16、崔先云.浅谈30MVA高硅锰硅合金矿热炉参数选择 (2)

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由于上述四者都影响着电压系数的大小,故从变压器视在功率直接求得工作电压时,误差常较大。
3.2电极直径的讨论
电极直径是一个比较重要的参数,因为电炉炉型尺寸基本上由其按比例得出,最早和最基本的确定电极直径的方法,是核算其断面的经验电流密度。在电炉设备事故中,电极出问题对冶炼的影响最大,正确选择电极直径十分重要,电流密度过大,电极过早烧结,电极温度过高,容易产生硬断,而且使铜瓦和电极接触不好,电极发红、电极上的电损增大,电极上的压降增加,有效相电压降低。电极电流密度过小,电极烧结不好,电极温度过低,电极干燥不好,易造成电极软断或漏糊、铜瓦夹不紧电极,电极易下滑。
4参数选型与效果分析
五矿湖铁从上世纪八十年代率先引进德马克30MVA锰硅合金全密闭电炉开始,到2014年陆续租赁内蒙古化德县3×30MVA锰硅合金矮烟罩电炉,经过对引进设备的不断消化与吸收,并对租赁设备进行改进,使之逐步适合高硅锰硅合金的生产。表2列出了不同电炉的实际参数对照情况;图1、2所示为金鑫厂(101#炉)高硅锰硅合金生产数据对照。
图1合金(渣)成分折线图
图2炉渣碱度折线图
从Ⅰ、Ⅱ期的指标数据显示,随着炉渣SiO2含量增加(碱度降低),电炉的二次电压应同步增加。由于在普硅生产时,二次电压就已经用到1级(最高档,225V),为适应设备既有条件,我们控制高硅锰硅合金炉渣碱度R3≤0.7,属稳定的酸性长渣型。
T=0.033d+0.8
其筋片数及宽度,同于一般电极壳,筋片厚度不超过3㎜为宜,核算其断面理想电流密度时,应不超过2.4~3.0A/㎜2,这种厚壳电极的最大载流量可达I=0.006d2
3.3极心圆直径讨论
极心圆直径是电炉几何参数中的重要参数,特别是连续式冶炼电炉,在一定条件下,极心圆直径影响坩埚区的大小,它和二次电压共同决定坩埚的容积。极心圆选择合适,可使反应区(坩埚)扩大,热量分布合理,热量利用好,冶炼效果就佳;否则,极心圆过小,热量集中于炉心,电极难以下插,热量损失大,炉膛坩埚小,炉况恶化;极心圆直径过大,炉心热量不集中,三相坩埚距离缩小而不能连起来,使炉内总反应区缩小。
2.6~3.0
6.5~6.8
2.5~2.8
锰硅合金
6.2~6.6
5.5~7.0
2.6~3.0
6.4~6.7
2.4~2.8
75%硅铁
6.0~7.5
6来自百度文库0~7.0
2.4~2.5
5.5~6.2
2.1~2.4
45%硅铁
2.5~2.6
5.7~6.5
一步法硅铬合金
6.6~7.0
6.5~7.0
2.5~2.6
6.2~6.4
AbstractThis paper presents the calculation method of several electric parameters of large HIGH SILICON SILICOMANGANESE furnace and the inner relation. It is pointed out that the correct selection of the two voltage is a prerequisite for good SMELTING HIGH SILICON SILICOMANGANESE, electrode through digestion and absorption and large electric maintenance of introducing advanced technology, and choose the suitable slag type, guarantee the normal operation of large capacity FURNACE SMELTING HIGH SILICON SILICOMANGANESE, achieves the desired effect.
浅谈30MVA高硅锰硅合金矿热炉参数选择
崔先云
(五矿(湖南)铁合金有限责任公司 湘乡 411400)
摘要介绍了大型高硅锰硅合金矿热炉几种电炉参数的计算方法及内在关系。指出了二次电压的正确选择是冶炼好高硅锰硅合金的先决条件,通过消化吸收和移植引进大电炉的电极维护先进技术,并选择合适的炉渣渣型,保证了大容量电炉冶炼高硅锰硅合金的正常运行,达到了预想效果。
D1/㎜
Φ4200
Φ3700
Φ4200
Φ4400
Φ2700
Φ4200
D2/㎜
Φ9500
Φ9500
Φ9800
Φ9960
Φ6100
Φ9200
H/㎜
3640
3640
3800
3860
2300
3500
D炉壳/㎜
Φ11500
Φ11500
Φ11800
Φ11960
Φ9000
Φ11500
H炉壳/㎜
5900
5900
5900
炉膛和电极间距小,炉膛壁寿命短;电极-炉料-炉壁回路电流增大,反应区靠近炉壁,热损失增加,炉况恶化。
在选择炉膛深度时,要保证电极端部与炉底之间有一定的距离,炉内料层有一定厚度。合适的炉膛深度能减少元素的挥发损失,充分利用炉气的热能,使上层炉料得到良好的预热。炉膛过浅,料层薄,炉口温度高,炉气热量不能充分利用,热损失大,情况严重时会出现露弧操作,使热损失和元素挥发损失增多,难以维持正常操作。
2.14日产量
=120.5(t/d)
2.15高硅锰硅矿热电炉实际尺寸示例
表2高硅锰硅合金矿热炉设备主要参数
项目
计算值
湖铁本部
金鑫厂
北辰厂
三美国际
旭峰新创
炉型
全封闭
全封闭
矮烟罩
矮烟罩
矮烟罩
全密封
Ps/MVA
30
30
30
30
12.5
30
U1/kV
110(低补)
35(高补)
35(低补)
110(低补)
35(高补)
(4)核算电极壳断面理想电流密度,以不超过5~6A/㎜2为原则。假定电极壳理想电流密度为全部电极电流均通过电极断面时的电流密度。
对于上述原则选用的电极壳,人们通过实践提出了三个有代表性的电极最大载流量公式:
(1)I=0.02d1.7
(2)I=0.0315d1.6
(3)I=C·d1.7K0.5
上三式中,I——电极电流(kA);d——电极直径(㎝);C——电极负荷系数;K——电极交流附损系数。
3.4炉膛内径尺寸讨论
炉膛尺寸决定于冶炼铁合金品种、变压器功率、操作要求以及电炉机械化程度。炉膛尺寸对熔炼有很大影响,选择炉膛内径要保证经过电极-炉料-炉壁时所受的电阻大于经过电极-炉料-电极或炉底时所受的电阻。炉膛内径过大有以下坏处:电炉表面积过大,热损失大,还原剂损失多,死料层厚,电耗高,生产不顺利;出铁口温度低,出炉困难。
电极直径是矿热炉几何尺寸中最基本的参数。随着大电炉的发展,电极直径也相应增大,但电流密度受集肤效应和内外温差的限制,其值不断减少。则 =150(㎝)(j取值见表1)
2.4电极极心圆直径
极心圆直径是矿热炉几何尺寸中很重要的参数,在冶炼高硅锰硅合金时,它和二次电压(U2)共同决定坩埚的容积。电极心圆直径按下式计算: =4.05(m)(式中α取值见表1)
KeywordsSubmergedarcfurnace,High silicon silicomanganese,Plant parameter,Optimize, Result
1前言
矿热炉生产指标的好坏,与其参数的良好与否有很大关系。矿热一步法高硅锰硅合金是五矿湖铁近年开发成功的品种,为了打造成为公司的拳头产品,对获得的经验成功复制,我们以30MVA矿热炉为基础,对该冶炼品种的矿热炉参数进行了优化设计工作。
6370
4800
5900
3矿热炉主要参数讨论
3.1电炉工作电压讨论
二次电压的选择将直接影响电炉的热效率、能量分布、功率因数、电效率、电极插入炉料的深度等重要数值,并最终影响电炉的总效率和冶炼产品的单位电耗。
当使用 时为前苏联电压公式,它与安氏公式的关系如下:
首先,假定下列符号的含义:C——电极周边电阻(Ω·㎝),在此不用K表示,以区别;U线——变压器二次线电压;U相——变压器二次出线空载时对炉底的电压,简称空载相电压;U相效——有效相电压;i——变压器二次线电流;P——变压器输入视在功率;Δ——电极截面电流密度;D——电极直径;R——电炉的负荷电阻。推导如下:
2.5~2.8
高碳铬铁
7.0~8.0
5.5~6.5
2.5~2.7
6.3~6.5
2.5~2.8
电石
6.0~7.0
6.5~7.5
2.6~2.8
6.3~6.5
2.1~2.3
镍铁
11~13
3.0~3.5
3.3~3.6
10~11
2.8~3.1
2.2工作电流[2][3]
=95342(A)(按超载20%)
2.3电极直径
110(纵补)
U2/V
130.1-198.9-244.8
130.1-179.9-244.8
135-183-225
141-180-243
I2/A
87081
96250
94647
96232
d/㎜
Φ1500
Φ1500
Φ1500
Φ1550
Φ1050
Φ1500
j/A /㎝2
4.93
5.45
5.36
5.10
5.52
2.7电压电流比
即 2.287(mΩ)
2.8功率因数
低压补偿后cosφ=0.82
2.9有功功率
=24600(kW)
2.10极心圆单位面积功率
=1910(kW/㎡)
2.11炉膛单位面积功率
=320(kW/㎡)
2.12炉膛单位容积功率
=83(kW/m3)
2.13一般单位产品电耗
A=4700~5100kWh/t
2矿热炉参数的选择
以30MVA生产高硅锰硅合金的还原电炉模拟设计为例,从变压器视在功率进行计算,程序如下:
2.1工作电压(即变压器次级线电压)[1]
=218(V)(按超载20%)
式中:Ps——变压器视在功率(kVA);K——电压系数(见表1)
表1
冶炼品种
K
j
α
γ
β
高碳锰铁
5.9~6.6
5.0~6.0
①式适用于小电极(d=~100㎝);②式适用于中型电极(D=~150㎝);③式适用于大型电极(D=100~300㎝)
随着大电炉的发展,电极直径也相应增大,但大直径的平均电流密度受趋肤效应及内外温差限制,其值不断减小,将引起采用更大直径的电极,但电极直径多大,降低电炉热效率、也降低其功率因数,因此,可采用加厚电极壳办法,其厚度可用正式近似表达:
关键词矿热炉高硅锰硅合金设备参数优化效果
SIMPLE DISCUSSIONTHEPARAMETERSELECTIONOF30MVAHIGHSILICON SILICOMANGANESEARCFURNACE
Cui Xianyun
(Minmetals(Hunan)Ferroalloy Co.,Ltd.,XiangXiang 411400)
由于在壳内的电极糊未充分烧结前,其电阻很大,因而铁壳暂时担负了传导电流的任务。一般对其有关尺寸可由下式决定:
(1)铁壳的最小厚度
T=0.008d+0.8
(2)铁壳内部筋片数
N=0.08d(四舍五入,取整数)
(3)筋片宽度
W=(0.023~0.30)d
以上三式中:d——电极直径(㎝);T——铁壳厚度(㎜);N——壳内筋片数。
目前国内冶炼高硅锰硅合金的电炉参数可以说差异明显,就如何提高硅的回收率问题上,大家想过很多办法,但碍于设备方面的制约,效果不佳。
就矿热炉参数的计算程序大体有以下两种:第一种程序是,从已知的变压器视在功率出发,决定其二次电压及电流,进而确定电极直径尺寸。第二种程序是,从电炉实际需要的操作电阻出发,进而确定其电极电流、电极直径等。前者出现较早、计算简单,后者出现较晚、计算较繁。本文在获得理想生产效果的情况下,通过实践数据来验证计算的准确性。
已知等式: ① ② ③
已知安氏公式为C=πDR④
将①②两式代入④并整理得 ⑤
将③代入⑤并整理得
而 是已知的,故工作电压
此式即为前苏联电压公式,并且表明前苏联电压公式中的电压系数并非常数,而可分解为
具体到高硅锰硅合金产品,它与普通锰硅合金冶炼相比,入炉的硅石、焦炭用量加大,前者电阻常数增加、后者电阻常数减小。当电阻常数大(即炉料增加硅石占主导)时,电压系数可取大些;反之,当电阻常数小(即炉料增加焦炭占主导)时,电压系数应取小值。此外,功率因数及电效率低时,电压系数也可取得大些,这后一种情况是我们不希望的。
2.5炉膛直径
选择炉膛内径要保证电流经过“电极——炉料——炉壁”时所受的电阻大于经过“电极——炉料——电极或炉底”所受的电阻。炉膛直径按下式计算: =9.90(m)(式中γ取值见表1)
2.6炉膛深度
在选择炉膛深度时,需保证电极端部与炉底之间有一定距离、炉内料层有一定厚度。炉膛深度按下式计算:H=βd=2.7×1500=4050(㎜)(式中β取值见表1)
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