栾志华， 宋志伟

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司，辽宁 沈阳 110141)

智能节电装置应用在矿热炉冶炼红土镍矿的试验研究

栾志华， 宋志伟

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司，辽宁 沈阳 110141)

红土镍矿有价金属含量低，在获得镍铁合金的同时要产生大量废渣、消耗大量电能，节能降耗已是必经之路。在矿热电炉上安装智能低压综合节电装置可以大大降低短网感抗、提高功率因数、提高冶炼效率、降低能耗及增加产能。开展这项节能技术，对红土镍矿电炉火法冶金行业具有一定的指导意义。

电炉；红土镍矿；冶炼；节电装置；降耗；增产

0 引言

随着全球不锈钢工业，特别是中国不锈钢工业的快速发展，镍铁的需求量不断上升。近年来，我国炼镍行业的产品结构已经从以往的电解镍为主，镍盐为辅的格局逐步转变为以电解镍和镍铁为主，以镍盐为辅的格局。这种对镍铁需求量不断攀升的态势导致了以镍红土矿为原料的矿热电炉炼镍铁工艺得以快速发展。

目前，国内外利用镍红土矿生产镍铁的工艺一般采用的均为回转窑—电炉(RKEF)生产工艺，这是当今世界上比较成熟和先进的生产方法。国内外一些较大的生产厂家的冶炼电耗一般在500～700 kWh/t矿之间，镍回收率一般在87%～93%之间。由于红土矿镍含量较低，在产出少量产品的同时要产出大量的废渣及消耗较高的电能。通过计算，生产含1t镍量的镍铁需消耗镍矿(含镍2%)56 t，耗电27000 kWh左右，产渣45 t左右，渣含镍一般在0.10%以下[1]。

节能降耗、提高技术经济指标是冶金工业生产追求的永恒目标，对于镍铁合金这一高消耗和低产出的冶炼产品，首先要解决的问题就是降低镍铁生产的电能消耗。本试验研究的任务就是在矿热电炉上安装智能低压综合节电装置，采用治理谐波及无功补偿并举技术，提高功率因数、消除高次谐波危害，降低电能消耗，增加产量，为矿热电炉冶炼红土镍矿行业节能降耗提供技术指导[2]。

1 节电原理与功能

1.1 节电原理

炉前低压补偿是降低矿热电炉的感抗、提高功率因数、降低冶炼电耗、提高经济效益的有效方法。因为导体内无功电压分量是电流与感抗的乘积，感抗稍有变化，无功电压分量及电炉功率因数将产生很大变化。

矿热电炉短网由于传导电流大、尺寸长，故其感抗也大，虽然在排列方式上采取了互补措施，但仍然有很大的感抗，根据粗算，短网占电炉总阻抗的60%左右。

利用电容电流超前电感电流180°的原理，在电炉短网处与电炉变压器并补相应的电容器，使无功电流降低，随之工作电流也相应降低，而有功电流却保持不变，有功功率也保持不变。在相同有功功率输出情况下，总的输出功率却降低了，从而达到节能的功效[3]。另外在保持额定工作电流的情况下，输入电炉的有功功率就相应提高了，而有功功率的提高，为增加产量创造了条件。

1.2 节电功能

节电主要有如下几个功能：

补偿无功，提高功率因数；

滤除有害高次谐波，降低网损；

增加变压器的有功输出，为增产提供条件；

通过分供补偿，使三相无功趋于平衡。

2 冶炼试验

为了验证智能低压综合节电装置在矿热电炉冶炼红土镍矿中节电功效，本文利用回转窑- 电炉工艺，开展了系列节电试验。

2.1 试验原料及设备

(1)试验原料

试验用主要原料化学成份见表1。

表1 试验用主要原料化学成份表 %

(2)试验设备

试验主要设备包括矿热电炉、回转窑及智能节电装置，各设备主要参数如下[4]：

矿热电炉：容量1800 kVA，二次电压150～550 V，额定电压350 V，功率因数0.85；

炉膛尺寸：Φ4500 mm×4000 mm

回转窑：Φ1800 mm×20000 mm，Φ2200 mm×20000 mm；

智能节电装置： 无功补偿容量300～2000 kVAR，投切方式为分相及分级，补偿方式为三相共补与三相单补相结合。

2.2 未安装智能低压综合节电装置的冶炼试验

按照回转窑- 电炉工艺正常工艺流程，进行矿热电炉冶炼红土镍矿中试试验。回转窑电炉同时连续运行，回转窑焙烧温度控制在850 ℃左右，电炉冶炼出渣温度控制在1550 ℃左右，出铁温度控制在1450 ℃左右，镍铁合金含镍20%[5]。

试验历时240 h，每天出炉4次，电炉满负荷供电。最初两天放出镍铁时，考虑到炉况可能未达到稳定状态，影响试验数据的准确性，因此，这两天数据不在统计数据之内，试验记录从第9炉开始。试验结果表明，在未安装低压节能装置正常冶炼情况下，镍铁合金总产量为18570.32 kg，镍铁合金品位平均为20.67%，每吨镍铁合金单位电耗8621.68 kWh/t。

2.3 安装智能低压综合节电装置的冶炼试验

其它条件与2.2试验完全相同，在电炉变压器二次侧安装智能低压综合节电装置后，进行矿热炉冶炼镍铁中试试验。试验结果表明，在本次试验中，镍铁合金总产量为20783.54 kg，镍铁合金品位平均为20.71%，每吨镍铁合金单位电耗8150.58 kWh/t。

2.4 试验结果对比分析

(1)功率因数对比

在电炉变压器二次侧安装智能低压综合节电装置后，电炉功率因数由原来的0.85提高到0.908，提高了6.82%。

(2)吨铁电耗对比

未安装智能低压综合节电装置的冶炼试验时，吨铁电耗为8621.68 kWh/t，安装智能低压综合节电装置的冶炼试验时，吨铁电耗为8150.58 kWh/t，吨铁电耗降低471.10 kWh/t，降低了5.46%。

(3)产能对比

未安装智能低压综合节电装置的冶炼试验时，镍铁合金产量为18570.32 kg，安装智能低压综合节电装置的冶炼试验时，镍铁合金产量为20783.54 kg，产能增加2213.22 kg，增加了11.92%。

各项指标对比见表2。

表2 试验结果对比表

3 试验结论

试验结果表明，采用回转窑- 电炉工艺冶炼红土镍矿时，在电炉变压器二次侧安装低压综合节电装置后，可将电炉功率因数提高到0.9以上，增幅将近7%；镍铁合金吨铁电耗下降幅度超过5%；镍铁合金产量增加幅度超过10%。以上数据证明了这一技术能够实现增产节能的目的，值得推广应用。

[1] 赵昌明，翟玉春.从红土镍矿中回收镍的工艺研究进展[J].中国有色金属学报，2008，(3).

[2] 王金花，宁平，等.铁合金与铁合金制品生产新技术新工艺[M].北京：冶金工业出版社，2004.

[3] 郭学武，邵玉槐.智能节电器运行分析[J].电力学报，2008，(2).

[4] 栾心汉，唐琳.镍铁冶金技术及设备[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[5] 李家瑞，王立川.镍冶金学[M].北京：中国科学技术出版社，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

栾志华(1971-)，女，辽宁铁岭人，高级工程师，工程硕士，主要从事冶矿产品市场研发及技术开发，重点研究镍铁冶炼工艺流程及设备工作，现任中国有色(沈阳)冶金机械有限公司经营部部长。

宋志伟(1972-)，男，辽宁朝阳人，工程师，大学本科，主要从事铝设备等有色领域新产品市场及开发工作。

TF815

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1003-8884(2014)05-0006-03