埋弧还原电炉.doc

埋弧还原电炉(submerged—arcelectricreductionfurnace)
生产铁合金的主体设备，用于对矿石等炉料进行还原熔炼。其生产特点是电极插入炉料，实行埋弧操作，并利用电阻、电弧加热矿石使之还原，故又称矿热炉。还原电炉通常有敞口式、封闭式和半封闭式，炉体有固定式和旋转式等多种形式。设备组成包括：供电系统、电极系统、炉体、烟罩(或炉盖)、加料系统和水冷系统等。此种电炉与用于生产生铁、电石、黄磷、冰铜、低冰镍、刚玉等的电炉有相似之处。
简史在1888～1892年间，法国埃鲁(P．Heroult)首先用电炉法生产电石和铁合金，起初使用的为单相敞口电炉，容量小，设备简单，以炭素炉底的熔池作为一极，挂在手动卷扬机上，末端埋入炉料中的炭质电极作为另一极。到1909年由挪威索德别尔格(C．W．Soederberg)发明并于1919年推广使用自焙电极后，大大推动了还原电炉技术的发展，一种三电极按等边三角形布置的圆形电炉得到了广泛的采用。同时出现了三相三极、三相六极按“一字”形排列的矩形敞口电炉，用于冰铜和锰铁的冶炼。为防止炉料结壳，冶炼含硅75％以上的硅铁电炉采用了圆形旋转式炉体。随着炉子尺寸和功率的增大，环境保护要求的提高，到20世纪50年代，敞口电炉逐渐朝封闭化方向发展，不适宜封闭的敞口电炉(如冶炼硅铁的)，则朝矮烟罩半封闭方向发展。50年代前电炉容量一般在1000～10000kVA左右，进入70年代，电炉容量一般为20000～40000kVA。中国在80年代建成了72750kVA的黄磷电炉，31500kVA的封闭式锰硅电炉，50000kVA的半封闭旋转式硅铁电炉。世界最大的封闭式电炉已达到75000kVA，半封闭式电炉已达到105000kVA。与此同时，炉子的配料、炉料输送、功率调节、电极压放、温度与压力测量、事故报警等也逐渐实现了集中管理、计算机控制。
20世纪80年代以来，瑞典等国开发研制的冶炼铁合金用单电极直流埋弧还原电炉，比交流电炉具有更好的冶金条件，由于具有电极消耗少、噪声低、省电且能改善电网质量等优点，受到世界各国的普遍重视，并得到迅速发展。已建成用于铁合金生产的最大容量直流电弧等离子炉是南非的40000kVA铬铁电炉。中国于1987年和1988年先后在湖北通山和河北张家口，分别建成8000kVA生产工业硅和2000kVA生产锰硅铁的试验性单电极直流电炉，随后张家口又建设了一台6300kVA直流电炉。此种电炉在设备结构上类似单相交流电炉；有的还可做成中空电极，以便将部分粉料通过电极中心孔直接加入炉内。
类型埋弧还原电炉通常根据设备结构特点分类。(1)按炉口形式分为高烟罩敞口式(见图1)、矮烟罩敞口式(将高烟罩降低后，短网由烟罩上部引入的一种改进型)、半封闭式(见图2)和封闭式(见图3)4种。前两种为早期使用的形式，日趋淘汰；广泛采用的是半封闭式和封闭式。(2)按炉体形状分为圆形(有固定式和旋转式两种)、矩形和三角形(角为弧形)。广泛采用的是圆形炉体。(3)按电极数量分为单相单电极、单相双电极、三相三电极和三相六电极的电炉。广泛采用的是电极按等边三角形排列的三相三电极电炉。

图1敞口固定式还原电炉
1-炉壳；2-炉衬；3-电极；4-电极把持器；5-短网；6-高烟罩；7-电极卷扬机及吊挂系统

图2半封闭旋转式还原电炉
1-加料系统；2-气动系统；3-供电系统；4-水冷却系统；5-电极升降装置；6-电极压放装置；
7-液压系统；8-电极把持器；9-半封闭烟罩；10-电极；11-炉体；12-炉体旋转装置

图3封闭固定式还原电炉
1-加料系统；2-气动系统；3-供电系统；4-水冷却系统；5-电极升降装置；6-电极压放装置；
7-液压系统；8-电极把持器；9-炉盖；10-电极；11-炉体
半封闭式还原电炉应用最广。除主要用于需要进行炉口操作的硅铁、硅钙合金等品种冶炼外，还由于这种电炉(特别是中、小型的)便于观察和调整炉况，可适应不同原料条件，有利于改炼品种，因此常将它用来生产各种铁合金。电炉烟罩多为矮烟罩演变而成的半封闭罩，通常在其侧部设置若干个可调节启闭度的炉门，以便既可在需要加料、捣炉操作时开启，又可按要求控制进风量，调节炉气温度，实现烟气除尘甚至余热利用。封闭式还原电炉，亦即带炉盖的密闭电炉。常为不需要进行炉口操作的高碳锰铁、锰硅合金、高碳铬铁等品种的生产所采用。炉内产生的煤气由导管引出，再经净化处理后可回收利用。为便于操作检修，并保证安全运行，封闭电炉炉盖上设置若干个带盖的窥视、检修和防爆孔。这类电炉操作和控制技术要求较高。
主要技术参数根据生产的品种和年产量，首先确定炉用变压器的额定容量，选择变压器的类型(三相或三台单相)、工作电压和工作电流。然后确定电炉的几何参数，包括电极直径，电极极心圆直径