CN109028973B - 一种黄磷电炉的新型烘炉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄磷电炉的新型烘炉方法，包括如下步骤：1)铺焦炭床；2)升温烘炉：磷炉变压器分级开关调至最低一档，空载运行，通过升降电极对黄磷电炉内的温度进行控制；3)化工投料和升负荷过程：重新调整电极、化工投料，熔池温度升至1400℃以上，达到正常生产。本发明提供的黄磷电炉新型烘炉方法能减少磷炉变压器分、合闸的次数，减少变压器受到的冲击，对变压器起到较好的保护作用，同时还具有工艺操作简单、烘炉周期短、热利用率高、烘炉质量高、能有效防止磷铁渗漏及漂砖、延长黄磷电炉使用寿命，节能环保等优点。

Description

一种黄磷电炉的新型烘炉方法

技术领域

本发明涉及黄磷生产技术领域，尤其是涉及一种黄磷电炉的新型烘炉方法。

背景技术

中国黄磷工业的崛起和多电极黄磷电炉的创新技术，是业内值得骄傲和自豪的一件大事，为中国和世界制磷工业的发展做出了积极贡献。而为了提高产品质量，延长黄磷电炉使用寿命，多电极黄磷电炉在进行生产前依然需要对黄磷电炉进行烘炉操作，以通过烘炉使炉衬件的水分和挥发分蒸发、挥发掉，使炭砖间的筑炉烘料在高温下自然流满填实，并与炭砖烧结碳化为一体，并且提高炉衬的耐热温度，使之适应投料后炉料熔融所产生的熔池高温。

黄磷电炉的烘炉过程比较复杂，需按照温度曲线逐步升温。传统的磷炉原始开车烘炉的方法是以木柴为燃料提供热源烘炉，不但破坏生态环境(烘炉一次要消耗100-200t木柴〕，烘炉周期长，前后要1月多；烟熏火燎对周围环境造成严重污染，而且热利用率低(烟气带走了部分热量)；更严重的是木柴烘炉期闻炉内气相始终处于氧化性气氛温度无法按升温曲线控制从升温曲线可明显看到.温度高低错落很大，温差高达几百摄氏度，其次是对电极糊的烧结碳化产生不利的影响。

采用制磷电极直接烘炉时，其在500℃以下，用电极直接烘炉的升温速度、升温和恒温时间，与传统烘炉方法的要求相同，500℃时的恒温时间为96h，然后以8-20℃/h的升温速率升温至500℃，并恒温20h。而电极直接烘炉的万t黄磷电炉，控制升温速率和恒温时间，操作方法就是控制黄磷电炉变压器合闸、分闸……每一次分闸、合闸对黄磷电炉变压器都是一次高电压、大电流的冲击(黄磷电炉变压器高压侧110KV，二次侧电流40000A)，每小时要分、合闸5-10次方能满足烘炉要求。如此频繁的高电压、大电流冲击，不仅需要耗费大量的能量，还容易对黄磷电炉的变压器造成伤害，缩短变压器的使用寿命；同时，分合闸时，还会增加空气的进入量，而空气和炭砖缝接触时，表层在氧气能扩散到炭砖的深度范围内，黏结剂就容易受到氧化，从而过度提高黏结剂的析焦量，表层收缩率和外层收缩率不均匀，表面形成的硬壳层和内层出现裂纹，最终为日后正常生产中磷铁渗漏、漂砖留下隐患，降低了黄磷电炉的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种黄磷电炉的新型烘炉方法，以解决目前黄磷电炉烘炉时需要耗费大量能量，且容易对黄磷电炉造成损伤，降低黄磷电炉使用寿命的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案概述如下：

一种黄磷电炉的新型烘炉方法，包括如下步骤：

1)铺焦炭床；

2)升温烘炉：将黄磷电炉变压器分级开关调节至最低一档，空载运行，通过升降电极对黄磷电炉内的温度进行控制；

3)化工投料：将温度升至550-600℃，重新调整电极，转入化工投料、正常生产。

在本发明的技术方案中，先在炉膛内铺设焦炭床，焦炭在生产中不仅可以作为还原剂，还可以传导电流，在本发明的技术方案中主要是用于形成电流回路进行升温；并且在升温时，变压器空载运行，利用电极进行缓慢升温，使得在升温的同时，又不会产生瞬间大电流，避免对黄磷电炉产生伤害，延长黄磷电炉的使用寿命。

更进一步地，所述步骤1)中的铺焦炭床是将焦炭铺在炉腔底部，并在电极正下方的焦炭床中设置打火炭砖，且电极正下方的焦炭床与打火炭砖的厚度加在一起为550-900mm；铺设炭砖可以避免因电极直接接触焦炭床，通电时电弧冲散焦炭而危及炉底炭砖。

更进一步地，所述焦炭床铺设时，用Si0₂或混料仓中剩余的余料沿着炉壁堆成环状，其高度为300-500mm，再用焦炭从炉膛中心延伸铺设至靠炉壁堆成的环状处，是否投入Si0₂需根据磷矿石的的种类进行选择，以适应磷矿石的熔融所需，而选用余料进行铺设，则可以对余料进行充分利用，节省生产成本。

更进一步地，所述焦炭床正对电极处的厚度大于炉膛内其他位置焦炭床的厚度；使得电极与焦炭床的接触更为方便，有利于进行电流传导，提升升温效果。

更进一步地，所述步骤2)中的升温烘炉具体操作为：将磷炉变压器分级开关调节至最低档空载运行，下降电极使其与焦炭床的距离保持在0-320mm的范围内，并在此范围内灵活调节电极高度，使温度按照升温曲线升至500℃，且升温过程中升温速率保持在8-20℃/h，并依次在150℃、250℃、350℃、500℃温度点保持恒温，每次恒温时间均保持在20-96h之间；通过调节电极位置在一定升温速率内进行升温，使得升温均匀，并且温度变化缓慢，炉内水分和挥发分可以得到较好蒸发，炉衬的空隙率均匀；并且在四个不同的温度各自恒温一段时间，以针对不同的挥发分进行针对性蒸发，并促进炭砖间的筑炉糊料与炭砖固化、烧结碳化、聚合为一体。

优选地，所述350℃温度点恒温结束后对变压器、铜管、铜件、短网、螺栓热紧；避免因受热螺栓发生松动，影响其材质稳定性和设备密封性。

更进一步地，电极下降后停留一段时间，注意观察电压表、功率因数表，只要表头、温度有变化，不再下降电极；避免温度骤升。

更进一步地，所述步骤3)需将变压器调节至最低一档进行化工投料，并将投料温度保持在300-500℃之间，同时料管的开放岔开进行，先开中间料管，确保投料均匀。

更进一步地，所述步骤3)中进行化工投料后，升负荷具体步骤如下：

a.化工投料结束后，按照5-7％/h的速率将磷炉负荷提升至30％,并在30％负荷状态下运行20-24h；

b.按5-7％/h的速率将磷炉负荷提升至50％，并在50％负荷状态下运行20-24h，而后按照10-13％/h的速率将磷炉负荷升到100％，完成升负荷操作；

c.当运行负荷累计达到120-160MW时，进行出渣操作，首次出渣时间控制在20-30min之内，以后每个渣口交替出渣。

对于一般的耐火混凝土炉衬一般认为化工投料后便可直接进行生产，烘炉已经结束，但是对于使用碳素材料的黄磷电炉内衬而言，由于在进行化工投料时，其物化性能尚未得到完全改善，碳素材料的焦化、烧结所需的温度尚未达到，此时就按照平时的生产步骤进行生产，将会对黄磷电炉造成较大的损伤、缩短黄磷电炉的使用寿命，同时也会降低烘炉质量，影响生产效果，增加上述升负荷步骤以后，使得烘炉更加完善，提升了烘炉质量，延长了黄磷电炉的使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.采用黄磷电炉变压器空载运行，在电极通电直接烘炉时，由于炉内烘炉气氛稳定,热源供热稳定,炉内温度可控性强，使得炉内的水平温差和竖直温差缩小,电极糊各部位的烧结质量稳定、均衡,且烘炉终点温度提高了100-300℃，烘炉质量得到提升,延长了炉衬的使用寿命；

2.与传统烘炉方法相比,本发明提供的烘炉方法操作简化、灵活，炉内温度可控性强,烘炉周期短、热利用率高,操作环境好,烘炉期间不必降温进入炉内检查,烘炉结束后可直接投料转入正常生产,比传统的烘炉方法化工投料时间提前了20天以上，缩短了生产周期，降低了生产时的黄磷电炉折旧率；

3.采用本发明的烘炉操作方法，从升温烘炉到化工投料的整个过程黄磷电炉变压器比原来的电阻丝烘炉方法减少分、合闸1500次以上，减少了高电压、大电流对变压器的冲击，降低了耗电量，节能环保，延长了变压器的使用寿命；

4.升温烘炉时，若频繁的分、合闸，空气容易进入炉内，空气和炭砖缝接触时，表层在氧气能扩散到炭砖的深度范围内，黏结剂就易受到氧化，从而过度提高黏结剂的析焦量，表层收缩率和外层收缩不均匀，表面形成的硬壳层和内层出现裂纹，给日后正常生产中磷铁渗漏、漂砖留下隐患，使磷炉的使用寿命缩短，增加了企业的生产成本投入；而本发明的烘炉方法分、合闸次数少，使得进入炉内的空气量大大减少，降低了出现裂纹的可能性，能对黄磷电炉起到较好的保护作用，延长黄磷电炉的使用寿命，为企业节省大量的成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

选取容量为30000KVA的黄磷电炉，进行如下操作：

(1)将Si0₂绕着炉壁堆成环状，堆叠高度为300mm，并从在炉膛底部中央延伸铺设焦炭至Si0₂堆成的环处，形成焦炭床，且在电极正下方的焦炭床内设置打火炭砖，电极正下方的炭砖与焦炭床的总厚度为800mm，炉膛内其他部位的焦炭床厚度为450mm；

(2)将变压器调节至最低一档空载运行，并调整电极位置，使其与焦炭床的距离保持在0-320mm范围内，对磷炉进行升温；

(3)升温速率控制在8-20℃/h以内，升温至150℃温度点，调整电极位置，恒温20h后，按照8-20℃/h的升温速率升温至250℃温度点，并恒温26h后，按照8-20℃/h的升温速率升温至350℃温度点，并恒温40h后，快速对变压器、铜管、铜件、短网、螺栓热紧，而后以8-20℃/h的升温速率升温至500℃温度点，并保温44h；

(4)升温至550℃后，保温20h，调整电极位置，转入化工投料，投料时注意将投料温度控制在300-500℃之内，当温度低于300℃时便停止投料，待温度上升后再继续投料，并且在投料时料管的开放需岔开进行，先开中间料管，确保投料的均匀性；同时，投料时要缓慢进行，减少炉料对电极的冲击、挤压，保证电极垂直；

(5)化工投料结束后，按5-7％/h的速率将负荷提升至30％,并在30％负荷状态下运行20-24h；而后按5-7％/h的速率将负荷提升至50％，并在50％负荷状态下运行20-24h，最后按照10-13％/h的速率将磷炉负荷升到100％，完成升负荷操作；当运行负荷累计达到120-160MW时，进行出渣操作，首次出渣时间控制在20-30min之内，以后每个渣口交替出渣。

实施例2

选取容量为30000KVA的黄磷电炉，进行如下操作：

(1)在炉膛底部铺设焦炭床，且将电极正下方的焦炭床铺设为正对电极的馒头状，并在馒头状的焦炭层内设置正对电极的打火炭砖，使得电极与焦炭床的接触更好，打火炭砖与馒头状焦炭层的总厚度为600mm，炉膛内其他部位的焦炭床厚度为400mm；

(2)将变压器调节至最低一档空载运行，并调整电极使其与焦炭床的距离保持在0-320mm范围内，进行升温操作；

(3)升温速率控制在8-20℃/h以内，升温至150℃温度点，调整电极位置，恒温22h后，按照8-20℃/h的升温速率升温至250℃温度点，并恒温24h后，按照8-20℃/h的升温速率升温至350℃温度点，并恒温40h后，快速对变压器、铜管、铜件、短网、螺栓热紧，而后以8-20℃/h的升温速率升温至500℃温度点，并保温50h；

(4)升温至600℃后，保温20h，调整电极位置，转入化工投料，投料时注意将投料温度控制在300-500℃之内，当温度低于300℃时便停止投料，待温度上升后再继续投料，并且在投料时料管的开放需岔开进行，先开中间料管，确保投料的均匀性；同时，投料时要缓慢进行，减少炉料对电极的冲击、挤压，保证电极垂直；

(5)化工投料结束后，按5-7％/h的速率将负荷提升至30％,并在30％负荷状态下运行20-24h；而后按5-7％/h的速率将负荷提升至50％，并在50％负荷状态下运行20-24h，最后按照10-13％/h的速率将磷炉负荷升到100％，完成升负荷操作；当运行负荷累计达到120-160MW时，进行出渣操作，首次出渣时间控制在20-30min之内，以后每个渣口交替出渣。

实施例3

选取容量为30000KVA的黄磷电炉，进行如下操作：

(1)将炉膛中上次烘炉剩余的焦炭余料沿着炉壁堆成中间空心的环状，且堆叠高度为400mm，而后从炉膛中心开始铺设焦炭，直至铺设的焦炭与焦炭余料相接，并将正对电极的焦炭床铺设为馒头状，且在每个馒头状的焦炭层内铺设一块打火炭砖，电极正下方的馒头状焦炭层加上打火炭砖的总厚度为600mm，其余部位的焦炭床厚度为400mm；

(2)将变压器调节至最低一档空载运行，并调整电极位置使其与焦炭床的距离保持在0-320mm范围内，对磷炉进行升温；

(3)升温速率控制在8-20℃/h以内，升温至150℃温度点，调整电极位置，恒温24h后，按照8-20℃/h的升温速率升温至250℃温度点，并恒温24h后，按照8-20℃/h的升温速率升温至350℃温度点，并恒温48h后，快速对变压器、铜管、铜件、短网、螺栓热紧，而后以8-20℃/h的升温速率升温至500℃温度点，并保温55h；

(4)升温至580℃后，保温20h，调整电极位置，转入化工投料，投料时注意将投料温度控制在300-500℃之内，当温度低于300℃时便停止投料，待温度上升后再继续投料，并且在投料时料管的开放需岔开进行，先开中间料管，确保投料的均匀性；同时，投料时要缓慢进行，减少炉料对电极的冲击、挤压，保证电极垂直；

(5)化工投料结束后，按5-7％/h的速率将负荷提升至30％,并在30％负荷状态下运行20-24h；而后按5-7％/h的速率将负荷提升至50％，并在50％负荷状态下运行20-24h，最后按照10-13％/h的速率将磷炉负荷升到100％，完成升负荷操作；当运行负荷累计达到120-160MW时，进行出渣操作，首次出渣时间控制在20-30min之内，以后每个渣口交替出渣。

实施例3相对于实施例1及实施例2节约了大量的焦炭，且对前次烘炉的焦炭余料进行充分利用，不仅减少了烘炉时的成本投入，提高了企业收益，也节省了资源。

对比例

选取容量为30000KVA的黄磷电炉，进行如下操作：

(1)将1mm薄铁皮平整铺设在表层平糊上，炉底铺完且不留间隙，并在薄铁皮上水平放置耐火砖；

(2)将电阻丝均匀布置在耐火砖上方，并形成内、中1、中2及外四个可发热的梅花状圆弧，电阻丝所围成的梅花状圆弧两侧用耐火砖围绕，并在电阻丝底部再铺设一层耐火砖；

(3)将渣眼、铁眼先用圆木棒封堵，再用黄泥封堵；

(4)合闸分组送电，按照升温曲线进行烘炉，首次为2组电阻丝送电，而后2组电阻丝每小时交替合闸；升温速率保持在10-15℃/h，并在150℃温度点恒温20h、250℃温度点恒温55h、350℃温度点恒温60h、500℃温度点恒温35h，而后使炉体自然冷却至常温，完成烘炉，进入化工投料。

经过对比发现，实施例1-3的烘炉方法相对于对比例中的一般烘炉方法进入化工投料提前了20多天，且后期生产时得到的炉渣中残磷量减少，使磷收率增加了3％以上，同时耗电量减少30000kW.h以上，减少了大量的生产成本，并缩短了产品生产周期，使得相同时间能生产更多的产品，进一步提高了经济收益。另外，经过生产实践发现，采用对比例中的烘炉方法进行烘炉时，磷炉的使用寿命一般在1-3年，甚至有部分企业由于烘炉方式不当，往往才生产几个月就会将磷炉损坏，而磷炉一旦损坏，便需进行扒炉大修，每一次修理直接费用都在200万人民币以上，较为严重时加上原料损耗、停炉影响产量等，费用会超过500万人民币，这将给企业带来极大的负担；而采用本发明的烘炉方案进行烘炉，将会使磷炉的使用寿命延长至少5-8年，为企业节省了大量的资金，促进了制磷行业的发展，对于制磷行业来说具有变革性的意义。

如上所述即为本发明的实施例。本发明不局限于上述实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种黄磷电炉的新型烘炉方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)铺焦炭床；

2)升温烘炉：将黄磷电炉变压器分级开关调节至最低一档，空载运行，通过升降电极对黄磷电炉内的温度进行控制；

3)化工投料及升负荷：将温度升至550-600℃，重新调整电极，转入化工投料、正常生产；

所述步骤2)中的升温烘炉具体操作为：将磷炉变压器分级开关调节至最低档空载运行，下降电极使其与焦炭床的距离保持在0-320mm范围内，并在此范围内调节电极高度，调节时保持灵活操作，使温度按烘炉曲线升至500℃；且在升温过程中升温速率保持在8-20℃/h，并依次在150℃、250℃、350℃、500℃温度点保持恒温，恒温时间均保持在20-96h之间；

所述步骤3)需将磷炉变压器调节至最低一档进行化工投料，并将投料温度保持在300-500℃之间，同时料管的开放岔开进行，先开中间料管，确保投料均匀；

所述步骤3)中进行化工投料后，升负荷具体步骤如下：

a.化工投料结束后，按照5-7％/h的速率将磷炉负荷提升至30％，并在30％负荷状态下运行20-24h；

b.按5-7％/h的速率将磷炉负荷提升至50％，并在50％负荷状态下运行20-24h，而后按照10-13％/h的速率将磷炉负荷升到100％，完成升负荷操作；

c.当运行负荷累计达到120-160MW时，进行出渣操作，首次出渣时间控制在20-30min之内，以后每个渣口交替出渣。

2.如权利要求1所述的一种黄磷电炉的新型烘炉方法，其特征在于，所述步骤1)中的铺焦炭床是将焦炭铺在炉腔底部，并在电极正下方的焦炭床内设置打火炭砖，且电极正下方的焦炭床与打火炭砖的厚度加在一起为550-900mm。

3.如权利要求2所述的一种黄磷电炉的新型烘炉方法，其特征在于，所述焦炭床铺设时，采用Si02或混料仓中剩余的余料沿着炉壁堆成环状，其高度为300-500mm，再用焦炭从炉膛中心延伸铺设至Si02或余料堆成的环状处。

4.如权利要求2或3所述的一种黄磷电炉的新型烘炉方法，其特征在于，所述焦炭床正对电极处的厚度大于炉膛内其他位置焦炭床的厚度。

5.如权利要求1所述的一种黄磷电炉的新型烘炉方法，其特征在于，所述350℃温度点恒温结束后对变压器、铜管、铜件、短网、螺栓热紧。

6.如权利要求1所述的一种黄磷电炉的新型烘炉方法，其特征在于，电极下降后，需停顿观察电压表、功率因数表，只要表头、温度有变化，不再下降电极。