Instrument Design



矿热炉总体介绍

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      矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉。主要由炉壳,炉盖、炉衬、短网,水冷系统,排烟系统,除尘系统,电极壳,电极压放及升降系统,上下料系统,把持器,烧穿器,液压系统,矿热炉变压器及各种电器设备等组成。

      根据矿热炉的结构特点以及工作特点,矿热炉的系统电抗的70%是由短网系统产生的,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,因此短网的性能决定了矿热炉的性能,正是由于这个原因,因此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0.7~0.8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,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,可以达到以下的效果:

     (1) 降低电耗5~20%

     (2) 提高产量5%~10%以上。

     从而给企业带来良好的经济效益,而投入的改造费用将可以在节约的电费中短期内收回。

     一、炉体的组成及对炉壳的要求

     炉体由炉壳炉衬和出炉口等组成。

     对炉壳的要求是:强度应能满足炉衬受热而产生的剧烈膨胀,适应炉衬热涨冷宿的要求而且力争节省材料和便于制造。

     二、炉盖的构造

     密封炉盖的炉盖以水冷钢梁作为骨架砌以耐火砖及耐火材料,炉盖顶部的三个电极孔主要是让三相电极把持器贯通炉内,并用绝缘材料使电极把持器与炉盖绝缘。炉盖上设有9个温度计插孔,用保护管插入耐火砖内。将温度计插入保护管内,可测量炉盖内炉汽温度。

     (1)电极把持器

电极把持器是矿热炉的核心设备,它是由导电装置、抱紧装置、压放装置、升降装置和把持筒、电极壳组成。电极把持器主要通过抱紧装置使铜瓦在适宜的压力下贴紧电机壳,保证从短网传来的大电流过集电环或无极电环的集电支承器、导电铜管经铜瓦传到电极上。我国目前的矿热炉装备水平差异较大,使用电极把持器类型较多。目前国内使用的电极把持器如果按照报紧装置的类型区分。有径向打螺钉禁式把持器、大螺栓夹紧式把持器、锥型环式把持器、组合式或标准组件把持器、波纹管式把持器等。

     (2) 把持筒

     把持筒是把持系统中的重要部件之一。把持筒又称电极外筒,用来悬吊电极把持器和电极,并在操作时能使第电极升降。

     导电装置

     传统的导电装置一搬包括集电环、导电铜管和铜瓦。

     集电环主要起均压作用,将电流集合起来,然后再分配给导电铜管,以使没跟电极上每块铜瓦的电流基本相等.铜瓦是将电能送到电极的主要部件。铜瓦用紫铜铸造,其内部有冷却水管,铜瓦与电极接触面允许的电流密度在0.9~2.5A/cm2范围内,铜瓦的高度约等于电极直径,铜瓦数量可根据每相电极的电流来计算。电极烧结带是整个电极强度的薄弱环节,铜瓦对电极的抱紧力为0.05~0.15MPa,接触压力来源于电极把持器。采用组合把持器的电极有助于改善电极烧结。

     (3) 电极升降装置

     电极升降装置使通过提升和下放电极以改变电极位置,调整电极电弧长度来调整电阻,达到调节电流大小的目的。电极升降速度大于下降速度视炉子功率不同而异,一般电极直径大于1m时电极升降速度为0.2~0.5m/min,小于1m时为0.4~0.8m/min。电极升降行程为2.1~2.6m.

     (4)短网补偿:

     短网是输送低电压、大电流电能的装置,为使他能将取自由电网的能量做有效地输入矿热炉,考虑配置合理的短网的结构形式、选择适宜的短网电流密度,对获得良好的电力运行指标、 节约有色金属用量具有很大的经济意义。短网的主要作用是传输大电流,故短网中的电抗和电阻在整个线路中占很大比重,足以决定整个设备的电气特性,因此必须满足下面几个基本要求。

     ①有足够的载流能力。

     ②尽可能降低短网电阻。

     ③短网的感抗值应足够小。

     ④有良好的绝缘及机械强度。

     优点:TSC型矿热电炉低压自动无功补偿装置是应用于工矿企业的低压大容量无触点动态无功补偿装置,有别于传统矿热炉高压补偿方式,其补偿点直接接入矿热电炉低压短网电极端,并根据实际工况动态无触点投入及切除补偿电容器组,在矿冶电炉各种工况情况下,向其提供适量的无功支持,从而提高系统功率因数,降低短网总电流,进而降低损耗,增加变压器有效出力。装置采用晶闸管器件实现过零投切,同时为保证在恶劣环境下工作寿命,在电流稳定后,投入接触器组替代可控硅工作,在保证长期稳定可靠工作的情况下实现了投切电容器无冲击、无涌流。此补偿装置性价比好,可适用于各种容量新安装的硅铁炉、锰铁炉、铬铁炉、电石炉等矿热电弧炉的低压自动无功补偿,不但可消除被加收的电费力率调整费,而且能降低短耗,提高产量。

     (5)低压补偿

低压无功补偿为基础的矿热炉电能质量优化,能减小矿热炉变压器低压侧无功在流经低压侧的损耗,而低压侧是大电流的系统,损耗较大,节约的能耗比较显著,同时流经高压侧的无功总量明显减小,一次侧计量点上无功功率的幅值也大幅度减小,也降低了高压侧的消耗,这也是以低压无功补偿为基础的矿热炉电能质量优化能提高能效、降低消耗的根本原因。

低压补偿的特点:

     ①提高变压器、大电流线路的利用率,增加冶炼有效输入功率。

     ②进行不平衡补偿,改善三相的强、弱相状况。

     ③降低高次谐波值,减小变压器及网路附加损耗。

     对低压补偿的技术要求:

     ①电容器的选择。

     ②谐波因素。

     ③放电选择。

     ④集成工艺。

     (6)无功补偿方法

     补偿作用只能使接入点之前的线路、供电系统电网一侧受益,满足供电系统对该负荷线路功率因数方面的要求,而矿热炉的变压器绕组、短网、电极的全部二次侧地电压、大电流回路的无功功率得不到补偿,即设备不能得到矿热炉产品产量提高和电耗、矿耗降低的利益回报。