CN110081703B - 密闭无固定阳极直流矿热炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密闭无固定阳极直流矿热炉。本发明包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统，所述炉体用于容纳炉料，所述电极柱系统用于利用直流电弧对炉料进行加热熔化，其包括阴极和阳极，且其均能够自由调节插入炉料的深度，所述炉体的炉壳上方设有用于保证炉体密封的所述炉盖，所述炉盖与炉壳间密封处理。本发明矿热炉密闭后炉内产生CO浓度较高的矿热炉煤气，净化回收后可作为发电、焙烧、热风炉等的燃料，利用价值极高，可降低综合能耗。炉膛内几乎无空气进入，电极氧化慢，损耗低，阴极和阳极均可上下移动，并插入固态的炉料中，不与高温熔液直接接触，结构简单，设备运行可靠，故障率低。

Description

密闭无固定阳极直流矿热炉

技术领域

本发明涉及冶炼设备技术领域，尤其涉及一种密闭无固定阳极直流矿热炉。

背景技术

目前已应用的直流矿热炉几乎全部为非密闭矿热炉，因为有大量冷空气的进入，带走部分热量，电极氧化快且损耗大。传统的直流矿热炉大多为采用固定阳极的方式供电，即阴极在上，阳极在下，热量仅自上而下的纵向传热，热辐射的面积较小，粉料的利用率低。固定阳极嵌入炉衬底部或者侧壁的炉衬内，长期处于高温熔液的环境中，固定阳极和炉衬寿命短，运行不稳定，故障率高，检修困难等。冶炼时，多采用明弧冶炼，电极端头并未插入炉料内损失的热量多，元素回收率低，生产效率不高。加料方式多为人工加料或间断加料的方式，仍需人工控制操作。

尽管直流矿热炉有着无电抗，功率因数高，直流电弧温度高等诸多优势，但是由于现有的直流矿热炉仍存在运行不稳定，故障率较高，粉料利用率低，综合能耗高，回收率低，工人劳动环境差且工作强度大等问题，所以直流矿热炉的优势一直未得到充分的发挥，至今还没有得到广泛的应用。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种密闭无固定阳极直流矿热炉。本发明采用的技术手段如下：

一种密闭无固定阳极直流矿热炉，包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统，所述炉体用于容纳炉料，所述电极柱系统用于利用直流电弧对炉料进行加热熔化，其包括阴极和阳极，且其均能够自由调节插入炉料的深度，所述炉体的炉壳上方设有用于保证炉体密封的炉盖，所述炉盖与炉壳间密封处理，所述炉盖上开设有孔洞，所述烟气导出系统用于将炉料产生的烟气排出，其穿过炉盖上的孔洞后与炉体炉口相连，所述加料系统用于向炉体中供料，所述供电系统用于为系统中电极供电，所述冷却水系统用于为待冷却机构提供冷却水，所述液压系统用于为电极柱系统中的动力机构提供动力。

进一步地，所述炉体包括炉体基础、所述炉壳和炉衬，所述炉壳座于炉体基础上，在炉壳内砌筑所述炉衬，炉衬砌筑完成后形成的炉膛是矿热炉内炉料熔化反应的场所，所述炉壳侧壁还设有出炉口，反应完成后液态的熔融产品或者炉渣从所述出炉口排出。

进一步地，物料通过加料系统加入到炉体中，所述加料系统包括炉顶料仓、下料管，炉顶料仓安装于预设的土建平台上，炉顶料仓出口与下料管连接，下料管尾端穿过炉盖开设的下料管孔深入炉壳内。

进一步地，所述烟气导出系统包括净炉气烟道系统和荒炉气烟道系统，所述净炉气烟道系统包括净炉气烟道和净炉气引出管，所述净炉气烟道的底端与炉盖连接，净炉气烟道另一端与净炉气引出管连接，净炉气烟道为全水冷结构；所述荒炉气烟道系统包括荒炉气烟道，荒炉气烟道的底端与炉盖连接，荒炉气烟道顶端直接伸出厂房外，荒炉气烟道在厂房内的部分为水冷结构,荒炉气烟道上设置气动阀门，炉盖上设有炉气压力检测机构,炉气压力检测机构检测到炉气压力超过预设值时，控制所述气动阀门自动打开，炉气通过荒炉气烟道排出。

进一步地，所述电极柱系统为可升降机构，其包括电极升降机构、电极夹紧压放机构、电极导向机构、底部机构和电极，

所述电极升降机构安装于电极柱上部的预设土建平台上，其用于通过升降油缸带动电极柱整体上下移动；

所述电极夹紧压放机构位于电极柱上部，用于固定电极并随电极消耗控制其压放；

所述电极导向机构与电极柱的套筒接触，其用于在电极柱升降时，对整体升降的电极柱起导向作用，防止电极柱发生偏移；

底部机构位于电极柱的下部，其内置有导电元件，用于将电流导入电极；

电极的端头直接插入炉料中，用于将电流直接导入炉内，为冶炼提供所需电能。

进一步地，所述供电系统包括：变压器、整流器和二次母线，变压器一次侧输入交流电，经变压器调整为冶炼所需电压，变压器二次侧与整流器连接，整流器输出阴极和阳极两组接口，分别通过二次母线连接到阴极和阳极的底部机构中，即阴极接口与阴极电极相连，阳极接口与阳极电极相连，一个变压器配一套整流器，对应阴阳两根电极，组成一套供电系统，每套供电系统独立供电。

进一步地，每台矿热炉至少设有一套供电系统，配有2套及2套以上供电系统时，阴极和阳极的电极在炉内交错布置。

进一步地，所述冷却水系统用于为炉盖、净炉气烟道、荒炉气烟道、底部机构、变压器、整流器、二次母线提供冷却循环水。

本发明具有以下优点：

1、矿热炉密闭后炉内产生CO浓度较高的矿热炉煤气，净化回收后可作为发电、焙烧、热风炉等的燃料，利用价值极高，可降低综合能耗。

2、采用连续加料的方式，依靠重力自动加料，无需人工控制加料量，无需人工处理料面，有效降低了工人的劳动强度。

3、炉膛内几乎无空气进入，与半密闭炉相比，电极氧化慢，损耗低。

4、不设固定阳极，阴极和阳极均可上下移动，并插入固态的炉料中，不与高温熔液直接接触，结构简单，设备运行可靠，故障率低，还可以将电极拔出炉料，方便检修。

5、阴极与阳极平行布置，通过炉底导电，热能既有纵向传递也有横向传递，热能利用率高并可大量使用粉料。

6、埋弧冶炼，电弧均被埋在炉料中，元素回收率高，热能损失少。

基于上述理由本发明可在冶炼设备技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明密闭无固定阳极直流矿热炉示意图。

图2本发明实施例中炉盖与炉壳密封示意图。

图3为本发明实施例中两套供电系统电极的布置形式。

图4为本发明实施例中一套供电系统电极的布置形式

图5为本发明实施例中三套供电系统电极的布置形式

图6为本发明实施例中四套供电系统电极的布置形式1

图7为本发明实施例中四套供电系统电极的布置形式2

1.炉体基础、2.炉壳、3.出炉口、4.炉衬、5.冷却水系统、6.炉盖、7.下料管、8.净炉气烟道、9.炉顶料仓、10.净炉气引出管、11.荒炉气烟道、12.电极升降机构、13.电极夹紧压放机构、14.电极导向机构、15.气动蝶阀、16.液压系统、17.电炉变压器、18.整流器、19.二次母线、20底部机构、21电极、22炉料。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统交流矿热炉中由于不分阴极和阳极，所有电极均可在行程范围内升降，但是目前现有直流矿热炉均为阴极可升降，阳极固定在炉膛底部或侧部的炉衬中。热能利用率低且电极氧化速度快，过高的损耗也使得经济负担加重。基于此，如图1所示，本发明实施例公开了一种密闭无固定阳极直流矿热炉，包括：炉体、炉盖6、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统5和液压系统16，所述炉体用于容纳炉料22，所述电极柱系统用于利用直流电弧对炉料22进行加热熔化，其中的电极21包括阴极和阳极，阴极和阳极均能够自由调节插入炉料22的深度，在需要检修时，还可以将电极21拔出炉料22，方便检修，所述炉体的炉壳2上方设有用于保证炉体密封的炉盖6，所述炉盖6与炉壳2间密封处理，所述炉盖6上开设有孔洞，所述烟气导出系统用于将炉料22产生的烟气排出，其穿过炉盖6上的孔洞后与炉体炉口相连，所述加料系统用于向炉体中供料，所述供电系统用于为系统中电器元件供电，所述冷却水系统5用于为待冷却机构提供冷却水，所述液压系统16用于为电极柱系统中的动力机构提供动力。

所述炉体包括炉体基础1、所述炉壳2和炉衬4，所述炉壳2座于炉体基础上，在炉壳2内砌筑所述炉衬4，炉衬4砌筑完成后形成的炉膛是矿热炉内炉料22熔化反应的场所，所述炉壳2侧壁还设有出炉口3，反应完成后液态的熔融产品或者炉渣从所述出炉口3排出，出炉口3中有φ80-100的炉眼，正常冶炼时炉眼用耐火泥堵住，出炉时用开眼机的钻杆将炉眼钻开。

物料通过加料系统加入到炉体中，所述加料系统包括炉顶料仓9、下料管7，炉顶料仓9安装于预设的土建平台上，炉顶料仓9出口与下料管7连接，下料管7尾端穿过炉盖6开设的下料管7孔深入炉壳2内，下料管7可根据实际应用场景分为若干均匀分布的支路，从而均匀地将物料输送至炉体中。

所述烟气导出系统包括净炉气烟道8系统和荒炉气烟道11系统，所述净炉气烟道8系统包括净炉气烟道8和净炉气引出管10，所述净炉气烟道8的底端与炉盖6连接，净炉气烟道8另一端与净炉气引出管10连接，净炉气烟道8为全水冷结构，净炉气引出管10与后续的炉气净化设备连接，净化回收后可作为发电、焙烧、热风炉等的燃料，利用价值极高，可降低综合能耗。

所述荒炉气烟道11系统包括荒炉气烟道11，荒炉气烟道11的底端与炉盖6连接，荒炉气烟道11顶端直接伸出厂房外，荒炉气烟道11在厂房内的部分为水冷结构,荒炉气烟道11上设置气动阀门，正常情况下，炉气是通过净炉气烟道8导出的，荒炉气烟道11的气动阀门是常闭状态的，只在事故状态下打开。炉盖6上设有炉气压力检测机构,炉气压力检测机构检测到炉气压力超过预设值时，控制所述气动阀门自动打开，炉气通过荒炉气烟道11排出，释放炉膛内的压力，防止安全事故的发生。烟气导出系统的水冷结构具体为在烟道内部设置的水腔。

所述电极柱系统为可升降机构，其包括电极升降机构12、电极夹紧压放机构13、电极导向机构14、底部机构20和电极，

所述电极升降机构12安装于电极柱上部的预设土建平台上，其用于通过升降油缸带动电极柱整体上下移动；每套电极升降系统由2个升降油缸组成，升降油缸的尾部安装于电极柱上部的预设土建平台上，升降油缸活塞杆的头部与电极柱的上部连接，每套电极升降系统中的2个升降油缸平行布置，随着活塞杆的运动，同步带动电极柱系统的整体升降。

所述电极夹紧压放机构位于电极柱上部，由若干组夹紧机构、夹紧油缸和压放油缸等组成，夹紧机构内置碟簧，利用碟簧的预紧力通过夹钳将电极夹紧；夹紧油缸用于克服碟簧的预紧力使夹钳松开；压放油缸固定在电极柱上部的套筒上，压放油缸的活塞杆头部与夹紧机构相连，随着压放油缸活塞杆的运动，使得夹紧机构和电极一起向下压放；通过夹紧油缸和发放油缸的综合作用，使电极固定于电极柱上并随电极消耗控制其压放。液压系统16为电极升降机构、电极夹紧压放机构等设备提供液压动力。

所述每套电极导向机构由4个导向滑轮组成，导向滑轮直接与电极柱的套筒接触，并分布于电极柱的四周；在电极柱升降时，对整体升降的电极柱起导向作用，防止电极柱发生偏移。

底部机构位于电极柱的下部，由保护套、底环和导电元件等组成，导电元件与电极直接接触，导电元件内置预紧碟簧，预紧力使导电元件与电极接触更为紧密，更好的将电流导入电极；保护套和底环分别位于导电元件的外部和底部，在高温和粉尘的环境中对导电元件起到一定的保护作用。

电极的端头直接插入炉料22中，用于将电流直接导入炉内，为冶炼提供所需电能。

所述供电系统包括：变压器17、整流器18和二次母线19，变压器17一次侧输入交流电，经变压器17调整为冶炼所需电压，变压器17二次侧与整流器18连接，整流器18输出阴极和阳极两组接口，分别通过二次母线19连接到阴极和阳极的底部机构20中，即阴极接口与阴极电极相连，阳极接口与阳极电极相连，一个变压器17配一套整流器18，对应阴阳两根电极，组成一套供电系统，每套供电系统独立供电。

每台矿热炉至少设有一套供电系统，配有2套及2套以上供电系统时，阴极和阳极的电极在炉内交错布置。

所述冷却水系统5用于为炉盖6、净炉气烟道8、荒炉气烟道11、底部机构20、变压器17、整流器18、二次母线19提供冷却循环水，冷却水系统5由水分配器和循环水管路组成，水分配器分出若干条管路，通过管路分别送至需冷却的设备，再通过回水管路送至水分配器的回水槽中。

具体实施方式：

按照一定比例配好的原料，可通过皮带机、料罐车、加料机、吊装等方式，将原料加入炉顶料仓9内，再通过下料管7将原料加入炉内，采用连续加料方式，下料管7内部始终是充满原料的，随着产品出炉或者炉料22的熔化，炉内料面下降，炉顶料仓9中原料依靠重力通过下料管7自动补充至炉内。原料在炉内自然堆积，无需控制下料量和处理料面。炉顶料仓9、下料管7的数量和位置可根据炉型的大小和具体冶炼工艺进行合理的搭配和布置。

变压器17一次侧输入交流电，先经变压器17调整为冶炼所需电压，再经整流器18整流为直流电，输出阴阳两极的接口，阴极与阴极电极相连，阳极与阳极电极相连。一个变压器17配一套整流器18，对应阴阳两根电极，组成一套供电系统。每台矿热炉可配有如图4所示的1套或者如图3、5、6、7所示的多套供电系统，若这台矿热炉配有2套及2套以上供电系统时，阴极和阳极的电极应在炉内交错布置，在两侧对称设置或者四周布设均可，最主要的是要保证布设均匀。

电极21采用自焙电极、石墨电极、中空电极等多种形式；电极端头插入炉料22内，进行埋弧冶炼，利用直流电弧对炉料22进行加热熔化，在炉内发生还原、电解等反应后，生成合格的液态产品，液态的产品或者渣通过出炉口3流出。电极21可以根据操作工艺的需求，使用电极升降机构进行整体升降。在电极升降的过程中，有电极导向机构对其进行导向作用，防止电极偏移。随着电极在炉内的消耗，使用夹紧压放机构对电极进行压放。阴极和阳极的电极柱系统，在结构和功能上是一样的，均可实现电极的升降、夹紧压放和导向等功能。

炉盖6用于炉膛的密封和炉气的收集，由于处于高温环境，炉盖6为水冷结构。炉盖6与炉体的密封结构参见图2。矿热炉煤气经净炉气烟道8和净炉气引出管10送至矿热炉煤气净化系统，净化后的煤气可作为燃料再利用。荒炉气烟道11为直排烟囱，荒炉气烟道11上的气动蝶阀15为常闭状态，仅在事故状态下开启，使炉气快速排出，避免出现安全事故。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种密闭无固定阳极直流矿热炉，其特征在于，包括：炉体、炉盖、电极柱系统、加料系统、烟气导出系统、供电系统、冷却水系统和液压系统，所述炉体用于容纳炉料，所述电极柱系统用于利用直流电弧对炉料进行加热熔化，其包括阴极和阳极，且其均能够自由调节插入炉料的深度，所述炉体的炉壳上方设有用于保证炉体密封的炉盖，所述炉盖与炉壳间密封处理，所述炉盖上开设有孔洞，所述烟气导出系统用于将炉料产生的烟气排出，其穿过炉盖上的孔洞后与炉体炉口相连，所述加料系统用于向炉体中供料，所述供电系统用于为系统中电极供电，所述冷却水系统用于为待冷却机构提供冷却水，所述液压系统用于为电极柱系统中的动力机构提供动力；

所述电极柱系统为可升降机构，其包括电极升降机构、电极夹紧压放机构、电极导向机构、底部机构和电极，

所述电极升降机构安装于电极柱上部的预设土建平台上，其用于通过升降油缸带动电极柱整体上下移动；

所述电极夹紧压放机构位于电极柱上部，用于固定电极并随电极消耗控制其压放；

所述电极导向机构与电极柱的套筒接触，其用于在电极柱升降时，对整体升降的电极柱起导向作用，防止电极柱发生偏移；

底部机构位于电极柱的下部，其内置有导电元件，用于将电流导入电极；

电极的端头直接插入炉料中，用于将电流直接导入炉内，为冶炼提供所需电能；

所述烟气导出系统包括净炉气烟道系统和荒炉气烟道系统，所述净炉气烟道系统包括净炉气烟道和净炉气引出管，所述净炉气烟道的底端与炉盖连接，净炉气烟道另一端与净炉气引出管连接，净炉气烟道为全水冷结构；所述荒炉气烟道系统包括荒炉气烟道，荒炉气烟道的底端与炉盖连接，荒炉气烟道顶端直接伸出厂房外，荒炉气烟道在厂房内的部分为水冷结构,荒炉气烟道上设置气动阀门，炉盖上设有炉气压力检测机构,炉气压力检测机构检测到炉气压力超过预设值时，控制所述气动阀门自动打开，炉气通过荒炉气烟道排出。

2.根据权利要求1所述的密闭无固定阳极直流矿热炉，其特征在于，所述炉体包括炉体基础、所述炉壳和炉衬，所述炉壳座于炉体基础上，在炉壳内砌筑所述炉衬，炉衬砌筑完成后形成的炉膛是矿热炉内炉料熔化反应的场所，所述炉壳侧壁还设有出炉口，反应完成后液态的熔融产品或者炉渣从所述出炉口排出。

3.根据权利要求1所述的密闭无固定阳极直流矿热炉，其特征在于，物料通过加料系统加入到炉体中，所述加料系统包括炉顶料仓、下料管，炉顶料仓安装于预设的土建平台上，炉顶料仓出口与下料管连接，下料管尾端穿过炉盖开设的下料管孔深入炉壳内。

4.根据权利要求1～3任一项所述的密闭无固定阳极直流矿热炉，其特征在于，所述供电系统包括：变压器、整流器和二次母线，变压器一次侧输入交流电，经变压器调整为冶炼所需电压，变压器二次侧与整流器连接，整流器输出阴极和阳极两组接口，分别通过二次母线连接到阴极和阳极的底部机构中，即阴极接口与阴极电极相连，阳极接口与阳极电极相连，一个变压器配一套整流器，对应阴阳两根电极，组成一套供电系统，每套供电系统独立供电。

5.根据权利要求4所述的密闭无固定阳极直流矿热炉，其特征在于，每台矿热炉至少设有一套供电系统，配有2套及2套以上供电系统时，阴极和阳极的电极在炉内交错布置。

6.根据权利要求4所述的密闭无固定阳极直流矿热炉，其特征在于，所述冷却水系统用于为炉盖、净炉气烟道、荒炉气烟道、底部机构、变压器、整流器、二次母线提供冷却循环水。