CN107401917A - 一种无极间支路电流矿热电炉 - Google Patents

Abstract

无极间支路电流矿热电炉为多个独立炉膛（2）和炉壳（3）的组合，每个独立炉膛（2）有一相电极（1），每相电极可以单根也可多根，各独立炉膛的炉壳（3）间确保有足够冷却距离，炉壳（3）(10)与公共炉底（9）绝缘，独立炉膛（2）间的冶炼电流只从炉底（9）导通不得有电流自独立炉膛（2）炉墙（4）或炉壳(3)之间穿过；无极间支路电流矿热电炉有圆形阵列和矩形阵列布置方式，独立炉膛水平截面可以采用圆形或多边形等无极间支路电流矿热炉采用三相交流供电时，二次短网供电采用角接或星接，采用直流供电时公共炉底（9）与公共极（6，7，8）等为正极，各独立炉膛的电极（1）为负极；采用高、中、低频三相供电方式同工频三相交流供电。

Description

一种无极间支路电流矿热电炉

技术领域：

一种无极间支路电流矿热电炉，可应用于密闭，半密闭，开放式矿热炉；用于冶炼电石，硅系（工业硅、硅铁、硅钙、硅钡、硅铝等）、锰系（硅锰、锰铁）、铬系（铬铁，硅铬）或者镍系、钼铁、钨铁、钛铁、黄磷等矿热电炉；供电方式采用直流，低频、中频、高频交流电或等离子冶炼、电磁冶炼炉新型能源矿热炉；供电变压器采用三相变压器或单相变压器；电极采用预焙或自焙碳电极，或者石墨与其它电极，独立炉膛单相电极可以采用单电极也可多电极；电极供电加电装置采用铜瓦或组合把持器导电元件或其它加电方式；无极间支路电流矿热电炉可用于间歇工作的精炼炉，可低成本的替代直流矿热炉。

背景技术：

从矿热炉电极的做功方式分析，传统多相冶炼的矿热炉都是一个炉膛内有多相电极，电极间做功主要是角接做功，因电极角接做功的矿热炉料租和操作电阻小，极间支路电流大，会引起电极上抬或插深不足，导致冶炼能耗增加，产品品位低，衍生设备故障较多，难以长期低耗稳定运行，对原料质量要求也比较苛刻。

发明内容：

发明目的（解决的问题）

无极间支路电流矿热电炉主要是在保证负荷和电极埋弧的前提下，通过改变电极做功连接方式，大幅的增加料阻，实现矿热炉电极更好的插深，并在六电极后采用同相逆并联增加电极和矿热炉负荷，同时大幅提高二次电压，以提高矿热炉电能的利用率和矿热炉变压器自身的效率，减少电极和短网系统供电线路损耗，同时提高矿热炉变压器自身功率因数和矿热电炉的电效率和热能利用率，降低尾气温度。

技术方案

无极间支路电流矿热电炉，炉底为一体导电炉底或以电缆连接多独立炉膛的炉底成导通一体炉底，炉底采用优质碳砖也可以采用其它耐高温导电材料，独立炉膛直径为其单电极直径1.200-9.999倍，独立炉膛电极为圆形这个直径就是计算独立炉膛的电极直径，电极采用其它形状，电极直径取值为电极横截面的外接同心圆直径；独立炉膛可根据冶炼需要采用其它多边形，跑道式长圆、椭圆或扇形等；独立炉膛的单相电极可以单根、双根也可多根；无极间支路电流矿热电炉多独立炉膛的布置方式，有中心对称的三炉膛正三角或六炉膛正六角形；或独立炉膛采用矩形阵列的单行三列或单行六列，两行三列（包括独立炉膛单电极六个独立炉膛的两行三列和独立炉膛双电极三炉膛的电极两行三列方式），或两行六列等；采用六电极时电极供电可采用同相逆并联方式，以实现多个独立炉膛电极的做功平衡和矿热炉负荷提升。

独立炉膛排列方式很多，本说明书方案仅以：独立炉膛内单电极三个独立炉膛的正三角形布局（图1）、独立炉膛内单电极独立炉膛单行三列布置（图2）、独立炉膛内双电极三角形布置或称六电极六角三个独立炉膛（图3）、独立炉膛内单电极六个独立炉膛直线排列（图4）和独立炉膛内双电极三独立炉膛的六电极直线排列（图5）做技术方案说明。

1）无极间支路电流矿热电炉横截面为各独立炉膛采用等边三角形布置，以三个电极横截面几何中心为矿热炉中心，以每根电极几何中心为圆心做独立炉膛（如果是独立炉膛多根电极则以多根电极几何中心做独立炉膛中心）；电极矩形矩阵排列的单行三列结构或单行六列，以环形矩阵排列的单独立炉膛单电极和双电极布置，以电极直径或电极横截面的外接同心圆直径的1.2—9.999倍为直径做独立炉膛，独立炉膛的炉壳间距以满足独立炉膛砌筑和独立炉膛的炉壳之间散热绝缘为准，建议不少于150-200mm，各个独立炉膛的炉壳间（8）保持足够冷却散热距离，必要时采用水冷炉壳，保证炉膛间电流只从炉底导通，不能从独立炉膛的炉壳导通；独立炉膛的炉壳与炉底间绝缘不导电，独立炉膛的炉壳要做好隔磁处理，炉壳独立炉膛间空隙处（6）（7）（8）间的炉底公共炉底部分的碳砖及与空气接触的地方（6、7、8、）要做好耐火砖保温或水冷并且隔绝空气；公共炉底部分的炉壳（5）内侧有耐材保温和密封隔离空气，防止公共炉底热量散失和炉底碳砖在高温时接触空气氧化，同时公共炉底（9）与公共炉底外壳（5）绝缘，与独立炉膛炉壳（3）（10）绝缘。

2）无极间支路电流矿热电炉的电极（1）一般位于独立炉膛中心，多电极根据布置设计，实际运行中因为独立炉膛的布置方式不同，个别电极会出现四周吃料不同，可根据实际需要适度偏离独立炉膛中心，因此在设计独立炉膛（2）的电极（1）位置时，要保证电极适度调整能力;同时在实际运行中,独立炉膛形状要根据实际排列方式和冶炼需要做适度调整,。

3）无极间支路电流矿热电炉的变压器，根据采用独立炉膛布置的炉型不同分别设计，独立炉膛和电极三角形布置矿热炉可以采用三个的单相变压器，独立炉膛和电极直线型排列的可以在两侧采用单相变压器，双三相变压器或在一侧采用三相变压器，其它炉膛和电极布置方式根据实际需要和短网要短而对称的原则设计变压器配套。

4）无极间支路电流矿热电炉可以通过空隙位置（6、7、8）等引出公共极采用直流供电，通过公共极（6、7、8、）做正极，和原有的电极交流供电短网做负极实现直流冶炼，采用电极负（阴）极和炉底正（阳）极方式可以减少电极消耗和减小炉底上涨延长炉龄，必要或有些根据矿热电炉冶炼需要可以定期或阶段性对调炉底和电极供电极性。

5）无极间支路电流矿热电炉采用交流冶炼，其二次短网采用角接或星接，电极之间都是角接做功，公共极可调整单独的独立炉膛负荷和电极插深，公共极（6、7、8）引出端子在交流供电时通过电极二次侧星接或角接时方式冶炼可实现多种类冶炼需要和调整独立炉膛电极负荷，对不改变电极接线方式和无多种冶炼需要的二次交流角接供电，以及采用同相逆并联矿热炉，可不引出公共极（6、7、8）以减少矿热炉成本和故障检修点，这是所述无极间支路电流矿热炉优于直流冶炼的另一个优点。

6）无极间支路电流矿热电炉每个独立炉膛的过炉膛中心纵向剖面采用柱状，上大下小台形，上小下大台形或采用双曲线结构；独立炉膛水平截面可以采用圆形。和正多边形，椭圆、扇形、跑道式长圆或其它形状，具体根据冶炼种类和原料特性和水平独立炉膛布置方式选择。

7）采用（图3）、（图4）、（图5）布置方式，六根电极可以采用单相进出供电，以A-X、B-Y、C-Z做三相交流电进出顺序供电，（设六电极附图中说明中电极编号第一数字为N，N=3 、4、 5），则1号电极N01接A，2号电极N02接X，3号电极N03接B，4号电极N04接Y，5号电极N05接C，6号电极N06接Z）；六电极还可以采用同相逆并联，1号电极N01接A，2号电极N02接X，3号电极N03接Y，4号电极N04接B，5号电极N05接Z，6号电极N06接C），后续单相供电通过倒相，使极间两相间电极做功，提高矿热炉入炉功率，并实现三相负荷和电极做功的平衡，其中A、B、C三相交流供电顺序可以同时变换相序。

8）根据矿热炉冶炼种类和原料及产品特点，选择合理的矿热炉设计参数和供电方式与变压器参数。

9）在（图3）中，（12）和（11）间公共炉底面积可以减小，使（12）炉壁外露出来，增加出炉口位置；在各种独立炉膛排列方式中，不影响炉底导电的公共炉底都可以缩小，并尽可能保证每个电极出炉口个数1-3个，（3）为独立炉膛的外侧炉壳，出炉口位置可以在此些位置根据需要布置，保持每根电极留1-3个出炉口。

有益效果

无极间支路电流矿热电炉，料阻回路大，电极插深好，冶炼流压比小，整个二次短网损耗也会大幅降低，变压器自然功率因数高，因而实现节能运行，具有普通单炉膛多相电极矿热炉无法比拟的优势；无极间支路电流矿热电炉，就同种原料，冶炼电单耗会低于单炉膛多电极矿热炉约8-50%，会增产20-80%；在大型炉上，无极间支路电流矿热电炉优势和节能增产效果更为明显，这是继大炉底电能强度二代矿热炉技术后的第三代大型矿热炉结构。

附图说明中，（图3）、（图4）、（图5）方式可以解决单炉膛内6电极冶炼中下插较差，高耗低产和料面温度高的根本问题

无极间支路电流矿热电炉采用交流冶炼，其二次短网做功采用角接或星接，电极之间都是星接做功，具有直流炉和低频炉的特征，其同容量矿热炉成本比直流矿热炉和低频炉投资小，电能利用率高，没有整流和变频设备的成本和变频整流的供电系统损耗，采用直流冶炼时，这种结构比单炉膛多电极直流炉节能效果更好，产品质量更高，电损耗更低。

在大型交流矿热电炉设计上，所述无极间支路电流矿热电炉可改变传统单炉膛多相电极矿热电炉自然功率因数低、电耗高产量低的现状，体现大型或超大型矿热电炉的高产低耗和规模效益，同时增加了多种矿热炉对低品位原料的适用性，是一种十分有发展趋势的大型矿热电炉新技术。

附图：

因无极间支路电流矿热电炉布置方式较多，仅以下列电极及独立炉膛布置方式做附图和附图说明。

附图1：无极间支路电流矿热电炉炉膛横截面是独立炉膛内单电极三个独立炉膛的正三角形布局；

附图2：无极间支路电流矿热电炉炉膛横截面是独立炉膛内单电极独立炉膛单行三列布置；

附图3：无极间支路电流矿热电炉炉膛横截面是独立炉膛双电极三角布置或称六电极六角三独立炉膛；

附图4：无极间支路电流矿热电炉炉膛横截面是独立炉膛内单电极六个独立炉膛直线排列；

附图5：无极间支路电流矿热电炉炉膛横截面是独立炉膛内双电极三独立炉膛的六电极直线排列。

附图说明：

1-电极；2-独立炉膛；3-独立炉膛炉壳外侧（可以设置出炉口的位置）；4-独立炉膛炉墙；5-公共炉底外壳；6-炉心公共极炉心接出点、7-独立炉膛炉壳外侧公共极接出点、8-炉壳间离和炉壳间公共极接出点；9-整体炉底及其上和外耐火材料隔氧材料及冷却设备等；10-独立炉膛的炉壳位于公共炉底上的炉壳部分；11-可缩减部分的公共炉底；12-独立炉膛外侧可设置出炉口位置的炉壳；101、102、103-电极；201、202、203-电极；301、302、303、304、305、306-电极；401、402、403、404、405、406-电极; 501、502、503、504、505、506-电极。

具体实施方式：

1） 无极间支路电流矿热电炉施工与单炉膛多电极角接矿热炉相似，采用整体导电炉底，因为炉底需要导电，因此炉底碳砖或材料导电性要好，其碳砖厚度要厚于单炉膛的矿热炉。

2）炉膛砌筑可采用碳砖和耐火砖砌筑方式，先按独立炉膛布置方式砌筑整体炉底，炉底炉壳内侧做绝缘和保温，然后施工独立炉膛的炉壳，后做炉壳间炉底外保温材料和炉膛内炉墙。

3）无极间支路电流矿热电炉砌筑要考虑炉底碳砖在炉膛外部裸露分导电体（6、7、8）的保温和隔氧密封，独立炉膛间（6、7、8、）碳砖顶部采用耐火砖保温和密封，必要时根据需要增加水冷或油冷却；导电炉底（9）与公共炉底外壳（5）间要保温和绝缘。

4）无极间支路电流矿热电炉各独立炉膛的炉壳之间要预留合适距离，一般100-500mm，既尽可能独立炉膛靠近和多炉膛对称，同时还要考虑独立炉膛间预留距离的保温散热和检修方便。

6）无极间支路电流矿热电炉的变压器和短网电气参数取值会有很大不同，二次电压是传统同功率单炉膛多电极矿热炉1.8-5倍，具体电压按冶炼种类和所述矿热炉采用二次的供电方式设计。

7）无极间支路电流矿热电炉的布置时要考虑矿热炉中间高温区导电炉底的散热和冷却，炉底导电能力，炉壳绝缘和公共极引出方式与引出电缆的冷却防氧化措施，必要可采用炉底内砌筑导电合金或耐温超导材料增加公共炉底导电能力。

9）无极间支路电流矿热电炉的独立炉膛间要做好冷却和绝缘，防止独立炉膛间温度升高电流通过炉墙间漏流和烧毁炉墙，还要注意独立炉膛炉壳和炉壳之间的设备防磁和隔磁处理，独立炉壳自身不能涡流发热或导电，可以采用耐温不导电不导磁材料或合金。

10）无极间支路电流矿热电炉出炉位置灵活，可以选择位置方便处设置出炉口，并配合与布局配套的出炉设备和轨道与出炉钢包牵引系统，独立炉膛三角形布置结构可以在单炉膛炉心外侧（3）处设计1-3个，两出炉口90-150度夹角，对电极单行直线排列矿热炉可以在两测各设计一个出炉口。

11）无极间支路电流矿热电炉二次短网连接比较长，因此独立炉膛分布采用中心布置的等边三角或六角较好，对于矩阵排列，因回路不对称，短网回路较长，阻抗较大，建议采用其它新型低阻抗套管式短网连接，或同时采用冶炼低频供电技术降低短网供电的损耗。

12）无极间支路电流矿热电炉冶炼二次电流依然较大，因此尽量采用一体的导电的共炉底设计，不建议采用独立炉膛间炉底用短网连接成公共炉底的方式，因为高温炉底引出电流难度大、故障多，损坏后不便于维修，连接短网供电损耗也较大。

13）无极间支路电流矿热电炉可以通过调整电极形状尺寸和矿热炉独立炉膛形状来改变操作电阻，满足不同产品和冶炼种类的需要，实际冶炼中根据冶炼吃料不同采用电极非中心对称的具备调整。

14）无极间支路电流矿热电炉采用内燃炉、半密闭或密闭炉设计，炉墙和炉盖同单炉膛多电极矿热炉，炉盖可以一体也可以单独分开，其炉盖和环保引风可以单独设计独立炉膛，也可以一体设计或多个独立炉膛分别引出，电极下放和升降按传统单炉膛电极系统设计，但必要时增大大力缸升降行程。

15）独立炉膛采用单相多电极时，根据设计经验、电极布置方式和炉膛保护距离计算独立炉膛形状和电极尺寸，以及电极和独立炉膛布置方式设计，采用独立炉膛内单电极更为实用；多电极技术在冶炼电阻较大的原料，直流冶炼或多种冶炼流压比调整设计及超大型矿热炉可采用。

16）公共极的引出方式可以借鉴现有大型电解铝槽供电技术或其它大电流引出方式，采用铝材防氧化能力较好耐温较差，采用铜材注意高温下铜的防氧化处理，必要可采用镀银防止氧化。

17）在采用直流冶炼时，供电采用电极负（阴）极和炉底正（阳）极方式可以减少电极消耗和减小炉底上涨延长炉龄，必要或根据矿热电炉冶炼的需要可以定期或长期对调其供电极性。

Claims (4)

1.一种无极间支路电流矿热电炉，其特征是：无极间支路电流矿热电炉由多个独立炉膛和独立炉壳组成，每个独立炉膛有一相电极，独立炉膛电极根数可单根、两根或多根，各独立炉膛的炉壳之间有足够冷却距离，炉壳与公共炉底绝缘，独立炉膛间的冶炼电流只从炉底导通不得有电流自独立炉膛的炉墙或炉壳之间穿过；各独立炉膛的炉底为导电一体公共炉底或各独立炉膛的导电炉底用电缆连接；每个独立炉膛的水平截面采用圆形、跑道式长圆、椭圆、扇形结构或其它多边形；独立炉膛过炉膛几何中心的纵向剖面采用柱状、圆台型，或双曲线结构。

2.根据权利要求1所述一种无极间支路电流矿热电炉，其特征是：三相交流供电的无极间支路电流矿热电炉，其独立炉膛的个数是三的倍数；无极间支路电流矿热电炉的独立炉膛布置方式有三电极三角形或六电极六边形的环形阵列布置；或采用单排或双排的矩形阵列布置，如采用单行三列、单行六列或两行三列等方式排列独立炉膛。

3.根据权利要求1所述一种无极间支路电流矿热电炉，其特征是：以各独立炉膛公共导电炉底或通过电缆引出的各独立炉膛炉底为公共极，公共极可用于直流冶炼的正极接入，或用于交流供电的开炉、电极焙烧或二次冶炼电压星接时的零点接入，矿热炉冶炼二次供电采用交流角接供电时可不引出公共极；采用六电极时，包括独立炉膛内单电极和独立炉膛内双电极的六电极，电极供电可采用同相逆并联方式，以实现多个独立炉膛电极的做功平衡和矿热炉整体负荷提升。

4.根据权利要求1所述一种无极间支路电流矿热电炉，其特征是：无极间支路电流矿热电炉的供电可采用直流或高、中、低频交流供电；采用直流供电时候，炉底或电缆引出的各独立炉膛炉底公共极为正极，各独立炉膛的电极为负极；采用高、中、低频三相供电方式同工频三相交流供电。