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本届大会组委会： 雷儒鑫（内蒙古自治区乌兰察布市副市长）赵建平（内蒙古自治区乌兰察布市政府副秘书长）王镇海（内蒙古自治区乌兰察布市工信局局长）赵栋梁（钢铁研究总院副院长）邓陈虹（钢铁研究总院科技信息与战略研究所所长）包燕平（北京科技大学教授）史万利（中国铁合金工业协会秘书长）李际权（乌兰察布铁合金行业协会会长）本届大会秘书处： 赵建平（内蒙古自治区乌兰察布市政府副秘书长） 王镇海（内蒙古自治区乌兰察布市工信局局长） 邓陈虹（钢铁研究总院科技信息与战略研究所所长） 于扬（北京钢研柏苑出版有限公司副总经理） 包燕平（北京科技大学教授） 陈烨（乌兰察布铁合金行业协会办公室主任） 罗东斌（乌兰察布市工信局） 孔立军（北京钢研柏苑出版有限责任公司部长） 矿热炉内部电气参数测量技术与工艺张宗有（青岛菲特测控节能科技有限公司）摘要：矿热炉三相电极在炉内的电弧电流一般分为电极对炉底和炉壁碳砖的星接电流，以及电极间的角接电流。本文论述了矿热炉电路模型的建立，通过测量每台单相电炉变的输入参数，计算出炉内的电气参数。推导了炉内参数的计算公式，并进一步通过模拟电路进行了试验验证。同时对炉内参数与电极操作的关联性，以及根据炉内参数判断炉况进行了讨论。关键词：电极电流；电弧电压；操作电阻；星接支路；角接支路.前言矿热炉主要指冶炼电石、工业硅、硅铁、硅锰、镍铁、铬铁等的埋弧式电弧炉，这种电炉通过三相电极的电弧发热来进行冶炼生产。由于受测量技术的限制，目前大部分矿热炉都只是采集炉变的一次或二次参数进行控炉，而事实上矿热炉控炉的核心是三根电极的控制。因此，矿热炉电极工作参数的测量显得十分重要，这些参数包括电极长度、电极入料深度、电极电流、操作电阻、各分相支路的电流和电压、电阻等，全面掌握这些内部参数，有助于分析炉况，并准确地找出最佳的电极调节方式。.矿热炉的电气测量.三相供电原理矿热炉三相供电图见图、图、图3所示：图供电三相平面图图一次角接接线图图3一次星接接线图.电炉内部等效电路及计算..等效电路矿热炉三相电极在炉内的电弧电流一般分为电极对炉底和炉壁碳砖的星接电流，以及电极间的角接电流。电炉内部等效电路见图4：图4电炉内部等效电路图图中：Xa，Xb，Xc为从接触元件至电极头的电抗；Ra，Rb，Rc为从电极头至炉底（包括炉壁）的星接支路电阻；Rab，Rbc，Rca为电极之间的角接支路电阻；X为从炉变二次出口至电极的短网电抗；短网电阻和电极电阻远小于相应部分的电抗值，可忽略。..操作电阻的计算先把星接支路和角接支路电阻并联后得到一个等效单星接电路，从电极的电源接入点测量各相有功、无功、电压、电流值，然后计算总星接参数（见图5)：图5电气测量点图5中，Ra’、Rb’、Rc’为星接电阻和角接电阻并联后的总等效电阻，也称为操作电阻。按照电工原理：联立求解方程组可得到操作电阻Ra’、Rb’、Rc’。同理可求得电抗Xa、Xb、Xc:..3电极电流的计算当电极线电压互为0。时：..4电阻电压三角形电极头之间的线电压组成一个电阻电压三角形（见图4）图6电阻、电压三角形..5电极头对地弧电压的计算图7中，U、U、U3为测量得到的电极对炉底电压，Ua、Ub、Uc为负荷中性点相电压。通过矢量或几何运算可求出U0，U0为负荷等效中性点与炉底中性点之间的电压差。图7二次电压三角形的电极壳对地电压图8电阻电压三角形中的电极头对地电压 图8中，URI,UR,UR3为电极头对炉底电压，URa,URb,URc为总有效负荷的相电阻电压：u0已知，URa,URb,URc已知，通过矢量或几何三角形运算可求出URI,UR,UR3。..6支路电阻、电流的计算前面已求出电极头对地电压，以及电极之间线电压，已知总电极电流、总并联电阻以及炉底中性点电位，就可以分别计算星接支路、角接支路的电流和电阻，由于篇幅有限，本文不再论述。3.电路模型的验证3.是搭建的试验电路为验证上述计算数据的正确定，搭建以下电路模型，模拟试验电路图如下9所示：图9验证试验电路图通过调节改变各支路电阻，根据从每台变压器测得的电压、电流、有功、无功，以A、B、C三点对地电压，计算出各支路电阻，计算值与实测值见表。从表中数据看，电阻计算值有0%左右误差，但三相大小相对值误差很小。电阻压降计算值与实测值也比较吻合。表模拟电路实测参数与计算值对比3.炉内参数与电极操作的对应性3..星接支路电阻的应用表改变单相星接支路电阻后三相参数的变化规律三相电极平衡A相上提A相下插A相到底改变Ra电阻（模拟A相电极上提和下插)总操作电阻Ra’56..5.5Rb’Rc’对地电弧电压UrUr.5Ur..电极电流IA6.46.36.86.5IB6.46.66.65.4IC6.56.36.86.5电极壳对地电压UaUbUc从表试验数据看，星接支路电阻改变（相对于电极上提和下插），对地电弧电压也显著改变。而电极电流和电极对地电压变化灵敏度要差一些。对无渣冶炼来说，星接支路电阻还可以用来判断炉底料轻还是料重，电阻偏大代表料重。3..角接支路电阻的应用表3改变单相角接支路电阻后三相参数的变化规律三相电极平衡AB电阻变大AB电阻变小改变Rbc电阻（AB相间角支路电阻）总操作电阻Ra’.75Rb’.75Rc’54.55.63对地电弧电压Ur.47.Ur.36.Ur.3.电极电流IA6.46.36.8IB6.46.36.8IC6.56.66.5电极壳对地电压Ua54.55Ub43.75Uc55.6从表3试验数据看，角接支路电阻变化会显著改变操作电阻，且相邻电极操作电阻随角间电阻变大而变大，而对面电极操作电阻反向变小。反之相邻电极操作电阻随角间电阻变小而变小，对面电极操作电阻反向变大。同样，电极电流和电极对地电压变化灵敏度不大。当角接支路电阻不平衡造成三相电极电流不平衡时，通过调节电极深度是无法有效调平电极电流的，此时强行调平电流反而会恶化炉况。a）某一相电阻远大于其余两相b）某一相电阻远小于其余两相4.炉内参数测量技术在自动化控炉中的应用图0自动化系统运行主界面图炉内参数运行主界面4.自动化控炉主要控炉逻辑（）按电极参数控炉，以电极电流为工艺主控参数；（）炉变一次，二次电流为安全保护性控制；（3）带相调电极平衡电流时，把对地弧电压作为辅助控制要素；（4）按对地电弧电压平均值作为变压器档位控制参数；（5）按自然功率因数控制电极的平均入料深度；（6）提示工艺人员按炉料电阻率及角接电阻偏差调整配料；5.结束语炉内参数的测量技术通过模型验证了计算的准确性，并在实际项目运行中进一步体现了全参数以及炉内参数控炉的有效性、准确性。炉内参数的取得比以往单一只依靠一次参数控炉更精准，炉况更稳定，也更方便工艺人员和操作人员对炉况进行准确判断。责任编辑：孔立军铁合金技术网
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