欒志華， 宋志偉

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽 110141)

智能節(jié)電裝置應(yīng)用在礦熱爐冶煉紅土鎳礦的試驗(yàn)研究

欒志華， 宋志偉

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽 110141)

紅土鎳礦有價(jià)金屬含量低，在獲得鎳鐵合金的同時(shí)要產(chǎn)生大量廢渣、消耗大量電能，節(jié)能降耗已是必經(jīng)之路。在礦熱電爐上安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置可以大大降低短網(wǎng)感抗、提高功率因數(shù)、提高冶煉效率、降低能耗及增加產(chǎn)能。開展這項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，對紅土鎳礦電爐火法冶金行業(yè)具有一定的指導(dǎo)意義。

電爐；紅土鎳礦；冶煉；節(jié)電裝置；降耗；增產(chǎn)

0 引言

隨著全球不銹鋼工業(yè)，特別是中國不銹鋼工業(yè)的快速發(fā)展，鎳鐵的需求量不斷上升。近年來，我國煉鎳行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已經(jīng)從以往的電解鎳為主，鎳鹽為輔的格局逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐噪娊怄嚭玩囪F為主，以鎳鹽為輔的格局。這種對鎳鐵需求量不斷攀升的態(tài)勢導(dǎo)致了以鎳紅土礦為原料的礦熱電爐煉鎳鐵工藝得以快速發(fā)展。

目前，國內(nèi)外利用鎳紅土礦生產(chǎn)鎳鐵的工藝一般采用的均為回轉(zhuǎn)窯—電爐(RKEF)生產(chǎn)工藝，這是當(dāng)今世界上比較成熟和先進(jìn)的生產(chǎn)方法。國內(nèi)外一些較大的生產(chǎn)廠家的冶煉電耗一般在500～700 kWh/t礦之間，鎳回收率一般在87%～93%之間。由于紅土礦鎳含量較低，在產(chǎn)出少量產(chǎn)品的同時(shí)要產(chǎn)出大量的廢渣及消耗較高的電能。通過計(jì)算，生產(chǎn)含1t鎳量的鎳鐵需消耗鎳礦(含鎳2%)56 t，耗電27000 kWh左右，產(chǎn)渣45 t左右，渣含鎳一般在0.10%以下[1]。

節(jié)能降耗、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是冶金工業(yè)生產(chǎn)追求的永恒目標(biāo)，對于鎳鐵合金這一高消耗和低產(chǎn)出的冶煉產(chǎn)品，首先要解決的問題就是降低鎳鐵生產(chǎn)的電能消耗。本試驗(yàn)研究的任務(wù)就是在礦熱電爐上安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置，采用治理諧波及無功補(bǔ)償并舉技術(shù)，提高功率因數(shù)、消除高次諧波危害，降低電能消耗，增加產(chǎn)量，為礦熱電爐冶煉紅土鎳礦行業(yè)節(jié)能降耗提供技術(shù)指導(dǎo)[2]。

1 節(jié)電原理與功能

1.1 節(jié)電原理

爐前低壓補(bǔ)償是降低礦熱電爐的感抗、提高功率因數(shù)、降低冶煉電耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效方法。因?yàn)閷?dǎo)體內(nèi)無功電壓分量是電流與感抗的乘積，感抗稍有變化，無功電壓分量及電爐功率因數(shù)將產(chǎn)生很大變化。

礦熱電爐短網(wǎng)由于傳導(dǎo)電流大、尺寸長，故其感抗也大，雖然在排列方式上采取了互補(bǔ)措施，但仍然有很大的感抗，根據(jù)粗算，短網(wǎng)占電爐總阻抗的60%左右。

利用電容電流超前電感電流180°的原理，在電爐短網(wǎng)處與電爐變壓器并補(bǔ)相應(yīng)的電容器，使無功電流降低，隨之工作電流也相應(yīng)降低，而有功電流卻保持不變，有功功率也保持不變。在相同有功功率輸出情況下，總的輸出功率卻降低了，從而達(dá)到節(jié)能的功效[3]。另外在保持額定工作電流的情況下，輸入電爐的有功功率就相應(yīng)提高了，而有功功率的提高，為增加產(chǎn)量創(chuàng)造了條件。

1.2 節(jié)電功能

節(jié)電主要有如下幾個(gè)功能：

補(bǔ)償無功，提高功率因數(shù)；

濾除有害高次諧波，降低網(wǎng)損；

增加變壓器的有功輸出，為增產(chǎn)提供條件；

通過分供補(bǔ)償，使三相無功趨于平衡。

2 冶煉試驗(yàn)

為了驗(yàn)證智能低壓綜合節(jié)電裝置在礦熱電爐冶煉紅土鎳礦中節(jié)電功效，本文利用回轉(zhuǎn)窯- 電爐工藝，開展了系列節(jié)電試驗(yàn)。

2.1 試驗(yàn)原料及設(shè)備

(1)試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用主要原料化學(xué)成份見表1。

表1 試驗(yàn)用主要原料化學(xué)成份表 %

(2)試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)主要設(shè)備包括礦熱電爐、回轉(zhuǎn)窯及智能節(jié)電裝置，各設(shè)備主要參數(shù)如下[4]：

礦熱電爐：容量1800 kVA，二次電壓150～550 V，額定電壓350 V，功率因數(shù)0.85；

爐膛尺寸：Φ4500 mm×4000 mm

回轉(zhuǎn)窯：Φ1800 mm×20000 mm，Φ2200 mm×20000 mm；

智能節(jié)電裝置： 無功補(bǔ)償容量300～2000 kVAR，投切方式為分相及分級，補(bǔ)償方式為三相共補(bǔ)與三相單補(bǔ)相結(jié)合。

2.2 未安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置的冶煉試驗(yàn)

按照回轉(zhuǎn)窯- 電爐工藝正常工藝流程，進(jìn)行礦熱電爐冶煉紅土鎳礦中試試驗(yàn)?；剞D(zhuǎn)窯電爐同時(shí)連續(xù)運(yùn)行，回轉(zhuǎn)窯焙燒溫度控制在850 ℃左右，電爐冶煉出渣溫度控制在1550 ℃左右，出鐵溫度控制在1450 ℃左右，鎳鐵合金含鎳20%[5]。

試驗(yàn)歷時(shí)240 h，每天出爐4次，電爐滿負(fù)荷供電。最初兩天放出鎳鐵時(shí)，考慮到爐況可能未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此，這兩天數(shù)據(jù)不在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)之內(nèi)，試驗(yàn)記錄從第9爐開始。試驗(yàn)結(jié)果表明，在未安裝低壓節(jié)能裝置正常冶煉情況下，鎳鐵合金總產(chǎn)量為18570.32 kg，鎳鐵合金品位平均為20.67%，每噸鎳鐵合金單位電耗8621.68 kWh/t。

2.3 安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置的冶煉試驗(yàn)

其它條件與2.2試驗(yàn)完全相同，在電爐變壓器二次側(cè)安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置后，進(jìn)行礦熱爐冶煉鎳鐵中試試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在本次試驗(yàn)中，鎳鐵合金總產(chǎn)量為20783.54 kg，鎳鐵合金品位平均為20.71%，每噸鎳鐵合金單位電耗8150.58 kWh/t。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果對比分析

(1)功率因數(shù)對比

在電爐變壓器二次側(cè)安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置后，電爐功率因數(shù)由原來的0.85提高到0.908，提高了6.82%。

(2)噸鐵電耗對比

未安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置的冶煉試驗(yàn)時(shí)，噸鐵電耗為8621.68 kWh/t，安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置的冶煉試驗(yàn)時(shí)，噸鐵電耗為8150.58 kWh/t，噸鐵電耗降低471.10 kWh/t，降低了5.46%。

(3)產(chǎn)能對比

未安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置的冶煉試驗(yàn)時(shí)，鎳鐵合金產(chǎn)量為18570.32 kg，安裝智能低壓綜合節(jié)電裝置的冶煉試驗(yàn)時(shí)，鎳鐵合金產(chǎn)量為20783.54 kg，產(chǎn)能增加2213.22 kg，增加了11.92%。

各項(xiàng)指標(biāo)對比見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果對比表

3 試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用回轉(zhuǎn)窯- 電爐工藝冶煉紅土鎳礦時(shí)，在電爐變壓器二次側(cè)安裝低壓綜合節(jié)電裝置后，可將電爐功率因數(shù)提高到0.9以上，增幅將近7%；鎳鐵合金噸鐵電耗下降幅度超過5%；鎳鐵合金產(chǎn)量增加幅度超過10%。以上數(shù)據(jù)證明了這一技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)增產(chǎn)節(jié)能的目的，值得推廣應(yīng)用。

[1] 趙昌明，翟玉春.從紅土鎳礦中回收鎳的工藝研究進(jìn)展[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2008，(3).

[2] 王金花，寧平，等.鐵合金與鐵合金制品生產(chǎn)新技術(shù)新工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[3] 郭學(xué)武，邵玉槐.智能節(jié)電器運(yùn)行分析[J].電力學(xué)報(bào)，2008，(2).

[4] 欒心漢，唐琳.鎳鐵冶金技術(shù)及設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[5] 李家瑞，王立川.鎳冶金學(xué)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

Experimental Study on the Application of Intelligent Electricity Saving Device in the Submerged Arc Furnace Smelting Laterite Nickel Ore

LUAN Zhi-hua，SONG Zhi-wei

(NFC (Shenyang) Metallurgy Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

The content of valuable metal in laterite nickel ore is low. To obtain ferronickel alloy, a lot of waste slag and a large amount of electric energy is needed, so we must save energy and decrease energy consumption. The installation of intelligent integrated energy-saving in ore smelting electric furnace device can greatly reduce the grid inductance, improve the power factor, improve smelting efficiency, reduce energy consumption and increase production capacity. The energy saving technology has certain guiding significance to the metallurgical laterite nickel ore furnace fire industry.

electric furnace；nickel laterite；smelting；electricity saving device；reducing consumption；increasing capacity

2014-03-06

欒志華(1971-)，女，遼寧鐵嶺人，高級工程師，工程碩士，主要從事冶礦產(chǎn)品市場研發(fā)及技術(shù)開發(fā)，重點(diǎn)研究鎳鐵冶煉工藝流程及設(shè)備工作，現(xiàn)任中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司經(jīng)營部部長。

宋志偉(1972-)，男，遼寧朝陽人，工程師，大學(xué)本科，主要從事鋁設(shè)備等有色領(lǐng)域新產(chǎn)品市場及開發(fā)工作。

TF815

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1003-8884(2014)05-0006-03