第三章矿热炉
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27
化工部短网节能电流密度选择规范
导体名称 铜导体
单位 A/mm2
空气冷却 0.9～1.1
注：上述数据是按着圆柱体的几何形状计算的。
第三章矿热炉
25
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。
第三章矿热炉
26
国内部分企业短网运行情况调查汇总表
产品 硅铁 硅钙合金 硅钙钡 合金 工业硅
锰硅合金
碳铬合金
短网压降 %
19.23 13.72 39.8 20.57 32.5 25.4 22.5 17.9 16.9 27.74 21.21 22.94
第三章矿热炉
6
普通矿热炉设备示意图
第三章矿热炉
7
封闭式旋转电炉断面图
1-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。
第三章矿热炉
8
铁合金冶炼炉的供电系统
1 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
U2 Ku 3 Ps （V）
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
U2
3 S
（V）
3G
G 1 （西门子） R L rw
式中：S”－运行容量VA；RL－炉口电阻；rw－短网电阻
第三章矿热炉
15
炉变容量与变压器二次电压选择
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
f －交流电频率（Hz）
第三章矿热炉
13
变压器铁心计算
有效铁心截面积：
Am k S （cm2）
式中： kφ－铁心磁导率系数，武钢冷扎硅钢片20.5 S’－单相变压器容量或1/3三相变压器容量（kVA）
第三章矿热炉
14
炉变容量与变压器二次电压选择
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
19
短网基本计算公式
交流电阻公式：R jk0R 50k1k2201 ts l( )
集肤效应系数公式：
k1
Rj Rz
kr
0 f
简化电感计算公式：LM2lln2gl1109 (H)
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。
铜管 2.79 4.1 3.7 3.15 3.17 3.24 2.74 2.69 2.79 2.89 2.88 2.96
电流密度（A/mm2）
铜排
水冷电缆 补偿器
2.92
2.92
3.83
Leabharlann Baidu
3.83
1.97
1.56
1.81
1.49
1.91
1.52
1.77
1.48
3.59
3.59
3.17
3.17
3.09
3.09
电极功率密度
k U2d I2
4P
3 d 2
（kw/cm2）
式中：P－炉口有效功率kW
第三章矿热炉
16
直流电源内阻与灯泡电阻
r
k
R
第三章矿热炉
17
炉子电压圆图
第三章矿热炉
18
Y
短网三种接线方式
Y
a 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
第三章矿热炉
3.79
3.79
1.43
1.08
2.39
1.53 第三3章.0矿6 热炉 1.53
地区
备注
内蒙古包头 二次补偿 内蒙古鄂盟 二次补偿 四川雅安 裸铜电缆 四川眉山 裸铜电缆 四川雅安 裸铜电缆 陕西安康 裸铜电缆 山西大同 二次补偿 广西柳州 二次补偿 广西柳州 二次补偿 广西桂林 二次补偿 江西萍乡 裸铜电缆 广西北海 空冷补偿器
第三章矿热炉
20
短网平面布置图
第三章矿热炉
21
短网立面布置图
第三章矿热炉
22
三相变压器短网设计改进
c-z
b-y
a-x
第三章矿热炉
23
二次短网设计与经济运行的关系
短网截面选择的原则：
（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
第三章矿热炉
24
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
焦耳-楞次定律： Q=0.239I2Rt
工频电流中的导体集肤效应
导体名称
铜
铝
石墨电极 碳素电极 自焙电极
（50℃） （50℃） （1000℃） （1000℃） （1000℃）
集肤深度mm 9.24
11.72
21.95
44.81
50.70
第三章 矿热炉
(Submerged Arc Electric Furnace)
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
第三章矿热炉
1
铁合金生产三要素
大酒店（饭店）
锅灶
铁合金厂
设备
材料
大厨师
原料
第三章矿热炉
生产者
2
铁合金冶炼设备认识的几点误区
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。
第三章矿热炉
12
变压器感应电动势计算
E＝2fAmBm108（V）
式中：Am－铁心截面积（cm2） Bm－磁通密度（Gs）
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%）
第三章矿热炉
3
矿热炉参数
设备参数
熔炼特性参数
电气参数
变压器容量 电极电流 二次侧电压
炉型参数 电气特性
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
第三章矿热炉
操作制度 电极插入深度 化料速度 炉料透气性
第三章矿热炉
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
第三章矿热炉
10
变压器原理
U1
U2
变压器的变比：
kB
U1 U2
I2 I1
N1 N2
式中：N1－高压线圈的匝数；N2－低压线圈的匝数
第三章矿热炉
11
矿热炉炉变二次电压调压方式
4
矿热炉主要设备组成
（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
第三章矿热炉
5
矿热炉主体设备示意图
1-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
化工部短网节能电流密度选择规范
导体名称 铜导体
单位 A/mm2
空气冷却 0.9～1.1
注：上述数据是按着圆柱体的几何形状计算的。
第三章矿热炉
25
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。
第三章矿热炉
26
国内部分企业短网运行情况调查汇总表
产品 硅铁 硅钙合金 硅钙钡 合金 工业硅
锰硅合金
碳铬合金
短网压降 %
19.23 13.72 39.8 20.57 32.5 25.4 22.5 17.9 16.9 27.74 21.21 22.94
第三章矿热炉
6
普通矿热炉设备示意图
第三章矿热炉
7
封闭式旋转电炉断面图
1-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。
第三章矿热炉
8
铁合金冶炼炉的供电系统
1 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
U2 Ku 3 Ps （V）
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
U2
3 S
（V）
3G
G 1 （西门子） R L rw
式中：S”－运行容量VA；RL－炉口电阻；rw－短网电阻
第三章矿热炉
15
炉变容量与变压器二次电压选择
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
f －交流电频率（Hz）
第三章矿热炉
13
变压器铁心计算
有效铁心截面积：
Am k S （cm2）
式中： kφ－铁心磁导率系数，武钢冷扎硅钢片20.5 S’－单相变压器容量或1/3三相变压器容量（kVA）
第三章矿热炉
14
炉变容量与变压器二次电压选择
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
19
短网基本计算公式
交流电阻公式：R jk0R 50k1k2201 ts l( )
集肤效应系数公式：
k1
Rj Rz
kr
0 f
简化电感计算公式：LM2lln2gl1109 (H)
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。
铜管 2.79 4.1 3.7 3.15 3.17 3.24 2.74 2.69 2.79 2.89 2.88 2.96
电流密度（A/mm2）
铜排
水冷电缆 补偿器
2.92
2.92
3.83
Leabharlann Baidu
3.83
1.97
1.56
1.81
1.49
1.91
1.52
1.77
1.48
3.59
3.59
3.17
3.17
3.09
3.09
电极功率密度
k U2d I2
4P
3 d 2
（kw/cm2）
式中：P－炉口有效功率kW
第三章矿热炉
16
直流电源内阻与灯泡电阻
r
k
R
第三章矿热炉
17
炉子电压圆图
第三章矿热炉
18
Y
短网三种接线方式
Y
a 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
第三章矿热炉
3.79
3.79
1.43
1.08
2.39
1.53 第三3章.0矿6 热炉 1.53
地区
备注
内蒙古包头 二次补偿 内蒙古鄂盟 二次补偿 四川雅安 裸铜电缆 四川眉山 裸铜电缆 四川雅安 裸铜电缆 陕西安康 裸铜电缆 山西大同 二次补偿 广西柳州 二次补偿 广西柳州 二次补偿 广西桂林 二次补偿 江西萍乡 裸铜电缆 广西北海 空冷补偿器
第三章矿热炉
20
短网平面布置图
第三章矿热炉
21
短网立面布置图
第三章矿热炉
22
三相变压器短网设计改进
c-z
b-y
a-x
第三章矿热炉
23
二次短网设计与经济运行的关系
短网截面选择的原则：
（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
第三章矿热炉
24
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
焦耳-楞次定律： Q=0.239I2Rt
工频电流中的导体集肤效应
导体名称
铜
铝
石墨电极 碳素电极 自焙电极
（50℃） （50℃） （1000℃） （1000℃） （1000℃）
集肤深度mm 9.24
11.72
21.95
44.81
50.70
第三章 矿热炉
(Submerged Arc Electric Furnace)
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
第三章矿热炉
1
铁合金生产三要素
大酒店（饭店）
锅灶
铁合金厂
设备
材料
大厨师
原料
第三章矿热炉
生产者
2
铁合金冶炼设备认识的几点误区
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。
第三章矿热炉
12
变压器感应电动势计算
E＝2fAmBm108（V）
式中：Am－铁心截面积（cm2） Bm－磁通密度（Gs）
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%）
第三章矿热炉
3
矿热炉参数
设备参数
熔炼特性参数
电气参数
变压器容量 电极电流 二次侧电压
炉型参数 电气特性
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
第三章矿热炉
操作制度 电极插入深度 化料速度 炉料透气性
第三章矿热炉
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
第三章矿热炉
10
变压器原理
U1
U2
变压器的变比：
kB
U1 U2
I2 I1
N1 N2
式中：N1－高压线圈的匝数；N2－低压线圈的匝数
第三章矿热炉
11
矿热炉炉变二次电压调压方式
4
矿热炉主要设备组成
（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
第三章矿热炉
5
矿热炉主体设备示意图
1-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