标题：矿热炉
矿热炉介绍
矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉。
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，陆续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。
矿热炉主要类别、用途
类别
主要原料 
制成品 
反映温度 0℃
电耗 KW*h/t 
铁合金炉
​​​​硅铁炉（45%）硅铁
硅铁、废铁、焦碳
硅铁 
1550-1770 
2100-5500
（75%）硅铁
​​​8000-11000 
锰铁炉
锰矿石、废铁、焦碳、石灰
锰铁 
1500-1400 
2400-4000 
铬铁炉 
铬矿石、硅石、焦碳 
铬铁 
1600-1750 
3200-6000 
钨铁炉
钨晶矿石、焦碳
钨铁
2400-2900 
3000-5000 
硅铬炉
铬铁、硅石、焦碳
硅铬合金
1600-1750
3500-6500 
硅锰炉
锰矿石、硅石、废铁、焦碳
硅锰合金
1350-1400
3500-4000 
炼钢电炉 
铁矿石、焦碳
生铁
1500-1600
1800-2500
电石炉
石灰石、焦碳
电石
1900-2000
1900-3000
碳化硼炉
氧化硼、焦碳
碳化硼
1800-2500
-20000 
（1）电耗值随原料成分，制成品成分，电炉容量等的不同而有很大差异。这里是约值。
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，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，因此短网的性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，因此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，且被电力部门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。如果采取适当的手段，提高短网功率因数，可以达到以下的效果： 
（1） 降低电耗5～20% 
（2） 提高产量5%～10%以上。 
从而给企业带来良好的经济效益，而投入的改造费用将可以在节约的电费中短期内收回。
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，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。
如果采取适当的手段，提高短网功率因数，改善电极不平衡度，那么将可以达到以下的效果：
AAAA、、降低生产电耗降低生产电耗降低生产电耗降低生产电耗 3%3%3%3%～～～～6666%；
BBBB、提高产品产量提高产品产量提高产品产量提高产品产量 5%5%5%5%～～～15151515%。%。%。%。 
从而给企业带来良好的经济效益，而投入的改造费用可以在创造的综合效益中短期内收回。一般情况下为了解决矿热炉自然功率因数低下的问题，我国目前多采用在高压端进行无功补偿的方法来解决，高压补偿仅仅是提高了高压侧的功率因数，但是由于低压端短网系统的巨大的感抗所产生的无功功率依然在短网系统中流动，同时三相不平衡是由于短网的强相（短网较短故感抗较小、所以损耗较小，输出较大故名强相）和弱相造成的，因此高压补偿不能解决三相平衡的问题，也没有达到抵消短网系统无功、提高低压端功率因数的作用，由于短网的感抗占整个系统感抗的70%以上，所以不能降低低压端的损耗，也不能增加变压器的出力，但可以避免罚款，仅仅是对供电部门有意义。 相对高压补偿而言，低压补偿的优势除提高功率因数外,主要体现在以下几个方面： 1)、提高变压器、大电流线路利用率，增加冶炼有效输入功率。 针对电弧冶炼而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的，将补偿点前移至短网，就地补偿短网的大量无功消耗，提高电源输入电压、提高变压器的出力、增加冶炼有效输入功率。料的熔化功率是与电极电压和料比电阻成函数关系的，可以简单表示为P=U2/Z料。由于提高了变压器的载荷能力，变压器向炉膛输入的功率增大,实现增产降耗。 2)、不平衡补偿，改善三相的强、弱相状况。 
由于三相短网布置和炉体、炉料等总是不平衡的，三相不同的电压降、不同的功率，就导致了强、弱相现象的形成。采取单相并联的方式进行无功补偿，综合调节各相补偿容量，提高炉心功率密度和坩锅均匀度，使三相电极的有效工作电压一致、平衡电极电压、均衡三相吃料，改善三相的强、弱相状况，达到增产、降耗的目的。同时，改善三相不平衡现象，改善了炉膛工作环境，延长了炉子使用寿命。 3)、降低高次谐波，减少谐波对整个供电设备的危害，减小变压器及网络附加损耗。 4)、提高了电能质量，改善了系统电气参数，提高了产品质量。 下图反应了高压补偿和低压补偿时的无功功率的流动方向。从图中可以清晰的看出高压补偿不能降低损耗和增加变压器出力的原因：
因此目前也有部分单位采取了低压端进行无功补偿的措施，来解决以上的问题，在短网端进行补偿能够大幅提高短网端的功率因数，降低电耗，针对炉变低压侧短网的大量无功消耗和不平衡性，兼顾有效提高功率因数而实施无功就地补偿技术改造，从技术上来讲是可靠、成熟的，从经济上来讲，投入和产出是成正比的。在矿热炉低压侧针对短网无功消耗和其布置长度不一致导致的三相不平衡现象而实施的无功就地补偿，无论在提高功率因数、吸收谐波，还是在增产、降耗上，都有着高压补偿无法比拟的优势。但是由于传统的补偿投切技术（如采用交流接触器投切）投切开关数量多，成本较高，同时由于工作环境恶劣，因此寿命受到极大的影响，根据调查统计，目前已有的采用传统方式投切的低压补偿使用寿命很难超过一年，因此给企业带来很大的维护量，投资回收周期加长，由于后续维护费用高，综合效益不佳。 BWKN-3500型无功补偿控制器（矿热炉短网专用型），为适应矿热炉的工作特性专门开发和设计的用于矿热炉系统的无功补偿控制器（矿热炉短网专用型），该控制器具有改善电能质量的理想功能，主要具有提高矿热炉功率因数、节约能源、提供电压支撑、减少闪变等功能。 该控制器具有以下显著特点：
▲三相分别补偿，降低三相不平衡度，有效增产降耗。
▲极大改善电压跌落和闪变。
▲任何时刻实现自由投切。
▲具有高度的可靠性，可实现免维护以及无人值守。 
▲多重保护设计，最大限度避免了电容器以及电子开关的损坏。（根据不同客户制订）
▲显著提高供电系统利用率。 
▲主要技术参数： 控制器主要依据　
设计规范：DL/T597-1996； 额定电压：220V； 基波频率：50Hz； 控制物理量：无功功率Q；功率因数 COSΦ； 无功补偿容量单路设定值：0---9999KVAR 工作制：连续工作； 环境温度： -5℃～+70℃； 相对湿度：日平均不大于95%，月平均不大于90%（户内），不凝露； 补偿方式：分相分级补偿。（可根据客户需求订制） 
▲性能特点 可分相、分级、循环、电子开关投切； 可分相分级补偿。配置完善的保护功能； 自动控制投切，装置运行无须人工干预，安全高效。
方法原理
一般情况下为了解决矿热炉功率因数低下的问题，我国目前一般采用电容补偿的方式来解决，通常是在高压端进行无功补偿，但是由于高压端补偿不能解决三相平衡的问题，而且由于短网的感抗占整个系统感抗的70%以上，因此高压端补偿并没有达到降低短网系统感抗，提高短网功率因数。增加变压器出力的目的，仅仅是对供电部门有意义。 
因此目前也有部分单位在新建炉子上采取了高低压同时进行无功补偿的措施，来解决以上的问题，在短网端进行补偿能够大幅提高短网端的功率因数，降低电耗，针对炉变低压侧短网的大量无功消耗和不平衡性，兼顾有效提高功率因数而实施无功就地补偿技术改造，从技术上来讲是可靠、成熟的，从经济上来讲，投入和产出是成正比的。在矿热炉低压侧针对短网无功消耗和其布置长度不一致导致的三相不平衡现象而实施的无功就地补偿，无论在提高功率因数、吸收谐波，还是在增产、降耗上，都有着高压补偿无法比拟的优势。但是由于成本较高，同时由于工作环境恶劣，因此寿命受到极大的影响，同时短网低压端无功补偿也带来了谐波增加，因此又必须采取措施来抑制3～7次谐波，从而使投入加大，投资回收周期加长，同时后续维护费用高，综合效益不佳。一般仅适用于新建炉子。
矿热炉现状及未来
最新发展俄国已 研制成世界上最大的（63MVA）密闭式矩形高锰合金炉；并试制成功变压器容量超过100MVA的矩形矿热炉，以及开发出熔炼硅锰合金的2MVA等离子竖式炉。在大型炉子的设计中，全部利用计算机的最佳数学模型来计算确定大型矿热炉的最佳参数和最佳工作状态。
俄国先进的电极升降自动调节系统：工作原理，矿热炉的电极自动调节遵守下述最佳工艺条件，即：
G=常数；ΔG/Δμ=常数，其中G=I/U 式中：G为熔体（炉料）电导率，I为电极电流，U为电极到炉底之间的电压将，Δμ为电极位移增量， ΔG/Δμ为电导率对于电极位移之间的梯度。在规定任务条件下，最佳系统是保证熔炼的最佳电力规范，即在规定的金属消耗和低电能消耗的条件下，要保证炉子的电导率恒定（设定值），稳定电功率，控制熔池面高度，自动升降电极。
南非国和国派乐美特（Pyromet）工业技术公司的矿热炉新型调节系统
调节器的控制对象（工作设定点）是炉料（熔池）的电阻，即该调节器的工作原理是采用电阻控制来移动电极，而且该电阻同炉料电阻率呈正比，也就是控制炉料电阻率为恒定值。
调节器的标准输入信号有：3个电极电流；3个相电压；3个变压器档位信号；3个电极位置信号。
调节器地标准输入信号有：3个电极上升输出；3个电极下降输出；3个变压器档位升输出；3个变压器档位降输出，以及报警输出，功率控制是靠改变变压器抽头来实现的。
操作手可以随时改变的设定值有：1炉子工作点（炉子电阻值）的设定；2炉子功率设定（依靠改变变压器抽头）；3调节器不灵敏区（死区）的设定；4最大允许电流的设定等。未来方向1 矿热炉向高功率、大型化方向发展，为了提高热效率，提高生产率和满足功率集中冶炼的工艺要求；
2 采用低频（0.3-3HZ）冶炼，可节省和提高产品质量。
3 设置有排烟除尘及能源回收装置。
4 开发空心电极系统，较小颗粒精细料可从空心电极加入，节省能源，节省电极消耗，稳定熔池。
5 采用炉体旋转结构。
6 研制开发适合各种矿热炉工艺要求得计算机工艺软件系统，指导冶炼，使冶炼达到最佳状态。从而提高产品质量，降低能耗及提高产量。