[发明专利]新型节能型非圆非柱形系列矿热炉

摘要

本发明是一种全新的节能型非圆非柱炉膛的系列矿热炉及电石炉，该系列炉型是在研究多种冶炼的深层冶炼原理和多专业因素上推出的有巨大推广潜力的矿热炉型，可用于冶炼电石，黄磷、硅系、锰系、铬系、镍系、钨铁、钛铁等多种金属合金或铁合金冶炼的开放或密闭式矿热炉型综合设计技术方案，该炉型配合其它综合配套设备和数字化操作模式，可采用当前我国常规原料下大幅度降低各种冶炼的吨耗电5-15％并增加产量5-30％，可采用更低品位的原料冶炼而实现国家目前要求的各种冶炼耗电指标，并利于环保除尘设备的安全稳定运行和矿热炉无人控制冶炼技术的实施，在2.5万千瓦以上多种大型密闭矿热炉上具有巨大的发展潜力。

主权项

1.一种新型节能型非圆非柱炉膛的固定式系列矿热炉和电石炉，其特征是：为实现矿热炉的节能和低电耗冶炼，发明专利所指系列矿热炉的整体的水平断面为非圆形的，水平断面是采用各个有效电极的坩埚圆环之不同交叠深度或坩埚圆不交叠的多个独立坩埚圆腔炉膛，及其各种不同曲线或多段线等效或近似等效逼近形成的上述等效衍生结构的矿热炉，实现矿热炉的整体水平断面为非圆形。同时炉膛过中轴的纵向结构或断面采用双曲线形、凸向炉内的弧线或等效多段线形的纵向非柱形的炉膛结构，或者不同于传统矿热炉炉壁的等厚结构而是过炉几何中心纵断面采用炉膛内壁与炉壳侧壁不同坡度的直线或不同曲度的曲线，形成矿热炉膛炉壁的顶部耐火砖厚与炉壁底部耐火砖厚度不等，以及炉膛内的上口与炉底部面积不等粗，或不同炉深处水平截面面积不等的特殊炉膛和炉体结构。权利要求矿热炉内部炉膛结构和炉壳结构具有上述水平断面特征或具有上述纵向断面特征之一，或以各种数学衍生曲线或多段线逼近专利特征的矿热炉及炉膛设计、包括专利特征矿热炉的设计、使用和旧炉的改造方案、专利炉膛的砌筑方式、特征炉底炉壁的碳砖、镁砖材料、及耐火砖的设计与生产，或其它与本发明特征有关的矿热炉配套设备的设计、生产都属于本专利权利要求。发明专利矿热炉的详细特征为：该发明系列矿热炉炉膛的水平断面不是传统圆形、椭圆型或方形，而是根据有效电极的个数采用对应有效电极个数的坩埚圆环，这是本专利最典型的特征，以电极几何中心或电极面域内的一个相对位置点为圆心或以电极几何中心与矿热炉几何中心的连接直线上一点或以矿热炉同心圆面域内一点为圆心，以矿热炉同心圆半径为半径或以电极半径的1.001--19.999倍为半径的坩埚圆(具体按不同设计需要取值，采用相同或不同坩埚半径)，各坩埚圆共同相交于同心圆圆心或交叠于包含同心圆心的一个面域，或者使多坩埚圆相切或不相交，形成的以多坩埚圆公共面域中心或炉膛中心为中心的等圆周角分布(对称电极)或不等圆周角分布(非对称电极)且坩埚圆心距面域中心或炉膛几何中心(或同心圆心)等距离或不等距离的，多个坩埚圆环不同套叠深度，或不相交(此时形成多个独立多坩埚圆腔炉膛)的坩埚圆弧之不交叠部分弧所形成的多弧封闭或多个独立坩埚圆弧腔体曲线为炉膛内壁的矿热炉膛结构及采用各种数学曲线和多段线逼近上述的等效结构的矿热炉。其坩埚圆环个数与所采用有效电极个数相同，最为常用的是三相供电的三电极三坩埚圆弧炉膛，采用双电极冶炼可采用两环，采用3n(n为自然数)电极时为3n环炉膛。专利的理想完美炉型特征是：以电极中心为坩埚中心，以同心圆半径为坩埚圆半径，各坩埚圆同时交于炉膛几何中心(同心圆心)，且以炉膛中心成等圆周角对称分布的各坩埚圆环之不交叠部分形成的封闭曲线炉膛。实际中使用最典型和最便于实施的两种系列方式，一是以坩埚圆的一部分为圆角的三(或多)棱柱型截面的水平断面型，棱柱断面圆弧之间的两弧相切的直线段连接部分可以采用任何凸向或凹向炉膛的弧或多段线等效取代，坩埚圆弧部分可以采用任意多段线或小台阶等多边形逼近。二是采用坩埚圆弧与过同心圆心的不同直径的系列同心圆弧与坩埚圆相交在坩埚外测形成多台阶曲线状等效逼近理想炉型特征，在电极邻近炉壁的部分坩埚圆弧，为便于施工也可采用部分传统圆形炉膛内弧替代，与在两电极之间的炉壁内侧(称死区)处采用上述台阶逼近混合实施，台阶型的跑阶和踢面采用任何数学等效曲线或任何等效多段线逼近的衍生方式均属于本专利权利范围。该专利系列矿热炉的一种特型结构是各坩埚圆不相交，整个矿热炉水平断面采用多坩埚圆环不相交的独立多坩埚圆腔组成，以炉几何中心为对称点，等圆周(理想状况时)或不等圆周分布，距几何中心等距(理想情况)或不等距，每圆腔有电极，最好电极位于腔中心，各坩埚环腔冶炼原料相互不接触，各坩埚腔的间距以耐火砖砌筑条件和炉底导电能力综合考虑，各环腔炉底为一体公用互相导通零电位或共用整体电炉底。该种特型结构利于超大型(30000-500000千瓦)矿热炉设计，或应用于采用多电极冶炼矿热炉，其每个单腔炉膛的纵向结构和断面亦可采用本发明矿热炉的纵向特征，每个单圆腔的水平断面形状可采用任何等效曲线或等效多段线逼近坩埚圆。发明专利炉型炉膛过中轴纵向结构不仅采用传统柱状或上粗下细的等炉壁厚度的圆台，而是采用双曲线或近似等效曲线或等效逼近双曲线的多段线纵向炉体，形成矿热炉不等厚的耐火墙炉膛，或者内部炉膛为柱状或上下部不等粗的台形，外部炉壳为上下不等粗的台形，从而达到实现上部和下部炉壁耐火砖的纵向不等厚度特点以及炉膛上部与炉膛底部的不同直径或面域面积的特征。该专利炉型的使用特征是指用于冶炼电石的电石炉、黄磷炉或各种合金和铁合金炉的密闭、半密闭或开放式各种炉型，权利包括该专利矿热炉和电石炉型的设计结构、使用和其它相关配套设备以及炉膛耐火材料的设计、生产、砌筑的所有专利特征相关的综合技术方案及应用。矿热炉设计中通常坩埚圆半径等于同心圆半径，有时略大于或略小于同心圆半径，同时在矿热炉设计中采用适当增加或减小部分坩埚圆、同心圆、炉膛内径等水平方向尺寸留出炉壁处距离余量做炉膛冶炼的保护尺寸预留，这种预留会影响部分断面圆或弧的交点位置但不会影响总体断面形状和结构特征，本专利所有系列矿热炉的特征形状和权利要求指包含采用保护预留距离尺寸和不含保护预留距离尺寸的两种情形。采用专利系列矿热炉上述的多种特征或多种特征逼近方法之部分，通过不同部分方法或数学逼近方法的组合，以排列组合关系实现专利目的和专利特征的任何做法都属于本权利范围。