淺談西安重鑫電爐采用新型ZXGY全自動傾倒爐冶煉棕剛玉節能降耗研究：西安電爐，西安電爐設備，西安電弧爐，西安精煉爐，西安礦熱爐，西安中頻爐 ，西安電渣爐，西安重鑫電爐設備有限公司，http://www.zzjzm.com中華人民共和國西安重鑫電爐設備公司是專業從事冶金電爐、雙并、單臺LF精煉爐、真空VD\VOD精煉爐、礦熱爐、電石爐、剛玉爐、電渣爐、大型24脈波中頻感應爐、電阻爐以及除塵設計、生產、開發的高新技術企業（0761101B0192），本著技術先進、運行可靠、節能降耗的原則，置身全球、跟蹤世界冶金領域新技術，科技不斷創新，不斷開發出適合我國科學社會發展觀的新一代的冶金電爐產品，全心全意地為國內外冶金企業技術升級、提高質量、降低成本、獲得良好效益服務，先后榮獲國家科委國家專利局七項專利、四項填補國內空白，四種爐型首次國內外運行并一次成功。

成功地研制出并成功運行中國第一套電弧—LF精煉并聯爐、我國第一套LF精煉—LF精煉雙工位同時運行并聯爐、我國第一套ZXGW型釩氮合金立式感應爐，并填補國內空白，自制我國第一套全鋁合金導電橫臂、我國第一臺單臂鋼包爐、我國第一臺礦熱爐用全數字化AC-AC低頻電源、ZXDZ電渣爐、我國最新一代電爐用模糊控制計算機控制系統：專利號200620135948.9、機械組合泵VD真空爐專利號ZL201220060075.6及最新一代引進ZXGY節能型剛玉爐、ZXDS型電石爐ZXKR型礦熱爐。是掌握最新科技動態、強有力市場開發開拓能力與強大設備成套制造能力的優勢互補、強強聯合的共同體。

我公司的能耗指標在同行業大中小型用爐較低，技術先進性、服務優良性在國內領先。公司通過ISO9001認證，并榮獲中國產品質量監督協會2007、2008年度“重質量守信譽先進單位”稱號。是解決冶金冶煉的國內專業設計、生產、銷售的定點單位。我公司《電弧爐專利》、《電渣爐專利》、《礦熱爐氣囊抱閘專利》、《釩氮合金爐專利》《24脈波大型中頻爐專利》《雙精煉雙工位LF鋼包精煉爐專利》《機械組合泵VD真空爐專利》，多次榮獲“中華人民共和國國家技術發明獎評審委員會”授予的一等獎和“中華人民共和國科技進步獎評審委員會”授予的二等獎。

棕剛玉是一種人造工業原料，廣泛應用于耐火材料工業、各種材質的固結磨具、涂附磨具和研磨膏等，是國家現代化建設中它又是一個不可缺少的工業原料。棕剛玉產業在我國起步較晚，是1951年由當時的沈陽蘇家屯砂輪廠研制成功，至今已經走過60多年的里程。半個世紀以來，我國的棕剛玉產業從無到有，從小到大。

原有剛玉爐問題：

用戶原有爐型結構概述：經過到用戶現場考察原傾倒式剛玉電弧爐采用高架式布置，傾爐為機械傳動，電極升降為簡單的電機卷揚機鋼絲繩傳動，電氣控制為簡單的繼電氣控制，功率因數低無效有功高，能耗高、產量低。

現場實際跟蹤兩爐冶煉，約六個半小時至七個小時一爐，每爐產量約17-18噸（根據爐長講及實際加入原料噸位），料不好，硅高，爐料板結嚴重；弧光外漏嚴重，爐底上漲，電極下扎性不好，手動送電極，低壓測大電流無檢測，無顯示，不能直接根據A、B、C三項電流控制三相電極，三相電流無法分別一一對應進行控制，帶相操作，電極升降不能變速；出墻短網及軟連均為干式，橫臂為鐵磁體，報圈、夾頭均為鐵磁體，無功損耗、無效有功功率導致很大；電極無法自動加緊、放松，送電極就的斷電停工，人員上爐操作；

變壓器為風冷。

以上現狀導致功率因數低，無功損耗大，無效有功大，電能能量制度不合理，電極不能及時從宏觀和微觀跟進，檢測儀表又沒有，工人無法及時看到每相實際低壓電流，而以40-75安代表26243安培顯然太不準確，也太不及時，那么操作時也會浪費能量制度下合理能源，特別是熔化期和精煉期不明朗，送電極還的熱停工，導致能耗大，產量低。

改變方法：

降低冶煉成本

棕剛玉傾倒爐在生產過程中大量消耗電能，是名副其實的“電老虎”。在如何降低耗電量方面，我們經過不斷實踐，主要從以下三方面進行改進：

鋁礬土是生產棕剛玉的主要原材料，但它也是鋁工業、耐火材料工業和石油工業的主要原材料。隨著國家工業化進程的不斷提速以及鋁工業、耐火材料工業、石油工業的飛速發展，高品位的鋁礬土礦已蹤跡難覓，棕剛玉生產對鋁礬土礦的要求與鋁工業、耐火材料工業不同，后者要求鋁礬土礦的品位較低。

我國的棕剛玉生產起初都是用固定爐進行生產的，上世紀70年代出現了傾倒爐生產工藝，目前我國棕剛玉生產使用固定爐和傾倒爐的比例大約為3∶4。不論是固定爐也好或是傾倒爐生產也罷，其生產工藝基本相似，都是以鋁礬土為主要原材料，再配以其它輔助材料在礦熱爐中經高溫熔化，經一系列的物理化學反應而制得的，是一種能耗比較高的產品，其能耗費用占生產成本的2/5~1/2，因此鋁礬土品質的好壞決定了能耗的高低。上世紀80年代之前，生產棕剛玉所用的鋁礬土其Al2O3含量均為80%左右，鋁硅比為20∶1。用這種高品鋁礬土生產棕剛玉時，固定爐的單位耗電為2600千瓦時左右，傾倒爐單位耗電為2500千瓦時左右。

目前在我國境內Al2O3含量達到85%的鋁礬土礦奇缺，或者說已經枯竭。現在生產棕剛玉所用的鋁礬土其Al2O3的含量多在70%~80%之間,SiO2含量在5%~15%之間。鋁礬土中SiO2含量的高低對單位耗電的影響顯著，有資料表明，SiO2在鋁礬土中的含量每增加2%時其單位耗電可增加8%~16%。因此，目前各棕剛玉生產企業單位耗電都居高不下，固定爐單位耗電達到2800千瓦時左右，傾倒爐單位耗電達到2700千瓦時左右，有些甚至更高，加之電力和原材料價格不斷上漲，使生產成本長期在高位運行，企業生產成本壓力很大，同時也給節能減排帶來了巨大的困難。

目前，生產棕剛玉所用鋁礬土的Al2O3含量為70%~75%的礦居多，用這樣的鋁礬土礦去冶煉棕剛玉時單位耗電已在3000千瓦時以上，按當前的電價計算，能耗費用要占生產成本的2/5以上，生產企業已基本上無利可圖。由于諸多基礎工業及剛玉制造業的快速發展，鋁礬土需求量迅猛增長。由于鋁礬土資源的匱乏，再加上有的礬土供應商和中間環節的不規范行為，棕剛玉冶煉所用的熟鋁礬土數量難以得到保證，而且質量嚴重下滑，棕剛玉冶煉成本更是節節攀升。因此嚴格控制原材料入廠標準，不僅是降低生產能耗的要求，更是企業生存的需要。

提高自動化水平，合理控制“死區”和“靈敏度”，改進冶煉設備，提高冶煉效率

1、重鑫ZX-GK04模糊智能自動控制及低壓控制設備  國家專利

ZXGY-7500KVA傾倒式剛玉電弧爐電極升降裝置控制系統采用IPC+PLC 的ZX-GK04模糊智能自動控制及低壓控制設備，技術先進，電極調節靈敏，節能降耗。在保證運行可靠性及安全性的前提下，通過合理設計，電極心圓直徑，使爐襯的浸蝕更為均勻，有效地提高包襯壽命。

ZX-GK04模糊智能自動控制及低壓控制設備  國家專利

低壓控制設備由主操作臺含IPC+IPC、變頻柜、計量、信號柜等組成，可以完成電極升降（手動、自動）、實際三項電流、實際三相電壓表、液壓泵站、事故報警顯示、以及爐體操作計算機控制及畫面參數實時顯示等功能。本控制系統為本公司專為用戶設計，方便實用，故障率低，提高勞動生產率，為專利節能產品。

我公司以實際情況出發，專業的針對冶煉企業研制開發的計算機電極自動調節器，可廣泛分品種應用于三相礦熱電弧爐型、煉鋼電弧爐型、鋼包精練爐型等，系統采用當今的先進成熟技術，參考德瑪克電爐控制的先進經驗，以目標函數為追蹤點、以空間分段數字三維曲線為控制手段，閉環接合爐子的變頻傳動--工藝-電器一提體化考慮的智能型模糊控制技術，提高勞動生產力，并達到節能效果，為企業的技術改造提供了行之有效的辦法。

本調節系統由研華IPC610MB/AIMB-736VG/E5300/1G/160G工業控制計算機、韓國三星、或美國DELLE170S19~21″LED液晶顯示器、高精度穩壓電源、UPS不間斷電源（用戶自購）、軍工專用WB信號隔離采集模板，日本三菱FX光電隔離模數轉換A/D模塊、D/A模塊，日本三菱FX主機可編程控制器、臺灣臺達變頻器及重鑫電爐ZX型專利控制軟件等組成。

一）    主要功能：

1.         自適應功能，20%~150%運行范圍，按照整定值，自動調節控制電弧電流；

2.         無干擾仿真畫面直觀逼真，冶煉參數顯示齊全準確；

3.         以數字形式顯示電流整定值，實測電弧電流、電弧電壓等參數，并顯示其歷史曲線及動態三相平橫棒圖；

4.         顯示通斷電時間及電壓等級等輔助參數；

5.         顯示班次、爐次等管理參數；

6.         無干擾切換自動和手動工作狀態；

7.         預留USB通訊接口，可與上位機連網通訊，實現生產管理信息化；

8.         具有故障自證斷功能；

二）主要技術特點：

1．   操作簡單、直觀，人機對話效果非常友好；

2．   電極升降調速范圍大，能夠迅速提升電極；

3．   非靈敏區連續可調，可根據爐況隨時調節非靈敏區的大小；系統響應時間短，調節精度高；

4．   穩弧快，電流調節準確，電網沖擊小；

5．   由于采用PLC光電隔離控制，因而抗電磁干擾能力強，再加上系統采用模塊化設計，工作穩定、可靠，故障率極低；

6．   采用PLC編程，可進行較為復雜的計算，如三相功率、電流、電壓平衡控制等，而且程序修改極為方便，合理的死區設計，確保相對穩定性；精確的電流數字顯示，直觀準確的的操作性能。

7．   操作簡單明了，維護方便；

8．   投資少，見效快。

9．   工藝性極強、軟件編程先進。

10．      電極升降速度為變頻調速，根據設定電流和實際電流變化隨動。

11．      自動控制在熔煉期和精煉期采用不同參數，空間曲線立體模糊控制。

手動、自動隨意切換、全程記錄。

縮短短網的長度。縮短短網的具體措施有以下幾個：電爐變壓器要在滿足安全距離和操作間距的情況下盡量靠近爐體，在變壓器下加支持底座，使各段短網處于同一水平面上，變壓器低壓出線的中部位置與短網的水平面的高度相等，這樣就省略了從變壓器出線至短網水平面這一段。

減少接觸電阻。為了減少短網電阻，短網各部分連接方式應盡量采用焊接，或減少接頭或增大接觸面積，并有足夠的接觸壓力，以減少短網各部分的接觸電阻。

傾倒爐短網的接頭較多，而通過短網的電流很大。連接不良，就會使接觸電阻增大，不但會增大短網的功率損耗，還可能燒毀接頭。因此應盡量減少接頭，對不拆卸的接頭應采用焊接的方法或增大接觸面積，接觸面應保持清潔平整，使之有足夠的壓力。

此外，可采取的改進措施還包括降低短網溫度、改進電極把持器、減少附加電阻、改進循環水冷卻方式等等，方式眾多，在此不一一贅述。

改進冶煉工藝

半個多世紀以來，棕剛玉生產仍沿用傳統的工藝，從未改變。隨著時代的變遷、礦產資源銳減、礦產品的質量不斷下降、原材料和能源價格的不斷提升，節能減排任務日趨繁重，棕剛玉生產已經四面楚歌，如果在技術上沒有新的突破，可以預測十年之后生產棕剛玉的單位能耗及生產成本均會出現驚人的大幅上升，一部分棕剛玉生產企業也會因此而被迫關停。按照目前市場價格為不變價進行測算，屆時棕剛玉的生產成本將穩定在4500元~5000元/噸，節能減排將成為不可逾越的難題。鑒于以上各種因素，未來的棕剛玉生產和發展必須在科學發展觀的指導下盡快轉變生產發展方式，走技術創新之路。

棕剛玉的冶煉工藝過程分為起弧、熔煉、控制、精煉4個階段。

起弧是棕剛玉冶煉的前提，為使三相電極之間電流相同，要擺放起弧焦。起弧焦擺放時，先加少量礬土，平整爐底，電極稍離爐底。用鐵屑與碳粒混合以一定形狀鋪設在爐池中心，三根電極下部多鋪設起弧焦，使三相電極互相成通路。起弧焦擺放方法有3種：星形擺放法、實心三角形擺放法和空心三角形擺放法。經過實踐對比選擇星形擺放法，其優點是起弧焦用量少，爐內增碳少，起弧快，熱量集中在爐池中心。

擺放好起弧焦后進行送電起弧，落下三相電極至起弧焦上，看到弧光和聽到電弧聲時，說明已經起弧。待電流升至正常負荷的20%～50%時，在電極外側和弧光區加少量爐料壓住弧光。待電流上升到80%負荷時，正常加料，進入熔煉階段。

熔煉占全部冶煉時間的80%以上，能有效把握棕剛玉冶煉的熔煉階段是十分重要。在熔煉階段，要使爐料熔化成液態，使雜質還原，生成鐵合金并與剛玉溶液分離。在熔煉過程中，要不斷地用沾棍對熔液質量檢查做出必要的爐前調整，還要防止各種“反常現象”的發生。根據熔煉程度料層會緩慢下落，保證爐內熔液充足在熔煉過程中要進行投料，投料以加滿電爐使熔煉期終了為主要目標。新工藝改進主要是更進一步掌控熔煉階段這一重要環節，熔煉階段是關系著冶煉生產安全、能源消耗、冶煉單位時間利用、煙塵排放和工人勞動強度的重要環節。

所謂控制就是在一定時期內，停止加料，讓爐內的料盡量熔融和還原，并使熔化面積向外擴大。爐況控制得好，溶液緩慢上升，整個料面就均勻下沉，料下得多，熔化得快。在控制期內，應盡量把熱量用到擴大熔化面積上，待結束后在投入爐邊預熱料繼續熔煉。在控制期內，如果爐料并未完全熔融，應避免溶液溫度降低讓爐料緩慢進入熔液，這樣就會造成弧光暴露在外，爐內熱損失大，電能損耗過大。

精煉的目的是把雜質充分還原，使鐵合金較好地沉淀聚集，爐內氣體暢通排出，同時進一步提高熔液溫度和擴大熔化面積。電爐轉入精煉時要停止加料，采用低電壓，使投入的爐料盡量熔化。精煉充分的特征是：爐內料層很薄，電極周圍的爐料和熔液緊緊相貼，液面十分穩定；三相電極電流表指針穩定。電極根逸出氣體不多，電弧聲一致不間斷。精煉期如果控制不好會過分地增加電能的消耗。精煉的好壞直接影響剛玉的質量和產量。

在長期的實踐過程中，我們對冶煉工藝不斷進行改進，摸索出一套適合生產現狀的冶煉新方法。傾倒爐冶煉新工藝結合了自身條件，在冶煉過程中可以調整碳量的配比，彌補了因化驗誤差、配方不準導致爐況不穩定的缺陷；增加補料次數，將暴露在外的弧光掩埋，提高對電弧熱能的利用水平；降低料面高度，增大爐殼上部到水冷蓋下部的空間，增加爐內空間，保證煙塵可以被很好地捕集，減少煙塵的排放；采用薄料面運行，使還原反應產生的氣體均勻排出，降低爐內氣體壓力，避免噴爐現象的發生。

西安重鑫電爐設備有限公司

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