矿热炉的功率因数及其补偿技术(pdf)
电炉(矿热炉)冶炼生产中炉内电能分配关系与影响因素及解决方法
电炉（矿热炉）冶炼生产中炉内电能分配关系与影响因素及解决方法电炉（矿热炉）冶炼生产中炉内电能分配关系与影响因素及解决方法矿热炉的冶炼它涉及电学、热学、物化学三者，只有这三者能够有机统一结合才能优化冶炼生产指标，而电学在冶炼中的它提供冶炼还原主要热能，所以对它的研究至关重要。
以下主要从电炉炉膛内部导电方式、电炉回路分析、操作电阻的影响因素、电炉电抗和谐波对冶炼工况的影响几个方面分析。
一、炉膛内部的导电方式有渣埋弧电炉内部同时存在电弧导电和电阻导电可以认为, 通过炉料、金属和熔渣以及炉衬的电流是由无数个串联和并联的电路构成的。
碳质还原剂是炉料的主要导电成分。
由于炉料之间存在接触电阻，增大还原剂的粒度会减少还原剂与矿石颗粒之间的间隙，从而减少炉料电阻，增加料层电流分布的比例。
通过熔池，炉渣和金属的电流焦耳热是维持合金和炉渣过热的热源。
炉料的导电性随温度和炉料的熔化性变化很大。
提高温度会使炉料比电阻显著减少，使导电性增加。
炉温升高时炉料膨胀增加了炉料的之间的接触压力和接触面积，也导致接触电阻减少。
炉料中电阻导电和电弧导电交叉在一起。
炉料颗粒之间出现电弧的电压为炉料电弧临界电压，炉料电弧临界电压与炉料性质和温度有关。
料层下部则主要是电阻导电。
不同电炉电弧导电和电阻导电的比例不一样。
同一座电炉炉况变化时，电弧导电比例也经常发生变化。
电极端部的电弧性质差别很大。
稳定的电弧导电截面相当大，波形畸变小。
它表明冶炼区熔池形状良好，温度分布合理。
这种电弧导电可以看成是电阻模式。
不稳定的电弧电压波形畸变很大，降低了输入炉膛的功率。
二、电炉内部电路回路分析矿热炉炉内电流分布状况对炉内热分布、熔池结构和炉内各部位进行的化学反应影响很大。
炉内电流分布可以用以下回路来描述：(1)电流通过电极端部、电弧和熔池构成的星形回路；(2)电流通过电极侧面、流经炉料与另外两支电极构成的角形回路；(3)电流通过电极侧面流经炉料与碳砖构成的星形回路。
矿热炉低压无功补偿方案
1. 无功补偿的原理电能质量的优劣，主要表现在其波功率因数的高低、系统电压的稳定性、谐波无功含量的大小等。
1.1视在功率、无功功率、有功功率之间的关系。
有功功率和无功功率都是视在功率一部分，它们之间的关系为： 22Q P S +=之所以产生这种关系，与之后提及的功率因数有关。
1.2功率因数图1图1 α图2图1为感性负载的等效电路，图2为感性负载的矢量图。
当电源输出电压U 变化时，根据视在功率、有功功率、无功功率的关系，我们知道：SP IU U I I I COS R R ===α 式中可以看到：在一定条件下，COS α与有功功率成正比；由于COS α直接反应出交流电源或变压器的输出功率（S ）的利用效率，所以我们把COS α称为功率因数，功率因数就是有功功率P 和视在功率S 的比值。
1.3谐波及其对供配电系统的危害谐波是指电网中非基波（中国电网为50Hz ）的其它（＞1的整数倍）频率的电流或电压。
谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比，谐波亦属于无功类别。
谐波是供电系统中的公害，由于谐波电流的趋肤效应，可造成供配电线路，用电设备发热，使电气设备、电动机产生机械振荡。
干扰自动化控制设备误动作而不能正常运行。
电网中谐波量过大，可引起电网振荡，造成电网颠覆的严重事故。
2. 提高功率因数的意义在供用电系统的负载中,就其性质来说,理想的负载为纯阻性，其功率因数为1，但实际的用电负载，多属感性负载，其功率因数通常小于1。
简单地说，在用电企业，功率因数的提高，能有效地降低供电系统的无功损耗，使供电系统的容量得到充分利用，减少线路电流和功率损失。
3.提高功率因数的办法提高功率因数的方法常用的是无功补偿法，亦即采用可以向系统提供无功功率的装置来补偿用电设备所需的无功功率，减少从供电系统中无功的吸取量，提高用电系统的功率因数。
一般都采用电力电容器来补偿用电设备需要的无功功率，这就称为电容无功补偿法（在此不对其原理一一叙述）。
矿热炉无功补尝原理
一、矿热炉简介矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，亦称还原电炉或矿热电炉，电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料；常用于冶炼铁合金（见铁合金电炉），熔炼冰镍、冰铜（见镍、铜），以及生产电石（碳化钙）等。
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。
其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培石墨电极。
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，陆续续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。
同时电石炉、黄磷炉等由于使用状况和工作状态相同，也可以归结在矿热炉内，但是由于黄磷炉的。
纯阻性负载情况，因此也有将黄磷炉归结到电阻炉的说法。
二、矿热炉主要类别、用途注：电耗值随原料成分、制成品成分、电炉容量、操作工艺等的不同而有很大差异。
这里是一个大概值。
三、结构特点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，矿热炉系统损耗如下图所示由上图可见，短网的损耗占据了系统自身损耗的70%以上，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，因此短网的性能在很大程度上决定了矿热炉的性能，由于短网的感抗占整个系统的70%以上，不论是高烟罩开放式炉、矮烟罩半密闭式炉还是全密闭式炉的短网系统的感抗均较大，基于这个原因，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，浪费大量电能，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。
25000KVA矿热炉补偿装置技术方案
25000KVA矿热炉补偿装置技术方案一、技术背景矿热炉是一种重要的冶金设备，在冶金熔炼过程中发挥着重要的作用。
然而，矿热炉存在一些问题，如有时会发生振荡、谐振等问题，使得炉体和冶炼过程受到不利的影响。
为了解决这些问题，我们需要研发一种矿热炉补偿装置。
二、技术原理该矿热炉补偿装置的主要技术原理是通过储能电容器和储能电感器等电器元件，将电能储存起来并在需要的时候释放出来，以实现对炉体的补偿作用。
具体来说，储能电容器可以储存电能，而储能电感器则可以储存磁能。
三、技术方案的实施步骤1.设计储能电容器和储能电感器的参数。
根据实际情况，确定储能电容器和储能电感器的电容和电感数值。
2.设计电路连接方案。
根据设计的参数，设计电路的连接和布局方案，确保电路稳定可靠。
3.根据实际情况，合理安装储能电容器和储能电感器。
在矿热炉的适当位置安装储能电容器和储能电感器。
4.进行电路调试和测试。
在安装储能电容器和储能电感器之后，需要进行电路调试和测试，确保电路正常工作。
5.监测和维护。
长期使用过程中，需要对矿热炉补偿装置进行监测和维护，保证其正常运行和使用寿命。
四、技术方案的优势和应用前景该矿热炉补偿装置的技术方案有以下几个优势：1.可以有效解决矿热炉振荡、谐振等问题，提高炉体的稳定性，保证冶炼过程的顺利进行。
2.该方案的实施步骤清晰，操作简单易行，可以快速投入使用。
3.矿热炉补偿装置的应用前景广阔，可以满足不同规模和需求的矿热炉使用者的要求。
总结起来，该技术方案对于解决矿热炉振荡、谐振等问题具有重要意义，可以提高矿热炉的稳定性和冶炼质量，为矿热炉用户带来更好的使用体验和经济效益。
矿热炉无功补偿的几个问题和解决方案
矿热炉无功补偿的几个问题和解决方案矿热炉的供电系统主要是由电炉变压器及短网铜管组成，变压器及短网是一个在大电流状态下工作的系统，其最大电流可达数十万安培。
矿热炉的功率因数低，绝大多数的矿热炉的自然功率因数都在0.7~0.80 之间，三相电极形成的电弧需要从系统吸收大量的无功功率，因此会给电炉的运行带来如下问题。
1) 由于矿热炉长期工作在超载状态，大量无功功率流经电网，降低了电网的电压水平，造成供电系统电压的不稳定，不利于电网的经济运行。
2) 大量无功电流流经变压器和短网，大大降低了变压器的有功出力。
同时也增大了变压器的损耗，降低了变压器及短网输送有功功率的能力，导致单位电耗增加，产能下降。
3) 量无功电流流经变压器和短网，会使导体温升有较大幅度的增加，这一方面使导体的电抗增大而致损耗增加。
另一方面，温升还会加速短网的结垢、锈蚀，从而降低短网的使用寿命。
此外，温升还会加速变压器的绝缘老化，使变压器的寿命降低。
4) 矿热炉工作时，大量的无功电流流经布置长短不等的短网，会加剧三相功率的不平衡，功率的不平衡会导致电炉的功率中心与炉膛中心不重合，这会降低坩埚区的容量，使矿热炉达不到设计产量，电耗指标变坏。
从以上几点分析可以看出，对矿热炉进行无功补偿，从而提高功率因数、平衡三相功率，对矿热炉的降耗节能具有极其重要的意义。
常见矿热炉无功补偿方案的分析根据补偿装置和变压器的位置进行划分，目前较常见的补偿方式有高压侧补偿与低压侧补偿两种。
下面我们对这两种补偿方式做一具体分析，针对矿热炉而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的。
如在电炉变压器的高压侧进行无功补偿，对改善高压侧的供电状况，提高功率因数是明显的。
但对于降低短网的无功损耗，提高变压器的出力，提高产能却没有任何帮助。
如在低压侧进行补偿，那么大量的无功功率将直接由补偿电容器提供，无功电流直接经低压补偿电容和电弧形成回路。
而不再经过补偿点前的短网、变压器及高压供电回路，在提高功率因数的同时，降低了变压器及短网的无功消耗，还可提高电炉变压器的有功功率输出，从而提高电炉的产能，提高产品的质量，降低单位电耗，降低原料的消耗等。
矿热炉的低补、中补、高补是什么你清楚吗？如何选择？
矿热炉的低补、中补、高补是什么你清楚吗？如何选择？矿热炉是一种高能耗设备，它的电能消耗支出费用占生产成本很大的比重。
在企业面临能源需求持续高涨、国内电价不断提升的严峻形势下，对矿热炉实行无功补偿，提高用电功率因数，最大可能的提高产量、降低单位耗电量，最大限度挖掘设备的潜力，对利用矿热炉来进行生产的企业来讲，具有相当重要的现实意义和经济效益1。
矿热炉电气系统主要由电炉变压器、短网、电极和熔池四部分组成。
交流电流分别由三根电极导入炉内，电流经电极与电极间的炉料在电极下方产生电弧和炉料电阻的焦尔热、及在电弧高温作用下，炉料产生化学反应生成各种化合物，比如硅铁、电石、金属硅等。
电炉变压器、短网部分是感性负载，需耗掉大量的无功功率，而无功损耗又减少有功，不仅影响产品的质量与产量，并且使电炉变压器的使用效率降低，产品能耗升高。
如果在电极和短网之间通过并联电容器组对无功进行补偿，就可以提高功率因数，减小线损，提高电极对地电压，从而达到节能减耗的目的。
根据电工理论：式中：λ为功率因数;R为矿热炉电阻，Ω;X为矿热炉电抗，Ω。
电阻包括四个部分：变压器电阻、短网电阻、炉料电阻和熔池电阻。
电抗包括三方面：变压器电抗、设备电抗和炉内电抗。
要提高cosλ，一要提高电阻R，但如果提高变压器电阻、短网电阻，只能使导体发热，损失的功率增加，使电效率降低，因此，这两部分要尽量降低，所以要提高只能从工艺上采取措施来提高熔池电阻和矿热炉炉料电阻;二是要降低炉子电抗，占主导地位的矿热炉变压器二次侧电流回路中，设备的电抗值占总电抗值的60%～70%，因此矿热炉变压器的电抗应尽可能低。
在矿热炉工艺参数和设备参数已定的情况下，要有效提高系统的功率因数，最有效的办法就是增加电力电容器进行无功补偿。
对矿热炉来说，无功补偿有三种方式，即高压补偿、中压补偿和低压补偿。
高压补偿是在矿热炉变压器一次侧接入并联10kV电容器组进行功率因数补偿，它能降低供电线路电能损失，减少线路压降，满足供电部门对功率因数要求225。
矿热炉变压器、补偿设计及应用概述
矿热炉变压器、补偿设计及应用概述一、变压器参数主要包括视在功率、一次电压、一次电流、二次电压、二次电流。
视在功率是各项参数综合体现，变压器设计合理与否，主要表现为一二次线圈电流超负荷能力及二次电压档位、级差和最高最低电压选择是否合理，视在功率大小及潜在超负荷能力与电炉参数匹配是否合适。
视在功率是电炉变压器综合能力体现，不管是否采用低压(纵向)补偿，变压器有功永远小于视在功率，变压器出力能力决定于视在功率大小，视在功率是前提，没有视在功率就没有有功。
目前，变压器设计实际入炉功率均大于视在功率，通常能达到1.2-1.3倍并且具备长期运行条件。
目前，国外电炉大小是指入炉功率多少而不是指视在功率，国内通常指视在功率，但各设计单位和生产企业要求不同，同样铭牌视在功率其实际入炉功率差异较大，为此，电炉大小应统一到实际入炉功率上更为合理。
二、电炉指标与主要参数关系电炉参数确定后实际入炉功率大小相对决定电炉的产能、极心圆功率密度，但不能决定电炉各项指标。
电炉各项指标主要由实际使用二次电压二次电流(一次电流)或设计二次电压二次电流是否合理决定的。
二次电压与二次电流电压比的选择与电炉各项指标关系密切，决定电炉各项指标好坏。
1、二次电压二次电压决定入炉功率分配，通常弧光功率占入炉功率70-80%，炉料发热功率占入炉功率20-30%，弧光功率与二次电压成正比，使用二次电压越高弧光功率越大炉料加热功率越小，弧光越长，温度越高。
但二次电压偏高或过高，将导致操作电阻增大，电极上抬，炉口温度高热效率低，操作困难，指标变差。
选择合适二次电压是决定电炉指标的关键。
既要考虑功率分配又要考虑操作电阻及极心圆电压密度(有补偿后极心圆功率密度提高不代表电压密度提高，光有功率但分配不一定合理)。
目前国内新建电炉，各品种极心圆直径电压降大致如下：碳锰55-60V/m，硅锰 60-65V/m，高碳铬铁 65-75V/m，硅铁(工业硅) 70-75V/m，镍铁 120-130V/m，根据变压器设计能力及电炉参数，二次电压使用根据各品种可在此范围内操作，基本达到了使用电压较高和电压超负荷的目的。
矿热炉(电炉)低压无功补偿及经济运行技术与控制方法
矿热炉（电炉）低压无功补偿及经济运行控制技术方法一、总则：恒电压设备的铁损、铜损、机械损、杂散损构成的额定工况，电效率越高、节能效果越大，即功率因数的高低决定节电率。
而矿热负载的铁损、铜损、杂散损、热损构成的非额定工况，是由矿热装备终端的电能利用率和炉前操作管理的有效利用率组成，此处的功率因数是起降损增功作用，是以熔池里面的热效率高低决定节电率。
一方面，要合理的提高电炉用电功率因数，使电效率相应提高，另一方面的几何参数、炉料、设备等条件约束，电效率不会是越高就越好、也代表不了热效率，关键在于用电功率因数是否与炉内参数同步操作优化。
二、电炉电压情况与使用环境条件要求：从上图测得的波形可见，电弧的非线性电阻，受炉膛的温度、压力、料层构成电化或电冶过程，电极在増根料层内以马蹄形或白炽灯状埋弧所产生的谐和波，其电压畸变率约占1.1%或2.7%或6%不等，谐波电流分量约占13%~35%不等。
因此，矿热低补应对炉内主要特征谐波频率和高幅值谐波应采取必要的滤波补偿回路及隔离增补了对这些不具备规律性，无法事先预知的电质变量须设监测项目。
在相补能有效地解决无功功率不平衡的同时，宜利用电抗器接电容器的电感、容抗串联，可以在相间转移有功电流的基本原理，适当搭配有利调整三相不平衡有功电流，不但能有效的减少炉变铜铁损，而且可以多减点炉变至短网的线路损耗，还可以解决谐波的干扰源影响电压、电流信号正弦波中产生负波及引起炉内碳氧化物含量的失衡。
低补装置一般设在炉膛周边，补偿铜管都尽可能接到短网终端的附近。
烟气侵蚀、烟灰积聚，热源辐射、长期微振等，对装置的内部电气元件要求很高，现行的电气行业标准，按矿热炉工况要求是有跨行业差异，与矿热炉电流需要的电容器，要具备耐热、抗流、防涡流等的功能尚缺。
低补主要是用电容器的无功换入炉有功，能解决低压绕组超载、增大熔池功率兼消流、实现炉变经济运行，是在现有技术条件背景下，原理成熟可靠，配套见效最快的选择。