略论矿热炉功率效益的制约条件杨忠魁（吉林铁合金厂）在分析电炉各种类型约束的基础上提出了设 备电抗约束的判定式。电抗约束型炉子应采用使熔池功率或有功功率最大的方式运行。给出了相应 的电流和功率计算式，为设计电炉参数提供了依据。ＢＲＩＥＦＬＹＤＩＳＣＵＳＳＩＯＮＯＮＲ ＥＳＴＲＩＣＴＥＤＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳＯＦＰＯＷＥＲＢＥＮＥＦＩＴＯＦＳＵＢＭＥＲＧＥ Ｄ－ＡＲＣＦＵＲＮＡＣＥ￥ＹａｎｇＺｈｏｎｇｋｕｉ（ＪｉｌｉｎＦｅｒｒｏａｌｌｏｙＷｏ ｒｋｓ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｓｉｓｔｏｖａｒｉｏｕｓｅｌｅｃｔｒ ｉｃｆｕｒｎａｃｅ＇ｓｒｅｓｔｒａｉｎｔ，ｔｈｅｐａｐｅｒｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｄｅｃ ｉｓｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｒｅａｃｔａｎｃｅｒｅｓｔｒａｉｎｔ．Ｔ ｈｅｒｅａｃｔａｎｃｅｒｅｓｔｒａｉｎｔｔｙｐｅｏｆｆｕｒｎａｃｅｓｈｏｕｌｄｔａｋｅ ｍｅｔｈｏｄｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｔｏｍａｋｅｍｏｌｔｅｎｐｏｏｌｐｏｗｅｒａｎｄａｃ ｔｉｖｅｐｏｗｅｒｍａｘｉｍｕｍ．Ｔｈｅｐａｐｅｒａｌｓｏｇｉｖｅｓｔｈｅｒｅｌｅｃｔ ｉｖｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａｏｆｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｐｏｗｅｒ．ａｎｄａ ｆｆｏｒｄｓｂａｓｉｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｆｕｒｎａｃｅｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ．任何一台铁合金矿热炉，无论在设计阶段还是运行阶段，都会存在一些限制其发挥和 优化的制约条件（约束因素）。这些因素可分为显性因素（如变压器最大允许工作电流、变压器本 级视在功率等）月１隐性因素（如设备电抗和设备电阻）。约束条件除冶金条件，如原料导电性、 粒度之外，电气和设备方面的限定因素也很重要。本文主要论述电气方面的条件，以引起讨论，并 期望制定改善这些限制的对策。一、显性约束１．供电电压约束条件系统供电电压长期高于电炉变 压器的额定电压，往往只用标称电压去计算炉子参数，不允许长期超额定电压。应要求供电部门适 当将供电电压调整在额定范围内，并依靠炉变本身的调压装置去调整供电炉的电压。系统供电电压 过高，如超过额定电压１０％以上（１１０％Ｕ。），不允许设备长期运行。因为这会导致铁心磁 通密度过高，铁心严重发热，铁损急剧增大，变压器使用寿命降低，甚至损坏。因此，为了安全起 见，电炉运行时的一次电压绝不允许超过１１０％Ｕ。（维持在１０５％Ｕ；；以内）。还应提及 的是，计算公式或运行制度表ｌ：叩｛Ｊ二次电压Ｕ是变压器的空载线电压，变压器满负荷运行时 电压表指示的都是负载线电压或对中点电压，这一变压器阻抗压降因素不可忽略。２．电压级范围 设计适当的电炉变压器，调压范围应按冶炼品种和适当考虑供电电压波动条件划定。并且这个主要 品种的常用电压级应是电炉变压器的主分按（通常为中档），此级电压通常满足恒功率和恒二次电 流两个条件。但通过对有关电炉参数匹配及运行点的分析表明，满足上述两条件的同时，必须与变 压器二次侧广义短网的参数（文内均称设备电抗和设备电阻）协调匹配恰当为度。广义短网包括炉 变、短网铜排母线、导电铜管、钢瓦、电极等全部二次载流体。设备电抗、、设备电阻ｒ。。均为 归算成星形回路时的值。Ｘ。和ｒ。。ｖ可直接以Ｘ和ｒ表示。协调匹配的起码标准是变）－ｌ－ －｛器各级的额定电流与设备电抗满足公式（１）３．变压器最大允许电流约束（Ｉ，限定）对于 容量小于１６５００ｋＶＡ的电炉，Ｉ。约束是主要约束，这主要是由变压器二次绕组导体的电流 密度及变压器的温升条件制约的。超Ｉ。运行，会导致负载损耗剧增、设备损坏、寿命中止。轻度 １。偏大，也会使变压器局部过热、匝间短路事故发生。Ｉ。限定是最重要的显性制约条件。４． 变压器最大允许视在功率约束（ＮＩＶＡ约束）ＭＶＡ约束也可以写成Ｓ。约束，是由变压器设计 容量所限定的。当隐性高电压（实际电压超过额定电压）运行时，虽然电极电流不超限，但因电压 超标称值或广义短网电抗（即设备电抗）偏大，无功功率偏大，会出现尽管有功功率不大，但视在 功率超Ｓ。，即“超ＭＶＡ限界”的状况。此时若按Ｉ。运行，功率因数将很低。５．供电最大需 量约束大容量电炉运行时，尽管Ｉ。约束、ＭＶＡ约束都不超限，但在供电高峰期间供电部门也要 限制其用电，以鼓励高峰期降低用电负荷，低谷期用满负荷。因而要求电炉的操作制度要适应“躲 峰降荷”。８．功率因数约束供电部门对用户的负载功率因数有严格要求，ＣＯＳＣＰ低于０．９ 将罚款。从而迫使用户首先设法改善工艺操作及设备条件，尽可能提高炉子的自然功率因数。用加 装补偿电容器可使补偿后的功率因数满足０．９２的要求。采用高压母线集中补偿时，可使几台炉 子共用一套电容器组，但炉子本身的有功功率不会提高。单台炉子的纵向补偿或低压补偿虽然相对 投资大些，还要有专门制造的变压器，并且补偿电容器也会因炉子停产而闲置，然而因其可得到有 功功率增益，对炉子增产降耗、提高效益利多弊少，放日益受到重视和采用。［ｉｆ于电力部门对 功率因数的要求，使电炉用户多年致力于补偿方式的探索，以改善这个制约。二、隐性约束１．电 炉工艺参数条件约束显性约束称为硬约束，隐性约束称为软约束。炉子几何尺寸及设备电抗、设备 电阻的约束是软约束。但它是更为重要的约束。对于已经安装完毕的炉子，其）Ｌ何尺寸已定，难 以更改。若改变冶炼品种，受原料、还原剂的限定，不一定能很好地兼顾冶金条件和设备条件，因 而炉子运行有可能不尽人意。但采用改善电气运行制度的方法，同样可以取得尽可能佳的效果。采 用使电炉在某些电压级下能使有功功率最大（Ｐ。）或进而使熔论功率最大（Ｐｃｍ）的运行方式 ，可在几乎无另外花费的情况下获得良好的运行效果。关于工艺参数的其它方面，本文不予深入讨 论。２．设备电抗及电阻约束显性约束比较容易适应，隐性约束判定则有一定的困难。目前各专业 已日益重视电抗约束及电阻约束的研究探讨。为了对设备电抗及电阻值的大小作出正确判别，笔者 提出一个判别式，供评价炉子参考。本公式应作为起码的、最低标准，而最优标准（最佳标准）则 应综合技术和经济指标来确定。（工）概述所谓设备电抗约束及电阻约束，是指工艺上的电流电压 比与设备电抗、电阻（即广义短网归算成星形回路时的电抗、电阻）值要匹配适当。Ｘ值和ｒ值太 小（假如有这个可能），可造成设备明执过小—一短路电流过大而使对设备的Ｌ匕动力校验条件过 ’厂ｌ’Ｆ刻；Ｘ值ｒ值偏大，则会加大广义短网线路损失，从而使入炉有功功率（即熔池功率） 减少，炉子功率发挥不足。（２）设备电抗值确定原则——一中档双恒法则多级调压的电炉变压器 ，考虑工艺品种的需要、电压波动以及变压器的二次导体截面的充分利用，通常将变压器设计成使 中档为转折点；从最高电压开始到中档（又称主分接）这一段为恒视在功率，继而从Ｚ转折，长向 低电压段为恒二次电流。Ｚ点同时满足恒功率和恒二次电流两个条件，即中档满足ＭＶＡ约束和Ｉ 。约束的共约束。Ｚ点还应是转向但阻抗的限值点，井应满足Ｒ。Ｘ（Ｒ为炉子一相回路总电阻， 阻抗Ｚ＝／】Ｘ）这个条件，此时Ｃ。Ｓｒｐ＝０．７０７特征值。基于此，当一台炉子按中档电 压级运行点运行时，炉子的设备电抗应按“双但”约束求取并满足Ｘ＜Ｘｉｍ。实际的设备电抗Ｘ 应小于或等于限值电抗Ｘ；。，此时炉子的参数匹配基本合理，运行的炉子才能得到本级电压所能 达到的最大有功功率。电抗上限值Ｘ；。（ｍＱ）的计算式为：Ｕ：。Ｘ，＝Ｍ：１！１（１３／ ２Ｓ。式中，Ｓ。为电炉变压器铭牌最大允许视在容量（三相），也称ＭＶＡ约束值，ｋＶＡ；Ｕ ｍ．为主分接（中档电压级）的标称电压，Ｖ。（ｌ）式还可写成如下形式：Ｘ＿。－－－－－Ｗ Ｗ－－－－＝－９１３／２互之式中，互。为（上分按）变压器最大允许额定电流，ｈＡ。如果一 台安装完毕的炉子，其设备电抗Ｘ＞Ｘ；；，，则会存在如下问题：①主分接或低于主分接的电压 级不能按＊给定运行，否则。。。印＜Ｏ．７０７许多，有功功率低，无功功率大于有功功率。② 电炉的设备损失加剧，炉子的设备能力（变压器能力）得不到发挥。这些问题都是由于隐性约束在 起作用，亦即此时炉子设备电抗太大所致。改善的途径：①分析确认Ｘ＞Ｘ；；。；（隐性因素＼ 后，可改善广义短网的结构，优化布置。当大中型电炉短网已是“在电极上接成三角形”方式时， 这部分角内电抗很难降低，应着重改进“单向”电流部分，即角外的软母线段的布线，并尽可能缩 短其长度，以减少电机。②合理布置电极前的大电流引入部分（集电装置），尽量减少导电回路的 长度。③当上述改善措施实施前或实施有困难的过渡阶段，采取Ｐｍ或Ｐ。。；方式运行，可使炉 子在现有条件下发挥最大有功功率或使熔地功率最大，能显著提高经济效益。关于按Ｐ，。方式运 行的效果对比及计算的运行制度表，本人将另文论述，这里只给出几个公式：电压级为Ｕ时的最大 有功功率Ｉ，＿＝Ｕ’。ＺＸ（３）Ｐ。；最大时的电极电流Ｉ。＝Ｕ／／ｉＸ（４）使馆池功率 最大时的有功功率ｐＵ．ＸＵａｌＺＸ。、ｉＺｕｌ－ＸＴ‘ＺＪｉ－－２－－－ＹＸ‘（于）使 熔池功率最大时的电极电流ＵＩ／ＢＸＶ“Ｍ－ｉＺ－－ｉＸ。（６）当引入设备损失角ａ并以三 角函数表示时，式（５）和式（６）还可以简化。要求ｒ和Ｘ尽可能小。ｒ；／Ｘ之值越小，炉子 电效率越高，但实际炉子的ｒ和Ｘ总有一个确定的值。ｒ和Ｘ是讨论炉于电气参数计算表１部分大 中型电炉设备电抗值有纵向补偿装置，此为不投入补偿时的电抗；””假定值。的重要基础，本人 也将另文阐述。（３）大中型电炉的设备电抗值（表１）（４）双转折点法则对于主分接不是转折点Ｚ的炉子，即转折点Ｚ比主分接电压级还低的情形，要具体分析。此种情况一般是恒功率电压级数超过一半，达到２／３（或由工艺专业要求决定），要保证２／３Ｊｔｊｌ功率，必须以合适的Ｘ值为条件满足下式：Ｕｆ”“”ＸＩ，ｎｄ一、＿（７、－／２Ｓ。式小，Ｕ。为小于主分ＭＺ
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