25500KVA镍铁电炉设计、安装实例分享
1.1镍矿
印尼某集团提供的红土镍矿化学成分如表1所示。
1.2产品标准
企业产品标准中的化学成分如表2所示。
根据产品标准要求，红土镍矿冶炼时希望尽可能提高镍的还原率，其他各元素的还原率要低。
2.1镍元素的还原
在还原条件下，843K(570℃)时，NiO已开始被碳还原，900-1000℃时，Ni的还原反应进行得非常充分。
2.2铁元素的还原
红土镍矿中的铁以Fe2O3形式存在，铁的还原顺序是Fe2O3→FeO→Fe。在电炉上部570℃时，Fe2O3反应式为
当炉料继续下行、温度逐渐升高911℃时，反应式为
从图1可知，镍与铁能形成连续固熔体。在液态时，两种元素都有无限互熔性。[Ni]+[Fe]=[Ni]Fe促进镍和铁还原反应的进行。因此，红土镍矿中的Ni元素在电阻电弧矿热炉中能得到充分还原，还原率在95%以上。还原出的铁与镍组成镍铁与铬组成铬铁的二元碳化物[(Cr·Fe)3C]，从而大大改善铁的氧化物的还原。
图1 铁镍状态图
2.3铬的还原
铬元素在红土镍矿中的存在形式是Cr2O3，用碳还原时的反应顺序为
铬的氧化物还原反应式可简化为(T=1523K，即1250℃)
2.4硅的还原
硅元素在红土镍矿中的存在形态为SiO2，SiO2被碳还原总反应式为：
铁能与硅互熔，因此在有铁的情况下，二氧化硅还原开始温度降为1586℃。从上述情况可知红土镍矿中的氧化物开始还原温度为：Ni:570℃;Fe:911℃;Cr:1250℃;Si:1586℃。
其他如铝(Al)、钙(Ca)、镁(Mg)的还原温度更高。
25.5MVA镍铁电炉组成如图2所示，主要技术参数如表3所示。
图2 25.5MVA镍铁电炉
1.供电系统;2.炉体;3.炉盖;4.电极;5.电极把持器;
6.电极升降机压放装置;7.加料系统;8.水冷却系统
表3 25.5MVA镍铁电炉的主要技术参数
3.1实行精料热料入炉
实行精料热料人炉是半封闭式镍铁电炉连续稳定生产并获得良好技术经济指标的主要保证，热料入炉能充分利用烧结料的潜在热能降低电耗，精料加热料入炉，是实现节能、低碳生产的有力措施。
3.2电炉的三相电极
电炉的三相电极呈倒三角形布置，即C相在前，A相和B相在后(靠近电炉变压器)，其特点是短网分布均匀合理，三相功率分配较为均衡可提高电炉的电效益和功率因数。
3.3电炉变压器
电炉变压器采用低阻抗节能型变压器，有载调压，经济方便。低压侧采用交叉排列的管式侧出线方式，可以缩短短网长度，改善电炉的电气特性。联接组别采用A/A的D.do方式，可以正确反映电炉三相电极的电流大小和作功状况，有利于正确判断炉况和操作电炉。
3.4电炉变压器低压侧短网
电炉变压器低压侧短网采用水冷铜管和水冷电缆对锻造铜瓦进行一对一匹配，按双布线布置，可以实现降低投资、简化结构、提高电效率，提高电炉运行的安全可靠性，显著改善电气指标。由于电、水通道一体化，可大大简化电炉冷却水管路系统。
3.5电极系统
3.5.1电极把持器
采用压力环式把持器。压力环内径向设置波纹膨胀箱可实现一对一的径向顶紧铜瓦，保证使铜瓦与电极之间压力均匀，不易产生偏流，提高铜瓦的使用寿命，有效的防止电极事故的发生。波纹膨胀箱内的压力可在0～5MPa之间调节，可实现电极带电压放控制。铜瓦为锻造铜瓦，锻造铜瓦的载流密度大，使用寿命长，一般可使用3年以上。这样就可以减少铜瓦损耗量，大大的减少热停炉时间，从而降低了电耗、增加了产量。每台电炉有24块铜瓦，对应有3个压力环和24个波纹管膨胀箱。水冷保护套采用无磁不锈钢制作。每台电炉有3套水冷无磁不锈钢保护套。
3.5.2电极升降装置
电极升降采用液压吊缸升降，最大行程1600mm。液压控制升降操作平稳、安全可靠。
3.5.3电极压放装置
压放装置采用液压机械双抱闸。对电极的抱紧力靠蝶形弹簧的弹力。松开电极时是用液压力克服弹簧的弹力。压放电极使用程序压放和手动压放两种形式，确保在任何情况下保证电炉正常生产。
3.6机械化操作
每座电炉设有6个炉顶料仓，位于5层平台上。6个料仓下，共有加料管15个。其中1个中心料管，6个相间料管，6个电极料管，2个炉外辅助加料管。每个料管中段设有液压闸门控制下料，穿越短网以下部分采用无磁不锈钢制作。机械化开堵炉眼和维护料面。电炉配备有开、堵眼机。
3.7电炉短网
电炉短网为管式水冷短网，软连接部分为水冷电缆。同时，短网、电极上的导电铜管以及铜瓦可组成一个冷却水回路。短网铜管外表面均包有绝缘层，防止了短网短路事故发生。
3.8水冷系统
电炉采用软化水循环冷却，使冷却部件不结垢，延长了冷却部件的使用寿命，减少了热停炉。电炉水冷系统由分水器、冷却水支路和回水箱组成。
3.9液压控制系统
液压控制系统由液压站、管线、绝缘接头、高压油管等。液压站内有高压油泵、储能器、油箱、控制屏、操作箱等组成。液压介质为水乙二醇可以防止火灾发生，确保生产安全。液压元件采用国内知名品牌，保证生产安全可靠。
3.10电炉变压器由三台单相变压器组成
电炉变压器由3台单相变压器组成
电炉变压器由3台单相8500KVA电炉变压器组成，每台均为有载电动调压，共33级，调压范围242~420V，级差电压约3.3V。1～22级是恒电流调节，22~33级是恒功率调节。利用Y/A转换开关后，可使电压调节范围范围扩大到140～242V。二次电压较大的调节范围对电炉生产过程中稳定电极位置，稳定炉况，确保冶炼生产的正常进行都有很大好处。冷却方式为强油循环水冷却，即OFWF。
3.11高压控制系统
高压控制系统主要由高压开关柜和避雷器以及高压电缆等组成。
高压开关柜内装电流和电压互感器、避雷器、真空断路器，配置弹簧操作机构，操作电压为DC220V。操作回路的控制、信号、保护等由一套带硅整流装置供电。高压开关柜负责对高压电源停、送电操作和各种继电保护、电度计量、电压测量和过电压、低电压保护等。
3.12低压配电、控制系统、信号屏及PLC等系统
(1)低压配电系统由低压配电室负责向电炉车间内各种动力、照明等设备供电。
(2)低压控制系统。电炉操作室有电炉操作控制台，电炉操作控制台负责电炉的停、送电操作;电炉电极的升降、压放操作;液压站的远距离控制。
(3)信号屏。信号屏显示电炉各种保护的工作状况，一旦出现异常，信号屏将有显示，并作出相应报警和保护措施。
(4)PLC系统。本电炉采用西门子PLC可编程序控制器对电炉电极压放数据进行采集处理，以达到自动压放的目的。
电炉使用后的主要生产指标如下：烧结红土镍矿7.4t/t镍铁、焦丁76kg/t镍铁、石灰128kg/t镍铁、电极糊25kg/t镍铁、煤168kg/t镍铁、冶炼电耗5600kwh/t镍铁、动力电耗275kwh/t镍铁(含除尘用电)，达到了设计要求。
汉江集团电化公司
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