同名文献〔 1〕中主要以表格的形式介绍了矿热电炉设计参数的选择方法。本续篇是对新涉及的主要参数项目作较祥尽的表述分析。 1折纯电单耗 AC 折纯电单耗是在同种原料及产品电阻常数 KC为理想推荐值，且已知电炉的设备电阻、电抗条件下，测算出来的产品电单耗平均值。其中功率因数和电效率已求出。 按折纯电单耗为起始条件计算的 AC值可由已运行的同品种电炉数据中选择其合理值。例如， FeSi75取 AC=7 750 kWh/t为宜，为留有余地，本文取 AC=8 083 kWh/t。 AC与通常电单耗 A相比，后者来源丰富，但由于炉子容量、设备电阻、电抗等各不相同， A值差异较大，而 AC值则趋于稳定。由电单耗关系式： A=Σ A＋ AC（ 1） 式中Σ A为设备线损电单耗。 可见，在生产顺行时，尽力设法降低Σ A就可使 A降低。不合理的超负荷运行表面上看虽可增产，但实际上是以较高的设备线损电耗为代价的。 让电炉既达到额定产量，而又不使其电损耗超标，是一项非常重要而科学的操作技能。在当前普遍提倡节电增产降成本的热潮中，其意义重大。 2功效系数τ 提出功效系数概念不仅是为了计算表达上的方便，更重要的是τ同时是功率、电压和阻抗被打了两次折扣的系数，即τ总是小于 1的数。 在交流电路中，由于电抗的存在视在功率先是被折扣为有功功率 P=S· cosφ；又由于设备电阻的存在，进入炉内的熔池功率又被折扣为 PC=P·η；同理，空载线电压也从变压器到电极这段短网线路上被打两次折扣，第一次变为有功分量 Ucosφ（ =IR），第二次变为电极线电压 UC=U· cosφ·η。阻抗也分别被折扣为电阻 R=Z· cosφ和熔池电阻 RC=R·η。其间关系式为： （ 2） 式中 Uφ--变压器空载相电压。 这个连等关系式很有用，可据此由操作电阻反推出空载线电压。 据统计分析，τ的取值范围为 0. 75～ 0. 92，受设备的电阻、电抗大小的制约。 由折纯电单耗计算出熔池功率 (或先行确定了熔池功率 )后，τ的取值除由 cosφ及η的先行分别设定之外，本文介绍了一个方法，即首先确定一个变压器系列容量值 SN并计算出τ =，然后用先行确定的合理设备损耗系数，将τ分解成 cosφ和η两个因子。分解因子步骤容后祥述。 3设备损耗系数 tgα （ 3） 按假定条件， r、 X为定值，因此可将 tgα视为常数。在此忽略了不同电压级时变压器电阻 rT，电抗 XT值的差异对广义短网设备的电阻 r和电抗 X的影响。 tgα取值的大小，在设计阶段就界定了η与 cosφ，对将来电炉运行优劣有密切关系。所以应尽可能使其优化，同时要趋于合理而可能实现。假如要在η与 cosφ或 r与 X两者之间作出选择，即哪一个可稍小点儿，笔者则主张让 X小些，以保证第一折扣 cosφ合理。第二折扣--η低一些的炉子可以在短网设备设计阶段通过适当加大导体截面、优化电气接触面的措施来弥补。而设备电抗 X大了，则很难在运行中再去改造优化，尤其是那些已经采用在电极上完成三角形接线的"双布线"方式短网就更难了。 关于 tgα的取值，通过对已知的数台正在运行的电炉的测试数据分析及统计归纳， tgα值在 0. 1～ 0. 3之间。所考察电炉的短网铜排长度 (相当于从变压器过墙到炉子中心 )约 7. 5 m；铜排电流密度为 1. 5～ 1. 8 A/mm2，电极行程为 100～ 200 cm， tgα值在 0. 16667较为适中趋优，最具代表性的 tgα值在 0. 12～ 0. 22之间较为常见。 tgα >0. 3的短网，电效率肯定很差， tgα 我们认为，从综合经济指标来看，由于电价较高，人们的注意力转向了应尽可能降低设备 电阻来节约电能是有道理的。对于需改造的电炉设备，如果原有电效率太低，就应该考虑用增大导体截面的措施弥补损失。 在电炉设备设计阶段，可按设备电阻 r、设备电抗 X应有值与之比较判断是否满足设计要求。 r、 X实际值等于或稍小于应有值，则满足设计要求，反之，则运行的 cosφ及η肯定会因 X、 r的偏大而趋劣。 4τ分解因子的计算方法 由 RC=R－ r及 则 η =1－ tgα· tgφ（ 4） 由η·
cosφ =τ， 并将 cosφ用 tgα表达 则 （ 5） 将式（ 4)与 (5)以 tgφ为自变量联立求解可得 （ 6） 令 则 （ 7） 实用计算，根号前只取"＋"号。 功率因数 cosφ可由 tgα相应求得。 电损率 1－η可由下式表达： 1－η =tgα· tgφ（ 8） 电效率可由此求得。 功效系数τ适宜的分解因子为 cosφ及η，二者取决于 tgα的合理取值。通过广义短网设备设计使之满足 cosφ及η为预定的应有值，尚待由此至短网设备设计、阻抗计算及测试的一个循环来验证，以便对以后的设计作必要的优化修正。 如果设计时可依样板炉先行确定设备电阻 r和设备电抗 X，则 tgα即定。那么， cosφ可由文献〔 1〕中的公式 (15)计算。注意文献 <1>的式 (15)中"后式"有误，应改正为：η可通过式 (8)计算出来。 5熔池功率 PC 本文讲的熔池功率是指广义熔池的电功率，即变压器计量的总有功功率减去短网设备线损功 率后的入炉电功率，以往被称为有效功率。考虑到"有功"、"有效"、"有用"以及交流电"有 效值"等概念上可能容易混淆，故本文使用目前广泛使用的这个名称。同理，也用每相电极电压取代有效相电压，其称作电极线电压，记作U。 6每相熔池电阻 RC RC又称操作电阻或炉缸电阻，用威斯特里或斯特隆斯基公式表示为 （ 10） （ 10）式是求取每相熔池电阻的重要表达式。 如果设计中可先行确定该值，则可按此式作为起始计算。 先行确定 RC法，可参照产量、电耗、指标良好、原料、操作条件俱佳 (甚至炉子容量也相同 )的样板炉，通过满载运行测定出每相电极电压 UC，电极电流 I(用一次电流操作者，需按电压级换算 )，由下式计算 （ 11） 式中 UC的单位为 V； I的单位为 kA。 计算多组采样数据取平均值，并与威氏斯氏公式结果作验算对比。 推算产品电阻常数值 KC是否接近理想推荐值是判断电炉运行良好与否的重要标志。 （ 12） 或（ 13） 以式 (13)表达最为理想，可依此做成" KC表"监控电炉的运行。 7每相电极电压 UC 文献〔 1〕述及折纯电单耗时提到，电源经无损耗的广义短网加到每根电极上的电压就是电极相电压，即每相电极电压，它不需空载相电压 Uφ那么高。 UC是最容易测得的。事实上每相熔池电阻 RC就是由每相电极电压 UC除以电极电流 I得到的。在假定三相平衡的条件下，电极线电压以多次测量的平均值作为设计依据最为方便可靠。 设计中，以下关系式也很有用： （ 14） （ 15） UC或 UC的测量点在电极壳上实现比较容易。该测量点既可作为线损功率Σ P与熔池功率 PC的分界面，又是将每相电极电压当作电炉特性测试参数的切入点。 8电效率η 明确电效率的合理取值及致力电效率的提高，是本文论述的一个要点。 电效率η因受短网导体截面 (或电流密度 )限制，很难达到高的预想值。η过低则运行损耗大，不经济。 对于设备电阻偏大引起电效率低下的电炉改造设计，应考虑用减少设备线损功率达到提高入炉熔池功率的目的。 在设计阶段，在提交电炉变压器订货条件时，明确提出允许过载能力的办法，让变压器设计者选 择较低的导线电流密度，也是实现节能的有效途径。如此，即使电效率不太高，也能有较为满意的产量。 提高电效率、减少设备损失功率与提高功率因数都对炉内功率的提高有利，而电效率的提高更为直观。 设备损失功率Σ P是有功功率的一部分，如果Σ P偏大，炉子熔池功率低，且产量低电耗高，但它却可以表现为功率因数并不低的"假象"。这在一 定程度上可能掩盖了电效率低的实质。因此，重视并致力于电效率的提高，无论对设计还是运行都是必要的。 总之，让τ =cosφ·η尽可能提高，对炉子都是有利的。 图 1、图 2分别是η =f(cosφ )和 cosφ =f(η )的关系曲线。图 1、 2表明，η的提高引起 cosφ提高的速率高于 cosφ提高引起的η提高的速率。 图 1η =f(cosφ )曲线 9功率因数 cosφ 从理论上讲， cosφ是每相电流与电压间夹角的函数，只有按三相电压及负荷平衡的假定条件，才能引出三相功率因数的概念。通常，电炉的自然功率因数约 0. 75～ 0. 92，大电炉低些，小电炉较高，但往往达不到电业部门要求，仍需要考虑无功补偿。一般的横向补 偿不能提高炉子本身的功率因数。对于设备电阻、电抗和炉子原料既定的炉子，合理提高电压、降低电流是改善功率因数的有效途径。10变压器额定容量 SN 计算电炉视在功率值并取整即可选作变压器的额定容量 SN。 当设计计算确定了熔池功率，且功效系数初选后，可在系列容量中选定一个作为 SN。 SN选得小，则要求τ =cosφ·η足够大 ,也就是要求设备电阻、电抗都较小，其实现难度大；反之， SN选上一级，让其"大马拉小车"就有利于满足设计要求。 11变压器空载线电压 U U可由电极线电压 UC除以功效系数τ初步求得，参见本文公式 (2)。 一旦 SN选定以后，可用以下公式计算 （ 16） （ 17） 计算出 U值后，再修正 UC、 RC及 KC，见文献〔 1〕中表 1的项 15。此时的 SN、 PC不可再改变， UC可能稍有变化。由可知， Z也
More abstracts about the 矿热电炉设计的参数选择程序例解(续篇)