原创 山东华冶节能技术有限公司 矿热炉基础技术研究与应用
际矿热炉在差料和好料的不同冶炼特点，核心就是差料的杂质多矿热炉操作电阻小，会电极起来或档位维持不住，还有就是杂质原料的基准耗电大，且还原所需求的温度更高。
矿热炉炉况好坏也是操作电阻的差异，好炉子就是操作电阻干起来了，差炉子就是操作电阻没干起来。从冶炼的核心操作电阻讲，单炉膛多电极就是错误的思路，因为多电极会把操作电阻变更小，电极做功是排列组合的做功关系，6电极排列组合数比3电极的大多了，所以多电极操作电阻就比三电极小多了，现象就是电极下不去，多电极冶炼后果会比原料变差更严重。
实际单电极冶炼是操作电阻最大的，所以直流冶炼多数采用带底电极的方式回避直流的缺点，而直流是不如交流同容量矿热炉的操作电阻大，同容量的炉子直流的运行电压更低，这在上文论述过。 交流电也是单相冶炼的操作电阻最大，可是交流有个问题就是它是三相旋转式同时做功，单相的做功能力太差，早期几百千瓦矿热炉采用单相，单相运行导致三相供电负荷不平衡，电网和机组受不了，矿热炉容量大了后（基本超过500kva左右），就都采用三相供电。
（上图是带高压和低压补偿的矿热炉全电示意图，没有画补偿的电抗）
我们分析交流三相矿热炉的做功方式，就是星接加角接的混合做功，我也称之弧（星）阻（角）混合做功，因为星接做功电阻大电压高电流小，弧热比例大，角接做功电阻小电压低电流大，一个炉子越好就是星接做功比例大，角接做功比例小，这样的炉子运行电压高，电极入料好，低耗高产；反之如果炉子角接做功大，星接做功小，炉子运行电压低，电极下不去，电耗高产量低还衍生设备问题（设备问题一个是高温烤坏底环，一个是电极入料过短，塌料或喷料，被带电的原料打烂底环，还有短网和炉盖，甚至环保连锁设备故障）。
为什么我们在上面描述中只说电压没有提功率因数，因为开的好的炉子，电极入料好，分压大，功率因数比较高但不是很高，开的差的炉子电极下不去，功率因数也不是特别低，区别就是动电极或调档判断，我称之为“打草惊蛇”，具体方法和多数据变化关系讲在后面《低压补偿的核心目的和正确使用方法》中一块讲。
（上图是“盛名”的贵州兴义多回路直流矿热炉示意图）
30000kva直流硅锰炉，二次实际电压通常运行在160-180v，所以它操作电阻远低于交流同功率的炉子，电极下插也不好（故也因此传说它能吃粉料）直流电极下插深了其功率因数也下跌很快，所以电耗指标和回收率不好，渣锰下不来，咨询多人的口述都一致，因得不到准确生产数据，本着科学严谨就不估计数据。（前面帖子里有真实的照片和不同锰系冶炼照片对比）
实际上，目前单炉膛多电极的交流炉也没有一个有好结果的，无论是冶炼什么（除了黄磷炉），我们简单分析一下：
上图是盐湖海纳和盐湖镁业的189000 kva电石炉，虽然采用了分相供电，可是六电极做功的组合关系使操作电阻远低于三电极，所以其电极下不去，炉气温度非常高，高的后面改氮气设备也无法承受，目前六台全部停运，总计六十多亿投资（单炉成套10.2亿人民币）扔在那里多年，当年盐湖开工我得到信息预言必然失败的话后来都被证实。这种炉子在镍铁上可以勉强维持，指标不如三电极，在其它冶炼根本是连续运行都实现不了的，尤其在无渣冶炼，比如电石，工业硅，硅铁，是必然失败的，自然科学规律如果能人为改变，就不是自然规律了。
上图是雅安的单炉膛六电极，曾经网上被大家讨论过，多个极心圆多电极间做功，操作电阻更小的了，虽然采用双路变压器，就是三个单相两台炉子装在一个炉膛，实际是六个单相变压器，每组两台并联，十年前我是听宁夏一个卖电极糊的朋友和我说起冶炼电石，我当时说它肯定倒闭，2018年八月我去看到它正被拆除改造，南方潮湿锈迹斑斑，实际它没开多久，因为指标太差，操作电阻太小，六个电极如活塞一样不停上下动，极难控制。
这种六个单相变压器，每组两台并联，和盐湖的分相供电不同，它比盐湖分相供电好的地方就是不存在A-X或B-Y、C-Z的头尾强弱相，但是它短网很长所以阻抗和感抗很大，总体供电质量是差不多的效果，而且是20000KVA的炉子都失败了，盐湖同样多电极采用分相供电，炉子容量又大了好几倍，想成功是肯定不可能实现的。
所以自然科学原理是不可违背的，不然验证多久都是错误，多电极搞黄磷很好，因为黄磷要料面温度高要出磷蒸气，炉底温度低保护炉衬，它和矿热炉的冶炼目的是反的，矿热炉希望炉底温度高，料面温度低，用多电极做矿热炉冶炼硅锰、电石、工业硅、硅铁等是南辕北辙。
上面图1、图3实际都是搞电的人想出来的矿热炉，其思路和雅安六电极如出一辙只考虑电，是必然失败的，和直流炉多回路有很大相似性，仅是直流交流供电方式的不同。
同功率下任何供电的发热是一样的，直流和交流电加热耗能没有什么不同，它们在矿热炉中的不同就是弧阻关系，谁的弧阻关系好，谁的冶炼就效果好，上一篇《直流和交流矿热炉的不同》讲了矿热炉交流不如直流的根本差异，简单补充一下就是交流是一个在高压瞬间弧热做功好，在0伏的中间地带做阻功率不太好的供电方式，直流是各电压平均主义，直流的这个特点让它在矿热炉上没有优势，而交流非常吻合了矿热炉的需要，矿热炉在二次电压很低是电极头是不起弧的，所以有时插深了不化料，大家称“坐死了”，只有电压高到一定电压才有弧热化料，电压好比是“饱暖思淫欲”，这阻热就是饱暖，虽然不想要可是它总是有，弧热就是“淫欲”，有了足够电压才有它。
单炉膛多电极是冶炼黄磷很好的方式，本身雅安的多电极就是冶炼黄磷的设计，黄磷要的是蒸气去冷凝结晶，它和矿热炉目的是完全反方向的，可是有人对不同冶炼的目的混淆了，拿它冶炼电石，肯定是失败的，如同盐湖镁业的六电极从镍铁挪移到电石也是双重的失败（实际六电极镍铁不如同功率传统炉，我调查过），这个错误是第一：对冶炼的不同种类没有深刻理解，第二：对多电极冶炼技术的核心问题和原理也没有深层分析和判断。
自然科学可不是圆的地球，你错了发生了南辕北辙的事是回不到起点的，只有改掉问题去遵循自然的规律，否则验证多久都是错误。
其它大型炉的还有63000kva和81000kva的电石以及63000kva硅铁，我们会在后续文章里讲解它们不同的问题根源和得失。
上图1的无支路电流冶炼方式是新矿热炉技术，原理是根据矿热炉弧阻冶炼需求，最大化增加了操作电阻减少支路电流（角接做功），是100%星接做功，全弧热没有阻热（很少的阻热），它实现了高电压、高操作电阻冶炼，它和单炉膛多电极问题和特点刚好是反的，所以各种问题迎刃而解，都向我们冶炼有利的方前进了。而且其自控没有支路电流干扰，非常简单，可以实现矿热炉智能化操作。
无支路电流矿热炉不但低耗高产，高回收率低污染，还可以实现粗矿冶炼，通过导电的一体炉底，省去了导电炉底或底电极的引出问题，装置简单，实用性强。
有人担心炉底电流，其实这个无支路电流冶炼的炉底电流是很小的，平均只有正常电极电流的40-60分之一，最大的不平衡电流密度也不会超过该炉电极电流密度的12％，如同30000kva炉子给到5000kva负荷一样，电极都不会红，而且这个炉底阻热是用于冶炼了，不是传统矿热炉的短网热量都被水带走，它的短网很短，运行电压比目前炉子同冶炼种类、同原料和同容量的炉子电压提高50％左右，所以它自然功率因数很高，就如同用镍铁的电压在冶炼电石或硅铁、硅锰、工业硅，因为其实现了自然中的规律和谐，炉变的自然功率因数和效率也非常高，也不会传统矿热炉变压器的巨大的过载设计浪费，去迎合功率因数低的先天不足，（比如传统81000kva电石炉实际有功57500kva，变压器是设计的单台容量27000kva，而且还有30％过载能力的，其炉变真实容量105000kva。只用了一半变压器容量）新技术矿热炉只要过载很小的设计就够用，自然功率因数也非常好。
无支路电流矿热炉，这是三电极冶炼时代操作电阻最大的方式，所以可以实现极限冶炼低电耗和粗矿冶炼，这也是日本人当年研发的共同思路（见上图日本当年技术思路图），日本人想采用隔断的办法没有实现，因为没有材料能高温不导电和无污染，炉膛内又无法水冷，我们当年曾经考虑在电极铜瓦或导电原件下覆盖绝缘层的办法隔断支路也没法实现，因为高温下无污染、不导电能或隔热的材质地球上目前还没有。
但后来我们发明的无支路电流冶炼是采用分炉膛的方式，完美实用的解决了这一系列问题，同时也实现了日本人当年的研发目的；有很好的实用性，并且投资也不大，同容量矿热炉日产量比目前传统炉高30-50％，其炉龄更长久，原料带宽更大（低品位原料和碳材），其投资回收期比传统炉同容量减少一半以上，并且不需要补偿，因为它实现了自然科学的和谐功率因数很好。
它最实用的改造是把废弃的镍铁炉改成硅锰、硅铁、电石或铬铁、工业硅等，它的新建成本和传统矿热炉差不多，但电耗很低，回收率很高，低污染并且可以按变压器设计的标称容量的有功运行。
它最实用的领域是在工业硅和硅铝冶炼，可实现低电耗高回收率和高品位产品和超长炉龄。
上两个图是大型无支路电流矿热炉的六电极方式，采用分相供电，这是盐湖镁业的低成本和唯一解决方案。这种无支路电流矿热炉，实际是一种系列化的矩阵式矿热炉，有矩形阵列和环形阵列两个方式。
电极冶炼是矿热炉很久都会用的方式，目前没有任何材料能高温导电替代碳素或石墨电极，所以无支路电流矿热炉是电极冶炼时代最完美的冶炼方式。尤其在高温冶炼的硅铝、工业硅和工业固废处理上，其处理电解铝渣和火电粉煤灰有巨大的优势。
自然科学都是能用原理说的清楚的，用电学和操作电阻比较容易理解。我们还能用更深的多专业核心原理透析多种矿热炉的得失成败，透析技术中全数字化的原理和自然规律，透析无支路电流冶炼的优势和必然性，这些技术只在合作企业中公开。
治冶子
2021-2-1 0
