25500kVA镍铁矿热炉工程可研报告(5)

表3-3 国外矿热炉变压器特性

厂名 北镍 变压器型号 三相 一台矿热炉 变压器数 1 电压 级数 1 2 3 4 5 彼 阡 克 单相 1 2 3 4 5 6 彼 阡 克 25000/35单相 3 1 5 6 7 8 9 10 14 18 20 23 诺林 21000/35 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 26 35000 35000 10500 绕组 接线 △/△ 一次侧 电压/V 10000 电流/A 1730 1570 1430 1320 1223 1000 986 915 865 500 450 477 477 477 477 477 463 452 440 400 373 359 428.6 428.6 428.6 428.6 428.6 428.6 428.6 412 395 378 515.5 428.5 328 二次侧 电压/V 550 500 458 428 390 683 656 622 583 341.5 314 800 704 683 664 645 628 611 581 528 506 475 743 719.5 696 672.5 649 622.5 602 578 555 531 415 347.5 266 电流/A 31500 31500 31500 31500 31500 15373 15373 15373 15373 15373 15373 20830 23900 24400 25120 25830 25830 25830 25830 25830 25830 25830 20190 20850 21560 22310 23120 23900 24020 24920 24920 24920 24920 24920 24920 容量/ kV·A 30000 27200 25000 23000 21200 10500 10164 9608 9083 5250 4725 16667 16667 16667 16667 16667 16200 15400 15000 13650 12890 12300 15000 15000 15000 15000 15000 15000 15000 14415 13830 13240 10350 8660 6630

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3.4镍铁矿热炉变压器参数

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25500kV·A镍铁矿热炉变压器（长期超负荷30%运行时）二次电压选定为：

?25500?n?1.3? U2?KP??30???3?0.305?520(V)

冶炼镍铁时，二次侧采用Dd0连接，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Yd11连接，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：25500kV·A（8500kV·A×3），由三台8500kV·A单相变压器组合而成，满足长期超载30%；

（2）一次电压：35kV，50Hz； （3）功率因数：COSΦ≥0.90；

（4）有功功率：25500×0.9=22950 kV·A； 二次侧：Yd11连接时：

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：Dd0连接时：

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

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（8）超负荷30%时最大电极电流：I?25500?1.3?1000?36807(A)

520?33.5镍铁矿热炉变压器选择

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

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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30Q130、30Q120硅钢片，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HTSSPZ6-16500kV·A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HCDSPZ6-8500/35×3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。

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4镍铁矿热炉工艺技术参数比选

4.1国外冶炼红土矿的镍铁矿热炉工艺技术参数

哥伦比亚塞罗·马托莎公司蒙特利巴诺厂电炉为51000kV·A圆形电炉，炉膛内径为21000mm，电极直径为Φ1800自焙电极，单位面积功率147 kW/m2。

多米尼加鹰桥镍公司建设55500 kV·A六电极矩形电炉三台，二次电压为349～1265V。碳素电极直径为1000mm，单位面积功率263kW/m2。

日本八户冶炼厂先后建设60000 kV·A电炉一台，25000 kV·A电炉一台，40000 kV·A电炉一台。其中只有60000 kV·A电炉生产镍铁，电极直径为1700mm，炉壳直径为16.5m，单位面积功率363kW/m2，炉壳高度为5.8m。

美国汉纳矿业公司先后建设14000 kV·A三电极圆形电炉四台，炉膛内径为8m，单位面积功率279kW/m2，炉膛深度为3m，自焙电极直径为1m。

4.2矿热炉工艺技术参数

矿热炉工艺主要技术参数计算如下： 电极电流密度按3.6 A/cm2考虑。

电极直径：

d?25500?103?1.3520?1.732?114(cm)，取电极直径1200mm，?3.6?4则实际电流密度为3.25A/cm2。

当用石墨电极时电极取960 mm。根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：D1=3.5×1200=4200 mm

炉膛内径：D2= 4200+7×1200=12600 mm，取15000mm，以适应各种原料的要求。

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