礦熱爐介紹
礦熱爐又稱電弧電爐或電阻電爐。它主要用於還原冶煉礦石，碳質還原劑及溶劑等原料。主要生產矽鐵，錳鐵，鉻鐵、鎢鐵、矽錳合金等鐵合金，是冶金工業中重要工業原料及電石等化工原料。
其工作特點是採用碳質或鎂質耐火材料作爐襯，使用自培電極。電極插入爐料進行埋弧操作，利用電弧的能量及電流通過爐料的，因爐料的電阻而產生能量來熔鍊金屬，陸續加料，間歇式出鐵渣，連續作業的一種工業電爐。
礦熱爐主要類別、用途
類別 | 主要原料 | 製成品 | 反映溫度 0℃ | 電耗 KW*h/t |
鐵合金爐 | | | | |
矽鐵爐（45%）矽鐵 | 矽鐵、廢鐵、焦碳 | 矽鐵 | 1550-1770 | 2100-5500 |
（75%）矽鐵 | | | | 8000-11000 |
錳鐵爐 | 錳礦石、廢鐵、焦碳、石灰 | 錳鐵 | 1500-1400 | 2400-4000 |
鉻鐵爐 | 鉻礦石、矽石、焦碳 | 鉻鐵 | 1600-1750 | 3200-6000 |
鎢鐵爐 | 鎢晶礦石、焦碳 | 鎢鐵 | 2400-2900 | 3000-5000 |
矽鉻爐 | 鉻鐵、矽石、焦碳 | 矽鉻合金 | 1600-1750 | 3500-6500 |
矽錳爐 | 錳礦石、矽石、廢鐵、焦碳 | 矽錳合金 | 1350-1400 | 3500-4000 |
煉鋼電爐 | 鐵礦石、焦碳 | 生鐵 | 1500-1600 | 1800-2500 |
電石爐 | 石灰石、焦碳 | 電石 | 1900-2000 | 1900-3000 |
碳化硼爐 | 氧化硼、焦碳 | 碳化硼 | 1800-2500 | -20000 |
（1）電耗值隨原料成分，製成品成分，電爐容量等的不同而有很大差異。這裡是約值。
結構特點
礦熱爐是一種耗電量巨大的工業電爐。主要由爐殼，爐蓋、爐襯、短網，水冷系統，排煙系統，除塵系統，電極殼，電極壓放及升降系統，上下料系統，把持器，燒穿器，液壓系統，礦熱爐變壓器及各種電器設備等組成。根據礦熱爐的結構特點以及工作特點，礦熱爐的系統電抗的70%是由短網系統產生的，而短網是一個大電流工作的系統，最大電流可以達到上萬安培，因此短網的性能決定了礦熱爐的性能，正是由於這個原因，因此礦熱爐的自然功率因數很難達到0.85以上，絕大多數的爐子的自然功率因數都在0.7~0.8之間，較低的功率因數不僅使變壓器的效率下降，消耗大量的無用功，且被電力部門加收額外的電力罰款，同時由於電極的人工控制以及堆料的工藝，導致三相間的電力不平衡加大，最高不平衡度可以達到20%以上，這導致冶煉效率的低下，電費增高，因此提高短網的功率因數，降低電網不平衡就成了降低能耗，提高冶煉效率的有效手段。如果採取適當的手段，提高短網功率因數，可以達到以下的效果：
（1） 降低電耗5～20%
（2） 提高產量5%～10%以上。
從而給企業帶來良好的經濟效益，而投入的改造費用將可以在節約的電費中短期內收回。
根據礦熱爐的結構特點以及工作特點，礦熱爐的系統電抗的70%是由短網系統產生的，礦熱爐系統損耗如下圖所示，短網的損耗占據了系統自身損耗的70%以上，而短網是一個大電流工作的系統，最大電流可以達到上萬安培，因此短網的性能在很大程度上決定了礦熱爐的性能，由於短網的感抗占整個系統的 70%以上，不論是高煙罩開放式爐、矮煙罩半密閉式爐還是全密閉式爐的短網系統的感抗均較大，基於這個原因，礦熱爐的自然功率因數很難達到0.85以上，絕大多數的爐子的自然功率因數都在0.7~0.8 之間，較低的功率因數不僅使變壓器的效率下降，消耗大量的無用功，浪費大量電能，且被電力部分加收額外的電力罰款，同時由於電極的人工控制以及堆料的工藝，導致三相間的電力不平衡加大，最高不平衡度可以達到20%以上，這導致冶煉效率的低下，電費增高，因此提高短網的功率因數，降低電網不平衡就成了降低能耗，提高冶煉效率的有效手段。
如果採取適當的手段，提高短網功率因數，改善電極不平衡度，那么將可以達到以下的效果：
AAAA、、降低生產電耗降低生產電耗降低生產電耗降低生產電耗 3%3%3%3%～～～～6666%；
BBBB、提高產品產量提高產品產量提高產品產量提高產品產量 5%5%5%5%～～～15151515%。%。%。%。
從而給企業帶來良好的經濟效益，而投入的改造費用可以在創造的綜合效益中短期內收回。一般情況下為了解決礦熱爐自然功率因數低下的問題，我國目前多採用在高壓端進行無功補償的方法來解決，高壓補償僅僅是提高了高壓側的功率因數，但是由於低壓端短網系統的巨大的感抗所產生的無功功率依然在短網系統中流動，同時三相不平衡是由於短網的強相（短網較短故感抗較小、所以損耗較小，輸出較大故名強相）和弱相造成的，因此高壓補償不能解決三相平衡的問題，也沒有達到抵消短網系統無功、提高低壓端功率因數的作用，由於短網的感抗占整個系統感抗的70%以上，所以不能降低低壓端的損耗，也不能增加變壓器的出力，但可以避免罰款，僅僅是對供電部門有意義。 相對高壓補償而言，低壓補償的優勢除提高功率因數外,主要體現在以下幾個方面： 1)、提高變壓器、大電流線路利用率，增加冶煉有效輸入功率。 針對電弧冶煉而言，無功的產生主要是由電弧電流引起的，將補償點前移至短網，就地補償短網的大量無功消耗，提高電源輸入電壓、提高變壓器的出力、增加冶煉有效輸入功率。料的熔化功率是與電極電壓和料比電阻成函式關係的，可以簡單表示為P=U2/Z料。由於提高了變壓器的載荷能力，變壓器向爐膛輸入的功率增大,實現增產降耗。 2)、不平衡補償，改善三相的強、弱相狀況。
由於三相短網布置和爐體、爐料等總是不平衡的，三相不同的電壓降、不同的功率，就導致了強、弱相現象的形成。採取單相併聯的方式進行無功補償，綜合調節各相補償容量，提高爐心功率密度和坩鍋均勻度，使三相電極的有效工作電壓一致、平衡電極電壓、均衡三相吃料，改善三相的強、弱相狀況，達到增產、降耗的目的。同時，改善三相不平衡現象，改善了爐膛工作環境，延長了爐子使用壽命。 3)、降低高次諧波，減少諧波對整個供電設備的危害，減小變壓器及網路附加損耗。 4)、提高了電能質量，改善了系統電氣參數，提高了產品質量。 下圖反應了高壓補償和低壓補償時的無功功率的流動方向。從圖中可以清晰的看出高壓補償不能降低損耗和增加變壓器出力的原因：
因此目前也有部分單位採取了低壓端進行無功補償的措施，來解決以上的問題，在短網端進行補償能夠大幅提高短網端的功率因數，降低電耗，針對爐變低壓側短網的大量無功消耗和不平衡性，兼顧有效提高功率因數而實施無功就地補償技術改造，從技術上來講是可靠、成熟的，從經濟上來講，投入和產出是成正比的。在礦熱爐低壓側針對短網無功消耗和其布置長度不一致導致的三相不平衡現象而實施的無功就地補償，無論在提高功率因數、吸收諧波，還是在增產、降耗上，都有著高壓補償無法比擬的優勢。但是由於傳統的補償投切技術（如採用交流接觸器投切）投切開關數量多，成本較高，同時由於工作環境惡劣，因此壽命受到極大的影響，根據調查統計，目前已有的採用傳統方式投切的低壓補償使用壽命很難超過一年，因此給企業帶來很大的維護量，投資回收周期加長，由於後續維護費用高，綜合效益不佳。 BWKN-3500型無功補償控制器（礦熱爐短網專用型），為適應礦熱爐的工作特性專門開發和設計的用於礦熱爐系統的無功補償控制器（礦熱爐短網專用型），該控制器具有改善電能質量的理想功能，主要具有提高礦熱爐功率因數、節約能源、提供電壓支撐、減少閃變等功能。 該控制器具有以下顯著特點：
▲三相分別補償，降低三相不平衡度，有效增產降耗。
▲極大改善電壓跌落和閃變。
▲任何時刻實現自由投切。
▲具有高度的可靠性，可實現免維護以及無人值守。
▲多重保護設計，最大限度避免了電容器以及電子開關的損壞。（根據不同客戶制訂）
▲顯著提高供電系統利用率。
▲主要技術參數： 控制器主要依據
設計規範：DL/T597-1996； 額定電壓：220V； 基波頻率：50Hz； 控制物理量：無功功率Q；功率因數 COSΦ； 無功補償容量單路設定值：0---9999KVAR 工作制：連續工作； 環境溫度： -5℃～+70℃； 相對濕度：日平均不大於95%，月平均不大於90%（戶內），不凝露； 補償方式：分相分級補償。（可根據客戶需求訂製）
▲性能特點 可分相、分級、循環、電子開關投切； 可分相分級補償。配置完善的保護功能； 自動控制投切，裝置運行無須人工干預，安全高效。
方法原理
一般情況下為了解決礦熱爐功率因數低下的問題，我國目前一般採用電容補償的方式來解決，通常是在高壓端進行無功補償，但是由於高壓端補償不能解決三相平衡的問題，而且由於短網的感抗占整個系統感抗的70%以上，因此高壓端補償並沒有達到降低短網系統感抗，提高短網功率因數。增加變壓器出力的目的，僅僅是對供電部門有意義。因此目前也有部分單位在新建爐子上採取了高低壓同時進行無功補償的措施，來解決以上的問題，在短網端進行補償能夠大幅提高短網端的功率因數，降低電耗，針對爐變低壓側短網的大量無功消耗和不平衡性，兼顧有效提高功率因數而實施無功就地補償技術改造，從技術上來講是可靠、成熟的，從經濟上來講，投入和產出是成正比的。在礦熱爐低壓側針對短網無功消耗和其布置長度不一致導致的三相不平衡現象而實施的無功就地補償，無論在提高功率因數、吸收諧波，還是在增產、降耗上，都有著高壓補償無法比擬的優勢。但是由於成本較高，同時由於工作環境惡劣，因此壽命受到極大的影響，同時短網低壓端無功補償也帶來了諧波增加，因此又必須採取措施來抑制3～7次諧波，從而使投入加大，投資回收周期加長，同時後續維護費用高，綜合效益不佳。一般僅適用於新建爐子。
礦熱爐現狀及未來
最新發展
俄國已 研製成世界上最大的（63MVA）密閉式矩形高錳合金爐；並試製成功變壓器容量超過100MVA的矩形礦熱爐，以及開發出熔煉矽錳合金的2MVA等離子豎式爐。在大型爐子的設計中，全部利用計算機的最佳數學模型來計算確定大型礦熱爐的最佳參數和最佳工作狀態。俄國先進的電極升降自動調節系統：工作原理，礦熱爐的電極自動調節遵守下述最佳工藝條件，即：
G=常數；ΔG/Δμ=常數，其中G=I/U 式中：G為熔體（爐料）電導率，I為電極電流，U為電極到爐底之間的電壓將，Δμ為電極位移增量， ΔG/Δμ為電導率對於電極位移之間的梯度。在規定任務條件下，最佳系統是保證熔煉的最佳電力規範，即在規定的金屬消耗和低電能消耗的條件下，要保證爐子的電導率恆定（設定值），穩定電功率，控制熔池面高度，自動升降電極。
南非國和國派樂美特（Pyromet）工業技術公司的礦熱爐新型調節系統
調節器的控制對象（工作設定點）是爐料（熔池）的電阻，即該調節器的工作原理是採用電阻控制來移動電極，而且該電阻同爐料電阻率呈正比，也就是控制爐料電阻率為恆定值。
調節器的標準輸入信號有：3個電極電流；3個相電壓；3個變壓器檔位信號；3個電極位置信號。
調節器地標準輸入信號有：3個電極上升輸出；3個電極下降輸出；3個變壓器檔位升輸出；3個變壓器檔位降輸出，以及報警輸出，功率控制是靠改變變壓器抽頭來實現的。
操作手可以隨時改變的設定值有：1爐子工作點（爐子電阻值）的設定；2爐子功率設定（依靠改變變壓器抽頭）；3調節器不靈敏區（死區）的設定；4最大允許電流的設定等。
未來方向
1 礦熱爐向高功率、大型化方向發展，為了提高熱效率，提高生產率和滿足功率集中冶煉的工藝要求；2 採用低頻（0.3-3HZ）冶煉，可節省和提高產品質量。
3 設定有排煙除塵及能源回收裝置。
4 開發空心電極系統，較小顆粒精細料可從空心電極加入，節省能源，節省電極消耗，穩定熔池。
5 採用爐體鏇轉結構。
6 研製開發適合各種礦熱爐工藝要求得計算機工藝軟體系統，指導冶煉，使冶煉達到最佳狀態。從而提高產品質量，降低能耗及提高產量。
