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8.4 熔炼车间


8.4.1  本节适用于闪速熔炼和熔池熔炼等火法冶炼工艺相关的车间。

8.4.2  大型冶炼厂熔炼车间生产用起重机的配电,应由车间变电所低压侧不同母线段以两回线引至滑触线电源开关,正常时一回路供电,事故停电时可采用手动或自动切换至备用回路。

8.4.3  车间内宜采用导线穿管或电缆桥架明设,不宜采用电缆沟配线和埋设于地面下的暗管配线。当不可避免时,埋设深度不应少于1m,管径不应小于25mm。

8.4.4  各种冶炼炉的热料进口、出料口、出渣口等特殊高温区域,不应敷设电气线路,当不能避开时,应采用耐高温电缆,并采取隔热防溅措施。

8.4.5  鼓风炉的装料系统、直线铸锭机、圆盘铸锭机应采用计算机控制系统进行程序控制。

Ⅰ  顶吹炉

8.4.6  本部分适用于顶吹浸没熔炼法和顶吹非浸没熔炼法等顶吹炉。

8.4.7  炉顶加料机为移动皮带时,宜采用移动电缆供电,并在机旁设主回路隔离电器。

8.4.8  喷枪流量控制和定位控制宜采用计算机控制系统,并设置现场操作箱。

8.4.9  喷枪提升机的传动及其控制,应符合以下规定:

    1  喷枪提升机为一级负荷中的特别重要负荷,除应保证两个电源供电以外,应设置15s内投入的应急电源。

    2  喷枪提升机宜采用变频调速及变频调速专用电动机。

    3  应设置超速、过卷、过载、钢绳松弛、变频器故障、交流电源失电等保护;当保护动作时,应停止提升机的运动。

    4  高速侧、低速侧应分别设置速度和位置检测传感器和制动器。

    5  应设置喷枪提升机安全运行控制用计算机控制设备。

    6  应在提升机近旁、换枪平台、操作平台、控制室等地设置控制屏(箱)和紧急停止按钮。

8.4.10  应在顶吹炉的操作平台、控制室等地设置系统紧急停止按钮,该按钮动作时,必须停止顶吹炉的空气、氧气、燃料和物料的供应。

Ⅱ  熔炼炉

8.4.11  本部分适用于侧吹式、底吹式等炉体可以倾动的熔炼炉。

8.4.12  事故倾炉电动机的自动启动联锁,应符合下列规定:

    1  当工作电动机故障或交流主电源断电,自动启动事故倾炉电动机。

    2  当转炉风压低或鼓风机停车时,应发出事故报警信号,条件具备时并自动启动事故倾炉电动机。

    3  排风机、二氧化硫抽风机、烟气出口阀事故关闭等转炉排风装置故障时,应发出事故报警信号。

    4  自动启动事故倾炉电动机时,尚应与放风阀联锁,使放风阀放风,保证鼓风机安全运行。

    5  应设置转炉事故倾转到位时停止的位置开关。

    6  工作倾炉电动机和事故倾炉电动机之间应设不能同时运行的闭锁。

8.4.13  当倾炉电动机采用鼠笼型电动机时,宜采用变频调速。

8.4.14  当倾炉电动机采用绕线型电动机时,在主回路应设置线路接触器。

8.4.15  当事故倾炉电动机采用直流电动机时应由蓄电池供电,当事故倾炉电动机采用交流电动机时应由应急电源供电。

8.4.16  转炉控制室与鼓风机控制室之间应设联系信号,必要时可设直通电话。转炉与起重机驾驶室之间应装设双向联络信号。

8.4.17  多台PS转炉实行轮换作业时,应设公用控制室,对公用的加料和送风系统等进行相应的转换控制。

Ⅲ  矿热电炉

8.4.18  本部分适用于熔炼电炉、贫化电炉、合成炉贫化区、电热前床等矿热电炉。

8.4.19  电炉变压器的一次侧电压,应经技术经济比较确定,当容量在10MV·A以上时,宜采用35kV及以上的电压。

8.4.20  大型六电极矩形矿热电炉,宜采用三台单相电炉变压器供电。

8.4.21  为满足矿热电炉开炉所需的电压数值,变压器高压侧可采用星形-三角形倒换接线;当不能满足要求时,应采取其他措施。

8.4.22  电炉变压器宜采用电动有载调压。大容量电炉变压器宜采用强迫油循环系统冷却形式。

8.4.23  电炉装置的操作断路器,应采用具有频繁操作性能的断路器。六电极矿热电炉用三台单相变压器供电时,可共用一台三相断路器,且每台单相变压器的高压侧应装设隔离开关。当有几台电炉同时工作时,应使各相的负荷尽量平衡。

8.4.24  三相电炉变压器保护用电流互感器宜采用三相电流互感器。

8.4.25  电炉变压器应装设下列动作于跳闸的保护:

    1  电流速断。

    2  带时限过电流、带时限过负荷。

    3  变压器及其有载开关重瓦斯。

    4  变压器温度超高、油箱压力超高。

8.4.26  电炉变压器应装设下列信号:

    1  绕组及其引出线的相间短路。

    2  绕组的匝间短路。

    3  外部相间短路引起的过电流。

    4  变压器过负荷跳闸。

    5  变压器及有载开关轻瓦斯报警、重瓦斯跳闸。

    6  变压器的油温过高报警或跳闸。

    7  变压器油箱压力过高报警或跳闸。

    8  有载开关的挡位显示及监控。

    9  强迫油循环系统运行或故障。

8.4.27  电炉装置应装设下列信号:

    1  电炉高压通电及断电。

    2  电炉冷却水、短网冷却水或冷却风机的故障。

    3  控制和操作电源失压。

    4  电极升降系统的运行和故障。

    5  电极连续位置信号,以及上下极限位。

    6  工艺要求的其他信号。

8.4.28  电炉装置应装设下列测量仪表:

    1  电炉变压器一次侧的有功电能表、无功电能表、电压表、电流表。大型电炉还应装设三相有功功率、功率因数、谐波等测量仪表。

    2  显示电极电流、电压值的电流表、电压表。电流表应有过负荷量程。测量电极电流的电流互感器宜安装在变压器的高压侧,当电炉变压器为Y/△接线组别时,互感器二次绕组宜接成三角形,并将电流表接成星形。

8.4.29  电炉装置应符合下列规定:

    1  只有在电炉变压器强迫油循环系统油压正常后,才允许断路器合闸。

    2  电炉变压器油循环系统工作时,冷却水应保持正常,并要求油压高于水压。

    3  当采用无励磁调压时,其分接开关只有在断路器断开电源时,才允许调压。

8.4.30  大型电炉的操作平台处,宜装设电极电流表、电压表和事故断电开关;并应在电炉操作区域内操作人员能观察到的地方装设电炉通电及断电指示灯。

8.4.31  电极升降的电气控制设计,应符合下列规定:

    1  大、中型电炉的电极升降宜具有自动调节和手动操作的功能。小型电炉的电极升降可采用手动操作。

    2  当电极升降采用电气传动时,宜优先采用变频调速;备用驱动可采用手摇机构或应急电源驱动。

    3  当电极升降采用液压传动时,油路控制系统宜采用不间断电源(UPS)供电。

    4  应装设电极升降极限位置开关和上闸环、下闸环、把持器、升降缸等位置开关。

    5  大型电炉宜装设最大工作电流保护,动作于断开电极下降控制回路。

8.4.32  电炉短网的设计,应符合下列规定:

    1  电炉短网母线的材料,可通过技术经济比较确定。当短网采用铝母线时,接向电极的可挠导线(软铜带或铜软绞线)应采用铜铝过渡接头与铝母线连接。

    2  电流在5000A及以上的电炉短网与电炉变压器之间,应采用可挠性连接,兼作防震和温度补偿的伸缩器。

    3  应减少电炉变压器与电极的距离,缩短短网的长度;短网导体的排列应使阻抗尽量小,三相电炉应尽量使三相阻抗平衡。

    4  电炉短网母线间的垫块,宜采用绝缘用的硅材板或纤维板。夹板及其固定件应根据涡流的大小,全部或部分采用非磁性(或弱磁性)材料。

    5  当短网工作电压较高,环境较差易引起短路事故时,短网应采取封闭措施;当短网工作电压较低,环境较好时,短网可不封闭。

    6  电炉短网裸母线距变压器室地面不得低于2.5m;距车间地面不低于3.5m;采用防护等级不低于IP2X的网状遮拦时,高度不应低于2.5m。网状遮拦与裸母线之间净距不应小于100mm。

    7  电炉短网电流密度应按下列数值选取:

        1)铝母线0.25A/m㎡~0.35A/m㎡;

        2)铜母线1.0A/m㎡~1.3A/m㎡;

        3)水冷铜导电管或水冷电缆2.5A/m㎡~3.5A/m㎡。

8.4.33  需要进行带电焊接电极筒的矿热电炉,严禁将大地电位导入绝缘工作场地,且应采取下列措施:

    1  场地内不得引入接地线或接地金属体。

    2  敷设于该场地的管线应采用绝缘材料管,或采取绝缘隔离措施。

    3  在场地内工作的起重机的吊钩应对地绝缘,在地面上操作的电葫芦控制按钮的防触电类别为Ⅱ类,控制电源应采用隔离变压器与220/380V接地系统隔离。

8.4.34  大型熔炼电炉的变压器高压侧宜设置电能质量监测装置,当电能质量不满足现行国家标准《电能质量  供电电压允许偏差》GB 12325、《电能质量  电压波动和闪变》GB 12326、《电能质量公用电网谐波》GB/T 14549、《电能质量  三相电压不平衡》GB/T 15543、《电能质量  电力系统频率允许偏差》GB/T 15945等标准要求时,应综合考虑其治理措施。
 

条文说明

 

8.4.1  随着科学技术的进步、环境保护和行业准入制度的严格要求,传统的冶炼工艺(如鼓风炉、反射炉)正在逐渐被先进的冶炼工艺所取代。常见的火法冶炼工艺(炉)见表3:

表3  常见的火法冶炼工艺炉

8.4.2  熔炼车间起重机是最重要的运输工具,一旦停电,生产将受到影响。若在起重机吊运熔融熟料时发生停电,还有可能产生危险事故。因此,对熔炼车间起重机的滑触线,应保证供电的可靠性,一般由变电所不同母线段以两回电源线路供电。

8.4.3  车间内不宜采用电缆沟,是为了防止电缆沟盖板被砸坏或在事故时熔融金属液体流进电缆沟烧坏电缆,造成事故。

8.4.4  各种冶炼炉的热料进口、出料口、出渣口等特殊高温区域(>200℃),即使是地面以下,仍为高温场所。因此规定此区域不应敷设电气线路。若敷设电气线路,应采用耐高温电缆,并采取隔热防溅措施。

  顶吹炉

8.4.6  顶吹熔炼法的特点是拥有顶部喷枪,在熔池-炉料-气体之间造成强烈搅拌和混合,按喷枪是否浸没在熔渣层,而分为浸没式(如奥斯麦特炉、艾萨炉)和非浸没式(如自热炉、三菱炉)。

8.4.7  由于炉顶加料机的工作区域温度过高,电缆易烧坏,因此建议电缆分段选型设计。

  转炉

8.4.11  “转炉”是泛指,它包括所有可以倾动的炉子,如诺兰达炉、特尼恩特炉、PS转炉、回转式阳极炉、SKS法氧气底吹炉等。

8.4.12  本条规定是转炉安全运行所应有的措施:

    1  当发生工作电动机故障、交流断电等严重故障时,事故倾炉电动机应自动启动,将风口转至金属溶液的上面。

    2  在设置风包(可以为转炉提供一定时间的供风)的情况下,鼓风机停车时,只需要发出事故报警信号,不必立即进行事故转动。当转炉风压低或停风时,亦可自动启动事故倾炉电动机。

    3  排风机、二氧化硫抽风机、烟气出口阀事故关闭等转炉排风装置故障时,转炉的烟气可以通过环保烟罩放空,不会影响转炉车间的环境。

    4  防喘振措施。

    5  转炉应设置连续位置检测和特征角度检测,转炉进行事故转动时,只需要将风口转至金属溶液的上面。

    6  两台倾炉电动机之间设互锁,当一台工作时,另一台不得通电,是为了防止当电动机转向相反时,损坏电动机和设备。

8.4.14  在绕线型电动机的主回路中增设线路接触器,是为了在正反转接触器发生黏合现象时,可以用线路接触器切断电源线路,以免发生翻炉事故。

8.4.16  转炉与鼓风机、转炉与起重机的联系频繁,如果不设联系信号,可能因此造成事故,必要时还可设直通电话。

  矿热电炉

8.4.21  不同的金属由于工艺的不同要求,其开炉电压和工作电压不一。有些矿热电炉工作电压较高,而开炉时需要的烘炉电压又较低。高压采用星形-三角形倒换接线可将电压降低到1/,一般可满足烘炉要求。但设计时应对开炉电压进行校核,电压太高太低都不合适。电压高了烘炉时加入功率太大,不符合烘炉要求;电压低了烘炉时则不能点弧,对工作电压低的电炉更应予以注意。当不能满足要求时,应采取其他措施。

8.4.22  由于电炉变压器室通风条件差,因此要求采用强迫油循环系统冷却形式。

8.4.23  电炉操作开关应允许频繁连续接通和断开负荷电流,所以要选用具有频繁操作性能的断路器(如真空断路器、SF6断路器等)。

    矩形矿热电炉各个电极所处位置不同,负荷往往不完全一样,中间相负荷大,炉前(进料)和炉后(出渣)的两相负荷较小,不平衡负荷有时可达10%~20%。因此当有几台电炉同时工作时,电炉的各电极变压器应根据负荷大小均匀接至电网各相,使各相负荷尽量平衡,以改善系统供电质量。

8.4.24  三相电炉具有不对称负荷特性,所以宜采用三相电流互感器。

8.4.25  本条规定是电炉变压器安全运行所应有的措施:

    1  电炉变压器均应装设防止故障短路的电流速断保护。对于具有频繁操作性能的断路器,可以将短路故障保护直接装设在电炉变压器的高压侧,动作时切断操作断路器。这种方式在操作和维护方面都很方便。值得注意的是,当采用自耦调压器调压或第三绕组调压方式,电炉在低电压运行时,短路保护的灵敏度可能不够,因而需要采用两套保护。一套设在一次侧,另一套设在自耦调压器与电炉变压器之间或第三绕组上。具体做法见本规范第6章的有关规定和说明。

    电炉变压器高压侧一般采用计算机综合自动化保护装置。

    2  应装设电炉变压器二次侧出口短路的带时限过电流保护,以及由于电炉配料时或炉料严重塌陷时,造成电极短路的带时限过负荷保护。

    带时限过电流保护和过负荷保护一般装设在变压器低压侧的电流互感器回路中,动作于切断操作断路器。大型电炉当低压侧无电流互感器时,可装设在高压侧的电流互感器回路中,并经过当电炉变压器调压时相应改换变流比的回路。

    过负荷保护一般采用反时限保护,其整定值与电极提升速度有关。

8.4.28  电炉装置设仪表是为了监视电炉的工作状况,以便及时对工艺过程进行调节,还便于进行经济核算。计量电耗的电表一般装设在电炉变压器高压侧,以便计及变压器和一部分短网的损耗。电炉运行过程中经常有冲击电流,所以电流表应有过负荷量程。大型电炉变压器低压侧电流较大,故宜将电流互感器装设在高压侧。

8.4.30  大型矿热电炉的主要操作平台面积较大,炉前操作人员需要及时掌握冶炼情况,并根据炉况采取相应措施,因此应在平台墙上装设三相电流表。平台处装设事故断电开关,是便于加料系统出故障或电极焙烧质量不好掉在炉内时,操作人员可立即在平台上停电。

8.4.31  根据矿热电炉的工作特性和工艺操作的要求,一般通过电极升降或改变电炉变压器的二次电压来实现电炉变压器的电流或功率调节。

    1  矿热炉的主要工作特点是电极埋在炉料内,所以一般来说炉内工作比较稳定,一般不会经常产生工作短路冲击电流。但在冶炼过程中炉况不断变化,电极仍需要进行升降调节。为提高调节效果及减轻操作人员劳动强度,规定电炉宜采用电极自动控制,但应注意自动控制应具有连续平稳的调节性能,以便与电炉的稳定工作状态相适应。小型电炉一般可采用手动操作方式。

    2、3  电极升降装置通常有两种驱动方式,即电动传动和液压传动。电动传动宜采用变频调速及变频专用电动机。液压传动一般有蓄能器,当交流失电时,可以使用UPS电源为液压阀提供电源,作为电极的紧急升降。

8.4.32  本条规定是电炉短网设计应考虑的措施:

    1  电炉短网材料的选择应考虑电炉的工作制度。经常有工作短路的电炉装置,电流波动剧烈、频繁,短网应具有动稳定能力,因此短网材料应有足够的强度,一般采用铜导体。对于具有平稳负荷特性的矿热炉短网从机械应力方面考虑允许用铝母线,但变压器低压侧出线及引至电极的软线均是铜的,连接时应采用铜铝过渡接头。

    3  缩短短网长度是为了降低短网的损耗。在配置条件允许的情况下,将电炉变压器紧靠电炉;同时,提高或降低变压器室的安装高度,缩短短网的垂直长度。

    短网上的电压降主要是感性压降,感抗的大小与短网导体的排列和配置密切相关。因此在设计电炉的短网时,应注意通过导体的排列和配置减少短网的阻抗,并尽量使三相短网阻抗平衡,最有效的办法是短网导体采用单相往复交错排列或三相并行交错排列。对于三个电极的矩形矿热电炉,要达到三相短网阻抗平衡是十分不易做到的,设计时一定要进行阻抗计算,合理选择路径和位置。

    4  因为电炉短网母线上流经大电流,应避免磁性材料引起涡流发热,所以电极短网母线间的垫块,宜采用绝缘浸渍的石棉水泥板或纤维压板;夹板及其固定件应采用非磁性材料。

    6  依据现行国家标准《低压配电设计规范》GB 50054有关条款制定。

8.4.34  由于大型熔炼电炉存在无功(或有功)冲击、谐波、三相不平衡、电压闪变等影响电能质量的因素,因此应设置静止型动态无功补偿装置(SVC)。SVC装置可以消除无功冲击,滤除高次谐波,平衡三相电网,提高功率因数。
 

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有色金属冶炼厂电力设计规范 GB50673-2011
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