一种节电矿热炉的工艺包设计方法技术

本发明专利技术涉及一种节电矿热炉的工艺包设计方法。其特征在于按以下步骤进行：a、根据0.9的功率因素设计，先确定矿热炉容量，然后依据碳电极每平方厘米电流7A确定安全电流；b、然后按10200平方厘米横切面电极端头断面积设计，确定电极直径、同心圆和炉膛直径和电极间距；c、电位梯度按1.3至1.35伏特电压设计，确定流压比；d、根据上述矿热炉容量和计算得到的炉膛直径、炉膛深度、同心圆、电极直径、电极间距和护盖高度制造矿热炉，能达到0.9的自然功率因素。本方法排除了现有矿热炉在设计方法上存在的缺陷，弥补了从设计之始就能达到0.9功率因素矿热炉的空白。

【技术实现步骤摘要】
一种节电矿热炉的工艺包设计方法
本专利技术涉及一种节电矿热炉的工艺包设计方法。
技术介绍
矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉或电热炉(电石炉)。它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。主要生产硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金，是冶金工业中重要工业原料及电石等化工原料的生产设备。其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培电极。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料的，因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉。主要由炉壳，炉盖、炉衬、短网，水冷系统，排烟系统，除尘系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。根据矿热炉的结构特点以及工作特点，矿热炉的系统电抗的70％是由短网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，因此矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.7～0.8之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，且被电力部分加收额外的电力罚款，同时由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20％以上，这导致冶炼效率的低下，电费增高，因此提高短网的功率因数，降低电网不平衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。如果采取适当的手段，提高短网功率因数，可以降低电耗、提高产量，从而给企业带来良好的经济效益，而投入的改造费用将可以在节约的电费中短期内收回。一般情况下为了解决矿热炉功率因数低下的问题，我国目前一般采用电容补偿的方式来解决，通常是在高压端进行无功补偿，但是由于高压端补偿不能解决三相平衡的问题，而且由于短网的感抗占整个系统感抗的70％以上，因此高压端补偿并没有达到降低短网系统感抗，提高短网功率因数。增加变压器出力的目的，仅仅是对供电部门有意义。因此目前也有部分单位在新建炉子上采取了高低压同时进行无功补偿的措施，来解决以上的问题，在短网端进行补偿能够大幅提高短网端的功率因数，降低电耗，针对炉变低压侧短网的大量无功消耗和不平衡性，兼顾有效提高功率因数而实施无功就地补偿技术改造，从技术上来讲是可靠、成熟的，从经济上来讲，投入和产出是成正比的。在矿热炉低压侧针对短网无功消耗和其布置长度不一致导致的三相不平衡现象而实施的无功就地补偿，无论在提高功率因数、吸收谐波，还是在增产、降耗上，都有着高压补偿无法比拟的优势。如中国技术专利ZL200720041263.2号公开的一种矿热炉低压无功补偿专用装置，其特征在于：所述控制仪对变压器输入端的信号采集后分别控制与矿热炉三相的输出端分别相连接的晶闸管，达到分相控制，分相补偿，确保矿热炉三相负荷及功率因数平衡。但是由于成本较高，同时由于工作环境恶劣，因此寿命受到极大的影响。短网低压端无功补偿也带来了谐波增加，因此又必须采取措施来抑制3～7次谐波，从而使投入加大，投资回收周期加长，同时后续维护费用高，综合效益不佳。由此，申请人提供了一种能提高功率因素的矿热炉节电方法，即按照步骤：a、取消电容补偿；改变电极的直径，改变单位面积的电流强度，即将常规25500KV电石炉的电极直径由1.25m缩小到1.14m，然后将通过电极的电流由86000A缩小到72000A；b、增大电压和电流的比值，将电流电压比值维持为1：310，减少矿热炉阻抗和感抗产生，自然功率提高到0.9，以提高电流作功利用率；c、对短网部分，提高短网的输电能力，即提高操作电压并减小电流，增加电极弧发弧长度和强度，使电力转化为热能的效率提高。该矿热炉节电方法能有效使温度集中，产量、质量提升，降低生产能耗，提高功率因素并提高产品质量。是现有矿热炉改造方法中较为有效的手段之一。另外，国家对“两高一资”行业政策再次收紧，电石作为“两高一资”行业将面临诸多的政策限制。影响较大的有工信部发布的《电石行业准入条件(2014修订)》，全国各地陆续取消电价补贴，《环境保护综合名录(2013年版)》将电石法PVC列入“高污染、高环境风险”产品目录。同时随着电石行业产能过剩矛盾仍将不断加剧，终端消费乏力局面短期内并不会出现大的改观。因此，综合各方面因素考量可以判断，电石整体行情或依旧疲软，持续低谷震荡走势。在如此恶劣的大环境下，作为“两高一资”的电石行业要加大科技创新力度。研发电石生产新工艺，积极进行技术改造，提档升级，大力发展以节能降耗为核心的新技术新工艺。此外还要加强企业管理、练好内功，提高自身应对市场变化的能力。矿热炉是冶炼生产的核心设备，通过三根电极向炉内输入电流，产生电弧电阻热，使原料在一定温度下化学还原反应生成产品。矿热炉三根电极的操作直接影响炉内温度和熔池功率的平衡程度，决定了冶炼产品的冶炼效率、电耗和质量。传统利用矿热炉冶炼的铁合金及电石行业，基本原则是“原料是基础，设备是条件，操作是关键，管理是保障”。这其中，精细、科学、合理的操作是重中之重。而电极的提升和下插的操作更是关系电石质量、电耗和产量的关键。长期以来铁合金及电石行业都是通过看电流的方式判断电极是否找平，也就是通过看电流的方式判断各个电极下插是否至同一水平面；而且很多企业并未完全利用好变压器自身所能提供的电气参数进行科学的工艺操作方法，降低感抗。而现有电极的下插深度通常是通过检查孔，人工用铁钎测量三根电极下插的深度。但是通过该方法是不能如实反映出电极下插深度的，经常造成三根电极不能保持在一个平面，导致电极发弧的温度不能集中。以茂县新纪元电冶有限公司25500KVA密闭式电石炉以往的运行记录为例，电极不平导致电耗升高，质量下降，一级品率只能达到85％～90％，且每吨电石电耗约在3400～3700kwh左右，高位的电耗也成为铁合金及电石行业沉重的成本负担。由此，申请人又提供了一种矿热炉节能操作方法，即按照以下步骤进行：a、在矿热炉中插入编号为A、B、C的三根电极，三根电极间距相等，剖面呈等边三角形排列；然后从炉底碳砖中引出三根中性线，三根中性线用镀锌扁铁引离高温区后，在炉外采用铜线并联分别引入中控仪表操作台；在中控仪表操作台上分别安装三支电连接三根中性线并对应三根电极的相电压表A1、B1、C1，取得三根电极对中性点相电压,三相电极在空载或轻负荷时，三相电压是基本平衡的；b、增加负荷后，电流、电压、相电压在变化，这时根据负荷变化，在增大用电量时，根据相电压调平电极，以保证电极下插深度一致；此时对A、B、C三根电极的端面进行调平操作，使相电压表A1、B1、C1反映的A、B、C三根电极各相相电压基本一致，从而判断出A、B、C三根电极的各相电压在料层中对炉底的距离一致、电位差一致；也就是在对A、B、C三根电极的端面进行调平操作时，同时观察相电压表A1、B1、C1反映的数据，当相电压表A1、B1、C1反映的A、B、C三根电极各相相电压基本一致时，能判断出A、B、C三根电极的端面位于同一水平面上，这时停止调平操作；c、矿热炉中的A、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节电矿热炉的工艺包设计方法，其特征在于按以下步骤进行：/na、根据0.9的功率因素设计，先确定矿热炉容量，然后依据碳电极每平方厘米电流7A确定安全电流；/nb、然后按10200平方厘米横切面电极端头断面积设计，确定电极直径、同心圆和炉膛直径和电极间距；/nc、电位梯度按1.3至1.35伏特电压设计，确定流压比；/nd、根据上述矿热炉容量和计算得到的炉膛直径、炉膛深度、同心圆、电极直径、电极间距和护盖高度制造矿热炉，能达到0.9的自然功率因素。/n

【技术特征摘要】
1.一种节电矿热炉的工艺包设计方法，其特征在于按以下步骤进行：
a、根据0.9的功率因素设计，先确定矿热炉容量，然后依据碳电极每平方厘米电流7A确定安全电流；
b、然后按10200平方厘米横切面电极端头断面积设计，确定电极直径、同心圆和炉膛直径和电极间距；
c、电位梯度按1.3至1.35伏特电压设计，确定流压比；
d、根据上述矿热炉容量和计算得到的炉膛直径、炉膛深度、同心圆、电极直径、电极间距和护盖高度制造矿热炉，能达到0.9的自然功率因素。


2.如权利要求1所述的一种节电矿热炉的工艺包设计方法，其特征在于步骤a中依据碳电极每平方厘米电流7A确定安全电流，即是按照自焙电极每平方厘米带电流7安培计算，安全电流为7万安培。


3.如权利要求1所述的一种节电矿热炉的工艺包设计方法，其特征在于步骤b中按10200平方厘米横切面电极端头断面积设计，电极直径为114厘米，电极间距180厘米，同心圆340厘米，炉膛直径780厘米；计算过程为，根据S＝πr2反推算电极直径，即假设电极直径为X，带入公式(X厘米÷2)2×3.14＝10200平方厘米，计算结果为X约等...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙孟君，
申请(专利权)人：孙孟君，
类型：发明
国别省市：四川;51