[发明专利]一种用于测量等离子体熔融炉熔渣层厚度的方法

说明书

本发明公开了一种用于测量等离子体熔融炉熔渣层厚度的方法，熔融熔池内包含有熔渣层和金属层，金属层位于熔渣层下方，熔融熔池内竖直设置有石墨电极，石墨电极的一端伸出熔融熔池与电源连接，电源与底电极连接，底电极设置在熔融熔池的底部，石墨电极与驱动升降装置连接，驱动升降装置驱动石墨电极在熔融熔池内作升降运动，石墨电极底端经过接触金属层、脱离金属层、脱离熔渣层的步骤后，通过电压变化情况，计算石墨电极底端在不同区域的行程，即为熔渣层厚度值。本发明作方法和判读方式简单，便于操作，在溢流和非溢流工况下测量真实熔渣层厚度数据。

技术领域

本发明涉及一种用于测量等离子体熔融炉熔渣层厚度的方法。

背景技术

直流等离子体电弧熔融技术是目前比较常用的飞灰或无机废弃物熔融炉方式。通过直流电弧产生的热能，将飞灰或无机废弃物熔融。典型的炉型结构为单电极直流电弧炉，如图1所示。无论是传统单电极直流电弧炉或者双电极直流电弧炉，熔池都由上层的熔渣层和下层的金属层构成。直流电弧炉中，直流电流流经熔渣层产生的焦耳热均是熔融废弃物的主要能量来源。数值模拟表明，熔渣层内焦耳热并非沿深度方向线性分布，如图2所示。在熔渣层表面附近，焦耳热集中分布，当达到一定深度后，焦耳热占比急剧降低，可以忽略。这种与深度非线性相关的分布特性说明存在一个临界深度。若熔渣层厚度大于临界深度，焦耳热几乎不再增加；若熔渣层厚度小于临界深度，焦耳热会显著降低。为匹配电弧功率与废弃物投料速率，需要实时监测熔渣层厚度数据。该厚度可以清晰地指明焦耳热的输入情况，指导电弧、投料工艺参数的调整，确定排金属工艺的时间窗口。

截至目前，已存在熔渣层厚度测量相关的专利申请文件。典型的，如日立公司的申请号为JPH10332268和申请号为JPH11173531的发明专利。

申请号为JPH10332268的发明专利实际测量的是炉底的金属层厚度。先将电极底端触底，随后上升电极。由于金属层内无电位降，电源电压明显增加的时刻即为电极底端脱离金属层的时刻。通过计算电极在金属层内的行程，即可得到金属层厚度。熔融达到溢流状态后，熔池的总高度是一定的。因此通过金属层厚度，可以得到对应的熔渣层厚度。

申请号为JPH11173531的发明专利实际测量的是熔渣层厚度达到临界深度的时刻。熔渣层厚度与熔渣层内的电压也有类似焦耳热的非线性分布规律，当熔渣层厚度低于临界深度时，电源电压显著降低。因此，监测到电源电压低于临界值即说明熔渣层厚度已低于临界深度。

上述的测量方法均不能满足实时监测熔渣层厚度的目的，原因是：

申请号为JPH10332268的发明专利只能在熔池达到溢流状态后才能得到熔渣层厚度数据。在达到溢流状态前，无法通过金属层厚度推算熔渣层厚度。另外，长期烧蚀的石墨电极底端细长，触底时有断裂风险。

申请号为JPH10332268的发明专利只关注熔渣层厚度是否达到临界深度，同样只适用于溢流状态。该方法既不能实时监测，也不能得到真实的厚度数据。

现有专利或方法均不能解决实时监测熔渣层厚度的工艺要求。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种用于测量等离子体熔融炉熔渣层厚度的方法。

本发明的技术方案为：一种用于测量等离子体熔融炉熔渣层厚度的方法，熔融熔池内包含有熔渣层和金属层，金属层位于熔渣层下方，熔融熔池内竖直设置有石墨电极，石墨电极的顶端伸出熔融熔池与电源连接，电源与底电极连接，底电极设置在熔融熔池的底部，电源、石墨电极、底电极、熔融熔池构成回路；石墨电极与驱动升降装置连接，驱动升降装置驱动石墨电极在熔融熔池内作升降运动，石墨电极的底端经过接触金属层、脱离金属层、脱离熔渣层的步骤后，通过电压变化情况，计算石墨电极底端在不同区域的行程，即为熔渣层厚度值。

进一步地，石墨电极底端通过接触金属层、脱离金属层、脱离熔渣层的步骤为：