25500kVA镍铁矿热炉工程可行性研究报告

1 25500铁矿热炉工程 1总论 青山控股集团有限公司是青山钢铁董事局麾下一家主要从事不锈钢及相关产品生产和销售的全国无区域企业，它起步于二十世纪八十年代，发展于九十年代。集团公司注册资本三亿二千万元人民币，现企业总资产人民币46 亿元，员工 4000 余人。 2009 年，企业年产量达 83 万多 t，总产值达到 121亿元， 利税达 10 亿元， 在国内不锈钢行业处于领先地位。 集团公司现下辖浙江青山钢铁有限公司、浙江瑞浦机械有限公司、福建鼎信实业有限公司、河南青山金汇不锈钢产业有限公司、河南青浦合金 材料有限公司、清远市青山不锈钢有限公司、松阳青山不锈钢有限公司等 10 余家直属企业。生产基地跨越浙江、福建、上海、广东、河南等地；并在广西、江苏等地有多家合资或合作的与不锈钢生产有关联的企业。集团公司在国内外建有完善的营销网络，在温州、上海、无锡、佛山设有直属销售公司，销售渠道遍布全国并跻身东南亚、欧美等国际市场。主要产品有不锈钢连铸、棒线材、板带钢、型钢、镍铁等，产品广泛应用于石油、化工、机械、电力、汽车、造船、航空航天、食品、制药和装潢等领域。 企业技术装备精良 、 工艺流程先进 、 质量控制手段完善 。 先后通过国 内外一系列质量体系认证，拥有当前国际、国内领先水平的炼钢、连铸、连轧、穿孔等设备，并建有技术先进的研发中心和设施完善的产品测试中心，在 2 2008 年获得中国合格评定国家认可委员会（ 验室认可证书。此外，企业还拥有国外进口的大吨位冶炼设施、全自动冶炼控制系统、装备先进的大方圆坯连铸机及国内同行领先的特钢棒线材连轧生产线等。 集团连续数年荣膺中国民营企业 500 强、中国制造业 500 强、中国黑色冶金及压延加工业 500 强、浙江省百强企业、浙江省制造业百强、浙江省百强民营企业；并被评选为 2008 年中国民营科技企业 500 强、思源工程先进单位、 “ 139 富民攻坚计划 ” 先进集体；企业注册并使用的 “ 青特 ” 商标被认定为浙江省著名商标；公司还是中国金属协会不锈钢分会副会长单位和中华全国工商业联合会冶金业商会副会长单位；企业还先后荣获中国建设银行总行 信用等级客户、中国农业银行浙江省分行 资信企业、中国质量信用 企业、浙江省对外贸易守信合作单位等荣誉称号。 企业始终秉承 “ 透明、公平、公正 ” 的经营理念，倡导 “ 以人为本、以法治厂、以质兴企、以新兴业 ” 的管理模式，青山控股集团以 “ 咬定青山不放松，无限风光在险峰 ” 的团队协 作精神，不断提升核心竞争力，致力于打造中国不锈钢品牌，以期为振兴民族不锈钢产业做出应有的贡献。 近年来，青山控股集团公司在全球范围内寻找资源，开发不锈钢上游原材料，最终选定印尼 司为其红土矿资源合作伙伴。青山控股集团公司与 司将合资在印尼开采红土矿，并建设利用红土矿生产镍铁及不锈钢的工厂。红土矿采用回转窑 在国内还没有一家生产工厂；更别说生产镍铁和不锈钢的联合工厂。为降低海外投资风险，青山控股集团公司决定先在国内投资建设，最终选定在福安湾坞建 设本镍铁项目。建设后将年产 60 万 t/a 不锈钢板坯。 该项目采用回转窑干燥焙烧、预还原，得到 800 900 高温预还原焙砂，把铬矿与高温焙砂热装，在大型镍铁矿热炉内，冶炼成含镍铬的不锈钢半成品，液态不锈钢半成品再热装进 精炼，经连铸成不锈钢坯。 该项目利用境外矿产资源，大力发展民族经济。其工艺流程紧凑，是冶 3 金工业节能减排的短流程工艺的典型范例，在国内外均处于领先水平。 项目一期工程正处于施工建设阶段，配套的两台 33000 国内最大的大型镍铁矿热炉，炉型为矩形炉（长 16m宽 8m）。二期工程配套两台25500 大型镍铁矿热炉，炉型为圆形（ 166006100）。 （ 1）青山控股集团有限公司与四川大学签定的研究合同。 （ 2）青山控股集团有限公司提交相关工程技术资料。 （ 3）四川大学已撑握的矿热炉工程关键技术资料。 （ 1）甲方筹建的 25500 大型镍铁矿热炉工程国内外技术现状调研分析。 （ 2）大型镍铁矿热炉节能型变压器及一、二次侧电压等技术参数的选择及生产厂家考察比选。 （ 3）大型镍铁矿热炉电极直径、极心圆直径、炉膛直径、炉膛深度、炉壳内径与高度等工艺 技术参数比选。 （ 4）大型镍铁矿热炉把持器关键技术选择。 （ 5）大型镍铁矿热炉炉体长寿关键技术选择。 （ 6）大型镍铁矿热炉配料、物料平衡、能量平衡、冶炼电耗等分析计算与预测。 （ 1）由于 25500 镍铁矿热炉，在国内属于最大的利用红土矿生产镍铁的矿热炉；由于国内红土矿资源稀少，对镍铁矿热炉相关研究很少，可供参考借鉴的大型镍铁矿热炉工程数据较少。本工程关键技术方案，如矿热炉二次侧电压、电极直径与材质、极心圆直径、炉膛直径与深度、炉壳内直 4 与高度、电极把持器形式、炉体内衬结构与耐火材 料选取等均存在一定的技术和工程上的风险。 （ 2）本工程项目建成后，采用红土矿进厂，不锈钢坯出厂，全程热装热送的工艺流程。生产环节少，流程极短，可有效降低冶炼镍铁的冶炼电耗，以期达到节能减排，节约生产成本的目的。工艺流程在国内外尚属首次采用，具有先进实用的特点。 （ 3）二期工程配套两台 25500 大型镍铁矿热炉，炉型为三相三电极圆形炉（ 166006100）。矿热炉变压器由三台 8500 单相壳式变压器组合而成，满足长期超载 30%。冶炼镍铁时， 二次侧采用 接， 矿热炉二次电压范围： 400 520 690V，全部电压要求恒功率输出。考虑到以后可能转炼高碳铬铁，将 二次侧采用 接， 二次电压范围： 231 399V。电压级数共 60 级，采用有载电动调压。一次电压： 3550 （ 4） 25500 大型镍铁矿热炉投产初期的 1 2 年内，电极把持器采用压力环把持器，电极为 960 石墨电极。 待所有生产设备调试运行正常，同时生产操作人员对设备都能控制自如时，从节约生产成本出发， 并根据一期工程 33000 投产情况，决定是否 将压力环把持器更换为组合把持器，电极改为直径 1200 自焙电极。 （ 5） 通过对比国内外相似的冶炼红土矿或铜镍精矿的大型矿热炉进行比较，最终确定本工程项目 25500 大型镍铁矿热炉工艺技术参数为：石墨电极直径 960心圆直径 4200100负荷 30%时炉底功率密度188 、 炉壳内径 16600炉壳高度 6100膛内径 15000 膛深度 3500 （ 6）通过综合比较，电炉变压器建议选用节能型壳式变压器，因其具有明显的优势，例如机械强度高，抗短路能力强；冷却效果好，过载能力强；噪音 小，损耗低；结构紧凑，体积小、重量轻，便于运输 安装等。 （ 7）长寿矿热炉不仅直接减少昂贵的大中修费用，而且可以避免由于 5 停产所引起的巨大经济损失。为了尽可能地延长本工程项目 25500 大型镍铁矿热炉使用寿命，对矿热炉的炉底及炉墙采用了大型高炉炉底炉缸耐火材料内衬的砌筑方案。 炉底的耐火材料内衬采用工作层和导热性永久层型式的内衬。炉底下部的永久层由高度为 261高铝质浇注料、高度为 121碳化硅质自流浇注料和高度 300石墨碳砖与高度 600镁碳砖构成。石墨碳砖与炉底钢板之间设置有冷拔无缝钢管、工字钢组成的炉底冷却装置。 炉底上部的工 作层由一层高度为 600镁铝砖、一层高度为 800底的石墨碳砖采用 15000000大块碳砖砌筑，其余层均采用具有双向错台外形特征的特异型大块砖砌筑，以获得持续的稳定、密封效果。 炉墙仍然采用永久层和工作层的砌体结构方式。侧壁中下部的反应区、熔池区的工作层由具有凹凸镶嵌形状的镁铬大块制品构成，侧壁上部砌筑标普型镁砖。工作层镁铬砖与立式冷却水套（冷却壁）之间，顶紧冷却水套砌筑小块微孔碳砖。小块微孔碳砖与镁铬砖设 60度的填料缝，缝中填充高性能碳素捣打料。 综上得出 ：炉底厚度为 2600 墙厚度 800 炉壳内径 16600 壳高度 6100 （ 8）物料需求与煤气发生量 全部使用拉兹红土矿（红土矿 A）冶炼 1t 镍铁需 土矿 A 焙砂，土矿 A 干矿， 土矿 A 湿矿；焦炭 石灰 热炉 每小时产生的炉气量为 h。 （ 9）冶炼电耗估算 全部使用 土矿（红土矿 B）冶炼 1t 镍铁需 土矿 B 焙砂， 土矿 B 干矿， 土矿 B 湿矿；焦炭 热炉 每小时产生的炉气量为 h。 6 全部使用拉兹红土矿（红土矿 A）进行冶炼， 冶炼 1t 镍铁所需红土矿 时冶炼 1t 镍铁的理论冶炼电耗为 h t 镍铁。若采用热装法冶炼镍铁时， 冶炼 1t 镍铁理论上节约电能 h t 镍铁。故用热装法冶炼镍铁，红土矿预还原焙砂温度达 850 以上，其冶炼理论电耗 h/t 镍铁。 2国内外镍铁矿热炉技术现状 目前，国内外采用矿热炉熔炼硫化铜镍精矿的冶炼厂主 要有中国的金川、磐石、吉林镍业公司、云南冶炼厂、前苏联的北镍、贝辰加、诺里斯克，加拿大的汤普森、鹰桥、南非的瓦特瓦尔、恩施皮雷森、杰兹卡兹干、皮尔多普等厂。 一般来说，加拿大、南非等国家的矿热炉机械化、自动化程度均较高，前苏联次之，我国基本上是停滞不前。主要是因为 1980 年以后我国有色冶金重点放在发展闪速炉冶炼技术，关于矿热炉技术的工程化研究，文献报道不多，可资利用的 工程数据及设计资料 十分有限。 我国用大型矿热电炉熔炼铜镍精矿已经 40 年多的历史了。先后建成六台大型矿热电炉，总容量达 108500，在我 国的铜镍生产中发挥了重要的作用，创造了可观的经济效益。 曾经的云南冶炼厂先后建设两台 30000 电炉是当时我国建设的第一台大型炼铜矿热电炉，熔炼制粒焙烧铜精矿。该电炉 1960 年 7 月投产，当时是根据原苏联五十年代的技术设计建造，炉用变压器由 3 台 10000单相变压器组成，总容量为 30000 ，电极直径 1200型为六电极矩形炉。电极采用卷扬机升降，用钢带吊挂人工下放，导电系统用软电缆，电极孔基本没有采用密封。投产时花了四个月的时间才使炉况基本稳定下 7 来，初期生产很不正常，前三年的每吨 炉料电耗指标均在 850kWh/t 以上。 1968 年投产的金川 16500 熔炼镍精矿焙砂的 1 号矿热电炉，也是六电极矩形电炉，采用 3 台 5500 单相变压器供电，炉料经皮带运输机、箕斗、圆盘给料机、上料刮板运输机送入料仓，炉料进入矿热电炉进行冶炼。炉体和云冶电炉基本相同，电极则是采用液压结构。投产虽较顺利，但初期生产也不稳定，多次发生漏炉、断电极、漏油着火等重大事故，前三年的每吨焙砂电耗也都在 850kWh/t 以上，此期间的最高供电功率为 7000 左右，日处理能力不过 280t 物料。云冶和金川经 过长期生产实践，已逐步掌握了电炉熔炼技术，并对电炉进行了多方面的改造，使电炉生产能力大大提高，基本杜绝了重大事故的发生，单位电耗显著下降。当时云冶电炉电耗已下降到 400kWh/t 料以下，金川电炉电耗曾也降到了 670kWh/t 焙砂。 二十世纪七十年代建设的磐石镍矿熔炼镍精矿干燥球团的 12500的矿热电炉，由一台三相变压器供电，为三电极矩形电炉。该电炉吸取云冶、金川的经验，革新了炉体结构，虽然电极也用卷扬升降，但改为直流电动机传动，而且用可控硅自动控制；另外用软铜带导电系统代替了原来的软电缆导电系统 ，设计了防磁的电极孔密封装置。该电炉 1979 年已顺利投产，未发生任何事故，生产稳定，一开始就取得了电耗 670kWh/t 干料的指标。 可以看出，我国铜镍矿热电炉冶炼技术从二十世纪八十年来已有了很大的发展，备料、操作、设备、电气等方面都取得了不少进步。但目前基本上仍处于这一时期的装备水平，主要是因为闪速炉冶炼技术的发展，使得矿热炉技术几经边缘化，近二十年来几乎没有任何重大的改进。如云铜公司 1992年引进投产了艾萨炉炼铜技术，矿热炉只是作为艾萨炉停产时的备用生产设备。金川集团公司也引进了闪速炉冶炼冰镍，随后矿 热炉就基本停产，近年来为了实现做大做强的目标，才又重开矿热炉，用以冶炼铜精矿。 国内目前各厂基本上均系人工凭经验配料与加料。只有磐石镍矿曾在1981 年，为改善电炉技术经济指标和加料操作条件，取消手动闸板阀，采用 8 了自行开发的炼镍矿热炉电振自动密封加料方法，效果较好。它是由电磁振动给料机、下料管处设置的活动弧形密封板和控制箱盘、控制线路元件组成，分别安装在电极之间的炉顶两侧。左右分别各设计一组，有单独的控制盘和控制箱及操作室。表 2国内大型矿热炉主要结构参数及技术经济指标，表 2国外大型矿热炉主要结构参 数及技术经济指标。 表 2内大型矿热炉主要结构参数及技术经济指标 名 称 云南冶炼厂 1 号炉 云南冶炼厂 2 号炉 金川集团 处理物料 铜镍矿 铜镍矿 铜镍精矿 处理炉料量 /t400 1200 530 炉子内部尺寸： 长 宽 高 24 底面积 / 29 118 电极中心距或 分布圆直径 /m 极直径 /m 极数量 /根 6 6 6 电炉的额定 容量 / 30000（ 100003） 30000（ 100003） 16500（ 55003） 变压器二次侧 电压 /V 320 696 310 700 173 275 变压器二次侧 最大电流 /A 30000 38100 20000 炉底单位面积 功率 / 88 232 125 熔池深度 /m 层厚度 /m 600 800 550 800 锍放出口数量 2 3 3 锍放出口距炉底 高度 /10、 485 100、 370、 500 100、 400、 400 放渣口数量 2 4 4 渣放出口距炉底 高度 /365、 1440 1368、 1277 9 电 极 电 流 密 度A位能耗 /kWh20 440 400 600 620 电极糊单耗 /kg 4 4 5 4 6 每日电极压放 长度 /mm00 300 150 200 电极插入深度 /00 500 400 700 10 表 2外大型矿热炉主要结构参数及技术经济指标 名称 北镍公司 彼阡克 诺林 公司 汤姆逊 瓦特范尔 今贾 恩施皮雷森 处理物料 铜镍矿 铜镍精矿 铜镍精矿 铜镍精矿 铜镍精矿 铜镍精矿 铜精矿 铜精矿 炉子内部尺寸 长 宽 高或直径 底面积 / 58 113 126 139 184 182 92 380 分布圆直径 /m 电极直径 /m 极数量 /根 3 6 6 6 6 6 3 6 电炉的额定容量 / 30000（ 300001） 31500（ 105003） 50000（ 166673） 45000（ 150003） 18000（ 60003） 19500（ 65003） 5500（ 55001） 51000（ 170003） 变压器二次侧电压 /V 390 500 314 683 475 800 266 743 160 300 170 350 120 210 150 500 变压器二次侧 最大电流 /A 31500 15400 25830 24920 32500 炉底单位面积功率 / 17 281 396 324 98 107 60 134 熔池深度 /500 2300 2700 2500 2700 1118 1219 2300 锍层厚度 /m 600 800 600 800 600 800 600 900 600 750 760 锍放出口数量 3 3 4 4 3 放渣口数量 2 4 4 4 1 3 3 2 放渣口距炉底高度 /500 1750 1750 1450 1525 1560 965 电极电流密度 A 吨料单位能耗 /kWh80 815 710 740 525 625 400 430 689 460 吨料电极糊单耗 /kg吨料烟气量 / m3t 800 1700 1900 1700 1900 1200 1400 吨料耗水量 / m3t 3 3 每日电极压放长度/mm00 500 450 500 450 500 450 130 11 土矿）生产镍铁的矿热炉技术现状 国外先后采用矿热炉熔炼氧化镍矿（红土矿）的冶炼厂主要有法国镍公司新喀里多尼亚多尼安博（ 炼厂、日本太平洋金属公司八户（ 炼厂、日本住友金属矿业公司日向冶炼厂、印度尼西亚阿尼卡 坦姆邦（ 司波马拉厂、 印度尼西亚国际镍公司梭罗阿科（ 、多米尼加鹰桥镍公司圣多明各厂、哥伦比亚塞罗 马托莎（ 司蒙特利巴诺（ 、希腊拉瑞姆纳（ 司、美国汉纳（ 业公司、乌克兰 司、马其顿 司、委内瑞拉 司、巴西 司等等。 上述这些冶炼厂冶炼红土矿生产镍铁合金，大都是采用 艺流程，即回转窑 称 。虽然都是采用 艺，但每个冶炼厂的具体工艺制度都不尽 相同，比如红土矿脱水的温度，是否在回转窑中进行预还原等。 （ 1）法国镍公司新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂 法国镍公司新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂于 1958 年建立 。先后建设 10500 电炉八台， 33000 电炉三台。该法借助于新喀里多尼亚矿石的高镍（ 、低铁（ 15%）与 值适度（ 不需加熔剂，即可产出含 镍铁，而且矿石中的铁 60 70%被还原， 30 40%进入渣中，渣含镍仅 右，所以镍的回收率相当高。由于采用覆盖式熔 池，低电极插入，炉顶温度低，电耗仅 550 600 kWh/t 干矿。 电炉的入炉矿石块度为 20回转窑 850 煅烧后，进入电炉，同时加入约 4%的焦炭，在电炉中镍、铁还原后，得到粗镍铁合金，再经精炼后得到镍铁产品。 10500 的电炉，直径 11m，设计日处理矿石量 500t。熔炼 1t 干矿 12 电耗为 550 kWh。三电极埋弧操作，常用二次电压为 150V。电极插入深度根据炉渣电导自动控制。 （ 2）哥伦比亚塞罗 马托莎公司蒙特利巴诺厂 哥伦比亚塞罗 马托莎公司蒙特利巴诺厂电炉为 51000 圆形电炉，炉膛内径为 21000壳有特殊冷却装置以保护炉墙。炉顶用吊顶。满负荷运行时二次电压为 490V 1090V，电极直径为 1800 自焙电极。 （ 3）日本住友金属矿业公司日向冶炼厂 日本住友金属矿业公司日向冶炼厂建于 1956 年 9 月， 1968 年后进行改造，采用回转窑 成 4 座回转窑和 4 台电炉，其中 25000电炉两台， 14000 电炉两台。年产镍铁 12500t。该厂总结出熔炼过程中几点经验： 镍铁的 艺中，电能消耗占成本的 65%左右； 采用高功率负荷操作； 采用焙砂温度： 850 900 ； 采用覆盖熔池式操作； 采用较高的二次电压； 适当的炉渣碱度： 适当控制金属的还原：镍还原近 100%，铁 60%进入金属中； 焙砂的运送系统包括：计量包、运输罐、炉顶料包、落料漏斗等均加保温衬里，并实行自动化操作，可减少热辐射损失 4186MJ/h。、 （ 4）印度尼西亚国际镍公司梭罗阿科厂 国际镍公司于 1974 1978 年建立起 45000 圆形电炉三台，年产含镍 35000t 的镍锍工厂与相应的红土矿基地。但酸性过大（ 后与含 较碱性的东部矿石配合，得到含 混合矿，镍回收率90%。 13 采用三台 45000 电炉、 18用大直径 2000单位面积功率的原因是为了尽量保护炉墙不受腐蚀。但是投产后，炉墙仍发生严重腐蚀，其原因为： 矿石的 对镁砖来讲，酸度过大； 渣的液相线温度相对太低； 熔化粗粒炉料的橄榄石，需要有足够的过热温度。为此，将炉料的 到 渣液相线温度提高 50 ；减少西部矿粗粒中的橄榄石含量，以降低炉渣所需的过热温度。排渣温度为 1550 。 为了保护炉墙不被腐蚀，在渣线一带采用外壳淋水冷却。放出口附近，加强结构强度。炉顶加水冷的钢梁，梁外加耐火材料，减少热损失。电炉的能耗与经济生产规模和燃料价格相关，用煤代替部分油，电耗由 516 580 kWh/t 增加到 580 600 kWh/6高到 40 （ 5）多米尼加鹰桥镍公司圣多明各厂 多米尼加鹰桥镍公司的电炉熔炼原料来自还原车间的产物 团、竖炉煅烧、部分还原的（ 850 ）热煅烧球团矿。不属于 程，但电炉的配置、构造、电气制度等可以供参考。 该厂建设 55500 六电极矩形电炉三台，年产镍铁 28750t。每台电炉有三台 18500 单相变压器组成，二次电压为 349 1265V。碳素电极直径为 1000位面积功率 263kW/ （ 6）日本八户冶炼厂 日本八户冶炼厂先后建设 60000 电炉一台， 25000 电炉一台，40000 电炉一台。其中只有 60000 电炉生产镍铁，电极直径为1700壳直径为 壳高度为 （ 7）美国汉纳矿业公司 美国汉纳矿业公司的 艺的特点是采用改良的尤他法，即在回转窑中只预热煅烧而不是预还原，在电炉中也主要是熔化，只加部分还原剂，选择性地还原出一部分铁和镍，熔融体在路外加硅铁还原得到粗镍铁，精炼 14 后得到产品镍铁。先后建设 14000 三电极圆形电炉四台，炉膛内径为8m，炉膛深度为 3m，自焙电极直径为 1m。常用二次操作电压为 465V。 15 3电炉变压器技术参数的选择 要求 （ 1）由于炉料电阻、原料及电源电压经常变化，要求变压器有较多的调压级数，每级输出电压级差较小，且几乎均要求前几级恒电流输出，后几级恒容量输出。 （ 2）中小型三相矿热炉变压器的一次绕组可设计成 D 接法或 Y 接法，而在 5000 以上，则多采用 D 接法设计。 （ 3）一般大型矿热炉变压器多由三台单相矿热炉变压器组成三相组的形式。这是由于三相矿热炉变压器的大电流短网在长度上各相有很大的差异，使三相阻抗严重不平衡，造成电能转移和各相的电流和功率不均衡现象。采用单相变压器可以围绕矿热炉对称布置，缩短短网长度，使三 相阻抗近似平衡，可大大改善电能的转移和各相不均衡现象，从而减少电能损耗，增加矿热炉运行的功率因数。 （ 4）负载不平衡和能量转移是由短网结构本身造成的，而且是难以消除的，所以电极将出现 “ 活相 ” 或 “ 死相 ” 的情况。矿热炉正常作业的主要条件是熔池中各相功率要平衡，为此变压器应该具有能够单独调整各相电压的能力，即所谓 “ 分相电压调节 ” 。在这种情况下，炉子的每一相都以最佳电压工作，各相电流强度均衡，熔池功率也均衡。虽然能量转移被保留下来，但是可以消除能量转移对炉子作业的不良影响。分相电压调节矿热炉变压器的各相输出电压允许 差值由一次 D 接绕组内的环流所限制。 （ 5）随着矿热炉功率加大，大电流回路使炉子具有较大的电抗值，致使矿热炉功率因数下降。在炉子回路中接入电容器是补偿无功功率最有效 的办法，所以在大型矿热炉变压器中，常在三次侧考虑装置补偿电容器。 16 法国镍公司新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂先后建设八台 10500 电炉，直径 11m，三电极埋弧操作，常用二次电压为 150V；三台 33000 矩形电炉，外部尺寸为 33m12m均二次电压为 300V。 多米尼加 鹰桥镍公司圣多明各厂建设 55500 六电极矩形电炉三台，每台电炉有三台 18500 单相变压器组成，二次电压为 349 12001265V。 美国汉纳矿业公司先后建设四台 14000 三电极圆形电炉，炉膛内径为 8m，炉膛深度为 3m，自焙电极直径为 1m。常用二次操作电压为 465V。 哥伦比亚塞罗 马托莎公司蒙特利巴诺厂电炉为 51000 圆形电炉，炉膛内径为 21000壳有特殊冷却装置以保护炉墙。满负荷运行时二次电压为 490V 1090V，平均二次电压为 1080V。 日本八户冶炼厂 先后建设 60000 电炉一台， 40000 电炉一台，25000 电炉一台。平均二次电压分别为 760V、 760V、 664V。 表 3内外铜镍精矿矿热炉变压器二次电压 厂 名 电炉功率 / 二次电压 /V 云南冶炼厂 1 号炉 30000 261 404 云南冶炼厂 2 号炉 30000 310 700 金川集团 16500 173 275 恩施皮雷森 51000 150 500 北镍公司 30000 390 500 彼阡克 1 号炉 31500 314 683 彼阡克 2 号炉 50000 475 800 诺林公司 45000 266 743 汤姆逊 18000 160 300 瓦特范尔 19500 170 350 杰兹卡兹于 50000 600 800 皮尔多普 24000 190 380 17 表 3内矿热炉变压器特性 序号 厂名 变 压 器 短网特征 备注 容量 / 型号相数频率 一次侧 二次侧 绕组接线 短路阻抗/% 调压方式 特征 主体材料 电压 /V 电流 /A 电压 /V 电流 /A 1 云南冶炼厂 1号电炉 100003 5 单相 505000 286 320 696共 17 级 3750017241 接线 320V 508V 动有载 单向往复交错分别接至炉内两根电极，短网为有绝缘层的导电铜管，集电环至筒瓦由铜带连接 钢管 70/50， 16根铜带2100020 根 460V 时开到25000 2 金川有色公司3 号电炉 55003 35000 173 275 700 283V 以上恒功率283V 以下恒电流 铜管，软铜带 3 盘石镍矿电炉 12500 3 3 相、 506000 00 340 180 14000 21227 21227 Y/Y/ 00V 40V 80V 动有载 电极上接成三角形，单相往复交错，局部有异相交错 铜管 65/40， 8根软铜带 2001，16 片一组共 8 组 4 贵州有机化工厂电石炉 35000 外制 3 相 50 5000 577 一次 Y 143，一次 接157 249，27 级 1 9 级8150091800， 1027 级 91800 ，三相交错中性线单独引至炉壳，短网有铝密封罩 铜管 365/35， 16根 ， 软 铜 带32501， 25 片一组， 12 组 5 吴淞化工厂电石炉 16500 调变 5主变 5， 3相 50 5000/3500023000 相电流157 167 115 175，25 级 5450057700 调变 /Y 主变Y/ 变 相有载 电极上接成三角形，单相往复交错 铜管 265/35， 6根 软缆250024 根 18 表 3外矿热炉变压器特性 厂名 变压器型号 一台矿热炉 变压器数 电压 级数 绕组 接线 一次侧 二次侧 容量 / 电压/V 电流/A 电压/V 电流/A 北镍 三相 1 1 2 3 4 5 / 10000 1730 1570 1430 1320 1223 550 500 458 428 390 31500 31500 31500 31500 31500 30000 27200 25000 23000 21200 彼 阡 克 单相 1 2 3 4 5 6 10500 1000 986 915 865 500 450 683 656 622 583 14 15373 15373 15373 15373 15373 15373 10500 10164 9608 9083 5250 4725 彼 阡 克 25000/35 单相 3 1 5 6 7 8 9 10 14 18 20 23 35000 477 477 477 477 477 463 452 440 400 373 359 800 704 683 664 645 628 611 581 528 506 475 20830 23900 24400 25120 25830 25830 25830 25830 25830 25830 25830 16667 16667 16667 16667 16667 16200 15400 15000 13650 12890 12300 诺林 21000/35 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 26 35000 12 395 378 28 743 96 49 02 578 555 531 415 66 20190 20850 21560 22310 23120 23900 24020 24920 24920 24920 24920 24920 24920 15000 15000 15000 15000 15000 15000 15000 14415 13830 13240 10350 8660 6630 19 综合比较以上矿热炉变压器二次电压，同时结合设计经验，本工程项目25500 镍铁矿热炉变压器（长期超负荷 30%运行 时）二次电压选定为： 0 . 3 0 52255003 0 1 . 3 5 2 0 ( )3 P V 冶炼镍铁时， 二次侧采用 接， 矿热炉二次电压范围： 400 520690V，全部电压要求恒功率输出。考虑到以后可能转炼高碳铬铁，将 二次侧采用 接， 二次电压范围： 231 399V，经调研考察，特别是制造的可能性及电炉变压器长期运行的可行性与安全性，确定如下的相关参数： （ 1）变压器容量： 25500（ 85003），由三台 8500 单相变压器组合而成，满足长期超载 30%； （ 2）一次电压： 3550 （ 3）功率因数： （ 4）有功功率： 255002950 ； 二次侧： 接时： 231、 237、 243、 248、 254、 260、 265、 271、 277、 283、 289、 294、 300、306、 312、 317、 323、 330、 335、 341、 346、 353、 359、 364、 370、 375、381、 387、 394、 399V，共 30 档，各档恒电流。 二次侧： 接时： 400、 410、 420、 430、 440、 450、 460、 470、 480、 490、 500、 510、 520、530、 540、 550、 560、 571、 580、 590、 600、 611、 621、 631、 640、 650、660、 671、 682、 690V，共 30 档，各档恒功率。 （ 5）工作电压： 520V （ 6）电压级数： 60 级 （ 7）调压方式：有载电动调压 20 （ 8）超负荷 30%时最大电极电流： 2 5 5 0 0 1 . 3 1 0 0 0 3 6 8 0 7 ( )5 2 0 3矿热炉变压器有传统的芯式变压器与新型节能型壳式变压器两种形式。 壳式铁 芯 电炉变压器是学习美国西屋公司、挪威国民工业 公司、日本三菱公司等国外先进技术与冶金、化工等有关设计院密切合作的结晶产物，针对铁合金、电石、黄磷、磨料等冶炼工业特殊要求，通过反复试验，独具特色的新技术、新工艺、研制成功的新产品。它的特点是冲破了我国传统的芯式铁芯磁路结构，别具一格的采用壳式铁芯（即外铁芯），适形油箱，低压线是用铜排制作，线圈被铁芯所包围与适形油箱构成一个整体，线圈受力面积大，确保应力的最优分布，线圈垂直放置，油道畅通，避免了局部过热现象。该产品与传统的心式铁芯变压器相比具有下列优点： （ 1）机械强度高，抗短路能力强 壳式铁芯电炉 变压器，设计工艺结构与芯式的传统设计工艺结构不同，壳式铁芯变压器是线圈在内，铁芯在外。低压线圈采取铜排制作，高压线圈是纸包扁铜线，矩形高、低压线圈交替，垂直排列在铁芯内，铁芯对线圈起到大面积夹紧作用。线圈、铁芯、油箱组成一个牢固的整体，它的机械强度高，承受较大的短路电动力，抗短路能力强。 （ 2）冷却效果好，过载能力强 由于壳式铁芯电炉变压器高、低压线圈垂直，交替放在铁芯内，油道非常畅通，冷却油在高、低压线圈中间循环流动，流量大，油流速度快，冷却面积均匀，线圈间不会有过热点，壳式铁芯变压器油温与线圈温度相差不 多。而芯式铁芯变压器是铁芯在内，高压线圈抱着低压线圈，低压线圈抱着铁芯， 高低压线圈与铁芯之间油流是轴向流动，油道阻力大，油循环效果差，热量无法散发出来，所以芯式铁芯变压器线圈铁芯温度与油面温度相差很大，实 21 际上是油面温度低，线圈温度已经很高了。所以壳式铁芯的冷却效果好，变压器温升低，绝缘不易老化，变压器超负荷能力强，壳式变压器产品一般都在超负荷运行 30%以上，有的超 50%，甚至有超 100%长期运行，一般温度都在 50以下。 （ 3）噪音小，损耗低 壳式铁芯变压器由于设计、工艺结构，使铁芯、线圈、外壳组成一个牢固的整体，机械噪音小；同时选用的变压器优质原材料，如硅钢片为武钢产高导磁取向 3030钢片，导线选用优质无氧铜，合理的选用导线、电流密度，变压器的铁损、铜耗减低。尤其壳式铁芯变压器交替排列的绕组，引出线直接从绕组幅向引出，都在铁芯上部高低引线容易引出，而且出线可以大大缩短，变压器的附加损耗减少，所以壳式铁芯变压器噪音小、损耗低，与传统芯式变压器相比，空载损耗降低 10%以上，负载损耗降低35%以上。以 冶炼炉为例，一年内壳式变压器电耗节能折算约 80 万元 /年，约 2 年左右时间可回收变压器的全部投资。 （ 4）结构紧凑，体积小、重量轻，便于运输安装 壳式铁芯变压器体积小、重量轻，主要是结构紧凑，铜和硅钢片不少，它少的是油和铁，因油箱紧靠铁芯，变压器体积减小，油箱重量减轻，变压器油减少，因此变压器外形体积小、重量轻，便于运输、安装，方便检修。 壳式铁芯变压器的优点很多，受到机械工业部沈阳变压器研究所认定为国内首创。被列为省、市重点科研新产品开发项目，单相 53组合容量 25500/35 电炉变压器荣获国家科技成果金箭奖，被列为国务院科技开发项目。 综上所述，建议本工程选用节能型壳式变压器。 22 4镍铁矿热炉工艺技术参数比选 哥伦比亚塞罗 马托莎公司蒙特利巴诺厂电炉为 51000 圆形电炉，炉膛内径为 21000极直径为 1800 自焙电极，单位面积功率 147 kW/ 多米尼加鹰桥镍公司建设 55500 六电极矩形电炉三台，二次电压为 349 1265V。碳素电极直径为 1000位面积功率 263kW/ 日本八户冶炼厂先后建设 60000 电炉一台， 25000 电炉一台 ，40000 电炉一台。其中只有 60000 电炉生产镍铁，电极直径为1700壳直径为 位面积功率 363kW/壳高度为 美国汉纳矿业公司先后建设 14000 三电极圆形电炉四台，炉膛内径为 8m，单位面积功率 279kW/膛深度为 3m，自焙电极直径为 1m。 矿热炉工艺主要技术参数计算如下： 电极电流密度按 。 电极直径：32 5 5 0 0 1 0 1 . 35 2 0 1 . 7 3 2 1 1 4 ( )3 . 64d c m，取电极直径 1200实际电流 密度为 当用石墨电极时电极取 960 据有色冶金炉设计手册经验公式与系数选择计算其它参数。 极心圆直径： 200=4200 膛内径： 4200+71200=12600 15000适应各种原料的要求。 23 炉膛深度： H=1600（渣层厚度） +800（铁水厚度） +300（料坡高度）+300（死铁层留铁厚度） +500（气体空间，亦即炉料距炉口平台的距离） =3500 罩高度 950 际气体空间 500+950=1450 炉壳内径： 15000 00=16600壳高度： 3500 2600100负荷 30%时炉底功率密度： 22A / 5 0 0 矿热炉工艺技术参数详见表 4 表 45500镍铁矿热炉工艺参数 序号 名 称 单 位 数 量 备 注 1 炉壳内径 6600 炉壳钢板厚 20 炉壳高度 100 3 炉膛内径 5000 偏大希望适应各种原料要求 4 炉膛深度 500 5 炉墙厚度 00 炉缸区域设铜冷却壁 6 炉底厚度 600 设水冷综合炉底 7 电极直径 60 石墨电极 8 极心圆直径 200100 9 工作电压 V 520 10 工作电流 A 36807 超负荷 30% 11 电极电流密度 A/负荷 30% 12 电极工作行程 200 最大 15003 渣铁口个数 个 5 2 个出铁 2 个出渣，铁放净口 1 个 14 电极升降速度 m/2 15 炉底功率密度 、工业硅、电石和黄磷等矿热电炉的核心部件。它不仅承担着电极的负载，而且还受烟气、炉顶和熔融金属表面的辐射热，同时电极的电流所产生的强磁场或涡流也影响把持器的正常工作。 电极把