矿热炉补偿问题的探讨

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
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
负载性质对变压器外特性的影响
二次侧补偿的意义——提高入炉功率
有渣法冶炼矿热炉内配热系数的重要性
I P
V cos
但负载电流不变，因为所加的电压和负载参数没有改变。
电力部门要求补偿的意义
因此，负载的有功功率没有变化，但由于线 电流变小，减少了线路的功率损耗。 当电压一定时，功率因数提高，增加了线路输送 有功电流的能力 供电部门要求用电单位的功率因素必须达到
cos0.9的含义是指提高电源或电网的功率因素，
搞补偿节电了吗？ 二次补偿比一次补偿好吗？ 如何利用好就地补偿技术？
补偿技术节电的含义
静态补偿 3w~5w/kvar •电容补偿的电力消耗：
动态补偿 10w~15w/kvar •供电部门对用电企业要求:
cos0.90，否则罚款 ——节省电费
•矿热炉熔炼特性参数的优化 —— 节电
矿热炉电热冶金的基本原理
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）
二次补偿技术为什么会产生不同效果？
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
MOx + xC = M + xCO ΔGθ = ΔHθ - ΔSθT
ΔG < 0 反应自发进行
要求炉内达到一定的反应温度T开
ΔH — 焓变（矿热炉内ΔH > 0,吸热反应）
维持炉内反应温度，需要提供电能kwh
矿热炉内生成硅、锰金属的温度和能耗
（MnO）+ C ＝ [Mn] + CO
(1)
G 0 = 268990 － 183.5T (J/mol)
而不是指提高某个电感性负载的功率因素。
矿热炉低压补偿冶炼系统电气图
供电网络 110KV
CT PT
变电站 变压器 110/35
电 炉 电炉变压器
供电网 一次侧35KV
35KV 二次侧（100200V）
电炉冶炼 短网系统 （低电压 大电流）
Cos =？
Cos =？
水冷 电极 电缆 系统
炉膛
需要讨论的几个问题
FeMn75C7.6
Mn65Si17
Mn60Si30 FeAl25Si30 FeAl50Si20
不同牌号的铁合金
FeSi45
FeSi75 15
铁合金冶炼的几个重要概念
有渣法冶炼 无渣法冶炼
不是指最终产物有无渣而言，而是 指冶金反应的机理（或形式）
碳热还原 电热还原
不是指有无还原剂（碳）参与反应， 而是指冶炼过程所需能量的来源
炉料配热系数
C Q料 R池 Q总 R池+R料
操作电阻
R R池 R料 R池 +R料
R与C之间的关系
R CR料
与配热系数有相关的炉内 电流分配的冷态模拟
Ib It
=4.36C L 1.52H DC C0.19
式中： I b —熔池内通过电极端部流经熔池底电流
It
与输入的总电流之比；
L —熔渣的电导率，mS/cm ；
(MO)渣中+C M+CO
有焦炭层
无渣法冶炼（Si系） MO+C M+CO
电弧加热为主 无焦炭层
冶炼温度和入炉功率
冶炼温度
电弧热—— 热等离子体 3×103——4×103 K （属低温等离子体；核聚变、激光聚 变，属高温等离子体，106 ——108K）
电阻热—— 焦炭层、熔体<3×103 K
功率密度——维持反应温度的电能输入要求
报告内容
• 矿热炉补偿技术发展的几个阶段 • 矿热炉低压(二次侧)补偿中的技术问题 • 如何利用好就地补偿技术——
大型矿热炉自动控制基础之一
几类补偿方式
• 高压补偿 • 中压补偿 • 低压补偿
早期铁合金矿热炉的补偿方式
近些年来在铁合金行业逐步得 到认同，但仍存在一些争议
高压补偿
110kV
10kV
Bbc
矿热炉
3000kvar
1800kvar
升压补偿的主结线图
电容补偿的基本原理
i ir
R
ic
Ic
ຫໍສະໝຸດ Baidu
iL
L
C
V
I
1
I1
电容器并联补偿原理图（秦曾煌主编 电工学 P146）
补偿前后功率因数、电流的变化
补偿前：功率因数 cos1 ，线路电流（即负载电
流）为
P
I1 V cos1
补偿后：功率因数 cos ,线路电流为
C —焦炭电阻率，mS/cm ； H C —焦炭层厚度，mm； D C —焦炭粒度，mm 。
有渣法冶炼电流分配的冷态模拟结果
通过调整电 0.35 极插入深度
0.30
溶液电导率 电极插入深度
I /I bt
0.25
0.20
0.15
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
熔融层操作电阻 ()
T = 1192 ℃ ∆H = 4890kJ/kg (Mn)
（SiO2）+ 2C ＝[Si] + 2CO
(2)
G 0 = 689860 － 361.38T (J/mol)
T = 1637 ℃ ∆H = 24637kJ/kg (Si)
不同种类铁合金产品的理论电耗
理论电耗（Kwh/t）
7700 7200 6700 6200 5700 5200 4700 4200 3700 3200 2700 2200 1700
CT
矿热炉变
动力变
某企业变电所主结线图
中压补偿
110kV 10kV
35kV 6kV
110/10kV补偿
35/6kV补偿
中压补偿的基本模式结线图
低压补偿
35kV
35kV
35kV
变压器出口补偿
短网末端补偿 变压器出口、短网末端同时补偿
在低压侧补偿的几种结线方式
110kV 20MVA
5MVA
10kV
典型的无渣法与有渣法冶炼基本反应
硅铁合金（无渣法） SiO2 + 2C ＝ Si(Fe) + 2CO
锰硅合金（有渣法） （ MnO2 ） + （ SiO2 ） + 6C ＝ MnSi + 6CO
还原剂 —— 焦炭、兰炭、木炭 能 量 —— 电能
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