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1、第三章 矿热炉(Submerged Arc Electric Furnace),铁合金生产三要素矿热炉主体设备组成炉用变压器与短网设计要点电极系统不同冶炼模式的矿热炉,1,铁合金生产三要素,大酒店（饭店）,铁合金厂,2,铁合金冶炼设备认识的几点误区,3,万能炉（适用于产品改炼）单纯追求高功率因素（有效利用变压器，节电）长期超负荷运行（30%）,4,（1）炉用变压器（2）短网系统（3）电极系统（4）炉体部分（5）水冷系统（6）加料系统（7）除尘系统,矿热炉主要设备组成,5,1-高压母线；2-油开关；3-电炉变压器；4-高压线圈；5-低压线圈；6-铁芯；7-铜排；8-软电缆；9-导电铜管；10-铜
2、瓦；11-电极；12-炉衬；13-熔池,矿热炉主体设备示意图,6,普通矿热炉设备示意图,7,1-炉衬；2-炉壳；3-炉盖；4-旋转机构；5-把持器；6-电极；7-加料系统；8-电极升降压放装置。,封闭式旋转电炉断面图,8,1 高压母线 2 高压隔离开关 3 高压断路器 4 电流互感器 5 电压互感器 6 高压熔断器7 电力电缆 8 炉用变压器,铁合金冶炼炉的供电系统,10,炉用变压器与短网设计要点,(1)矿热炉用变压器的特点(2)短网布置与导电体界面积选取原则(3)关于低压补偿技术简介,变压器原理,变压器的变比：,式中：N1高压线圈的匝数；N2低压线圈的匝数,11,矿热炉炉变二次电压调压方式,
3、矿热炉变压器在制造行业称作特种变压器，与电力变压器不同的特点是：电力变压器的二次电压恒定，一次电压随电网波动调整；矿热炉变压器是一次电压恒定，二次电压在一定范围内调整。,12,变压器感应电动势计算,式中：Am铁心截面积（cm2）Bm磁通密度（Gs）交流电频率（Hz）,（V）,13,变压器铁心计算,有效铁心截面积：,式中：,k铁心磁导率系数，武钢冷扎硅钢片20.5S单相变压器容量或1/3三相变压器容量（kVA）,（cm2）,14,炉变容量与变压器二次电压选择,前苏联A.C.米库林斯基的矿热炉变压器二次电压计算公式,式中：Ps视在功率kVA；Ku与铁合金产品及变压器容量相关的系数,用炉口导纳计算变
4、压器二次电压,式中：S”运行容量VA；RL炉口电阻；rw短网电阻,（V）,（V）,（西门子）,15,电极周边电阻系数（安德列系数）不同产品k因子不同，同一产品k因子是常数,电极功率密度,式中：P炉口有效功率kW,（kw/cm2）,炉变容量与变压器二次电压选择,16,直流电源内阻与灯泡电阻,17,炉子电压圆图,18,短网三种接线方式,19,a 三相变压器Y-接线b 三相变压器Y-接线c 三相变压器-接线d 三台单相变压器,Y,Y,短网基本计算公式,交流电阻公式：集肤效应系数公式：简化电感计算公式：,(H),20,式中：k0、k1、k2分别为交流电阻系数、集肤效应系数、邻近效应系数；Rz直流电阻；
5、导体电导率；0空气磁导率；Kr几何均距；20导体20时电阻率；t温升；电阻温度系数；l导体长度；s导体截面积。,21,短网平面布置图,22,短网立面布置图,a-x,b-y,c-z,三相变压器短网设计改进,23,二次短网设计与经济运行的关系,（1）用安全运行电流密度选择导体截面积（2）用经济运行电流密度选择导体截面积（3）克服集肤效应影响选择几何形状,24,短网截面选择的原则：,焦耳-楞次定律：Q=0.239I2Rt,矿热炉节电的技术措施之一 短网布置与导电体截面积选取,注：上述数据是按着圆柱体的几何形状计算的。,25,工频电流中的导体集肤效应,集肤效应深度,红色是电荷流过的截面，黄色是没有电荷
6、流过的截面。,26,国内部分企业短网运行情况调查汇总表,27,化工部短网节能电流密度选择规范,理论计算水冷却铜导体的电流密度选择在2.02.5之间比较合理,28,电极系统,矿热炉电极的分类电极把持器结构电极压放控制系统,29,矿热炉电极的分类,石墨电极采用石油焦为主原料，沥青和焦油作粘结剂，挤 压成圆柱状电极坯后，装入专门的石墨化电阻炉 内制成的（生产周期达34个月）；自焙电极将专用电极糊（soderberg paste）加入特制的钢质 电极壳内，在冶炼过程中自动焙烧硬化而成；碳素电极采用无烟煤和焦炭为主原料，沥青和焦油作粘结 剂，挤压成型的电极通过焙烧成形。,30,自焙电极烧结示意图,80,
7、200,800,1200,2000,31,自焙电极壳与筋片,自焙电极壳一般由1.253mm的薄钢板焊接而成，每节长约1m，在钢质圆筒内焊有68个筋片，其高度约为电极直径的0.20.35倍，筋片上开有三角榫或圆孔。自焙电极横截面上，钢板面积与碳素材料的面积之比（铁比）一般为1.3%左右，对大型电极，其值不超过1.7%。,32,自焙电极烧成过程在电极垂直方向上的变化,（1）构成电极的两种材料（钢、碳）的电阻与温度的影响关系是相反的，在电极烧成过程起互衬作用；（2）电极电流由主要通过电极壳和筋片过渡到全部通过烧成的碳素电极；（3）电极承受的重量由电极壳和筋片承重过渡到完全烧成的碳素电极承重。,33,
8、电极糊技术指标,注：THD-1，THD-2用于封闭电炉，也称封闭糊。其余各牌号用于敞开电炉，也称标准糊。,牌号,项目,34,自焙电极把持器,（1）径向大螺钉顶紧式把持器（2）径向油压环式把持器（3）锥形环式把持器（4）埃肯组合式把持器（取消传统铜瓦）,35,铜瓦结构示意图,a:1-安放导电铜管处；2-固定导电铜管螺栓装置处；3-U形冷却管；4-联紧螺栓凹形穴b:1-U形管;2-铜瓦本体;3-锥形块;4-绝缘云母,36,径向大螺钉顶紧式把持器,电极把持器简图 1-电极；2-铜瓦；3-顶紧螺栓；4-夹紧半环；5-导电铜管；6-吊筋；7-把持筒,37,径向油压环式把持器,38,锥形环把持器,39,4
9、0,锥形环把持器,油压锥形环1-电极；2-油压锥形环；3-铜瓦；4-油压拉力活塞拉杆,埃肯组合式把持器,埃尔肯标准型电极把持器 1-电极提升机构 2-电极压放装置 3-二次电流导线 4-接触装置 5-外罩,41,电极升降机构和压放机构,电极升降机构,电极压放机构,弹簧闸块式抱闸,机械传动卷扬传动，链轮传动,液压传动刚性连接，铰性连接,钢带式抱闸,42,机械传动电极升降机构,钢丝绳卷扬升降装置 1-电极 2-把持器 3-定滑轮 4-制动器 5-平衡锤 6-手轮 7-开式齿轮对 8-减速机 9-卷筒 10-电动机,43,液压传动电极升降机构,液压升降电极图 1-电极 2-导电颚板 3-锥形环把持器
10、 4-软铜带 5-集电环 6-电极护筒 7-电极升降油缸 8-下闸环 9-上闸环,44,电极压放机构,45,不同冶炼模式的矿热炉,1）矿热炉冶炼不同产品的所需温度和能量2）冶炼工艺与电热转换形式3）铁合金生产的三种冶炼模式,47,矿热炉内生成硅、锰金属的温度和能耗,=268990 183.5T(J/mol),=689860 361.38T(J/mol),（SiO2）+2CSi+2CO(2),（MnO）+C Mn+CO(1),T=1192 H=4890kJ/kg(Mn),T=1637 H=24637kJ/kg(Si),48,冶炼温度和入炉功率,冶炼温度,电弧热,电阻热,热等离子体 3103410
11、4 K（属低温等离子体；核聚变、激光聚变，属高温等离子体，106 108K）,焦炭层、熔体3103 K,功率密度维持反应温度的电能输入要求,49,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(MO)渣中+C M+CO 有焦炭层无渣法冶炼（Si系）电弧加热为主MO+C M+CO 无焦炭层,不同种类铁合金产品的理论电耗,51,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）,52,高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图（A型）,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,53,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,54,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,55,谢 谢！,56,
