一种多回路无底电极直流矿热炉的制作方法

本发明涉及矿热炉技术领域，具体涉及一种多回路无底电极直流矿热炉。

背景技术：

目前中国2017年全年铁合金年产量已达3500余万吨，全世界矿热炉容量在逐年上升，在矿热炉的发展过程中，三相交流矿热炉铁合金生产获得很快的发展，但随着交流电炉容量和功率水平的大幅提高，发现交流电炉在电极消耗，电力消耗，电弧稳定性，噪音，冶炼时间等方面存在一些不足，功率越高，问题越明显；而直流电弧炉，直流钢包炉，直流矿热炉在国内占比却非常少，占比不足1％，而一些发达国家直流矿热冶金占比可达10％以上，当然，目前商业运行的直流矿热炉也同样存在这样那样的问题，比如电极焙烧，比如当电炉功率上升到一定容量后，大直径电极的焙烧会非常困难。

例如常规的三相交流矿热炉，包括炉体，炉体中心设置有自焙电极把持器，水冷炉盖，炉体近底端设置有出铁口和出渣口，所述炉体从内而外由耐火炉衬层、浇注层以及水夹套构成，炉盖顶端设置有水冷烟管，所述炉体上方设置有螺旋输送机料管，螺旋输送机出料口正对炉体顶端，水冷烟管依次连接干式急冷塔、袋式收尘器、风机以及排放烟囱，打开引风机，待电极焙烧好后，电烘炉达到一定温度后，开始加料，控制螺旋输送机有料位控制，达到料位，自动停止加料，加料完成，电炉正常运行熔炼，二次电压、电流要保持平衡稳定、温度达到、开始排渣，控制点在温度上，二次电压是辅助参照点，排渣到一定液位后，堵渣机自动堵上排渣管，再次加料，到液位停止，周而复始，直到最后物料熔炼完毕，开始底部出铁口出铁，出铁完毕后，本次熔炼结束，弧形抽风罩上设置有液位传感器，炉体上设置有温度传感器，正对排渣口、出铁口下方设置有渣包和铁包。

上述现有技术采用三相电极电压，电流容易出现不平衡，电极消耗高，炉底使用寿命短，因此会提高矿热炉运行中的成本，基于现有技术存在的技术问题，本发明提出一种大功率多回路无底电极直流矿热炉。

技术实现要素：

本发明提供一种多回路无底电极直流矿热炉，通过将整流器正极、短网、阳极、炉料、阴极及整流器负极连接构成直流回路，无需底电极或侧电极。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多回路无底电极直流矿热炉，包括：

主控柜，用于采集现场的数字量和模拟量并对所述矿热炉进行自动控制；

操作台，连接于所述主控柜，所述操作台上设有分合闸开关、自动启停按钮、急停按钮、指示灯及用于数据记录和统计归档的计算机；

整流器，连接于所述主控柜并能够将交流电转化成直流电，其中，所述整流器采用多脉波整流系统；

变压器，连接于市电送电与所述整流器并能够对高压电进行降压隔离处理，以达到满足工艺使用条件的电压等级；

炉体，构成耐高温容器以盛接炉料；

电极组，包括设置在所述炉体中的阳极和阴极，所述阳极通过第一短网连接于所述整流器的正极，所述阴极通过第二短网连接于所述整流器的负极，其中，所述炉体中设置有若干电极组；

电极把持器，所述电极把持器包括用于控制所述阳极在所述炉体升降的第一电极把持器和用于控制所述阴极在所述炉体升降的第二电极把持器，所述电极把持器的数量与所述电极组的数量相同。

进一步地，所述数据包括电压、电流、等离子气体压力流量及水冷系统水温、水压、水流量。

进一步地，所述主控柜内设有用于自动控制的plc和与所述plc相连接的i/o模块继电器端子排。

进一步地，所述整流器和所述第一短网之间还连接有电抗器，其中，所述整流器连接于所述电抗器、所述电抗器连接于所述第一短网、所述第一短网连接于所述阳极、所述阳极和所述阴极均接入炉料内、所述阴极通过所述第二短网连接于所述整流器以构成直流电流通路。

进一步地，所述多回路无底电极直流矿热炉还包括水气控制柜，所述水气控制柜设有水管路和气管路，所述水管路连通于所述整流器和所述变压器以对所述整流器和所述变压器进行冷却；所述气管路连通于所述阳极和所述阴极以向所述阳极和所述阴极供应等离子气体，所述水气控制柜还具备报警功能，能够对水温水压水流量进行监控，监控到故障信息后进行报警；还能够监控等离子气体的流量，流量不足时，发出警报。

进一步地，所述多回路无底电极直流矿热炉还包括电极调节控制柜和电极把持器，所述电极调节控制柜连接于所述主控柜，所述阳极和所述阴极均设置在所述电极把持器上，所述电极把持器连接于所述电极调节控制柜，通过所述电极调节控制柜控制所述电极把持器以实现所述阳极或所述阴极的上升或下降。

进一步地，所述炉体内还设置有测温装置，所述测温装置包括若干独立的测温传感器，所述测温传感器连接于所述主控柜。

进一步地，所述炉体内还设置有炉料液位测量装置，所述炉料液位测量装置连接于所述主控柜。

进一步地，所述炉体形状为圆形、方形、矩形或椭圆形。

进一步地，所述炉体内设置有若干组电极组，所述整流器和所述变压器的数量与所述电级组的数量相同，其中，所述若干组电极组通过若干组直流电源构成回路。

进一步地，所述多回路无底电极直流矿热炉还包括现场控制器，所述现场控制器连接于所述主控器。

进一步地，所述炉体由炉衬和套在炉衬外侧的炉壳组成。

进一步地，所述等离子气体能够采用空气、氮气或氩气。

进一步地，所述阳极和所述阴极均能够采用炭电极、石墨电极或自焙电极。

进一步地，所述阳极和所述阴极均能够使用实心电极或空心电极。

进一步地，所述整流器采用二极管不可控整流。

进一步地，所述第一电极把持器和/或所述第二电极把持器包括抵近所述炉体的把持器支座、能够在所述把持器支座上上下移动的电极夹持装置和用于驱动所述电极夹持装置的驱动电机，所述第一电极把持器或所述第二电极把持器被夹持在所述电极夹持装置的一端，其中，所述驱动电机通过驱动设置在所述把持器支座上的丝杆转动以带动固设在所述电极夹持装置丝杆螺母升降。

与现有技术相比，本发明的优越效果在于：

1、本发明所述的多回路无底电极直流矿热炉，通过主控柜、操作台、整流器、变压器、炉体、阳极、阴极及短网的配合设置，能够结合炉料形成直流回路，从而省略底电极或侧电极；

2、本发明所述的多回路无底电极直流矿热炉，通过采用多组直流电源的供电方式，构成多个直流回路，解决了炉料温度梯度较大的问题，使炉料温度相对均匀，采用多点加热的方式，能够有效提高所述多回路无底电极直流矿热炉的效率；

3、本发明所述的多回路无底电极直流矿热炉，通过水管路的设置，能够有效的整流器、变压器及电抗器进行降温；通过气管路的设置，使等离子弧的能量更强。

附图说明

图1是本发明实施例1中多回路无底电极直流矿热炉的结构示意图；

图2是本发明实施例1中电极组的结构示意图；

图3是本发明实施例1中第一电极把持器的结构示意图。

附图说明如下：

1-主控柜、2-操作台、3-整流器、4-变压器、5-炉体、51-炉衬、52-炉壳、6-电极组、61-阳极、62-阴极、7-第一短网、71-第二短网、8-水气控制柜、81-水管路、82-气管路、9-电极调节控制柜、10-电极把持器、101-第一电极把持器、102-第二电极把持器、103-把持器支座、104-电极夹持装置、105-驱动电机、11-测温装置、111-测温传感器、12-炉料液位测量装置、13-现场控制器、14-电抗器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-3所示，一种多回路无底电极直流矿热炉，包括：

主控柜1，用于采集现场的数字量和模拟量并对所述矿热炉进行自动控制，所述主控柜1内设有用于自动控制的plc和与所述plc相连接的i/o模块继电器端子排；

操作台2，连接于所述主控柜1，所述操作台2上设有分合闸开关(图中未示)、自动启停按钮、急停按钮、指示灯及用于数据记录和统计归档的计算机(图中均未示)；

整流器3，连接于所述主控柜1并能够将交流电转化成直流电；

变压器4，连接于市电送电与所述整流器3并能够对高压电进行降压隔离处理，以达到满足工艺使用条件的电压等级；

炉体5，构成耐高温容器以盛接炉料；

电极组6，包括设置在炉体5中的阳极61和阴极62，其中，所述阳极61通过第一短网7连接于所述整流器3的正极，所述阴极62通过第二短网71连接于所述整流器3的负极；

电极把持器10，所述电极把持器10包括用于控制所述阳极61在所述炉体5中升降的第一电极把持器101和用于控制所述阴极62在所述炉体5中升降的第二电极把持器102，所述电极把持器10的数量与所述电极组6的数量相同。

所述第一电极把持器101和/或所述第二电极把持器102包括抵近所述炉体5的把持器支座103、能够在所述把持器支座103上上下移动的电极夹持装置104和用于驱动所述电极夹持装置104的驱动电机105，所述第一电极把持器101或所述第二电极把持器102被夹持在所述电极夹持装置104的一端，其中，所述驱动电机105通过驱动设置在所述把持器支座103上的丝杆转动以带动固设在所述电极夹持装置104上的丝杆螺母升降。

其中，所述分合闸开关用于控制变压器4通断电；所述自动启停按钮用于控制整流器3启停、控制自动调节电极上升和下降及控制等离子气体压力和流量；所述急停按钮用于控制整流器3停机、阳极61和阴极62的升降、阀门关闭、变压器4断电；所述指示灯用于显示分合闸开关、变压器4及整流器3工作状态。

在本实施例中，所述整流器3采用6脉波整流系统。

所述多回路无底电极直流矿热炉还包括水气控制柜8，所述水气控制柜8设有水管路81和气管路82，所述水管路81连通于所述整流器3和所述变压器4以对所述整流器3和所述变压器4进行冷却；所述气管路82连通于所述阳极61和所述阴极62以向所述阳极61和所述阴极62供应等离子气体，所述水气控制柜8还具备报警功能，能够对水温水压水流量进行监控，监控到故障信息后进行报警；还能够监控等离子气体的流量，流量不足时，发出警报。

其中，冷却水通过所述水管路81上的水冷循环泵(图中未示)进行驱动，所述气管路82通过供气站或气泵进行驱动，对水温的监控采用接触式温度传感器，对水压的监控采用压力传感器，对水流的监控采用涡轮流量传感器(图中未示)。

所述多回路无底电极直流矿热炉还包括电极调节控制柜9，所述电极调节控制柜9连接于所述主控柜1，所述电极把持器10连接于所述电极调节控制柜9，通过所述电极调节控制柜9控制所述电极把持器10，以实现所述阳极61或所述阴极62的上升或下降。

其中，所述电极调节控制柜9采用某公司生产的oa-tjg01型控制柜，所述电极把持器10采用某公司生产的oa-tjb01型调节臂。

所述炉体5内还设置有测温装置11，所述测温装置11包括若干独立的测温传感器111，所述测温传感器111连接于所述主控柜1。

所述炉体5内还设置有炉料液位测量装置12，所述炉料液位测量装置12连接于所述主控柜1，以向所述主控柜1的plc发送炉料液位的数据信息，所述主控柜1的plc根据炉料液位的数据信息进行控制所述电极调节控制柜9，所述电极调节控制柜9控制所述电极把持器10的升降。

在本实施例中，所述炉料液位测量装置12采用间歇式炉料测量系统，主要包括金属陶瓷棒，并在金属陶瓷棒和钢水之间接入安全电压，金属陶瓷棒通过绝缘装置固定在辅助升降机构上，并在升辅助降机构上装设编码器，在辅助升降机构的顶端设置一行程开关，辅助升降机构通过设定的采样频率进行下降动作，当金属陶瓷棒与炉料未接通时，金属陶瓷棒对炉料的电压为供电的安全电压的幅值，当金属陶瓷棒与炉料接触导通时，金属陶瓷棒对炉料的电压值为0v，辅助升降机构执行上升动作，一直上升到顶端的行程开关位置后停止等待下一次的采样；在电压为零的瞬间将对辅助升降机构的编码器位置进行采集，通过将编码器的原始位置减去金属陶瓷棒下行的距离即能够计算出炉料的实际高度，辅助升降机构按照设定的采样间隔进行自动升降操作。

所述炉体5形状为圆形、方形、矩形或椭圆形。

所述炉体5内设置有若干组所述电极组6，所述整流器3和所述变压器4的数量与所述电级组6的数量相同。在本实施例中，采用多组直流电源对所述电极组6进行供电，短路起弧时对电网冲击大幅下降。

所述多回路无底电极直流矿热炉还包括现场控制器13，所述现场控制器13连接于所述主控器1。

其中，所述现场控制器13用于控制电极的上升下降、气阀和水阀的开启和关闭及所述整流器3的启停。

所述炉体5由炉衬51和套在炉衬51外侧的炉壳52组成。

所述等离子气体能够采用空气、氮气或氩气。

所述阳极61、阴极62均能够采用炭电极、石墨电极或自焙电极。

所述阳极61、阴极62均能够使用实心电极或空心电极。

所述整流器3采用二极管不可控整流。

在本实施例中，每组直流电源通过整流器正极、所述第一短网7、所述阳极61、炉料、所述阴极62、所述第二短网71及所述整流器3负极连接构成直流回路，无需底电极或侧电极，在无底电极的情况下，通过多个直流回路，多个直流回路使用多脉波整流技术，提高电炉功率因数，对电网无高次谐波干扰，在阴极62和阳极61上施加一定的直流电能，产生弧光将气体介质充分电离，使弧光热能量高度集中起来进行所述炉体5内物料的加热。

在本实施例中，所述多回路无底电极直流矿热炉的工作过程如下：

所述炉体5内装入导电介质后(钢水或矿料)，操作人员通过在所述操作台2上进行合闸操作，并在所述操作台2上的计算机系统中设定加热功率，加热温度等工作参数之后，并按下自动启停按钮后，所述主控柜1中的plc会根据所述测温装置11的数据与操作人员设定的加热温度进行比较，当所述测温装置11的检测温度低于操作人员设定的温度时，所述主控柜1控制所述整流器3投入工作状态，等离子气体阀门打开开始供气，然后，所述电极组6开始下降(所述主控柜1控制所述电极调节控制柜9，然后通过驱动所述电极把持器10，实现所述电极组6执行下降动作)，当所述阳极61(或阴极62)与所述炉体5内装入导电介质接触后，所述阳极61(或阴极62)停止下降，直流电流通过所述整流器3，直流母线正极，直流短网正极，所述阳极61，炉内导电介质，所述阴极62，直流母线负极，形成电流通路，在直流大电流与等离子气体的作用下使所述阳极61、所述阴极62全部起弧，然后所述主控柜1控制所述电极调节控制柜9，通过所述驱动电极把持器10，实现所述电极组6执行上升动作，将电弧逐渐拉长，电弧长度是由操作人员设定的加热功率决定的。所述主控柜1控制所述水气控制柜8进行等离子气体流量的自动调节，当所述测温装置11检测的实际温度达到操作员所设定的温度时，所述多回路无底电极直流矿热炉停止加热。

所述水气控制柜8检测到现场温度压力流量数据异常时会将信号传给所述主控柜1，最终产生报警或自动停机。

在本实施例中，所述多回路无底电极直流矿热炉的结构和组成也能够应用于电弧电炉、电阻电炉。

实施例2

在本实施例中，所述整流器3和所述第一短网7之间还连接有所述电抗器14，所述电抗器14能够抑制电流变化率和平波，当现场的所述第一短网7距离近时，需要所述电抗器14进行抑制电流变化率和平波，本实施例仅对所述电抗器14进行限定，除此之外，均与实施例1中相同。

实施例3

在本实施例中，所述整流器3采用12脉波整流系统，通过采用n组直流电源构成n组回路，能够实现12*n脉波整流。本实施例仅对所述整流器3进行限定，除此之外，均与实施例1中相同。

本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。