矿热炉节电技术措施的研究与探讨加入时间：2010-12-120.引言：随着国民经济的快速发展和国家产业政策的调整，电炉变压器单台容量在6300KVA以下的被彻底淘汰，而6300—12500KV A，电压等级在35KV—110KV电弧炉的用电负荷在工业用电中所占的比例越来越大，就我局而言，近几年来，年供电量达22.5亿千瓦时，矿热炉炉负荷所占比例在75%左右，对矿热炉设计、安装、运行生产过程进行节能技术的深入了解和研究，最大限度地利用有限的电力能源和资源，更好地服务地方经济发展，是我局长期关注并积极研究探索的课题。
笔者就矿热炉节电技术措施作粗浅探讨，供同行参考并祈请指正。
1.矿热炉炉变压器具有的工作特性：1.1变压器输出电压较低，一般为几十伏，最多几百伏，而输出电流则很大，往往达几万安培；1.2安全可靠，瞬时过载能力较大,能经受长期最大负荷或短时间超负荷；1.3变压器二次输出电压有较宽的调节范围；1.4变压器线圈采用特殊绕制方式，结构牢固，机械性能好，一般设计为开口三角形，并能承受短时短路时电动力的冲击。
2.矿热炉(电石炉、铁合金炉)的生产特点：矿热炉运行中主要靠电弧产生巨大的热量来熔化矿料。
它的电极埋在炉料中，炉料受电弧和炉料自身通过电流而产生的电阻热量的联合加热。
2.1矿热炉的组成：由炉体、电源、控制设备及冷却系统、电极升降系统、液压系统、上下料系统、把持器等附属设备所组成。
炉体包括炉壳、炉盖、炉衬、电极、电极升降机构等。
炉衬按其部位（如炉盖、炉墙、炉底和出料槽）和其工作条件的不同，选用不同的耐火材料。
常用的耐火材料有硅砖、镁砖、白云石、高铝砖、耐火混凝土等。
隔热材料主要用石棉板。
电极是电热元件。
电弧炉的电源设备包括短路器、互感器、电弧炉变压器及短网。
小容量的电弧炉变压器还带有电抗器。
3.矿热炉短网的功率损耗：所谓的短网是指电弧炉变压器二次端子到电极一段电路的通称。
电炉的短网由导电母线和电极组成，导电母线用铜质材料制成。
根据电炉工艺操作的要求和改善短网电气性能的需要，小容量电炉可用铜排或铜管作成，大容量电炉采用水冷铜管或水冷电缆，它们与其它部分都采用螺钉连接，螺钉用非磁性材料作成。
短网是一个大电流工作系统，最大电流可达数万安培以上，短网在数万电流工作的情况下，电阻稍有增加，就会引起很大的功率损耗。
4.电炉短网功率损耗的计算：短网造成的功率损耗为：P=3I2R（瓦）式中：I—短网流过的电流（安）；R—短网的有效电阻（欧）。
由上式可知，要减少短网损耗，一是减少短网的有效电阻；二是减少流过短网的电流。
短网的有效电阻可按下式求出式中：ρ20—20摄氏度时的电阻率，铜为0.0175欧毫米2/米；ɑ—导体电阻的温度系数，铜为0.0043；Δt—导体温度与20摄氏度环境温度的差值（摄氏度）；S—导体的截面（毫米2）；L—导体的长度（米）；Kj—导体的集肤效应系数；取1—1.2Ke—导体的邻近效应系数。
取1.05.造成矿热炉损耗增大的原因5.1在进行矿热炉短网设计时，冶炼企业往往为了降低工程投资，要求设计部门偏重考虑对有色金属的节约，而忽视了电能耗的降低，因而造成所设计短网的电流密度往往偏大；5.2随着市场的供需变化，冶炼企业为了适应市场变化，不断的对炉体局部进行技术改造，以生产适应市场的需要的产品来获取最大的利润。
在设计，改造周期较短的情况下，若考虑不周，常常导致在技术层面上顾此失彼，而使炉子达不到设计出力和节能技术要求；5.3部分地方政府主管部门只重视发展新上工业项目，对企业应必备的节电技术装置和措施重视不够，再加上部分冶炼企业为降低前期工程造价，只考虑设备能出产品就行，而忽视电力技术节能装置的设计安装和运行；5.4冶炼企业厂址选址不合理，距电源点较远，线路损耗大；5.5员工对新产品生产操作工艺不熟练。
6.短网设计、布置应注意采取的技术措施6.1短网工频大电流导体截面的选择：6.1.1矩形铜母线：为了减少集肤效应影响，充分利用母线截面，母线厚度要小，尽可能增加周边长度，增加母线的高度与厚度之比。
一般矩形母线厚度不超过10—15毫米，且高度与厚度之比约为20：1，母线间距宜为10—15毫米。
6.1.2铜管母线：为减少集肤效应，大电流母线可采用铜管，如截面与矩形母线200×10毫米2截面相同的Φ80/62铜管，其集肤效应系数K=1.047（而矩形母线的K=1.35），即有效电阻仅为铜母线的0.775。
6.1.3大电流母线允许电流密度可按下表选择：母线形式允许电流密度（A/mm2）矩形铜排1.5—2.0（当一相母线束截面在5000㎜2以下时）1.0—1.5（当一相母线截面在5000㎜2时）铜软电缆1.8—2.5（当一相母线束截面在4000㎜2以下时）1.2—1.8（当一相母线截面在4000㎜2时）水冷铜电缆3—4水冷铜管4—6母线形式允许电流密度（A/mm2）1.5—2.0（当一相母线束截面在5000㎜2以下时）矩形铜排1.0—1.5（当一相母线截面在5000㎜2时）1.8—2.5（当一相母线束截面在4000㎜2以下时）铜软电缆1.2—1.8（当一相母线截面在4000㎜2时）水冷铜电缆3—4水冷铜管4—66.2短网母线布置应注意采取的措施：变压器只有三个出线端时，使各相母线尽量靠近。
采用多根母线时，尽量将不同相母线对称排列。
大型电弧炉变压器低压出线较多时，可采用同相往返电流的导体交替并排排列。
使相邻两根平行导体中通过的电流方向相反，造成自感电势与互感电势的方向相反，达到减少短网电抗，提高功率因数，降低短网压降，增大电极电压，提升熔化功率，缩短熔化时间的目的。
这里需要指出的是，由于短网工作电流大，产生的电动机械应力大，电炉变压器出线端应采用软母线联接，避免因经常剧烈振动，使电弧炉变压器二次出线端油箱密封破坏而造成漏油。
7.电炉短网及变压器的主要节约用电措施：7.1短网的节电措施：7.1.1缩短短网长度；短网的电阻与其长度成正比。
通常采取的措施为；移动电炉变压器，使其尽可能靠近炉体；升高电炉变压器的安装位置，使各段短网处在同一水平面上；在保证电极升降和炉体转动需要的前提下，尽量减少短网的长度。
7.1.2减少接触电阻：短网的联接处较多，接触电阻增大，不仅增大了短网的功率损耗，同时还会使联接处严重发热甚至烧红，加速了接触面的氧化，进而使接触电阻进一步增大，形成恶性循环。
为降低接触电阻，从电炉变压器出线端与电极相联接的导体中所有联接处的表面应磨平镀锡，采用双面夹接。
对不经常拆卸的联接部位采用焊接或增大接触面积的办法，精细加工接触表面，涂优质的导电膏并保持足够的接触压力，防止运行中空气、水分进入而造成接触表面氧化，引起接触电阻增大。
在运行时，定期对接触处用红外线测温仪进行温度检测，发现温度超标，应及时采取冷却措施或进行停电检修处理。
处理后应再次测量接触电阻并使其保证在合格值的范围内。
7.1.3有条件时尽量采用水冷短网；电炉工作时，随着温度的升高，电阻增加，短网损耗增大，同时温度升高后对联接处的接触状况也产生有害的影响。
有关资料表明，在10千安运行下的短网，温度升高1摄氏度，每米导电母线约增加3—6瓦的功率损耗。
因此，降低短网的工作温度，对降低电能损耗的效果不可忽视。
7.1.4减少短网周围的铁磁物质：当短网通过强大的交流电时，在短网周围产生强大的交变磁场，尽量避开炉体铁质烟囱等金属构筑物，避免在这些铁磁物质中产生涡流和磁滞损耗，引起短网附加损耗的增大。
同时所有固定和联接用的螺钉，必须采用非磁性材料，尽量避免用铁磁材料包围短网的导体。
7.1.5大容量矿热炉变压器低压侧应采用多支路出线，（36个支路）在电极接线上形成闭合三角，以有效抵消三相电抗。
7.1.6短网的无功补偿:因矿热炉负载特性介于电阻性和电抗、感抗之间，短网的空间物理结构和流过短网的大电流使矿热炉的功率因数很低。
较低的功率因数会造成生产企业电能耗高，生产效率低下，这对电网及生产企业都不利。
通常在高压侧进行三相无功补偿，只能提高同电压等级和上一级电网的功率因数，而对电炉变及以下短网所消耗的无功功率起不到补偿作用。
应将原来在矿热炉变高压侧进行无功补偿变为在低压侧短网部分进行无功补偿。
经验证明，在矿热炉低压侧针对短网无功消耗和其布置长度不一致所导致的三相不平衡现象，而采用安装现代微机智能型自动控制技术装置，将无功补偿电容器改为安装在铜瓦附近，使无功补偿尽可能靠近电极，这样无论在提高功率因数、吸收谐波，还是在提高短网电压，增产、降耗上，都有着与高压无功补偿无法比拟的优势。
通过平衡、提高三相电极向炉膛的输入功率,从而达到提高产量质量和降低电耗的目的。
此种无功补偿装置从现阶段来看技术上是可靠、成熟的，从经济上来讲，节电率约5%—10%，其投入和产出是成正比的。
8.其它节电措施8.1合理选用电炉设备，是其具有与产量相适应的适当容量，可根据原料投放数量选择与之相适应的炉子以尽可能接近满负荷运行。
8.2提高电炉设备的热效率，力求连续运行并循环利用热能，停炉期间不使开炉时所蓄热量白白散失。
8.3加强电炉设备的保温措施，使用远红外涂料及硅酸铝耐火纤维等效率高的保温材料以减少热损失。
8.4提高变压器的电器设备的效率，对于低负荷率的电炉设备，尤其应选用空载损失小的变压器。
此项措施应和改造短网，降低回路阻抗和感抗有机的结合起来。
8.5合理选用电炉设备，是其具有与产量相匹配的设备容量，可根据原料投放数量选择与之相适应的炉子以尽可能接近满负荷运行。
8.6提高电炉设备的热效率，力求连续运行并循环利用热能，停炉期间不使开炉时所蓄热量白白散失。
8.7合理选用原材料的质量，原基材料的纯度越高越好。
8.8加强电炉设备的保温措施，使用远红外涂料及硅酸铝耐火纤维等效率高的保温材料以减少热损失。
8.9优化改进生产工艺流程：经常不断的总结和探索电炉生产的工艺质量和生产规律，科学合理的掌握并安排出炉的温度、时间，减少停炉次数和停电时间，最大限度的防止停炉时的热量损失，充分利用热能。
8.10根据生产规模，合理选择供电电压等级、电力线路导线截面，有条件时其厂址应尽量靠近电源点。
以减少大负荷所造成的线路电能损耗。
8.11合理选定电极距离及熔池半径：在电炉内电极发出的高温，能满足生产需要的区域叫做电弧的作用区，称之为熔池。
坩埚半径为三个电极的熔池相互沟通，形成一个整体的坩埚区。
三个熔池圆周相交于熔膛的中心，可使三个熔池间流通，热量比较集中电能损耗小。
同时应按照实际功率来校验熔池半径，其校核公式为：式中：0.0954千瓦/平方厘米为熔池单位面积上的功率强度。
9.结语：国民经济的快速发展，给全社会节能管理提出了很高的要求。
供电企业只有提高全员技术素质和电网节能技术装备水平，切实热情地为电力客户做好用电节能技术指导和技术服务，才能达到构筑和谐电力、服务和谐社会的目的。
