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低频矿热炉生产优势研究

时间:08-27 来源:互联网 点击:

0 引 言
目前,国内矿热炉大都采用工频50 Hz交流供电。由发电厂送来的50 Hz高压交流电源,经过高压负荷开关送入电炉变压器,经变压器降压后,通过短网和电极,把电能送入炉内。在电炉内,三相电极产生的电弧热及炉内炉料的电阻热,使炉料熔化进行冶炼。电极中的电流由电极插入的深度来决定,插入深,电流大。工频冶炼在运行中存在以下缺点:
(1)由于矿热炉是低电压大电流负载,短网上的电抗压降较大(约是额定电压10%左右)。其一方面降低了入炉功率,又使电极上的电压波动增加,难以掌握炉况,降低电网的功率因数。
(2)由于“趋肤效应”在电极上表现得尤为明显,使得电极表面过烧,外部烧损严重,电极呈毛笔尖状,导致电极底部电流密度增大,电极损耗加重。
(3)电极底部密度过大,其他部位的电流密度小,使电极的电弧短,电炉内熔池减小,即“坩埚”减小,冶炼效率低。
(4)短网是电弧炉主电路中重要的组成部分,短网参数直接影响电弧炉的技术指标。一个先进的短网设计必须保证炉子具有最小的电损耗、三相电弧功率均衡及较高的功率因数。为此,必须使短网的电阻和电抗为最小,三相阻抗平衡。然而工业布置三相短网很难做到三相完全一致,因此炉内的三个电极就会出现“强项”和 “弱项”,使热量分布不均,出现偏弧现象,影响冶炼效果。为此,剖析了低频扩热炉增产及节电原理,并对其进行经济效益分析。

1 低频电源的引入
为了解决以上问题,一个最有效的办法就是采用低频电源技术。在变压器和电炉之间增加一个低频电源,将原50 Hz工频电源变为0~12.5 Hz可调节的低频电源。

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式中:f为电源频率;L为短网自感系数;M为短网互感系数。
可见,降低电源频率,可以使电流回路系统的电抗值下降,如果把f从工频降低至5,0.5,0.05 Hz,其电抗就相应降低到原来的1/10,1/100,1/1 000,降幅很大。由于电抗下降,则使功率因数增加,无功功率降低,有功功率增加,从而提高了炉子效率。低频电源技术即是基于这一出发点,利用电力电子变频技术,实现了工频向低频的转化。
国内第一台低频矿热炉于1998年在锦州推出,此后在宁夏、湖南、贵州、山西、新疆等地陆续建立了几十余台低频矿热炉。实践证明,低频电源应用于矿热炉的改造,取得了令人鼓舞的效果。采用低频电源供电后增产约5%~10%,节电5%~10%,节省电极约25%~30 %,而且起炉快。

2 低频电源工作原理
2.1 三相低频电源主回路原理图
将低频电源装在电炉变压器和短网之间,达到了降低短网电抗的目的。低频矿热炉采用低电压大电流供电。主电路中采用同相逆并联技术,可消除大电流产生的强磁场,变化的强磁场会引起周围铁磁物质发热,还会对控制电路产生干扰,用同相逆并联技术,使电流方向相反,这大大削弱了磁场的作用,如图1所示。

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3 低频矿热炉的技术优势
(1)短网电抗降低,短网电压损失减少,提高了人炉功率;一般矿热炉电网的功率因数在0.7~0.85之间,低频电源相当于直流整流,考虑变压器漏抗的影响,可使电网功率因数达到0.9以上。
(2)因频率很低(一般应用在0.05~1 Hz),相当于直流,所以电弧稳定,发热效率高。
(3)电极中的电流密度均匀,不存在趋肤效应,使电极端部呈现“平顶”,消除了“毛笔尖状”带来的种种弊端。因此,电极烧损平均,电弧稳定,电极的损耗大大降低。
(4)由于采用了低频电源供电,大大降低了短网的电抗,因此短网的长度和分布几乎不产生什么影响。所以简化了短网安装的难度。
(5)低频电流感应的磁场力使熔池铁水受到强烈的搅拌,电极电流之间会产生电动力,每当电流切掾时,电动力由吸引变排斥(或由排斥变吸引),在炉内产生电磁搅拌,从而使热力均匀,铁水升温快,加速了还原反应,缩短了熔炼的时间,提高了产品质量和产量。
(6)由于低频电源本身就是一个无触电开关,当需要停炉时,不必断开高压开关,只要打“封锁”,低频电源就会停止送电,按下“复位”,就可重新投入生产。大大提高了高压负荷开关的寿命。
(7)采用电极自动提升技术,避免了人工升降电极劳动强度大的缺点,自动保持入炉功率为最大。

4 低频矿热炉运行经济效益分析
通过对现有低频电源矿热炉几年来运行情况的观察统计得出,将工频改为低频后,矿热炉可提高产量10%以上,节电5%以上。现以某公司63 000 KVA高碳锰铁电炉为例,计算经济效益:
改造前:平均日产量:35 t,电耗:3 500度/t,电费0.35元/度,每吨利润为850元;
改造后:
产量提高10%,日增产为:3.5 t;
年产量(按330天计算)为12 705 t;
年节约电费为:77.8万元;
年增产纯效益为:77.8万元;
改造后比改造前纯增利润为:176万元。

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