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1、電爐短網(wǎng)設(shè)計(jì) 2011年6月 第36卷第3期 貴州化工 GuizhouChecaIIndustry?15? 電爐短網(wǎng)設(shè)計(jì) 邵斌 (貴州東華工程股份有限公司,貴州貴陽550002) 摘要:雖然電爐短網(wǎng)長度不大,但其電阻,尤其是電抗對(duì)電爐裝置工作有很大影響.論述了短網(wǎng)設(shè)計(jì)的要 求,導(dǎo)體元件的選擇,短網(wǎng)配置及短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和短網(wǎng)的配置方式.在很大程度上電爐裝置的效率,功率因數(shù)及 爐子決定了是否能進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn). 關(guān)鍵詞:電爐短網(wǎng);補(bǔ)償器;變壓器;集膚效應(yīng) 中圖分類號(hào):TM503.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1008—9411(2011)03—0015—04 1概述 電爐短

2、網(wǎng)的特點(diǎn)是電流大(幾萬甚至幾十萬安 培),組合母線外形輪廓復(fù)雜,工作環(huán)境惡劣,不能按 通常電氣裝置載流導(dǎo)體進(jìn)行設(shè)計(jì).雖然電爐短網(wǎng)長 度不大,但其電阻,尤其是電抗對(duì)電爐裝置工作有很 大影響.在很大程度上決定了電爐裝置的效率,功 率因數(shù)及爐子是否能進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn). 2短網(wǎng)設(shè)計(jì)的要求] 從變壓器二次端頭到爐子電極的二次母線總稱 短網(wǎng).短網(wǎng)由母排(或管子),軟電纜及引至電極的 饋電線等三部分組成.短網(wǎng)是輸送低電壓,強(qiáng)電流 電能的橋梁.對(duì)它的要求是: (1)電阻越小越好,減少電壓降及有功損耗; (2)電抗越小越好,減少無功損耗,提高功率因數(shù); (3)盡量使每個(gè)相的阻抗值和復(fù)合分配

3、達(dá)到平衡; (4)具有可繞部分,以適應(yīng)電極升降的要求;(5)減 少溫度對(duì)短網(wǎng)阻抗值的影響;(6)減少鐵磁體對(duì)短 網(wǎng)阻抗值的影響;(7)縮小或克服大電流帶來的不 利作用;(8)保證絕緣性能,電動(dòng)穩(wěn)定和安全運(yùn)行. 3電爐短網(wǎng)各段導(dǎo)體元件 (1)溫度補(bǔ)償器:為防止母線束受熱后把膨脹 力傳給變壓器出頭,影響出頭處油密封.因此,除 1000～1500kVA容量以上的變壓器外,都應(yīng)裝設(shè)溫 度補(bǔ)償器. (2)組合母線束:短網(wǎng)組合母線束是最長的一 段,應(yīng)盡一切辦法減少其電抗.通常是把一相中來 去電流的導(dǎo)體交替并排排列,即所謂的單相往復(fù)交 錯(cuò)排列. (3)組合母線束分裂段:在組合束末

4、端,為把單 相組合束同一極性的導(dǎo)體和三相組合束中同一相導(dǎo) 體集合在一起,通過固定集電環(huán)把電流供給軟電纜 上,這樣的母線段稱為母線分裂段.采用何種分裂 形勢(shì),其原則是使電抗最小. (4)固定集電環(huán)和移動(dòng)集電環(huán):矩形母線或管 狀母線與軟電纜間,或軟編線與電極旁水冷導(dǎo)電銅 管間,要經(jīng)過集電環(huán)接觸連接起來. (5)可繞軟線:短網(wǎng)可繞軟線較長,要保證電極 垂直方向移動(dòng),爐體傾斜及爐蓋旋轉(zhuǎn)等幾個(gè)方向動(dòng) 作. (6)導(dǎo)電銅管:供給電極卡子電流,都由水冷銅 管提供. (7)接觸頰板:又稱電極卡子,是把電流導(dǎo)給電 極的一個(gè)部件.為了保證接觸良好,需要有一定的 接觸壓力.接觸頰板和電

5、極接觸處,有很大的功率 損失,約占爐子總有效功率的2%～6%,接觸頰板 的電抗,約占短網(wǎng)電抗的2%一4%. (8)電極:從接觸頰板到電弧處的長度,小容量 電弧爐為1.5～2m,大容量電弧爐為5—6m,對(duì)于開 口式礦熱爐,長度為lm,封閉式爐為2～2.5m. 4決定短網(wǎng)配置的主要因素 爐用變壓器,短網(wǎng)結(jié)構(gòu)和爐子裝置是三位一體 的有機(jī)組合,選擇短網(wǎng)配置方式與爐子的爐型及其 參數(shù),變壓器接線組合及結(jié)構(gòu)狀態(tài)等有關(guān).具體的 說,短網(wǎng)的配置方式應(yīng)考慮下列因素: (1)爐子的功率大小:一般來講,爐子的功率越 大,短網(wǎng)配置的問題就越復(fù)雜. 收稿13期:2Ol1一Ol一25 作者簡介

6、:邵斌(I976一),男,貴州貴陽人,電氣工程師,主要從事電氣設(shè)計(jì)工作. ? 16? 貴州化工 GuizhouChemicalIndustry 2011年6月 第36卷第3期 (2)爐子的形狀(圓形系的有圓形,三角形和正 方形;矩形系的有矩形和橢圓形),圓形系爐子的電 極是正三角形布置,矩形系爐子的電極是并列布置. (3)工藝要求的電參數(shù),需用的電參數(shù),需用的 二次電壓等級(jí)及相應(yīng)的電流強(qiáng)度,這是考慮短網(wǎng)絕 緣,載流體截面和電氣聯(lián)結(jié)要求的依據(jù). (4)投資和回收年限,有色金屬的節(jié)約和代用 要求. (5)使用的電極(石墨,炭質(zhì)及自焙)及其合理 尺寸和允許極限尺寸.

7、 (6)電極根數(shù)及其在爐膛內(nèi)的布置:中小功率 電爐取三根,大功率電爐取三根或六根,一般來說, 電極根數(shù)越多,導(dǎo)致短網(wǎng)配置就越復(fù)雜化. (7)短網(wǎng)穿過爐頂?shù)目赡苄?熱力作用程度和 爐氣的腐蝕性等. (8)生產(chǎn)操作的其它要求:電極升降及其上下 行程,爐體有否回轉(zhuǎn),燒穿母線的電源供應(yīng)(有無單 獨(dú)的燒穿變壓器)等等. (9)變壓器的組合:中小功率電爐采用一臺(tái)三 相變壓器,大功率電爐可以考慮采用三臺(tái)單相變壓 器,選擇變壓器組合方式時(shí),應(yīng)考慮爐子的功率和臺(tái) 數(shù),變壓器的制造和運(yùn)輸,短網(wǎng)配置方式,電極根數(shù), 功率調(diào)節(jié)和廠房布置等因素,經(jīng)過技術(shù),經(jīng)濟(jì)比較, 權(quán)衡得失,最后選擇變壓器的

8、組合 (10)變壓器低壓側(cè)的可能接線方式:一般爐用變 壓器的各相線圈的頭尾全部引出,以便短網(wǎng)的合理排 列和接線(三角形或星形),個(gè)別的爐用變壓器,其低 壓側(cè)在制造時(shí)已經(jīng)接成固定的三角形或星形. (11)變壓器低壓繞組結(jié)構(gòu)及每相并聯(lián)支路的 引出數(shù)量:一般爐用變壓器每相并聯(lián)支路的引出數(shù) 量,通常是二,四,六對(duì),視載流量的大小而定.超過 六對(duì)將導(dǎo)致變壓器制造和短網(wǎng)配置負(fù)責(zé)化. (12)變壓器引出端頭的型式與部位,通常采用 銅排式或銅管式引出,其結(jié)構(gòu)部位在變壓器的頂蓋 上或側(cè)壁. (13)變壓器的安置位置:變壓器的安裝位置關(guān) 系到短網(wǎng)配置的長度和對(duì)稱性,為縮短短網(wǎng)長度,爐

9、用變壓器應(yīng)盡量靠近爐體,并將變壓器出線中心抬 至短網(wǎng)母線中心同一高度. (14)變壓器調(diào)壓方式,功率調(diào)節(jié)方式:小功率的 爐用變壓器大都采用無載調(diào)壓,中大功率的變壓器一 般采用有載調(diào)壓.為了更好的滿足工藝生產(chǎn)的需要, 控制電極問的功率轉(zhuǎn)移,可采用分相的有載調(diào)壓. 5短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)J (1)小型電爐(例如2000kVa)短網(wǎng)是在進(jìn)入軟 電線處就接成三角形,通常稱爐旁三角形,母排上流 過的是相電流,而軟電線及電極上流過的是線電流. 大型電爐的短網(wǎng)一般是通過電極接成三角形,短網(wǎng) 上流過的是相電流,電極上流過的是線電流,顯然, 這樣對(duì)短網(wǎng)和變壓器的設(shè)計(jì)制造上克服大電流的困 難很

10、有益處. (2)盡量縮短短網(wǎng)長度,在滿足運(yùn)行和維修的 條件下,使變壓器盡量靠近爐子,將變壓器抬高,使 變壓器出線標(biāo)商和短網(wǎng)母線標(biāo)高一致,以減小母線 不必要的垂直部分,縮短短網(wǎng)長度. (3)在截面相同,動(dòng)穩(wěn)定允許的條件下,采用周 邊長,高度與厚度比值較大的矩形母線.一般母線 厚度采用10—15mm,高度與厚度之比為20:1,母線 間距為10—20ram. (4)在截面相同的情況下,采用直徑較大的導(dǎo) 電銅管(管厚取10～15mm),以減小自感電抗. (5)電流相位相反的母線交錯(cuò)排列,并相互靠 近,使互感應(yīng)補(bǔ)償自感應(yīng),降低合成阻抗;電流相位 相同的母線間距離拉遠(yuǎn),以減小互感

11、.并避免各并 聯(lián)支路的電抗不平衡,引起負(fù)荷分配的不平衡而造 成附加損耗. (6)盡量避免在短網(wǎng)及電極周圍構(gòu)成鐵磁回路 (如普通鋼構(gòu)件),而引起附加電抗的增加,并在鐵 磁體內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗.盡量減少或拉遠(yuǎn) 短網(wǎng)臨近的鐵磁零件. (7)采用電阻系數(shù)和電阻溫度系數(shù)較小的導(dǎo)電 材料. (8)采用磁阻大的非磁性材料代替鐵磁性材 料. (9)采用耐熱的絕緣性能良好的絕緣材料. (10)選用比一般經(jīng)濟(jì)電流密度為小的電流密 度. (11)盡量減少短網(wǎng)的導(dǎo)電接觸連接點(diǎn).在接 觸連接點(diǎn)不可避免時(shí),則必須選用合適的金屬材料, 增加接觸面,保持接觸面清潔,防止氧化,充分散熱,

12、 保證接觸點(diǎn)上有足夠的壓力,以降低接觸電阻,使導(dǎo) 電接觸連接良好.對(duì)于銅鋁的連接,采用銅鋁過渡 板. (12)大型電爐作饋電母線用的銅管(或鋁管) 以及靠近電極部分的導(dǎo)電銅管采用水冷卻. (13)變壓器低壓側(cè)出線端與母線連接處,采用 軟銅皮做成的補(bǔ)償器(或補(bǔ)償接頭)進(jìn)行補(bǔ)償,以減 輕熱脹冷縮和機(jī)械振動(dòng)對(duì)出線端的影響,避免變形 和滲油.(對(duì)2000kVA電爐可不裝補(bǔ)償器). (14)短網(wǎng)母線用數(shù)量足夠和絕緣可靠的夾件 第36卷第3期邵斌:電爐短網(wǎng)設(shè)計(jì)?17? 緊固之,保證電動(dòng)穩(wěn)定. (15)采用可撓性和散熱情況較好的裸銅軟電 線(或水冷軟電纜),適應(yīng)電極升降的需要.

13、(16)降低短網(wǎng)的運(yùn)行溫度,其措施就是用較好 的隔熱材料遮擋爐子對(duì)短網(wǎng)的輻射熱. (17)考慮加工制造和維護(hù)檢修的方便. 6幾種典型短網(wǎng)的配置方式 電爐短網(wǎng)設(shè)計(jì)中,有多種方式,但按其配置的接 線特點(diǎn),大致可分為四種方式:(a)三相Y接法圓形 爐,(b)三相星形帶中點(diǎn)延伸型接法圓形爐,(e)三 相爐旁△接法圓形爐,(d)三相通過電極接成△形 圓形爐.如圖1所示. 圓鶘固 圖1電爐四種方式短網(wǎng)配置示意圖 6.1星形(Y型) 星形接線(包括變壓器出口三角形接法)的短 網(wǎng)中流過線電流,匯流母線不能頭尾交錯(cuò)排列,三相 短網(wǎng)參差程度較大,因而感抗,功率轉(zhuǎn)移和負(fù)荷不平 衡較明顯

14、增加,所以一般在小功率電爐上采用.當(dāng) 從節(jié)省短網(wǎng)導(dǎo)體材料,縮短短網(wǎng)長度,減輕三相短網(wǎng) 參差程度及負(fù)荷需要分相控制的角度出發(fā),在大功 率電爐上也可采用這種接線方式,其短網(wǎng)配置穿過 爐頂,變壓器中性點(diǎn)引出與爐底相連接. 6.2星形帶中點(diǎn)延伸型 星帶中點(diǎn)延伸型的短網(wǎng)配置方式,優(yōu)點(diǎn)是局部 地改善匯流母線區(qū)段的排列情況,缺點(diǎn)是消耗較多 的有色金屬.這種接線方式應(yīng)用很少. 6.3爐旁△型 爐旁△型的短網(wǎng)配置方式,其根本也在于改善 匯流母線區(qū)段的排列,使獲得電流相位差為180.的 匯流母線交錯(cuò)排列,更好地抑制互感電抗.在三角 形回路內(nèi)的電流為相電流.這種改良有局限性,而 且消耗較

15、多的有色金屬.該接線方式在小功率電爐 上應(yīng)用甚多. 6.4三角形(△型) 三角形接線是通過電極接成三角形的短網(wǎng)配置 方式,它分不對(duì)稱聯(lián)接法和對(duì)稱聯(lián)接法兩種,這種接 線的明顯優(yōu)點(diǎn):首先是短網(wǎng)各區(qū)段流過相電流,使匯 流母線的頭尾交錯(cuò)排列相當(dāng)完善,而且類似的作用部 分地延伸到軟電線和導(dǎo)電銅管,故其感抗較小;其次 是短網(wǎng)非交錯(cuò)排列的導(dǎo)電銅管長度參差較小,且各相 基本上對(duì)稱,因此負(fù)荷分配平衡,功率轉(zhuǎn)移相對(duì)減小. 中等功率電爐多半采用一臺(tái)三相變壓器通過電 極接成三角形的短網(wǎng)配置方式.大功率電爐可以采 用一臺(tái)三相變壓器或三臺(tái)單相變壓器通過三根電極 接成三角形或三臺(tái)單相變壓器對(duì)電極(

16、三根或六根 或更多)分布地供電的短網(wǎng)配置方式. 上面討論的短網(wǎng)配置的4種方式.嚴(yán)格地講, 短網(wǎng)配置方式只有Y形和△形兩種,星形帶中點(diǎn)延 伸和爐房△型僅是過渡形式.△形接線相對(duì)Y形接 線,其互感電抗,功率因數(shù),負(fù)荷分配和功率轉(zhuǎn)移等 指標(biāo)優(yōu)越,但對(duì)一般小型電爐可采用Y形,尤其是爐 旁△形的接線方式,而中型和大型電爐采用△形接 線方式. 6.5電爐幾種典型短網(wǎng)的配置方式 電爐幾種典型短網(wǎng)的配置方式如圖2所示. 圓圓 圖2電爐典型短網(wǎng)配置示意圖 圖中:(a)變壓器出口△接法圓形爐;(b)三相 Y接法圓形爐;(c)三相爐旁△接法圓形爐;(d)三 相Y接法(短網(wǎng)穿過爐頂)圓形

17、爐;(e)三相通過電 極對(duì)稱接成△的圓形爐;(f)三臺(tái)單相變壓器分布供 電的三電極△接法圓形爐;(g)三臺(tái)單相變壓器分 布供電的六電極圓形爐. (a),(b),(c)三種配置方式適用于小型電爐: (d)配置方式適用于中型大型電爐,尤其是負(fù)荷需 要分相控制時(shí);(e)配置方式適用于中型大型電爐; (f),(g)二種配置方式適用于大型電爐. 7短網(wǎng)的電流密度 由于短網(wǎng)的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)較大,所以按 照一般規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度(J)選擇短網(wǎng)是不太適 當(dāng)?shù)?應(yīng)加以降低,一般與所述二種效應(yīng)所產(chǎn)生的綜 合系數(shù)(zx)的平方根成反比,即校正后的電流密度 ? l8? 貴州化工 G

18、uizhouChemicallndustry 2011年6月 第36卷第3期 (J)為: J=J?1/Zx(J的數(shù)值,銅采用1.8,鋁采用 0.9—1A/ram) 電爐短網(wǎng)各區(qū)段所選擇的電流密度值一般采用 如下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù): (1)饋電母線:銅排為1.2—1.5A/ram.;鋁排為 0.6～0.9A/mm.;通水導(dǎo)電銅管為3—5A/ram;通水 導(dǎo)電鋁管為2～3.5A/ram. (2)軟電線:軟銅復(fù)絞線(TRJ型)為1～1.5A/ mm,一般采用1A/ram左右;薄銅帶為0.9～1.3A/ 2 瑚咖0 (3)靠電極之通水導(dǎo)電銅管:靠電極之通水導(dǎo) 電銅管為2—3A/r

19、am. (4)相同金屬接觸面之允許電流密度(表1). 表1相同金屬接觸面允許電流密度(A/raml 電流銅(銅x鋁 0.7)(tfl 黃 x 銅 O.4)(銅x 鋼 O.3)(~ 磚 1x 青 0 銅 . 35)( 錫 x 青 0 銅 . 55) (5)不同金屬接觸面允許電流密度(表2) 表2不同金屬接觸面允許電流密度(A/mm) (6)電極與金屬接觸面的電流密度:銅鑄件一 石墨電極(接觸面用水冷)5.5A/cm;鋼鑄件一石 墨電極(接觸面用水冷)3A/cm;鋼鑄件一石墨電 極(接觸面不用水冷)1.5A/cm;黃銅鑄件一石墨 電極(

20、接觸面不用水冷)2A/cm;銅鑄件一炭質(zhì)電 極(接觸面用水冷)5A/cm;銅鑄件一自焙電極(接 觸面用水冷)2A/cm. (7)電爐用電極所采用的電流密度:我們推薦 適宜的電流密度范圍(表3),隨著電極直徑的增大, 所采用的電流密度取小值. 表3不同材料電流密度范圍{A/cm) 8結(jié)論 雖然電爐短網(wǎng)長度不大,但其電阻,尤其是電抗 對(duì)電爐裝置工作有很大影響.在很大程度上電爐裝 置的效率,功率因數(shù)及爐子決定了是否能進(jìn)行穩(wěn)定 生產(chǎn). 參考文獻(xiàn): [1]袁曉成.冶金企業(yè)電力設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:冶金出版 社,2007. [2]柯林.新編鋼鐵企業(yè)機(jī)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)[M].北京

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22、characteristicsanddispositionways. Keywords:Electricfurnaceshort—web;compensator;transformer;setskineffect (上接第9頁) StudyonSyntheticMechanism,Method,andModification TechnologyofZeolitefromCoalFlyAsh CAO (CollegeofChemistry&ChemicalEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang550003,China) Abstract

23、:Theionexchangeabilityandadsorptionabilityofzeolitefromcoalflyash(CFA)areanalysisaccord— ingtoitsspatialstructure.ThereviewcoversthesynthesistechnologiesofzeolitewithCFAincludinghydrothermal synthesismethod,alkalifusionmethod,saltthermalsynthesismethodandmixalkalivapordepositionsynthesis methods.TheinfluenceofkindofCFA.dosageandconcentrationofalkali,reactiontemperature,andreactiontime etcweresummarized.Moreover.theapplicationanddevelopmentofmodificationtechnologyforthezeolitefrom CFAwassummarized. Keywords:CoalFlyAsh;Zeolite;Modification;Liquid—stateTransformation