专利名称：实现多枪定向等离子矿热炉的方法
技术领域：
本发明涉及一种矿热炉的冶炼方法，尤其是涉及一种应用于将电弧能转变为定向等离子能、并依据炉内还原反应的进程、自动控制注入炉内等离子能量在最佳值、达到大幅度扩大还原反应区、提高反应区温度、降低矿热炉的冶炼电单耗，提高产量和矿石的回收率并减少废气排放量的实现多枪定向等离子矿热炉的方法。
背景技术：
矿热炉，属电弧炉系列的一种，冶炼的产品包括硅铁类、硅锰合金、铬铁、电石、黄磷、刚玉等，它们冶炼的核心理论是通过电离空气形成定向高温离子流-电弧，将电能转换成热能，为还原反应提供足够高的温度场。
用等离子冶炼是一种有效的替代能源，等离子体是一种高温、高能量密集和高电热转换率的新型高效能源，电弧等离子体的温度能达到5000-30000K，而普通电弧温度只有4500K。热等离子是以不同的电频率为条件在气体中产生一种电弧来获得的，等离子体是物体除固体、液体、气体之外的第四体，是一种洁净、高效、高温、低成本的新型能源形态。等离子技术已应用在金属切割、高温喷涂等领域，但在大功率矿热炉冶炼方面，因为某些技术难点如高温、超强磁场、高达十万安培的电流、等离子枪加工困难等的限制，以及等离子电弧流的控制难的原因，等离子在大功率矿热炉和大功率电弧炉上仍未有应用。
中国专利02229217.9公开了一种交流等离子矿热炉，该专利所述的在自焙电极中心和石墨电极中心钻直径4毫米至8毫米的小孔，在孔内注入气体并通电形成等离子体的方法，在技术上根本不具有可操作性，因为自焙电极在自焙过程中，上部为杂乱无章的块状电极糊，中部为电极糊液体，下部为温度达800℃的高温区，在这样的电极上是不可能钻孔的；对于石墨电极，直径由150毫米到800毫米不等，每节电极的标准长度为1.2米至1.8米左右，要在中心钻一直径仅为4毫米到8毫米深度达1米以上的小孔，在工程上已经没有实际意义。以直径1000毫米的自焙电极为例，在其中心仅有一8毫米的小孔内注入气体，而电极放电产生的电弧在电极的周边范围远离气体，因此，难以产生等离子流。
发明内容为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种将电弧能转变为定向等离子能、并依据炉内还原反应的进程、自动控制注入炉内等离子能量在最佳值、达到大幅度扩大还原反应区、提高反应区温度、降低矿热炉的冶炼电单耗，提高产量和矿石的回收率并减少废气排放量的实现多枪定向等离子矿热炉的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，在所述电极内部，沿长度方向预制至少2个直径为6毫米至30毫米的电极孔，在冶炼过程中，沿上述电极孔加压注入0.1至0.35MPa的气体，此气体沿上述电极孔注入炉内，在每个电极端部形成至少2支等离子枪，提高还原反应的温度场和反应区域的一氧化碳饱和度。
所述电极包括自焙电极和石墨电极，所述电极孔的制备包括自焙电极孔和石墨电极孔的预制。
所述自焙电极孔的预制是在电极加长时，将包有耐温1200℃以上的耐高温材料的钢管预先固定在电极套内，周围添满电极糊料，在电极的焙烧过程中，经过温度为200℃的固体-温度为400℃的液体-温度为800℃的固体的三个温度逐步升高的石墨化过程后，最终在电极内部形成了上、下贯通孔，该电极孔的位置位于自焙电极直径的三分之二附近处。
所述石墨电极孔的取得方法是在石墨电极的生产过程中，在每节石墨电极内预制出贯通孔，然后将每节电极通过连接螺栓连接起来，并在电极的两个端面加工出大于贯通孔径的环形连通槽，通过该连通槽使对接的电极之间的贯通孔相通。
所述气体为Ar或N2或是从矿热炉的烟气排放管道或除尘系统管道取得的烟气，该烟气温度控制在100℃以内，该烟气中含有CO。
所述气体控制和电流控制分为手动控制和自动控制两部分，遇到电极软断或硬断需要焙烧时，选择手动控制方式，正常冶炼时，选择计算机智能控制方式，依据炉内还原反应进程，即依据炉料预热和还原反应的速度自动调节输入炉内的电弧功率、气体压力和流量；当冶炼电弧功率临时为零时，要保持一定的气体压力，但流量须为零。
所述电极孔内气体控制，包括气体流量和压力的控制。
所述气体压力和流量的控制方式是一是由系统依据冶炼进程控制变频器的频率大小，从而控制气体源的压力和流量；二是系统依据冶炼进程控制电磁阀的开启度大小，来控制气体的压力和流量。
气体压力和流量的控制过程是将气体流量和压力信号经过信号转换板转换为直流信号，该信号为0-5V直流电压信号或4-20mA的电流信号，将上述模拟信号再经A/D采样板转为数字信号，送计算机处理；手动控制信号经I/O输入输出板进入计算机处理；计算机输出分两路，I/O输出控制变频器方向，D/A输出控制变频器频率大小和电气比例控制装置。
本发明的积极效果在于采用预制的方法在电极内形成多个电极孔，在每条电极上产生多个等离子枪，通电时汇成一个巨大的等离子源，大幅度提高了电弧的温度，拉长电弧的长度，扩大炉内还原反应区的容积(即扩大坩埚面积)，达到节电、增产和提高矿石回收率的目的。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述电极密封盖的结构示意图；图2是本发明所述石墨电极的结构示意图；图3是本发明所述自焙电极的结构示意图；图4是本发明所述气体控制原理方框示意图。
图中1-密封圈，2-进气口，3-电极孔，4-石墨电极，5-连接螺栓孔，6-电极糊，7-导电环，8-自焙电极，9-炉体，10-流量计，11-压力计，12-电极壳。
具体实施方式本实施例以硅铁冶炼炉，其工作参数分别是变压器功率12500KW、一次侧电压10KV、电流722A、电流互感器变比1000/5、电极直径1000毫米、烟气除尘采用布袋反冲法、电极为自焙电极、电极升降为液压电磁阀控制，本系统信号采样电流信号取自一次侧互感器、电压信号取自变压器二次侧短网铜管、气源取自除尘系统管道、预制孔直径10毫米，电极端面预制孔数量为3个，气体压力为0.2MPa、流量控制在40立方米/小时、一次侧电流810A，短网对地电压90V。
在电极内部，沿长度方向预制3至8个直径为6毫米至30毫米的电极孔，电极包括自焙电极和石墨电极，图2为石墨电极4，石墨电极孔3的取得方法是在石墨电极4的生产过程中，在每节石墨电极4内预制出贯通孔，然后将每节石墨电极4通过连接纹孔5用螺栓连接起来，并在石墨电极4的两个端面加工出大于贯通孔径的环形连通槽，通过该连通槽使对接的石墨电极之间的贯通孔相通形成电极孔3；图3为自焙电极8，自焙电极孔3的预制是在自焙电极8加长时，将包有耐温1200℃以上的耐高温材料的钢管预先固定在电极套内，电极壳12外设有导电环7，其内添满电极糊料6，在自焙电极8的焙烧过程中，经过温度为200℃的固体-温度为400℃的液体-温度为800℃的固体的三个温度逐步升高的石墨化过程后，最终在自焙电极内部形成了上、下贯通孔，所述贯通孔为电极孔3，该电极孔3的位置位于自焙电极8直径的三分之二附近处。如图1所示，将电极密封盖安装在电极端部，电极密封盖包括密封圈和进气口。
在冶炼过程中，沿上述电极孔3加压注入0.1至0.35MP的气体，气体取自矿热炉排放的烟气，该烟气中含有一氧化碳，此烟气沿上述电极孔3注入炉体9内，气体也可以采用Ar或N2，在每个电极端部形成多支等离子枪，既可以满足还原反应对温度场的需求，也提高了反应区域的一氧化碳饱和度。主要作用有用高效的定向等离子能源取代了电弧，提高了电功效率，加速了还原过程，达得高产低耗的目的。
电极孔3内气体控制，包括气体流量和压力的控制，所述气体压力和流量的控制方式是如图4所示，一是由系统依据冶炼进程控制变频器的频率大小，从而控制气体源的压力和流量；二是系统依据冶炼进程控制电磁阀的开启度大小，来控制气体的压力和流量。
如图4所示，气体压力和流量的控制过程是气体流量和压力信号经过信号转换板转换为直流信号，0-5V直流电压信号或4-20mA的电流信号，将上述模拟信号再经A/D采样板转为数字信号，送计算机处理；手动控制信号经I/O输入输出板进入计算机处理；计算机输出分两路，I/O输出控制变频器方向，D/A输出控制变频器频率大小和电气比例控制装置。变频器驱动气体增压装置。在气体管线上分别安装有流量计10和压力计11，气体流量和电流按Q＝K×I的关系控制，K为经验值，由现场调试确定。
权利要求
1.一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是在所述电极内部，沿长度方向预制至少2个直径为6毫米至30毫米的电极孔，在冶炼过程中，沿上述电极孔加压注入0.1至0.35MPa的气体，此气体沿上述电极孔注入炉内，在每个电极端部形成至少2支等离子枪，提高还原反应的温度场和反应区域的一氧化碳饱和度。
2.如权利要求1所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述电极包括自焙电极和石墨电极，所述电极孔的制备包括自焙电极孔和石墨电极孔的预制。
3.如权利要求2所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述自焙电极孔的预制是在电极加长时，将包有耐温1200℃以上的耐高温材料的钢管预先固定在电极套内，周围添满电极糊料，在电极的焙烧过程中，经过温度为200℃的固体-温度为400℃的液体-温度为800℃的固体的三个温度逐步升高的石墨化过程后，最终在电极内部形成了上、下贯通孔，该电极孔的位置位于自焙电极直径的三分之二附近处。
4.如权利要求2所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述石墨电极孔的取得方法在每节石墨电极内预制出贯通孔，然后将每节电极通过连接螺栓连接起来，并在电极的两个端面加工出大于贯通孔径的环形连通槽，通过该连通槽使对接的电极之间的贯通孔相通。
5.如权利要求1所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述气体为Ar或N2或是从矿热炉的烟气排放管道或除尘系统管道取得的烟气，该烟气温度控制在100℃以内，该烟气中含有CO。
6.如权利要求1所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述气体控制和电流控制分为手动控制和自动控制两部分，遇到电极断需要焙烧时，选择手动控制方式，正常冶炼时，选择计算机智能控制方式，依据炉内还原反应进程，即依据炉料预热和还原反应的速度自动调节输入炉内的电弧功率、气体压力和流量；当冶炼电弧功率临时为零时，要保持一定的气体压力，但流量须为零。
7.如权利要求6所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述电极孔内气体控制，包括气体流量和压力的控制。
8.如权利要求7所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是所述气体压力和流量的控制方式是一是由系统依据冶炼进程控制变频器的频率大小，从而控制气体源的压力和流量；二是系统依据冶炼进程控制电磁阀的开启度大小，来控制气体的压力和流量。
9.如权利要求7或8所述的一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，其特征是气体压力和流量的控制过程是将气体流量和压力信号经过信号转换板转换为直流信号，该信号为0-5V直流电压信号或4-20mA的电流信号，将上述模拟信号再经A/D采样板转为数字信号，送计算机处理；手动控制信号经I/O输入输出板进入计算机处理；计算机输出分两路，I/O输出控制变频器方向，D/A输出控制变频器频率大小和电气比例控制装置。
全文摘要
本发明涉及一种实现多枪定向等离子矿热炉的方法，在所述电极内部，沿长度方向预制至少2个直径为6毫米至30毫米的电极孔，在冶炼过程中，沿上述电极孔加压注入0.1至0.35MPa的气体，此气体沿上述电极孔注入炉内，在每个电极端部形成至少2支等离子枪，提高还原反应的温度场和反应区域的一氧化碳饱和度。本发明采用预制的方法在电极内形成多个电极孔，在每条电极上产生多个等离子枪，通电时汇成一个巨大的等离子源，大幅度提高了电弧的温度，拉长电弧的长度，扩大炉内还原反应区的容积(即扩大坩埚面积)，达到节电、增产和提高矿石回收率的目的。
文档编号F27B3/08GK1904534SQ200610036730
公开日2007年1月31日 申请日期2006年7月31日 优先权日2006年7月31日
发明者崔存生 申请人:韶关市义太机电设备有限公司