密闭电石炉生产教材
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
密闭电石炉生产原理教材
第一讲 设备篇
• 矿热炉的分类与特点
• 1.1铁合金电炉概论 • 占铁合金生产总产量90%以上的硅铁、铬铁、锰铁等铁合金主导产品
及钨铁、钒铁等特殊铁合金产品都是用电炉冶炼的。电炉冶炼具有以 下特点：
• （1）电炉使用电这种最清洁的能源。其他能源如煤、焦炭、石油、 天然气等都不可避免的将伴生的杂质带入冶金过程中。只有采用电炉 才能生产最清洁的合金。
埋弧电炉的特点
• 埋弧电炉是电弧炉中的一种。其特点是在熔炼的 过程中电弧始终埋在炉料之中。
• 埋弧电炉的冶炼过程是连续进行的。炉料连续或 间断的由加料系统送入炉内，电极端为炉料所掩 埋。反应区主要集中在电极端头周围的高温带。 冶炼过程生成的炉渣和金属定期或连续通过出铁 口（或渣口）从炉内排出。炉气通过厚厚的料层 与炉料进行换热之后从料面逸出，因此埋弧电炉 的热效率比裸弧电炉的热效率要高的多。
• P—气体压力、E—电场强度、d—放电间隙
• 气体压力数值很小时电场中气体电离数量很少， 击穿电压很高。气体的击穿电压，与气体的种类 和温度有关。当电压高于击穿电压初期，电压会 维持不变，电流仍然很小，当气体被电流强烈加 热，温度高达一定程度时，阴极具备发射电子的 能力。当气体温度高达几千摄氏度时，气体开始 发生热离解。大量快速运动的分子发生碰撞产生 离子，这时气体导电能力迅速增强，电弧电压迅 速降低，气体中的电流密度迅速增加。电流集中 于一个通道这就是电弧。
• 交流电弧在每一个周期内改变两次，在每1/2周期 内，电弧都经历起弧、长大、衰减、熄弧的过程， 因此交流电弧是不稳定的。
• 在交流电炉中电弧并不是经常停留在电极端部的 某一固定位置，电弧在电极端部经常跳跃。在磁 场作用下，三相交流电弧与电极成一定角度，即 电弧总向炉墙一侧偏转。
• 气体中有大量可移动的电荷 。所有气体中都存在一定数 量的离子和电子，存在微弱的导电性。这种电离通常都由
射线或来自外层空间的宇宙射线激发的。在电场、温度场
的作用下气体发生离解或电离作用，导电离子数量大量增 加。
• 存在使电荷做定向运动的力。在电场的作用下，带电离子 加速运动，从而提高带电粒子的能量。电场强度为零时，
• 3、电极系统 • 电极系统由电极把持器、电极升降装置、电极压放装置组
成。电极把持器有顶丝、锥形环、波纹管压力环、膜式压 力环把持器和组合把持器等几种结构类型。电极把持器应 能保证铜瓦和电极有良好接触使电流均匀分布在电极上。 以减少接触电阻热使电极烧结良好。接触不好或接触电阻 过大会使铜瓦与电极之间打弧，造成铜瓦损坏或电极流糊 软断事故。 • 电极的升降系统有卷扬机传动和液压机构传动两种。改变 电极位置是调整炉内功率分布的主要措施，由于炉料运动 电极电流可能在瞬间发现急剧变化，工艺往往要求电极提 升速度大于下降速度。 • 电极压放装置为抱闸式机构，有带式、蝶形弹簧式和气囊wk.baidu.com式几种。 • 4、加料系统是由料仓、料管、加料机等设备组成。料管 直径、料管数目、料管分布、料管距炉口距离等参数与冶 炼品种和炉料特性有关。
矿热炉设备组成概述
• 矿热炉设备主要由炉体、供电系统、电极系统、 冷却水系统、输料系统、出料系统、控制检测系 统、排烟系统等组成。下面分项叙述：
• 1、炉体由炉壳、炉 衬、出铁口组成。电极下部 是最主要的反应区，在这里电能通过电弧和电阻 转化成热能。炉膛的几何尺寸，包括炉膛的直径、 炉膛的深度、电极和炉膛的相对位置（极心圆直 径）对炉内电流分布和热分布影响很大，是电炉 设计的重要参数。
• 埋弧电炉冶炼的主要产品有生铁、铁合金和工业 硅、电石、黄磷等。
有渣法和无渣法
• 埋弧电炉冶炼提取金属及其合金的方法可 分为有渣法和无渣法两种。
• 工业硅、硅铁、二步法硅铬合金等是用无 渣法生产的，反应区所需的热能主要来自 电弧。
• 高碳锰铁、高碳铬铁等铁合金使用有渣法 生产的，在冶炼过程中几乎电弧加热和电 阻加热同等重要。
气体的残余电离是十分有限的。在外电场作用下，带电离
子将做定向运动。由于气体中游离电荷非常少，电流值则
非常微弱。当电压提高到一定程度，带电粒子从电场获得
能量，导电离子数量迅速增加，这时气体被击穿，由绝缘 体变成导体。该电压称为击穿电压Vb，与气体的压力和放 电间歇大小有关。
•
Vb =(E/P)Pd=Ed
• 采用循环冷却水系统冷却炉壳、炉底通风冷却和 测温有助于改善炉衬工作条件，延长炉衬工作寿 命。
• 2、电炉供电系统 • 电炉供电系统包括开关站、电炉变压器、母线等
供电设施和继电保护设施。 • 大型电炉通常采用三个单相变压器供电，变压器
呈三角形布置。这样做可以缩短变压器到电极的 距离，降低短网阻抗，有利于提高电炉的热效率 和功率因数。一些电炉装有星角转换装置，改变 电源一次接法可以使变压器二次电压改变 3 倍以 满足工艺操作要求。为了适应各种冶炼条件，变 压器设有多个电压等级，大型电炉变压器普遍采 用有载分接开关，可以在冶炼过程中对二次电压 进行分相有载切换，根据炉况特点随时调整电气 参数。大型电炉的熔池电阻较低、阻抗较大，功 率因数普遍偏低。为了补偿功率因数，需要在变 压器的一次侧或二次侧接入电容器进行并联或串 联补偿。
• 5、净化系统
矿热炉中的电弧现象
• 1、电弧生成机理 • 矿热炉中许多重要冶金特性如温度分布、能量传
递、电极消耗、电炉特性等与电弧性质有关。 • 电弧是气体导电形成的。通常气体由中性原子、
分子组成是不导电的。当气体中某些组分在外界 条件下发生电离，气体便具备导电能力。气体电 导率变化范围很大，可以由零变至高于金属的电 导率值。电弧导电必须满足如下两个条件。
• （2）电是唯一能获得任意高温条件的能源。 • （3）电炉中容易实现还原、精炼、氮化等各种冶金反应要求的氧分
压、氮分压等热力学条件。
• 1.2铁合金电炉的分类
• 矿热炉是从矿石中提取有用元素的电炉，矿热炉的热能来自于电弧、 炉料、炉渣的电阻热和化学反应放出的热量。按照其结构形式可分为 敞口炉、矮烟罩电炉、半封闭和密闭式电炉等。按照冶炼工艺方法分 类又可分为埋弧电炉和精炼电炉
第一讲 设备篇
• 矿热炉的分类与特点
• 1.1铁合金电炉概论 • 占铁合金生产总产量90%以上的硅铁、铬铁、锰铁等铁合金主导产品
及钨铁、钒铁等特殊铁合金产品都是用电炉冶炼的。电炉冶炼具有以 下特点：
• （1）电炉使用电这种最清洁的能源。其他能源如煤、焦炭、石油、 天然气等都不可避免的将伴生的杂质带入冶金过程中。只有采用电炉 才能生产最清洁的合金。
埋弧电炉的特点
• 埋弧电炉是电弧炉中的一种。其特点是在熔炼的 过程中电弧始终埋在炉料之中。
• 埋弧电炉的冶炼过程是连续进行的。炉料连续或 间断的由加料系统送入炉内，电极端为炉料所掩 埋。反应区主要集中在电极端头周围的高温带。 冶炼过程生成的炉渣和金属定期或连续通过出铁 口（或渣口）从炉内排出。炉气通过厚厚的料层 与炉料进行换热之后从料面逸出，因此埋弧电炉 的热效率比裸弧电炉的热效率要高的多。
• P—气体压力、E—电场强度、d—放电间隙
• 气体压力数值很小时电场中气体电离数量很少， 击穿电压很高。气体的击穿电压，与气体的种类 和温度有关。当电压高于击穿电压初期，电压会 维持不变，电流仍然很小，当气体被电流强烈加 热，温度高达一定程度时，阴极具备发射电子的 能力。当气体温度高达几千摄氏度时，气体开始 发生热离解。大量快速运动的分子发生碰撞产生 离子，这时气体导电能力迅速增强，电弧电压迅 速降低，气体中的电流密度迅速增加。电流集中 于一个通道这就是电弧。
• 交流电弧在每一个周期内改变两次，在每1/2周期 内，电弧都经历起弧、长大、衰减、熄弧的过程， 因此交流电弧是不稳定的。
• 在交流电炉中电弧并不是经常停留在电极端部的 某一固定位置，电弧在电极端部经常跳跃。在磁 场作用下，三相交流电弧与电极成一定角度，即 电弧总向炉墙一侧偏转。
• 气体中有大量可移动的电荷 。所有气体中都存在一定数 量的离子和电子，存在微弱的导电性。这种电离通常都由
射线或来自外层空间的宇宙射线激发的。在电场、温度场
的作用下气体发生离解或电离作用，导电离子数量大量增 加。
• 存在使电荷做定向运动的力。在电场的作用下，带电离子 加速运动，从而提高带电粒子的能量。电场强度为零时，
• 3、电极系统 • 电极系统由电极把持器、电极升降装置、电极压放装置组
成。电极把持器有顶丝、锥形环、波纹管压力环、膜式压 力环把持器和组合把持器等几种结构类型。电极把持器应 能保证铜瓦和电极有良好接触使电流均匀分布在电极上。 以减少接触电阻热使电极烧结良好。接触不好或接触电阻 过大会使铜瓦与电极之间打弧，造成铜瓦损坏或电极流糊 软断事故。 • 电极的升降系统有卷扬机传动和液压机构传动两种。改变 电极位置是调整炉内功率分布的主要措施，由于炉料运动 电极电流可能在瞬间发现急剧变化，工艺往往要求电极提 升速度大于下降速度。 • 电极压放装置为抱闸式机构，有带式、蝶形弹簧式和气囊wk.baidu.com式几种。 • 4、加料系统是由料仓、料管、加料机等设备组成。料管 直径、料管数目、料管分布、料管距炉口距离等参数与冶 炼品种和炉料特性有关。
矿热炉设备组成概述
• 矿热炉设备主要由炉体、供电系统、电极系统、 冷却水系统、输料系统、出料系统、控制检测系 统、排烟系统等组成。下面分项叙述：
• 1、炉体由炉壳、炉 衬、出铁口组成。电极下部 是最主要的反应区，在这里电能通过电弧和电阻 转化成热能。炉膛的几何尺寸，包括炉膛的直径、 炉膛的深度、电极和炉膛的相对位置（极心圆直 径）对炉内电流分布和热分布影响很大，是电炉 设计的重要参数。
• 埋弧电炉冶炼的主要产品有生铁、铁合金和工业 硅、电石、黄磷等。
有渣法和无渣法
• 埋弧电炉冶炼提取金属及其合金的方法可 分为有渣法和无渣法两种。
• 工业硅、硅铁、二步法硅铬合金等是用无 渣法生产的，反应区所需的热能主要来自 电弧。
• 高碳锰铁、高碳铬铁等铁合金使用有渣法 生产的，在冶炼过程中几乎电弧加热和电 阻加热同等重要。
气体的残余电离是十分有限的。在外电场作用下，带电离
子将做定向运动。由于气体中游离电荷非常少，电流值则
非常微弱。当电压提高到一定程度，带电粒子从电场获得
能量，导电离子数量迅速增加，这时气体被击穿，由绝缘 体变成导体。该电压称为击穿电压Vb，与气体的压力和放 电间歇大小有关。
•
Vb =(E/P)Pd=Ed
• 采用循环冷却水系统冷却炉壳、炉底通风冷却和 测温有助于改善炉衬工作条件，延长炉衬工作寿 命。
• 2、电炉供电系统 • 电炉供电系统包括开关站、电炉变压器、母线等
供电设施和继电保护设施。 • 大型电炉通常采用三个单相变压器供电，变压器
呈三角形布置。这样做可以缩短变压器到电极的 距离，降低短网阻抗，有利于提高电炉的热效率 和功率因数。一些电炉装有星角转换装置，改变 电源一次接法可以使变压器二次电压改变 3 倍以 满足工艺操作要求。为了适应各种冶炼条件，变 压器设有多个电压等级，大型电炉变压器普遍采 用有载分接开关，可以在冶炼过程中对二次电压 进行分相有载切换，根据炉况特点随时调整电气 参数。大型电炉的熔池电阻较低、阻抗较大，功 率因数普遍偏低。为了补偿功率因数，需要在变 压器的一次侧或二次侧接入电容器进行并联或串 联补偿。
• 5、净化系统
矿热炉中的电弧现象
• 1、电弧生成机理 • 矿热炉中许多重要冶金特性如温度分布、能量传
递、电极消耗、电炉特性等与电弧性质有关。 • 电弧是气体导电形成的。通常气体由中性原子、
分子组成是不导电的。当气体中某些组分在外界 条件下发生电离，气体便具备导电能力。气体电 导率变化范围很大，可以由零变至高于金属的电 导率值。电弧导电必须满足如下两个条件。
• （2）电是唯一能获得任意高温条件的能源。 • （3）电炉中容易实现还原、精炼、氮化等各种冶金反应要求的氧分
压、氮分压等热力学条件。
• 1.2铁合金电炉的分类
• 矿热炉是从矿石中提取有用元素的电炉，矿热炉的热能来自于电弧、 炉料、炉渣的电阻热和化学反应放出的热量。按照其结构形式可分为 敞口炉、矮烟罩电炉、半封闭和密闭式电炉等。按照冶炼工艺方法分 类又可分为埋弧电炉和精炼电炉