CN204100836U - 矿热炉电极升降监控线路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及冶金设备领域，公开了一种矿热炉电极升降监控线路。它包括隔离开关、断路器、矿热炉变压器、短网、三根电极，变压器为三相交流Ynd11接线组别，所述变压器的通过改变一次侧电流互感器的接线方式，实现监测电极电流。所述电流互感器与电流表相连接，所述三根电极分别与第一电压表的一端相连接，矿热炉炉壳壳体与第二电压表相连接。可实时监测矿热炉三相电极负载的不平衡程度，实现矿热炉的恒电压、恒电流、恒功率、恒电阻控制，可操作性高，方便矿热炉的调整，使得炉料得到充分的冶炼，节约了原材料，降低了单位耗电量，减少了生产成本；摆脱了仅凭作业人员工作经验进行操控矿热炉作业的状况；可广泛的适用于多种类型的冶炼炉。

Description

矿热炉电极升降监控线路

技术领域

本实用新型涉及冶金设备领域，具体的说是一种适用于手动控制矿热炉电极的矿热炉电极升降监控线路。

背景技术

矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，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，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，将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电阻而产生能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁，连续作业的一种工业电炉。

在矿热炉冶炼生产中，一般用电炉变压器一次侧电流来监控电极的冶炼电流，通过对电极的升降完成对矿热炉的调节。对于三相交流Ynd11接线组别的电炉变压器，电极电流表接法不当，容易导致单位耗电量变高，炉况不能有效控制，严重时会造成在冶炼生产中电极事故频繁断裂，炉况变差，设备受损，甚至出现冶炼过程中喷料等安全事故。

随着科技的进步，新建的大中功率矿热炉一般采用自动控制冶炼过程，由于自动控制改造成本较高，企业现有的部分矿热炉仍然采用手动控制作业。矿热炉的冶炼作业的控制由冶炼炉长指挥，由炉长凭借多年的生产经验来决定炉况的管控。作业人员对矿热炉炉况如果不能及时进行监测、调整电极，易造成矿热炉不稳定，矿热炉刺火严重，单位耗电量大，热效率降低，矿石原料未能充分冶炼，出铁量减少，电极损耗严重。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种矿热炉电极升降监控线路，以解决现有手动控制矿热炉凭借操作人员工作经验进行冶炼作业，炉况不稳定，耗电量大，原材料冶炼不充分，电极损耗严重的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：

一种矿热炉电极升降监控线路，它包括隔离开关、断路器、矿热炉变压器、短网、三根电极，变压器为三相交流Ynd11接线组别，所述变压器的一次侧设有两组电流互感器，其中一组所述电流互感器呈三角形接法，另一组呈星形接法，所述电流互感器与电流表相连接，所述三组电极分别与第一电压表的一端相连接，矿热炉炉壳壳体与第二电压表相连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一电压表的另一端均与第二电压表的一端相连接，所述第二电压表接地。

在本实用新型中，Ynd11接线组别的变压器一次侧安装有两组电流互感器，一组电流互感器采用三角形接法,用于测量电极电流，另一组电流互感器采用星形接法，用于测量变压器相电流和实现继电保护。由于二次侧电流超前一次侧线电流30度电角位，当互感器成三角形接法时，互感器电流超前一次侧线电流30度电角位，则二次侧电流（即电极电流）与互感器电流同相位。

实际工作中有些矿热炉的电极因为直径较大，导致电极电流无法测量，采用本实用新型，可通过改变接线方式实现监测电极电流。当变压器只有一组电流互感器时，加装电流互感器来完成控制作业。

所述第一电压表分别测量三根电极对炉壳的电压，三条连接线分别接在电极壳上，星形点接炉壳，应采用4平方毫米以上的铜芯电缆,它不包括短网上的电压降。所述第二电压表测量炉壳对地（中性点）的电压，由于矿热炉各相电极做功不同，三相电极在炉底成星形不对称负载，所以炉壳对电源中性点有一定的电位差，第二电压表所测量的电压值越接近0V，说明三组电极做功越平衡。

本实用新型在三相交流Ynd11接线组别变压器的矿热炉控制系统中设置测量变压器相电流的第一电流表，设置测量电极电流的第二电流表，设置测量电极相电压的第一电压表，设置测量炉壳对地电压的第二电压表，通过对三组电极电流、电压的监测，及时调整相应的电极底端与炉膛之间的距离、电弧的直径，实现矿热炉的恒电压控制、恒电流控制、恒功率控制和恒电阻控制。

其工作原理为：

矿热炉生产采用陆续加料，间歇式出铁，连续作业的方法，以出完一炉铁到下一炉铁出完毕为一个作业周期。在一个作业周期内，冶炼前期和中期，应全负荷运行。冶炼中后期，炉膛内积存一定量的铁水，下放电极不能过长。出铁时，尽量不动出铁口侧的电极，以防塌料，造成出铁困难。调整时以最大相电流不超过变压器相电流保护电流为准，以防变压器过负荷跳闸。

1、恒电压控制

在矿热炉工作参数中，二次电压是非常重要的。在二次电压恒定的条件下，恒（负载）电压操作就是维持电极根部和熔池的距离，保证电弧电压的稳定，也就是保持电弧的长度的稳定。在一个冶炼周期内，持续下放电极，采用“勤放少放”的原则，保持电极对炉壳的电压在小范围内变化，实现恒电压控制。在操作过程中，电极电压超过一定值，说明电极上抬，此时应下放电极，否则，电弧拉长，导致功率分配趋向炉料，熔池功率下降，高温区上移，不利于生产；电极电压低于一定值时，该相电极和熔池距离过近，应上抬电极，或者应增大该相电极的压放周期；电极电压波动，说明正在塌料；电极电压为零时，应检查连线是否断裂，电极底部是否和炉底接触。作业过程中应先调整电压值差别最大的电极，使三根电极的电压值基本相等。

2、恒电流操作

在一个冶炼周期内，维持电极电流在一定数值范围内变化。当所述第二电流互感器接成三角形接法，三块电流表分别反映三根电极的电流大小。炉内电流回路有两部分，一部分是电极底部，电弧和熔池构成的星形回路，占总电极电流的70％-80％。一部分是电极侧面，炉料与另外两根电极形成的三角形回路，占总电极电流的20％-30％。当电极底部与熔池距离过远，会导致电流功率分配趋于炉料，炉料变粘，透气性变差，容易发生喷料事故。应及时调整，保证电极底部电弧的直径。通过电极的调整，使三根电极的电流基本相等。

3、恒功率控制

恒功率控制是指保持输入炉内的有效功率P_E恒定，P_E =3IU =3I²R，由电极电流和电极底部对炉底的电压决定。恒功率控制的实质是不仅要保持电弧的长度，还要保持电弧的直径；电弧变长、直径变窄，稳定性会变差；电弧长度过短、宽度不变，电弧功率会变小。当一根电极，底部与炉底接触，会发生电压死相，该电极有电流而无电压，电极不做功。

4、恒电阻控制

矿热炉的操作电阻R定义为电极和炉底之间的电阻，由电极端部对炉底的电压U和电极电流决定。矿热炉的负载电阻为R =U/I。操作电阻的大小取决于炉料的电阻率，炉料电阻率大，操作电阻也大。控制炉料电阻率不变，即可控制操作电阻不变，使U/I的值恒定。从而使输入炉内的功率稳定，以便于保持冶炼过程稳定。

本实用新型的有益效果为：

（1）可以实时监测矿热炉三相电极负载的不平衡程度，实现矿热炉的恒电压控制、恒电流控制、恒功率控制、恒电阻控制，使得炉料得到充分的冶炼，可操作性高，方便矿热炉的调整，节约了原材料，降低了单位耗电量，减少了生产成本；

（2）实现偏功率控制，当炉壁有烧损不太严重时，可适当降低有烧损的炉壁侧的电极功率，以保证生产继续，有效防止了生产事故的扩大；

（3）可以实时监测矿热炉电极，防止发生电压死相和电流死相，摆脱了仅凭作业人员工作经验进行操控矿热炉作业的状况；

（4）可广泛的适用于电石炉、铁合金电炉、黄磷炉等三相交流Ynd11接线组别变压器的矿热炉,同样适用于Yd11接线组别变压器的矿热炉；

（5）造价低，线路简单明了，维护方便。

附图说明

图1是本实用新型的连接示意图；

图2是电流互感器的连接示意图；

图3是向量图；

图4是第一电压表、第二电压表的连接示意图；

图中：1、隔离开关，2、断路器，3、变压器，4、短网，5、电极，6、电流互感器，7、电流表，8、第一电压表，9、第二电压表。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图4所示的一种矿热炉电极升降监控线路，它包括隔离开关1、断路器2、矿热炉变压器3、短网4、三根电极5，变压器3为三相交流Ynd11接线组别，变压器3的一次侧设有两组电流互感器6，其中一组电流互感器6呈三角形接法，另一组呈星形接法，电流互感器6与电流表7相连接，三根电极5分别与第一电压表8的一端相连接，矿热炉炉壳壳体与第二电压表9相连接。第一电压表8的另一端均与第二电压表9的一端相连接，第二电压表9接地。

1、恒电压控制

在矿热炉工作参数中，二次电压是非常重要的。在二次电压恒定的条件下，恒（负载）电压操作就是维持电极根部和熔池的距离，保证电弧电压的稳定，也就是保持电弧的长度的稳定。在一个冶炼周期内，持续下放电极，采用“勤放少放”的原则，保持电极对炉壳的电压在小范围内变化，实现恒电压控制。在操作过程中，电极电压超过一定值，说明电极上抬，此时应下放电极，否则，电弧拉长，导致功率分配趋向炉料，熔池功率下降，高温区上移，不利于生产；电极电压低于一定值时，该相电极和熔池距离过近，应上抬电极，或者应增大该相电极的压放周期；电极电压波动，说明正在塌料；电极电压为零时，应检查连线是否断裂，电极底部是否和炉底接触。作业过程中应先调整电压值差别最大的电极，使三根电极的电压值基本相等。

2、恒电流操作

在一个冶炼周期内，维持电极电流在一定数值范围内变化。当所述第二电流互感器接成三角形接法，三块电流表分别反映三根电极的电流大小。炉内电流回路有两部分，一部分是电极底部，电弧和熔池构成的星形回路，占总电极电流的70％-80％。一部分是电极侧面，炉料与另外两根电极形成的三角形回路，占总电极电流的20％-30％。当电极底部与熔池距离过远，会导致电流功率分配趋于炉料，炉料变粘，透气性变差，容易发生喷料事故。应及时调整，保证电极底部电弧的直径。通过电极的调整，使三根电极的电流基本相等。

3、恒功率控制

恒功率控制是指保持输入炉内的有效功率P_E恒定，P_E =3IU =3I²R，由电极电流和电极底部对炉底的电压决定。恒功率控制的实质是不仅要保持电弧的长度，还要保持电弧的直径；电弧变长、直径变窄，稳定性会变差；电弧长度过短、宽度不变，电弧功率会变小。当一根电极，底部与炉底接触，会发生电压死相，该电极有电流而无电压，电极不做功。

4、恒电阻控制

矿热炉的操作电阻R定义为电极和炉底之间的电阻，由电极端部对炉底的电压U和电极电流决定。矿热炉的负载电阻为R =U/I。操作电阻的大小取决于炉料的电阻率，炉料电阻率大，操作电阻也大。控制炉料电阻率不变，即可控制操作电阻不变，使U/I的值恒定。从而使输入炉内的功率稳定，以便于保持冶炼过程稳定。

矿热炉冶炼过程是一个复杂的物理、化学变化过程，是在高温条件下埋弧操作的，不可能直接观察到反应过程。各数值变化范围的选择和确定，必须保证电炉的热效率和电效率，与炉体的输出功率、生产的产品种类以及工艺参数有关。因此，采用哪种控制方法操作，具体适应值由都需要经过实际的运行和数据分析，才能选出适合本台炉子运行的控制参数。只有选择合理的工艺参数和电气参数才能保证矿热炉运行顺畅。

Claims (2)

1.一种矿热炉电极升降监控线路，它包括隔离开关（1）、断路器（2）、矿热炉变压器（3）、短网（4）、三根电极（5），变压器（3）为三相交流Ynd11接线组别，其特征在于：所述变压器（3）的一次侧设有两组电流互感器（6），其中一组所述电流互感器（6）呈三角形接法，另一组呈星形接法，所述电流互感器（6）与电流表（7）相连接，所述三根电极（5）分别与第一电压表（8）的一端相连接，矿热炉炉壳壳体与第二电压表（9）相连接。

2.根据权利要求1所述的矿热炉电极升降监控线路，其特征在于：所述第一电压表（8）的另一端均与第二电压表（9）的一端相连接，所述第二电压表（9）接地。