矿热炉介绍及分析

一、矿热炉简介

矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，亦称还原电炉或矿热电炉，电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料；常用于冶炼铁合金（见铁合金电炉），熔炼冰镍、冰铜（见镍、铜），以及生产电石（碳化钙）等。它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。主要生产硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金，是冶金工业中重要工业原料及电石等化工原料。其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培石墨电极。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料的因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。同时电石炉、黄磷炉等由于使用状况和工作状态相同，也可以归结在矿热炉内，但是由于黄磷炉的纯阻性负载情况，因此也有将黄磷炉归结到电阻炉的说法。

根据矿热炉的结构特点以及工作特点，短网的损耗占据了系统自

身损耗的70%以上，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能在很大程度上决定了矿热炉的性能，由于短网的感抗占整个系统的70%以上，不论是高烟罩开放式炉、矮烟罩半密闭式炉还是全密闭式炉的短网系统的感抗均较大，基于这个原因，矿热炉的自然功率因数很难达到0.85 以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.6~0.8 之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，浪费大量电能，且被电力部分加收额外的电力罚款，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，电费增高。因此提高短网的功率因数，降低电网不平衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。如果采取适当的手段，提高短网功率因数，改善电极不平衡度，将可以达到：A、降低生产电耗3%〜6%; B、提高产品产量5%〜15%的效果，给企业带来良好的经济效益。

为了解决矿热炉自然功率因数低的问题，减少电网的损耗，提高供电质量，使功率因数达到0.9 以上;并且提高矿热炉的进线电压，使电炉的冶炼功率增大，目前国内外均采用大容量矿热炉加装无功补偿装置的方法，以提高矿热炉的功率因数，而投入的费用可以在创造的综合效益中短期内收回。

四、矿热炉无功补偿的意义

1 、矿热炉耗能

电路运行时消耗大量的有功功率，这部分有功功率转化为热能用

以熔炼炉料。同时，电流从电源经线路、变压器、短网等电抗时还要消耗大量的无功功率。矿热炉本体可等效为一个非线性电阻，在运行中会出现三相不平衡和谐波等电能质量问题。

2.矿热炉对电能质量的影响

电弧炉做为非线性及无规律负荷接入电网，将会对电网和其他负

载产生一系列的不良影响，其中主要是：导致电网严重三相不平衡，产生负序电流、产生高次谐波、其中普遍存在如2、 4 次偶次谐波与

3、5、7 次等奇次谐波共存的状况，使电压畸变更趋复杂化，功率因

素降低，在一个电网中，电压的改变会影响所有接于这个电网的负载，因此电弧炉对电网的影响可以称为电网的环境污染。必须采取技术措施进行抑制。当电弧炉功率大于电网短路功率的1/80 时，通常需要考虑对电网的影响问题。但由于矿热炉供电系统的构成形式和冶炼的固有特性，电炉的自然功率因数只能达到0.6〜0.8左右，要提高供电系统功率因数只能通过无功补偿方式实现。

3. 矿热炉无功补偿的效果分析下面举例说明一下：

例1:金昌水泥（集团）有限公司，54000KVA电石炉中压补偿和二次低压无功动态补偿采用二次低压无功补偿装置，补偿容量为22000kvar，补偿后功率因数》0.93。

例2:兰州蓝星硅材料有限公司，27000KVA工业硅矿热炉无功动态补偿工程采用二次低压无功补偿装置，补偿容量为12600kvar ，补偿后功率因数》0.92。

通过以上分析，电炉变压器安装无功补偿装置可以很大改善炉变

的运行环境，改善电压质量，延长设备的使用寿命，减少设备日常维护，且具有提高产品质量，增加产量，减少投资等效果。

五、矿热炉无功补偿的方式

矿热炉的无功补偿方式可分为: 高压或中压并联补偿，二次低压补偿，高压或中压与低压的混合补偿，纵向补偿。

1.高压、中压并联补偿

矿热炉变压器高压侧电压一般为10KV 35KV或110KV高压补偿是在矿热炉的10KV 35KV或110KV电网侧加装高压补偿装置实施高压电力无

功功率补偿，达到提高功率因数和改善运行参数的目的，在技术、配置和运行经验等各方面均已成熟。它可以降低一次供电网路损耗，提高功率因数，但从根本上解决矿热炉能耗高和产量低的问题是无能为力的，因其只能解决功率因数问题，对其他运行指标帮助不大，故投入回报较低。

中压补偿，即利用变压器的中压线圈补偿。中压并联补偿的作用与高压补偿差不多，中压并联补偿主要是解决电炉变压器的高压侧电压太高不易补偿的问题．即采用中压并联电容补偿。该种补偿同样解决不了电炉变压器低压线圈的出力问题。该装置将补偿电容并接于电炉变压器的中压侧，就地安装在电炉变压器附近。一般电炉变压器的中压电压选择6 kV、10 kV或35 kV等电压等级以便于中压并联电容补偿。同高压电容补偿一样，能够解决因功率因数低而被加收电费力率调整费的问题。在入炉功率相同的情况下，并联电容补偿装置投运后．电炉变压器高、中压线圈电流减少，低压电流不变，因而变压器的负载损耗降低。但因变压器的负载损耗低压线圈占很大比例。因而此时的变压器总负载损耗下降幅度不是很大．因补偿前后低压线圈电流没有改变，因而入炉功率变化不大，产量也变化不大。因高压电流减少，低压电压略有上升但幅值不大。此种补偿装置通常就地安装在电炉变压器附近，采用高压断路器控制投运或切除，运行可靠、故障率低、维护简单。技术简单成熟．投入回报相对较低。

2.二次低压补偿

矿热炉二次低压无功动态补偿装置是在矿热炉的短网末端，利用

现代控制技术和短网技术将大容量、大电流的超低压电力电容器组接

入矿热炉二次侧的无功补偿装置。大量无功电流将直接经低压电容器回路流转，从而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，在提高功率因数的同时，提高变压器的有功输出率，降低变压器、短网的无功消耗。该装置不仅是就地补偿原理的最好体现，还可以使矿热炉的功率因数在0.95 以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、消除 5 次、7 次谐波、调平三相功率、提高变压器的输出能力。使矿热炉的功率中心和炉膛中心相重合，使钳锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品质量，增产的目的。矿热炉二次低压动态无功功率补偿技术，无论在提高功率因数还是在增产、改善指标的效果上，都有着高压补偿无法比拟的优势。属可靠、成熟技术。

3.高压或中压与低压的混合补偿如图8 所示，该种补偿不仅是就地补偿原理的最好体现，还可以使矿热炉的功率因数在0.92 以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、消除5次、7 次谐波、调平三相功率、提高变压器的输出能力。控制的设计重点采用分相动态补偿，使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等，使电炉的功率中心和炉膛中心相重合，使钳锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品质量，降耗和增产的目的。矿热炉中压和低压混合的动态无功功率补偿装置补偿技术，无论在提高功率因数、吸收谐波，还是在增产降耗、改善指标的效果上，都有着和高压补偿或单独的低压无功补偿无法比拟的优势。属可靠、成熟技术。