是当变压器一次进线高压端接额定电压时，变压器低压引出端电压会产生所谓“电压升”。

其结果会使得加进炉内的电极电压相应升高，无功功率得到有效降低。

二、矿物的稳定性与二次电压
锰矿、硅石是冶炼铁合金常用原料。

其化学稳定性有很大区别。

氧化物越稳定，越难还原，因而所需能量越多，要求的炉温越高。

还原反应所需的高温来自电能，电能以电弧功率和电阻热的形式输入到电炉，不同铁合金品种需要不同的弧光功率。

弧光功率可由切换二次电压来调整。

铁合金冶炼中常见元素氧化物的稳定性，由大到小排列顺序是：CaO 、MgO 、Si02、MnO 、FeO 还原过程与对应的二次电压有所区别。

如容量9MVA电炉无熔剂法冶炼碳锰，二次电压l12 V。

冶炼锰硅合金，二次电压为 132V；冶炼 75％硅铁，二次电压为136V。

可见某些氧化物的稳定性越大，所需二次电压愈高。

三、炉料电阻与二次电压
炉料电阻一般指未熔化的炉料区电阻。

影响此电阻大小的因素：
1、电阻与炉料性质和粘度有关；
2、与电极直径和极心圆直径有关；
3、与电极插入深度有关；
4、与电极插入区域的温度有关。

炉料电阻系数（炉料比电阻)，是制约炉料电阻的非常重要的因素。

其由两部分组成，一是矿石；二是还原剂。

矿石还原电炉所用还原剂基本上是碳质还原剂。

应当指出碳质还原剂的比电阻对炉料比电阻起着决定性作用。

例如：电炉容量30000KVA的纵向补偿电炉，还原剂为冶金焦，正常运行时操作电阻是1.1左右，电极插入深度合适，耗电正常，工艺顺行。

当配入20%兰炭，使得炉料电阻增大操作电阻增大电极开始下插，原来的功率分配平衡被打破，炉底功率增加，导致合金过热。

其结果是：如果电极不动有功负荷降低。

此时可把二次电压提高一级。

使原来正常的功率分配不变，耗电也正常。

由此带来的好处就是：电压升高，提高了弧光功率，变压器、短网、软母线、电极及熔池等总体功率因数提高，指标改善。

因此要设法提高炉料比电阻，特别是碳质还原剂比电阻，才能保证二次电压高位运行。

综上，炉料电阻是制约二次电压的最重要因素，碳质还原剂
比电阻又对炉料电阻起决定性作用。

可考虑使用部分(粒度 80～150mm)取代冶金焦。

发挥其比电阻高的优势。

提高二次电压增加弧光功率。

依据原料的化学成分，矿物学结构确定所熔炼铁合金品种的二次电压。

按照变压器容量及其既定的设备电抗、设备电阻的大小和铁合金冶炼品种确定合适的二次电压。

确保电炉参数合理优化。

四、影响炉料比电阻的因数：
1、还原剂比电阻与其粒度及碳种之间的关系：
焦炭粒度大，则比电阻小，粒度小，则比电阻大。

这是众所周知的“定性”认识。

根据关资料，可知同样是焦炭，它们的比电阻也有很大差异。

(常数相差达28%)无烟煤的比电阻比大得多。

这就使我们认识到选择还原剂的重要性和可能性。

焦炭粒度增大一半，比电阻即下降21%，粒度减小一半，比电阻提高50%。

(不论常数如何)可见焦炭粒度的大小，对其比电阻的影响是何等大。

无烟煤粒度增大一半，比电阻才下降9%，粒度减小一半，比电阻只增大2%左右。

可见无烟煤的比电阻虽也受粒度的影响，但不及焦炭那么敏感。

2、还原剂比电阻与温度关系：
根据多处资料整理，综合研究，可得以下几个概念：
(1)不同来源、品种的焦炭，在低温阶段，其比电阻差别很大。

正好是处在炉料区，利用其差别大这一特点进行选择。

(2)虽然普遍都是随温度的升高而比电阻降低，但不同来源、品种的焦炭，在不同的温度范围内，其降低的速度各不相同。

因此，曲线之间，产生互相交叉现象。

（3）不同粒度的焦炭，在各种温度下，仍保持粒度大者比电阻小，及粒度小者比电阻大规律。

（4）从摄氏零度到1100℃范围内的各条比电阻曲线，虽然
很不规则，但十多根曲线形成“曲带”，其共同的中心线，仍有指数函数倾向。

3、混合料(配料)比电阻与其含炭量的关系：
含炭比大小，影响混合料的比电阻很大。

炭量增加十分之一，比电阻即下降15%，炭量减少十分之一，比电阻可增加20%。

因此，应当尽量避免采取过高的炭比。

必要时，可以理论计算炭量为起点，通过生产实践数据的统计，得出日产量或单位电耗炭量的关系曲线，在日产量的峰值及单位电耗的谷值之间，选用合理的炭比。

即在统计以炭量为座标，其他两项为纵座标。

五、提高操作电阻方法：
要提高操作电阻的运行值，必须设法提高其产品电阻常数，而产品电数，却是由“炉料配热系数”、“炉料比电阻”及“电极心距数”三者所构成。

只要设法提高这三者的数值，就提高了产品电阻常数。

因而也就可以运行于较高的操作电阻而不影响的合理插深、良好的热分配、较高的热效率了。

六、提高原料电阻的三因数：
1、炉料配热系数：
这因素在一般情况下，特别是当炉底结构的绝热水平一定的的情况下，固然为一个常数。

但当底结构的绝热水平提高后，它也可相应提高。

因为，分配到熔池的热能，有部分是以“热流”形式经过炉底绝热层而向大气散失掉的，提高炉底绝热水平后，则“热流”有所减少，相应之下，进入炉内的热能，便可多分配给炉料区而不影响熔池的正常工作，这就提高了“炉料配热系数”，从而也提高了产品电阻常数。

2、炉料比电阻：
这一因素是大有文章可做的，也是三因素中的主要成分。

3、电极的心距倍数：
提高了它，便提高了产品电阻常数。

但心距倍数不能取得过大，否则，三根电极之下，将造成三个孤立的熔池。

因此，只能在一定的有效功率条的条件允许下，适当地采取较大的数值，以便进而提高“产品电阻常数”。