礦熱爐功率補償技術的探討報告人：儲少軍北京科技大學鐵合金研究所二00九年十一月廈門報告內容礦熱爐補償技術發展的幾個階段礦熱爐低壓(二次側)補償中的技術問題如何利用好就地補償技術——大型礦熱爐自動控制基礎之一

幾類補償方式高壓補償早期鐵合金礦熱爐的補償方式中壓補償低壓補償近些年來在鐵合金行業逐步得到認同，但仍存在一些爭議

高壓補償礦熱爐變動力變110kV10kVCT某企業變電所主結線圖

中壓補償110/10kV補償35/6kV補償110kV6kV35kV10kV中壓補償的基本模式結線圖低壓補償變壓器出口補償短網末端補償變壓器出口、短網末端同時補償35kV35kV35kV在低壓側補償的幾種結線方式升壓補償的主結線圖3000kvar1800kvar110kV20MVA5MVA礦熱爐10kVBbc電容補償的基本原理電容器并聯補償原理圖（秦曾煌主編電工學P146）RLCiLiicir補償前：功率因數，線路電流（即負載電流）為

補償后：功率因數,線路電流為補償前后功率因數、電流的變化但負載電流不變，因為所加的電壓和負載參數沒有改變。當電壓一定時，功率因數提高，增加了線路輸送有功電流的能力供電部門要求用電單位的功率因素必須達到

的含義是指提高電源或電網的功率因素，而不是指提高某個電感性負載的功率因素。因此，負載的有功功率沒有變化，但由于線電流變小，減少了線路的功率損耗。電力部門要求補償的意義CTPT爐膛供電網絡110KV變電站變壓器110/35電爐供電網35KV電爐變壓器一次側35KV二次側（100-200V）電爐冶煉短網系統（低電壓大電流）水冷電纜電極系統Cos=？Cos=？礦熱爐低壓補償冶煉系統電氣圖需要討論的幾個問題搞補償節電了嗎？二次補償比一次補償好嗎？如何利用好就地補償技術？補償技術節電的含義

靜態補償3w~5w/kvar電容補償的電力消耗：動態補償10w~15w/kvar供電部門對用電企業要求:

，否則罰款——節省電費礦熱爐熔煉特性參數的優化——節電礦熱爐電熱冶金的基本原理MOx+xC=M+xCOΔGθ=ΔHθ-ΔSθTΔG<0反應自發進行要求爐內達到一定的反應溫度T開ΔH—焓變（礦熱爐內ΔH

>0,吸熱反應）維持爐內反應溫度，需要提供電能kwh礦熱爐內生成硅、錳金屬的溫度和能耗=268990－183.5T(J/mol)=689860－361.38T(J/mol)

（SiO2）+2C＝[Si]+2CO(2)（MnO）+C＝[Mn]+CO(1)T=1192℃?H=4890kJ/kg(Mn)T=1637℃?H=24637kJ/kg(Si)16不同種類鐵合金產品的理論電耗鐵合金冶煉的幾個重要概念有渣法冶煉無渣法冶煉不是指最終產物有無渣而言，而是指冶金反應的機理（或形式）碳熱還原電熱還原不是指有無還原劑（碳）參與反應，而是指冶煉過程所需能量的來源

典型的無渣法與有渣法冶煉基本反應硅鐵合金（無渣法）

SiO2+2C＝Si(Fe)+2CO錳硅合金（有渣法）

（

MnO2）+（SiO2）+6C＝MnSi+6CO

還原劑——焦炭、蘭炭、木炭能量——電能冶煉工藝與電——熱轉換形式冶煉模式

電熱——轉換形式有渣法冶煉（Mn系、Cr系）電阻加熱為主(MO)渣中+CM+CO有焦炭層無渣法冶煉（Si系）電弧加熱為主MO+CM+CO無焦炭層冶煉溫度和入爐功率冶煉溫度電弧熱——電阻熱——熱等離子體3×103——4×103K（屬低溫等離子體；核聚變、激光聚變，屬高溫等離子體，106——108K）焦炭層、熔體<3×103K功率密度——維持反應溫度的電能輸入要求

鐵合金生產的三種冶煉模式要求能量在渣層放出的埋弧和熱爐口操作（A型）要求能量集中在反應區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熱爐口操作（煉鋼爐）二次補償技術為什么會產生不同效果？

高碳錳鐵、高碳鉻鐵、硅錳合金礦熱爐爐膛結構示意圖A型松散的燒結料；2.軟熔帶；3.渣焦混合物；4.焦炭層；5.渣層（有焦炭）；6.渣層；7.金屬；8.死料區；9.電極碎塊；10.電極；11.碳磚；12.出渣口；13.出鐵口

硅鐵及硅鐵合金爐爐膛結構的示意圖B型

1－預熱區；2－燒結區；3－還原區；4－電弧區；5－熔池區；6－假爐底；7－死料區；8－電極；9－爐襯；10－出鐵口鎳鐵合金礦熱爐(熔分爐)爐膛結構示意圖

遮弧冶煉過程電渣冶煉過程

負載性質對變壓器外特性的影響二次側補償的意義——提高入爐功率

有渣法冶煉礦熱爐內配熱系數的重要性爐料配熱系數操作電阻R與C之間的關系式中：—熔池內通過電極端部流經熔池底電流與輸入的總電流之比；

—熔渣的電導率，mS/cm；

—焦炭電阻率，mS/cm；

—焦炭層厚度，mm；

—焦炭粒度，mm。

與配熱系數有相關的爐內電流分配的冷態模擬有渣法冶煉電流分配的冷態模擬結果通過調整電極插入深度通過調整溶液電導率

有渣法冶煉中爐料中Al2O3含量對生產的影響———中信錦州鐵合金廠的工作結果煉鋼電弧爐hr1，x1r2，x2R

=Rh0X=contU2礦熱爐運行電氣參數的調節方式r1，x1r2，x2X

=X0R料

=contU2h短網形式不同的電感變化硅鐵、工業硅爐冶煉工藝

與運行電氣參數特點中間產物SiC，SiO的重要性電弧加熱——穩定性條件SiO2還原示意圖～1000K(料面)SiO2＋2C2SiO＋O22SiO2

2SiOSi+SiO2～1800KSiC和Si的生成3SiO＋CO2SiO2+SiC(SiO的分解)區SiO＋2CCO＋SiCSiO2＋3CSiC＋2CO～2100K

SiC的分解3SiO2＋2SiC4SiO＋2CO＋Si(SiO及Si生成)區硅鐵冶煉SiC的生成與破壞平衡過程爐料層：SiC的生成SiO2(s)+3C=SiC(s)+2CO(g)↑T≥1528.39KSiO↑+2C=SiC(s)+CO(g)↑放熱反應爐膛內：SiC的破壞SiC(s)+SiO(g)=Si(l)+CO(g)↑T≥2078.79K2SiC(s)+3SiO2(l)=4SiO(g)+2CO(g)+Si(l)SiC(s)+SiO2(l)=SiO(g)+CO(g)+Si(l)T≥2361.94KT≥2437.82K電弧過程才能滿足還原溫度要求硅鐵爐運行時的反應區

電弧加熱模式對補償的要求交流電弧穩定條件電弧電流I波形圖連續條件：Uh≤=Uhm/UmUh=2Uhm/π可求得電弧穩定燃燒的條件：（二次補償的范圍）電弧的形態電弧弧長——長弧，短弧（V）——電弧電壓——陰極區、陽極區電壓降之和——電位梯度煉鋼爐0.5~1.15V/mm

(金屬蒸汽增加，其值變小）?—電弧長度與硅鐵爐設備參數相關的因素電弧發熱量P=Uh·In（Uh是與弧長有關，電弧柱的電位梯度與電流大小無關。電弧電流In與電弧粗細有關）電弧越粗，越短，電弧越穩定；大電流、低電壓則電抗大，功率因數低。某企業72SiFe二次補償效果對比

標準日產量、標準電耗與功率因數關系曲線未投電容投電容

如何利用好就地補償技術礦熱爐參數的基本要求礦熱爐大型化引起的電氣參數變化特征補償技術與大型礦熱爐自動化控制的關系

礦熱爐參數設備參數熔煉特性參數電氣參數爐型參數電氣特性操作制度變壓器容量電極電流二次側電壓

爐膛直徑爐膛深度電極直徑極心圓大小功率因素相平衡操作電阻電極插入深度化料速度爐料透氣性礦熱爐參數研究內容二次側電壓選擇電極直徑極心圓大小產品種類入爐功率密度礦熱爐徑深比(D/H)的意義(三“大”的適用性)錳鐵爐中的CO預還原硅鐵爐中