[发明专利]新型节能型非圆非柱形系列矿热炉

说明书

技术领域：

本发明是用于节能新型系列矿热炉的综合技术和设计以及矿热炉相应其它配套设备和材料的设计。

对任何冶炼矿热炉、电石炉行业来说，其冶炼炉膛和相应装置的的几何形状和尺寸等结构的改变，会直接影响冶炼工艺、冶炼效果和冶炼节能效率和吨能耗的改变。

该专利可应用所有密闭，半密闭，开放式矿热炉，可用于冶炼电石，黄磷、硅系(硅铁、硅钙、硅钡、金属硅等)、锰系(锰铁、硅锰、金属锰等)，铬系或者镍系、钼铁、钨铁、钛铁等各种矿热炉，供电方式可采用直流，低频交流，中频、高频交流矿热炉。等离子冶炼炉，电磁冶炼炉等新型能源矿热炉。供电变压器可采用三相变压器或单相变压器，一次供电电压可用于11KV、35KV、66KV、110KV、220KV等任何电压等级，矿热炉功率500-500000千瓦。电极布置为等边对称或不等边等任何方式。电极采用预焙或自焙任何碳或者石墨或其它电极。二次供电加电装置采用铜瓦或组合把持器导电元件或其它任何加电方式。电极形状采用方形、圆形、长方形、椭圆形等任何形状。矿热炉冶炼还原剂为含碳的任何材料，比如，兰炭，焦炭，半焦，无烟煤，水洗煤，石油焦，或优质原煤，优质木炭等任何碳材。

技术背景：

从矿热炉或电石炉水平断面上讲：传统冶炼埋弧矿热炉的炉膛横断面都是圆形，少数为长方形或椭圆，但是除了圆形(附图1)，其它方式因其实际应用的不对称性引起的供电负荷和电位梯度不对称等问题以及因为炉子三相电极不平衡的布置操作难度大而基本完全被淘汰。仅就目前存留的圆形炉膛结构来讲，在小功率矿热炉应用还勉强维持，但是大型炉子其缺点暴露越来越大，主要因小功率炉子需要较小的同心圆负荷和较小的炉底负荷，而大功率矿热炉需要较大的同心圆负荷和相对小功率炉子更大的炉底负荷，这种小炉子和大型炉子功率增量与结构上形成的非线性的增量关系，使大型矿热炉采用普通圆形炉膛无法实现小矿热炉的单耗指标并体现规模优势，2.5万千瓦以上大型密闭(半密闭)或开放矿热炉使用传统的圆形炉膛会引起电极上抬，导致冶炼能耗增加，衍生故障较多，难以长期低耗稳定运行，对原料品位要求也比较苛刻。

从矿热炉纵向断面上讲：传统矿热炉炉膛和炉壳纵向为柱形(附图1)或上粗下细的等炉壁厚的圆台型(附图2)，纵向截面为矩形(附图12)或等腰梯形(附图13)炉壁是上下等厚度。

发明内容：

发明目的(解决的问题)

本发明的设计原理和目的与传统设计有全新的设计角度和思路。其主要目的就是在保证在较大的同心圆负荷和电极坩埚区的前提下，通过有效减少冶炼死区面积，减少容易产生涡流的冶炼死区，用时增加炉底负荷实现矿热炉冶炼时电极更深的插入原料，以提高矿热炉和电石炉能耗利用率，通过有效提升二次电压增加冶炼变压器自身的效率、功率因数，同时增加矿热炉或电石炉对低品位原料的适用性。通过本专利技术可以解决诸多现行矿热炉和电石炉存在的单耗高及不能长期稳定运行的问题，用于20000KVA(千瓦)以下的小炉子上比传统炉型科学节能，电极下插好，用于25000KVA(千瓦)以上的大型矿热炉，其预期的电极下插和综合节电、节能效果会非常显著。

实际冶炼中在炉膛的中部和顶部，因为没有出炉操作，单从保温目的讲，耐火炉壁完全可以增厚，因此本发明除使用两种传统等厚炉壁的纵向结构外，采用矿热炉顶部炉壁厚底部炉壁薄的特殊结构或炉膛上、中、下不炉壁不等厚结构，(附图14，附图15，附图16)，同时将炉膛内部纵向炉壁为使用双曲线或近似弧形或等效多段线结构，炉膛外壳则使用上口略大的圆台行或柱形(附图14)，这样可以实现增加保温效果。同时，从炉面热量回收上分析，较大的炉膛顶部可以延长热交换时间，利于炉面热能的回收，在炉膛低部形成增大的储料空间(指双曲线型或上部细下部粗的炉膛结构)，利于减小矿热炉因间歇式出炉时炉内成品熔融料液液位上升对电极的上抬影响(附图15，附图16)，从炉膛纵向(过中心轴)结构上，炉膛中部较厚的保温层利于保温，底部较薄的保温层结构利于方便出炉操作。而采用双曲线炉膛时顶部炉墙厚度与传统相近，但中部高温区较厚的炉墙也利于保温，同时因为专利系列矿热炉水平断面的炉膛结构与传统不同，最终其炉壳侧壁和炉面散热量也小于传统炉子，近一步实现冶炼单耗电的降低