低频矿热炉生产优势研究

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。

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。