關(guān)于礦熱爐運行的概述

1、關(guān)于礦熱爐運行的概述礦熱爐的電氣特性（一）電爐參數(shù)特性曲線簡介12.5012.525507543 S6 130170210 2SO 300F面以某廠12500KVA礦熱爐為例作出特性曲線見附圖1 。9.256.5.25uu1.65L h申 an “ l一附圖獻熱燈的tH氣if寺性曲線根據(jù)電爐的電極電流與電爐的有功功率與其它電爐參數(shù)做出的特性有：1、電爐有功功率（特性曲線2）；2、入爐有效功率（特性曲線3）；3、電爐功率因數(shù)（特性曲線5）；4、設(shè)備損失功率（特性曲線4）;1、電爐參數(shù)特性曲線簡介2、電爐的等效電路及其特性（二）礦熱爐等效電路及其特性以上特性曲線可以在運行中予以在線測試而繪制，也可

2、以通過計算機的人機界面打印曲線圖分析出。1、 電爐的視在功率特性曲線1 :它是隨著負荷電流的增加而成直線上升。2、 電爐有功功率特性曲線 2:電爐有功功率的消耗包括：變壓器繞組電阻與電抗、短網(wǎng)阻抗、電極以及電爐爐內(nèi)各參數(shù)阻抗的總和，見圖一圖一、礦梆爐零效電路3、電爐入爐有效功率特性曲線 3 :它僅包括除變壓器、短網(wǎng)和電極以夕卜的爐體內(nèi)部的電阻，即圖一b)中的Rf (因為爐內(nèi)爐料電阻隨著爐溫的升高而不同程度的降低，所以它實際上是一個可變電阻負載)這部分的電阻的功率轉(zhuǎn)換才是礦熱爐爐內(nèi)需要的有效功率。3、電爐參數(shù)的合理選取4、電爐的功率因數(shù)曲線 5:它隨著電爐負荷的增加亦是呈下降的趨勢，而且負載電流

3、越大(尤其是 負荷超出變壓器及其短網(wǎng)設(shè)備的允許值)，功率因數(shù)越低。5、設(shè)備損耗功率曲線 4 :它是隨著負荷電流增大而增大，這部分功率損耗應(yīng)保證盡可能小。在礦熱爐運行中，對電爐生產(chǎn)指標影響最為不利的是短網(wǎng)及電極感抗參數(shù)，所以采用什么樣的電氣參 數(shù)以及如何運用它將是我們必須注意的問題(1)視在功率特性曲線 1變壓器視在功率：S=由此計算出的12500KVA電爐變壓器技術(shù)參數(shù)見表1表112500KVAfe變壓躊銘牌數(shù)擁電莊緩暫:KVA發(fā)比電流(A)電圧CKV)電涼(A)11260(!20G3512 勺G160206220G40061642133125DC235354510B1602 I； u4125

4、002363546243150224&125002D636474801622302DG354O4JG1432347125002363S146g. i3125Q02D6藥5046 91432459125002U6352155014025010120020G站52G79137111222623235526701342611211S6019735526791312671911697355267912S2T3141 WS71S93652fi7 &1262781G1133610735E2C79124232Hl1115J134351?2871 ?1115(1102351?121 ri10仍ni355267

5、9120jo-；W73S3552679116(2 )電網(wǎng)輸入電爐系統(tǒng)有功功率特性曲線2它是礦熱爐總的吸收有功功率，包括電爐變壓器、短網(wǎng)、電極、電爐爐內(nèi)所有功率消耗：P有功=COS(3) 電爐爐內(nèi)做功有效功率特性曲線3:P有效=P有功-P損耗。(4) 設(shè)備損失功率P損特性曲線4:P 損=I2 Z=I2 (Z1+Z2)從圖一中可以看出，變壓器、短網(wǎng)以及電極的阻抗越小，負荷電流越合理，設(shè)備損失功率就越小，隨 著負荷電流越不合理(單一超負荷運行)，設(shè)備損失功率就越大。(5) 電爐功率因數(shù) COS)特性曲線5:COS它更是隨著負荷電流的增加而下降 ，因為COS =P有功/S,負荷電流越大，變壓器視在功率

6、 S呈直線 上升，而電網(wǎng)輸入給電爐系統(tǒng)的有功功率P有功卻在超負荷運行中呈下降趨勢。(三) 電爐特性參數(shù)的合理選取我們認為：要想礦熱爐取得好的技術(shù)經(jīng)濟指標，必須從以下方面入手：1、正確使用負荷電流。負荷電流仍然是許多使用礦熱爐生產(chǎn)廠家用以控制的主要技術(shù)參數(shù)，但全國大多數(shù)企業(yè)一般以滿負荷甚至超負荷運行來使用礦熱爐，這就帶來許多問題：（1）、降低變壓器使用壽命：當(dāng)負荷電流超過變壓器允許范圍，其繞組會在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生過度發(fā) 熱，線圈銅損急劇增大，油溫升高，繞組絕緣老化甚至燒毀而發(fā)生事故。（2）、嚴重的超負荷運行會造成燒壞短網(wǎng)中的銅母線（或水冷電纜）、電極硬斷和銅瓦打弧等事故。在冶煉周期整個過程，應(yīng)根據(jù)

7、 爐況”采用 三階段”操作法，即 冶煉初期”（剛出完上一爐鐵水又在本爐 已加滿爐料前提下）滿負荷運行，以便達到爐內(nèi)電熱反應(yīng)的還原過程的目的，這階段運行時間大概要占整 爐的6580%時間；冶煉后期”主要指爐內(nèi)還原反應(yīng)（化料）基本完成，主要以保溫為主，所以只能以 額定負荷的7585%左右運行，這段時間約占整爐的1520% ;出爐”階段，隨著鐵水的流出，負荷電流明顯減少，為了鐵水的順利出爐，必須深插電極以促使產(chǎn)品順利出爐，這段時間占整爐的10%。2、合理選擇二次電壓電極的合理插深，與電極極心圓電壓有密切的關(guān)系。電壓太高，電極之間的弧光半徑過大，爐內(nèi)弧光 交叉，電極會上抬，熱損失大，爐內(nèi)溫度低；電壓太

8、低，爐內(nèi)弧光半徑過小，三相電極之間難以溝通，電 極又容易插深過度，于爐底不利。所以要根據(jù)電網(wǎng)電壓及爐況調(diào)整二次電壓，保證電極合理插深。即：礦熱爐的控制必須選擇正確的參數(shù)予以控制調(diào)節(jié)。三、礦熱爐的控制礦熱爐爐內(nèi)等效電路可以從圖一的負載支路Rf看出，它實際上構(gòu)成”星三角回路”，見圖二。礦熱爐爐況正常時，組成電爐主電路的是電極工作端至熔池的爐內(nèi)參與反應(yīng)的爐料電阻和電弧電阻， 即圖二中的Ran、Rbn、Ren組成的 星形回路”，此部分電阻值是電極工作端下部高溫熔化下的爐料電阻 及電弧電阻組成的，其值是很小的。生產(chǎn)中應(yīng)盡可能保證從操作上來滿足星形回路的功率輸入，而功率調(diào) 節(jié)的控制參數(shù)就是以此主回路的負荷

9、電流為參量的。參與電極之間功率轉(zhuǎn)換的支路為由Rab、Rbe、Rea組成的三角形回路而構(gòu)成。這部分的阻值很大，因為它是爐內(nèi)熔化層上部生料層的爐料電阻，溫度低，阻 值大。只有少量靠近坩堝上層的爐料參與還原反應(yīng)，因此，該部分的負荷電流數(shù)值很小，一般不考慮參與 功率控制。礦熱爐控制方式很多，隨著電爐容量主要有以下幾種，簡介如下：1、早期小容量電爐的人工控制：是用繼電器-接觸器系統(tǒng)控制卷揚系統(tǒng)調(diào)節(jié)電極的升降，達到功率調(diào)節(jié)的目的；而電極壓放更是采用人工松緊水套螺栓的原始方法。這種控制造成工人勞動強度大，工作效率 低；而繼電器-接觸器控制系統(tǒng)又因控制參數(shù)單一，自動化程度低不能達到功率平衡調(diào)節(jié)的目的，將逐步淘

10、 汰。2、PID功率調(diào)節(jié)器控制圖三是礦熱爐電極功率調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)框圖PID調(diào)節(jié)器由電弧電流及電壓的測量回路、調(diào)節(jié)器、功率放大環(huán)節(jié)、速度反饋、電動機、減速機械等 組成。電流和電壓信號經(jīng)過測量回路后，分別轉(zhuǎn)換成直流電流和直流電壓信號與給定值進行比較。實際測量 信號與標準信號的差值信號通過調(diào)節(jié)器進入功率放大環(huán)節(jié)進行功率放大，放大了的信號來控制電動機通過 機械傳動機構(gòu)使電極上下移動，從而調(diào)節(jié)電弧長度，維持電弧電流和電壓在設(shè)定值上，達到功率調(diào)節(jié)的目 的。當(dāng)對電路分段線性化完成后，我們就對礦熱爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)這樣的非線性系統(tǒng)的控制就轉(zhuǎn)換成對分段 線性化系統(tǒng)的控制。3、礦熱爐電極壓放控制礦熱爐許多產(chǎn)品的電極是自

11、焙燒電極，在冶煉中不斷消耗，所以需要經(jīng)常壓放。電極是通過上下卡環(huán)及液壓缸的順序動作下放的，見圖四。動作順序是：松上環(huán)-升立缸（提上環(huán)）-緊上環(huán)-松下環(huán)-降立缸（壓下電極）-緊下環(huán)。電極壓放應(yīng)遵循勤壓、少壓”的原則，以保證電極的正常焙燒速度和電極工作端長度。壓放時機的選擇主要有 定時壓放 和 根據(jù)電流的平方定時累加 ，有時靠爐前操作工根據(jù)爐況來決定 壓放的時機。實現(xiàn)壓放的控制機構(gòu)有 人工控制按鈕 、 順序控制器 和 可編程序控制器 幾種方式。 人工控制很難做到及時準確，又往往難以掌握壓放時間而造成壓放長度過大，電極斷裂的事故。所以 建議少用。 順序控制器 是一種機電式繼電器，按照已定的控制規(guī)律設(shè)

12、定的繼電器 -接觸器 控制裝置。PLC 開關(guān)量控制：是一種將壓放過程按先后步驟編制程序（ LAD ）后對電極進行自動壓放。只要提 高壓放量精度，這種控制方式是當(dāng)今及以后控制方式的理想控制裝置。4、礦熱爐的配料控制礦熱爐的配料控制包括 上料和稱量 兩個環(huán)節(jié)。上料控制包括爐頂各個料倉的順序控制，它根據(jù)各料倉的料位信號，過低時發(fā)出要料信號使相應(yīng)的膠 帶機運轉(zhuǎn)，向料倉裝入所需爐料。稱量控制包括配料、稱量、補正控制以及配料后的運輸控制。在微機配料秤里存儲配料公式。當(dāng)操作者選定配方后 ，就發(fā)出信號給配料控制系統(tǒng) ，控制系統(tǒng)將按照微機配料秤的控制信號對各料倉 、 振動給料機、斗式提升機和膠帶機進行程序控制，

13、配料秤對各稱量斗進行設(shè)定，先以粗給料速度給料，當(dāng) 稱量達到配方要求的 95% 時，自動變?yōu)榧毥o料速度給料，直到料重達到設(shè)定值。在稱量過程中，由于料斗 中的粘料等因素，使設(shè)定值與實際值產(chǎn)生偏差，系統(tǒng)將把這一誤差存儲起來，在下一稱量周期中補回這一 誤差重量。此外，由于焦炭含有水分，必須折算為干焦量。焦炭水分可用中子水分計測定焦炭水分，并有微機補 正這一數(shù)值 ，以保證配料準確， 給料過程結(jié)束以后 ，將打印一份料批關(guān)于配料時間、 爐料成分 、實際重量、 料倉編號、電爐編號等內(nèi)容的報告。5、過程計算機控制 現(xiàn)代鐵合金廠全廠控制流行分層次控制。作為設(shè)備級控制的儀表及電控系統(tǒng)被稱為基礎(chǔ)自動化級，作 為監(jiān)控用

14、的電子計算機則稱為過程自動化級。過程自動化的主要功能有：（1）配料計算及其數(shù)學(xué)模型。（2）爐內(nèi)碳平衡控制。除了在配料中精確計算焦炭量外，還必須動態(tài)控制爐內(nèi)焦炭狀態(tài)，在線測量炭量，以作為控制炭量的 依據(jù)。入爐炭量減去爐氣帶走的炭量就為在爐炭量。（3）數(shù)據(jù)顯示。主要顯示工藝參數(shù)的設(shè)定值、實際值以及全廠（車間）的工序流程圖、設(shè)備狀態(tài)及 事故報警、生產(chǎn)趨勢和歷史數(shù)據(jù)等。（4）技術(shù)計算。計算各項生產(chǎn)指標，在爐鐵合金量和渣量等。（5）數(shù)據(jù)記錄。打印班報、日報、月報以及事故記錄等。（6）技術(shù)通訊。與生產(chǎn)管理機相連，進行通訊，與總廠的管理機數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?前述的電極功率調(diào)節(jié)的系統(tǒng)控制，是礦熱爐中常用的可編程序控

15、制器來實現(xiàn)的。而現(xiàn)代大容量的礦熱 爐綜合應(yīng)用了工業(yè)計算機、可編程序控制器-工控機 - 工業(yè)以太網(wǎng)等相應(yīng)的技術(shù)功能，利用控制參數(shù)電極電流、 有效相電壓 、 爐內(nèi)阻抗 等等綜合計算，除了找出附圖 1 的最佳有效運行區(qū)間達到電爐的設(shè)計效果 外，還將整個工廠各環(huán)節(jié)的附屬車間的諸如附屬參數(shù)（冷卻水的流量、壓力、溫度、液位；還有煙氣凈化除塵后的各項環(huán)保參數(shù)等等）隨機控制、顯示打印出來。PLC-2J1uu某廠27000KVA礦熱爐計算機應(yīng)用系統(tǒng)框圖見第9頁中的附圖2附圖1的A-B-C-D區(qū)間就是功率調(diào)節(jié)需要找出的最佳運行區(qū)間：從”電爐功率”的角度來看，該區(qū)間是在額定功率的 85%115%范圍內(nèi)運行，從圖中可

16、以清楚的看出： 此區(qū)間的入爐有效功率 P有效最大，是礦熱爐功率調(diào)節(jié)的理想運行區(qū)域。四、礦熱爐功率損耗及無功補償淺談1、礦熱爐的功率損耗大家知道，要想取得理想的技術(shù)經(jīng)濟指標，則必須找出影響技術(shù)經(jīng)濟指標的不利因素并加以預(yù)防，對 于礦熱爐這樣的耗能大戶更是如此。礦熱爐因其短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、爐內(nèi)還原反應(yīng)牽涉的因數(shù)眾多 、負荷電流多達幾萬安培，所以由電抗（感 抗）、電阻引起的功率損失可觀，而感抗的存在又會引起用戶的功率因數(shù)過低，不僅要付供電部門的罰款，又限制了供、配電設(shè)備的能力。某些電爐的”超負荷運行方式更加深了上述弊病。礦熱爐功率損失主要由以下幾個方面構(gòu)成：（1 ）變壓器：變壓器的功率損失主要是銅損P

17、變=l2Rt,它隨著負荷電流的增加而急劇增長，加大有功功率損耗，可見為了片面追求某些指標而忽視重要的方面是得不償失的。當(dāng)然，變壓器是一個電感性負載，由它引起的無功損失亦是不容忽視的。（2 ）短網(wǎng)：自變壓器低壓出線到電極均算作短網(wǎng)（也有將變壓器、電極亦計為短網(wǎng)范疇），短網(wǎng)的 這部分由于處于大電流引起的強磁場中，因而感抗大引起的無功消耗大，是引起電爐功率因數(shù)降低的主要 原因，這部分包括水冷補償器、矩形或管型硬母線、軟電纜或水冷電纜等。因之，要求母線段有足夠的橫 截面積（合理的電流密度）和電流向量正負交錯以達到感應(yīng)磁場相互抵消作用的規(guī)范布局。（3）軟電纜：這部分是由電流向量正負互相交錯轉(zhuǎn)為到各相電極

18、的線路，單位磁場大。現(xiàn)在一般采 用水冷電纜來降低溫度引起的熱效應(yīng)。管由它引起不小的感抗，但它的電阻卻占了整個短網(wǎng)更大的比例，弓I起的功率損耗一般占整個短網(wǎng)的一半表二 12500KVA礦熱爐短網(wǎng)參數(shù)以上。電爐培妁皿武相短糊兼絨圓理，二屯根矩形珂戟家，屯根上三帯莖操號賀陌富皤軍id12500二抄,電宦Wun（耕宅耳底1電挾電陶10J%)1(JJP損 gVJ恵網(wǎng)1 36230 22210051 1512變醫(yī)需到固龍朱電0 1983 3S0 115 37&較屯磯到集屯環(huán)14624.60 062.7112 93.71 321 90 04332 12102勺卡手與電相聞橫耐1t 1619 651 45573豬344 4477駅計1002 04S100443.S100 2険電瀟g| -4SO0D礦熱爐短網(wǎng)各個部位的相關(guān)參數(shù)見表二（以12500KVA電爐為例）。從