矿热炉炉型结构原理

矿热炉主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。又称为电弧电炉或者电阻电炉。主要生产硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰合金等冶金工业中重要工业原料及电石等化工原料。
其工作特点是采用耐火材料作炉衬，使用自培电极。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料的，因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。
1.2 矿热炉的冶金原理
矿热炉生产的基本任务就是把金属等有用元素从矿石或氧化物中提取出来。矿热炉生产过程中的化学反应主要是氧化物的还原反应，同时也有元素的氧化反应。
矿热炉生产的基本原理是基于选择性氧化还原反应热力学，其本质是所需元素的氧化物与还原剂反应生成所需元素和还原剂中主要元素的氧化物。
1.3 矿热炉工艺
矿热炉通过加料装置间断加料入炉，捣炉机维护料面，配备开堵眼机或电弧烧穿器等开口设备开铁口，液体合金流入铁水包等容器中，然后运输至模具处进行浇注，冷却后，产品入成品库。铁渣则通过出渣口间歇式排出。
1.4 矿热炉分类和用途
电耗值随原料成分，制成品成分，电炉容量等的不同而有很大差异。这里是约值。
2 矿热炉主要零部件
2.1 主体构造
主要由炉体，炉盖、短网，水冷系统，排烟系统，除尘系统，余热处理系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。
2.2 主要零部件及作用
炉体
电炉炉体由炉壳和耐火炉衬组成。
炉壳由炉底板、炉墙板、箍圈和筋板组成，炉壳采用圆形结构，炉壳侧板采用厚钢板，支座为架在混凝土上的槽钢。
电炉炉衬的内衬使用高铝质和镁土质、碳质耐火材料;出炉口附近使用一级镁砖及镁质料，结合碳质硅砖等耐火材料砌筑而成。
炉壳
对炉壳的要求是：强度应能满足炉衬受热而产生的剧烈膨胀，适应炉衬热涨冷宿的要求而且力争节省材料和便于制造。
炉壳上面集成着出铁口。
炉盖
密封炉的炉盖以水冷钢梁作为骨架砌以耐火砖及耐火材料，炉盖顶部的三个电极孔主要是让三相电极把持器贯通炉内，并用绝缘材料使电极把持器与炉盖绝缘。炉盖上设有9个温度计插孔，用保护管插入耐火砖内。将温度计插入保护管内，可测量炉盖内炉汽温度。
烟罩
烟罩的作用是封闭炉口，遮挡辐射热，收集冶炼反应过程中产出的烟气，改善操作环境。烟罩由盖板、侧壁、炉门、烟罩骨架等组成。烟罩是由钢板和型材焊接成形的，呈六边形。通过烟罩骨架坐在操作平台上。
烟气导出管
烟气导出管的作用是靠自然压差或除尘器的风机形成矮烟罩内的负压，实现向外排烟的。每台电炉设有2个烟道，烟道是用钢板和型材制作的。烟道由下部水冷段，烟管段、钟罩阀和烟道吊挂组成。
烟道下部水冷段座在矮烟罩的梁圈上，它是通水冷却的。烟管段分成若干节，直接通到屋顶外。屋顶外的烟道口上设有钟罩阀，钟罩阀是用来封闭烟道的。钟罩阀是用烟道油缸来开闭的，当需要接入除尘器时关闭钟罩阀，烟气通过三通在风机的作用下将烟气送入除尘器。
电极把持器
电极把持器是矿热炉的核心设备，它是由导电装置、抱紧装置、压放装置、升降装置和把持筒、电极壳组成。电极把持器主要通过抱紧装置使铜瓦在适宜的压力下贴紧电机壳，保证从短网传来的大电流过集电环或无极电环的集电支承器、导电铜管经铜瓦传到电极上。
我国目前的矿热炉装备水平差异较大，使用电极把持器类型较多。目前国内使用的电极把持器如果按照报紧装置的类型区分。有径向打螺钉 禁式把持器、大螺栓夹紧式把持器、锥型环式把持器、组合式或标准组件把持器、波纹管式把持器等。
把持筒
把持筒是把持系统中的重要部件之一。把持筒又称电极外筒，用来悬吊电极把持器和电极，并在操作时能使电极升降。
导电装置
传统的导电装置一搬包括集电环、导电铜管和铜瓦。 集电环主要起均压作用，将电流集合起来，然后再分配给导电铜管，以使每根电极上每块铜瓦的电流基本相等. 铜瓦是将电能送到电极的主要部件。铜瓦用紫铜铸造，其内部有冷却水管，铜瓦与电极接触面允许的电流密度在0.9~2.5A/cm2范围内，铜瓦的高度约等于电极直径，铜瓦数量可根据每相电极的电流来计算。电极烧结带是整个电极强度的薄弱环节，铜瓦对电极的抱紧力为0.05~0.15MPa，接触压力来源于电极把持器。采用组合把持器的电极有助于改善电极烧结。
电极升降装置
电极升降装置使通过提升和下放电极以改变电极位置，调整电极电弧长度来调整电阻，达到调节电流大小的目的。电极升降速度视炉子功率不同而异，一般电极直径大于1m时电极升降速度为0.2~0.5m/min，小于1m时为0.4~0.8m/min。电极升降行程为2.1~2.6m.
短网
短网是输送低电压、大电流电能的装置，为使他能将取自由电网的能量做有效地输入矿热炉，考虑配置合理的短网的结构形式、选择适宜的短网电流密度，对获得良好的电力运行指标、 节约有色金属用量具有很大的经济意义。短网的主要作用是传输大电流，故短网中的电抗和电阻在整个线路中占很大比重，足以决定整个设备的电气特性，因此必须满足下面几个基本要求。
(1) 有足够的载流能力。
(2) 尽可能降低短网电阻。
(3) 短网的感抗值应足够小。
(4) 有良好的绝缘及机械强度。
短网补偿
矿热炉的系统电抗的70%是由短网系统产生的，基于这个原因，矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.7~0.8 之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，浪费大量电能，且被电力部门加收额外的电力罚款，同时由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20%以上，这导致冶炼效率的低下，电费增高，因此提高短网的功率因数，降低电网不平衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。
高压供电系统
高压供电系统由高压进线隔离开关及电压互感器、高压真空断路器及电流互感器、氧化锌避雷器及阻容吸收保护装置，构成高压进线柜、真空开关柜、氧化避雷器及阻容保护柜。
高压供电系统可向电炉提供主电源，并可进行主回路短路保护，在高压回路设置过电压吸收装置，吸收操作过电压及浪涌电压，以保护变压器。氧化锌避雷器进行防雷击保护，进线隔离开关便于调试及维护。
冷却水系统
由给水系统将水送至高处平台上，然后由水冷系统将水经水分配器对短网、水冷烟罩、水冷烟囱、压力环、铜瓦、水冷大套等进行冷却。另一路将水送入变压器的强油水冷装置冷却变压器。
2.3 主要备件
1) 砌炉用耐火材料;
2) 电极糊;
3) 变压器轨道及紧固件;
4) 液压介质;
5) 铜瓦;
6) 水冷电缆;
3  进料装置
目前常用的电炉加料系统包括以下两种：
1.电炉振动输送加料车
2.电炉自动加配料系统
电炉振动输送加料车
电炉振动输送加料车
电炉振动加料车将配好的铁料移动至电炉加料口上方，利用振动方式将铁料平稳地加入到电炉中。特点是给料均匀，不卡料，对铁料颗粒大小没有严格要求。
电炉自动加配料系统
系统包括：微机自动配铁装置，无线遥控备料系统，感应电炉熔炼管理系统，可以实现全部数据集中监控、统计、成分自动计算。还包括多台电炉加料车， 无人化行车自动加料PLC控制系统，可以实现行车自动吸料、自动放料、自动称量。
整个炉后配料无人操作。系统各部分均有手动、自动，保证在出现异常时能保证生产。控制系统可以远距离控制配料系统进行料单修正。
3.2 出料装置
出料装置包括开口机、铁水包等。
开口机
开口机用于打开铁口,放出铁水。
开口机有机械式、液压式、电弧式、烧穿器等多种。
烧穿器
电炉烧穿器的作用是用来烧穿出铁口的。烧穿器由烧穿器本体、母线、轨道、吊挂等组成。烧穿器本体在炉口处是可以移动的，以便对准出铁口。堵出铁口时或不使用时可把它从炉口处移开。烧穿母线为铜排，它的电源来自于电炉变压器，通过铜排把电流连接到烧穿器本体上。烧穿器本体、 8 铜排的吊挂上都装有绝缘件，以保证操作的安全性。
铁水包
铁水包用于铸造车间浇注作业，在炉前承接铁液后，由行车运到铸型处进行浇注
3.3捣炉机
用于使电炉炉内布料均匀，扩大反应区，并消除悬料、捣碎熔渣，减少结壳和料面喷火，达到炉况平顺。
3.4 余热处理
矿热炉生产过程中会产生的大量的高温烟气及辐射热量。通常企业都会将这部分能量收集起来进行二次利用，避免浪费。
1.技术原理：通过余热回收装置，利用生产过程中产生的高温烟气及辐射热量，进行二次回收利用，在余热锅炉内产生中低压蒸汽，进而推动发电设备进行发电。
2.关键技术：矿热炉高温烟气导入余热锅炉，蒸汽驱动汽轮机组从而带动发电。 当余热发电设备出现故障或进行正常维修时进行烟气导出转换。
3.5 除尘系统
采用袋式除尘器系统治理电石炉、矿热炉、硅铁炉的烟尘，是目前电石炉、矿热炉、硅铁炉除尘发展的主流，由于电石炉是高耗能生产设备，烟气中残存的热量多，烟气温度高，因此，不管采取何种型式的布袋除尘器系统，均须采取降温措施。
4  矿热炉安装
电炉的安装可根据现场的实际情况制定安装程序。这里介绍的安装 顺序仅供参考：电炉结构部件的安装由下往上，电极系统部件的安装由上往下。电炉结构部件的安装：电炉炉底工字钢、炉体旋转系统、炉壳和出铁口、矮烟罩、烟道、炉前排烟、下料系统。电极系统部件的安装：电极密封装置、电极升降装置、电极压放装置、电极把持器。然后是短网、水冷系统、烧穿器的安装。最后是液压系统的安装和配管。下料系统的平台以下部分要在短网安装后进行。
4.2 矿热炉调试
电炉的各部分设备安装完成以后要进行空负荷调试，同时对各部分进行调整，使电炉设备能满足设计和使用的要求。
其空负荷试车和调整的内容包括：压力环通过铜瓦抱紧电极、压力环的松开和减压松开电极;抱闸环抱紧电极;电极的压放;电极的升降;烟道帽的开闭;水冷系统的通水和压力试验;下料系统的闸阀的开闭动作;液压系统的全部动作。要求达到运动平稳、无任何卡阻，无任何不正常的反映。无动力的部件也要求达到上述要求。各动作要求不少于5次，凡双向动作的设备在试车时都必须双向试车，单向动作的设备，试车的方向必 须与工作方向一致。
4.3 矿热炉维护
检查：
对烟罩、烟道要定期检查内衬耐火泥是否损坏。烟罩上不得有积累烟尘。对烟罩、烟道整个电绝缘系统定期检查，保持绝缘点上没有烟尘沉积，定期用压缩空气吹扫清理。在每次零、部件维修时都要更换已损坏的绝缘部件。
定期用压缩空气清扫电极系统的绝缘部件。
经常检查短网的紧固件和吊挂连接处。
经常检查各传动部位是否发热;紧固件是否松动;结构件是否有变形和焊缝开裂。 经常检查液压站的油面是否正常，油温是否正常，油泵是否发热、液压油缸是否有渗漏现象。
经常检查水冷电缆、输水胶管外皮是否有破损。冷却水的回水水温是否正常。
维护：
出铁口的维护： 由于间断出铁，这里温度变化大，铁水冲刷，所以出铁口需要经常维护修补。出铁口更换：清除杂物割下旧出铁口，装上新的出铁口。
密封套的调整与检修： 密封套的作用是保护每个电极柱下段的部件不受电炉烟气的热量和电炉的热辐射影响，需及时更换。
铜瓦的拆换：安装后应作压力试验。
导电管和水冷电缆的维护： 水冷电缆和导电管的联接处装有卡环，在安装和检修时要特别注意。
矮烟罩的维护： 矮烟罩的维修主要是对通水构件的维护、检修，防止漏水和烟气泄露。烟道维修也是防止下部水冷段漏水和所有烟管段烟气的泄露。