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耐火材料行業知識

礦熱爐爐型結構原理

礦熱爐主要用于還原冶煉礦石,碳質還原劑及溶劑等原料。又稱為電弧電爐或者電阻電爐。主要生產硅鐵,錳鐵,鉻鐵、鎢鐵、硅錳合金等冶金工業中重要工業原料及電石等化工原料。
其工作特點是采用耐火材料作爐襯,使用自培電極。電極插入爐料進行埋弧操作,利用電弧的能量及電流通過爐料的,因爐料的電阻而產生能量來熔煉金屬,陸續加料,間歇式出鐵渣,連續作業的一種工業電爐。
1.2 礦熱爐的冶金原理
礦熱爐生產的基本任務就是把金屬等有用元素從礦石或氧化物中提取出來。礦熱爐生產過程中的化學反應主要是氧化物的還原反應,同時也有元素的氧化反應。
礦熱爐生產的基本原理是基于選擇性氧化還原反應熱力學,其本質是所需元素的氧化物與還原劑反應生成所需元素和還原劑中主要元素的氧化物。
1.3 礦熱爐工藝
礦熱爐通過加料裝置間斷加料入爐,搗爐機維護料面,配備開堵眼機或電弧燒穿器等開口設備開鐵口,液體合金流入鐵水包等容器中,然后運輸至模具處進行澆注,冷卻后,產品入成品庫。鐵渣則通過出渣口間歇式排出。
1.4 礦熱爐分類和用途
電耗值隨原料成分,制成品成分,電爐容量等的不同而有很大差異。這里是約值。
2 礦熱爐主要零部件
2.1 主體構造
主要由爐體,爐蓋、短網,水冷系統,排煙系統,除塵系統,余熱處理系統,電極殼,電極壓放及升降系統,上下料系統,把持器,燒穿器,液壓系統,礦熱爐變壓器及各種電器設備等組成。
2.2 主要零部件及作用
爐體
電爐爐體由爐殼和耐火爐襯組成。
爐殼由爐底板、爐墻板、箍圈和筋板組成,爐殼采用圓形結構,爐殼側板采用厚鋼板,支座為架在混凝土上的槽鋼。
電爐爐襯的內襯使用高鋁質和鎂土質、碳質耐火材料;出爐口附近使用一級鎂磚及鎂質料,結合碳質硅磚等耐火材料砌筑而成。
爐殼
對爐殼的要求是:強度應能滿足爐襯受熱而產生的劇烈膨脹,適應爐襯熱漲冷宿的要求而且力爭節省材料和便于制造。
爐殼上面集成著出鐵口。
爐蓋
密封爐的爐蓋以水冷鋼梁作為骨架砌以耐火磚及耐火材料,爐蓋頂部的三個電極孔主要是讓三相電極把持器貫通爐內,并用絕緣材料使電極把持器與爐蓋絕緣。爐蓋上設有9個溫度計插孔,用保護管插入耐火磚內。將溫度計插入保護管內,可測量爐蓋內爐汽溫度。
煙罩
煙罩的作用是封閉爐口,遮擋輻射熱,收集冶煉反應過程中產出的煙氣,改善操作環境。煙罩由蓋板、側壁、爐門、煙罩骨架等組成。煙罩是由鋼板和型材焊接成形的,呈六邊形。通過煙罩骨架坐在操作平臺上。
煙氣導出管
煙氣導出管的作用是靠自然壓差或除塵器的風機形成矮煙罩內的負壓,實現向外排煙的。每臺電爐設有2個煙道,煙道是用鋼板和型材制作的。煙道由下部水冷段,煙管段、鐘罩閥和煙道吊掛組成。
煙道下部水冷段座在矮煙罩的梁圈上,它是通水冷卻的。煙管段分成若干節,直接通到屋頂外。屋頂外的煙道口上設有鐘罩閥,鐘罩閥是用來封閉煙道的。鐘罩閥是用煙道油缸來開閉的,當需要接入除塵器時關閉鐘罩閥,煙氣通過三通在風機的作用下將煙氣送入除塵器。
電極把持器
電極把持器是礦熱爐的核心設備,它是由導電裝置、抱緊裝置、壓放裝置、升降裝置和把持筒、電極殼組成。電極把持器主要通過抱緊裝置使銅瓦在適宜的壓力下貼緊電機殼,保證從短網傳來的大電流過集電環或無極電環的集電支承器、導電銅管經銅瓦傳到電極上。
我國目前的礦熱爐裝備水平差異較大,使用電極把持器類型較多。目前國內使用的電極把持器如果按照報緊裝置的類型區分。有徑向打螺釘 禁式把持器、大螺栓夾緊式把持器、錐型環式把持器、組合式或標準組件把持器、波紋管式把持器等。
把持筒
把持筒是把持系統中的重要部件之一。把持筒又稱電極外筒,用來懸吊電極把持器和電極,并在操作時能使電極升降。
導電裝置
傳統的導電裝置一搬包括集電環、導電銅管和銅瓦。 集電環主要起均壓作用,將電流集合起來,然后再分配給導電銅管,以使每根電極上每塊銅瓦的電流基本相等. 銅瓦是將電能送到電極的主要部件。銅瓦用紫銅鑄造,其內部有冷卻水管,銅瓦與電極接觸面允許的電流密度在0.9~2.5A/cm2范圍內,銅瓦的高度約等于電極直徑,銅瓦數量可根據每相電極的電流來計算。電極燒結帶是整個電極強度的薄弱環節,銅瓦對電極的抱緊力為0.05~0.15MPa,接觸壓力來源于電極把持器。采用組合把持器的電極有助于改善電極燒結。
電極升降裝置
電極升降裝置使通過提升和下放電極以改變電極位置,調整電極電弧長度來調整電阻,達到調節電流大小的目的。電極升降速度視爐子功率不同而異,一般電極直徑大于1m時電極升降速度為0.2~0.5m/min,小于1m時為0.4~0.8m/min。電極升降行程為2.1~2.6m.
短網
短網是輸送低電壓、大電流電能的裝置,為使他能將取自由電網的能量做有效地輸入礦熱爐,考慮配置合理的短網的結構形式、選擇適宜的短網電流密度,對獲得良好的電力運行指標、 節約有色金屬用量具有很大的經濟意義。短網的主要作用是傳輸大電流,故短網中的電抗和電阻在整個線路中占很大比重,足以決定整個設備的電氣特性,因此必須滿足下面幾個基本要求。
(1) 有足夠的載流能力。
(2) 盡可能降低短網電阻。
(3) 短網的感抗值應足夠小。
(4) 有良好的絕緣及機械強度。
短網補償
礦熱爐的系統電抗的70%是由短網系統產生的,基于這個原因,礦熱爐的自然功率因數很難達到0.85以上,絕大多數的爐子的自然功率因數都在0.7~0.8 之間,較低的功率因數不僅使變壓器的效率下降,消耗大量的無用功,浪費大量電能,且被電力部門加收額外的電力罰款,同時由于電極的人工控制以及堆料的工藝,導致三相間的電力不平衡加大,最高不平衡度可以達到20%以上,這導致冶煉效率的低下,電費增高,因此提高短網的功率因數,降低電網不平衡就成了降低能耗,提高冶煉效率的有效手段。
高壓供電系統
高壓供電系統由高壓進線隔離開關及電壓互感器、高壓真空斷路器及電流互感器、氧化鋅避雷器及阻容吸收保護裝置,構成高壓進線柜、真空開關柜、氧化避雷器及阻容保護柜。
高壓供電系統可向電爐提供主電源,并可進行主回路短路保護,在高壓回路設置過電壓吸收裝置,吸收操作過電壓及浪涌電壓,以保護變壓器。氧化鋅避雷器進行防雷擊保護,進線隔離開關便于調試及維護。
冷卻水系統
由給水系統將水送至高處平臺上,然后由水冷系統將水經水分配器對短網、水冷煙罩、水冷煙囪、壓力環、銅瓦、水冷大套等進行冷卻。另一路將水送入變壓器的強油水冷裝置冷卻變壓器。
2.3 主要備件
1) 砌爐用耐火材料;
2) 電極糊;
3) 變壓器軌道及緊固件;
4) 液壓介質;
5) 銅瓦;
6) 水冷電纜;
3  進料裝置
目前常用的電爐加料系統包括以下兩種:
1.電爐振動輸送加料車
2.電爐自動加配料系統
電爐振動輸送加料車
電爐振動輸送加料車
電爐振動加料車將配好的鐵料移動至電爐加料口上方,利用振動方式將鐵料平穩地加入到電爐中。特點是給料均勻,不卡料,對鐵料顆粒大小沒有嚴格要求。
電爐自動加配料系統
系統包括:微機自動配鐵裝置,無線遙控備料系統,感應電爐熔煉管理系統,可以實現全部數據集中監控、統計、成分自動計算。還包括多臺電爐加料車, 無人化行車自動加料PLC控制系統,可以實現行車自動吸料、自動放料、自動稱量。
整個爐后配料無人操作。系統各部分均有手動、自動,保證在出現異常時能保證生產?刂葡到y可以遠距離控制配料系統進行料單修正。
3.2 出料裝置
出料裝置包括開口機、鐵水包等。
開口機
開口機用于打開鐵口,放出鐵水。
開口機有機械式、液壓式、電弧式、燒穿器等多種。
燒穿器
電爐燒穿器的作用是用來燒穿出鐵口的。燒穿器由燒穿器本體、母線、軌道、吊掛等組成。燒穿器本體在爐口處是可以移動的,以便對準出鐵口。堵出鐵口時或不使用時可把它從爐口處移開。燒穿母線為銅排,它的電源來自于電爐變壓器,通過銅排把電流連接到燒穿器本體上。燒穿器本體、 8 銅排的吊掛上都裝有絕緣件,以保證操作的安全性。
鐵水包
鐵水包用于鑄造車間澆注作業,在爐前承接鐵液后,由行車運到鑄型處進行澆注
3.3搗爐機
用于使電爐爐內布料均勻,擴大反應區,并消除懸料、搗碎熔渣,減少結殼和料面噴火,達到爐況平順。
3.4 余熱處理
礦熱爐生產過程中會產生的大量的高溫煙氣及輻射熱量。通常企業都會將這部分能量收集起來進行二次利用,避免浪費。
1.技術原理:通過余熱回收裝置,利用生產過程中產生的高溫煙氣及輻射熱量,進行二次回收利用,在余熱鍋爐內產生中低壓蒸汽,進而推動發電設備進行發電。
2.關鍵技術:礦熱爐高溫煙氣導入余熱鍋爐,蒸汽驅動汽輪機組從而帶動發電。 當余熱發電設備出現故障或進行正常維修時進行煙氣導出轉換。
3.5 除塵系統
采用袋式除塵器系統治理電石爐、礦熱爐、硅鐵爐的煙塵,是目前電石爐、礦熱爐、硅鐵爐除塵發展的主流,由于電石爐是高耗能生產設備,煙氣中殘存的熱量多,煙氣溫度高,因此,不管采取何種型式的布袋除塵器系統,均須采取降溫措施。
4  礦熱爐安裝
電爐的安裝可根據現場的實際情況制定安裝程序。這里介紹的安裝 順序僅供參考:電爐結構部件的安裝由下往上,電極系統部件的安裝由上往下。電爐結構部件的安裝:電爐爐底工字鋼、爐體旋轉系統、爐殼和出鐵口、矮煙罩、煙道、爐前排煙、下料系統。電極系統部件的安裝:電極密封裝置、電極升降裝置、電極壓放裝置、電極把持器。然后是短網、水冷系統、燒穿器的安裝。最后是液壓系統的安裝和配管。下料系統的平臺以下部分要在短網安裝后進行。
4.2 礦熱爐調試
電爐的各部分設備安裝完成以后要進行空負荷調試,同時對各部分進行調整,使電爐設備能滿足設計和使用的要求。
其空負荷試車和調整的內容包括:壓力環通過銅瓦抱緊電極、壓力環的松開和減壓松開電極;抱閘環抱緊電極;電極的壓放;電極的升降;煙道帽的開閉;水冷系統的通水和壓力試驗;下料系統的閘閥的開閉動作;液壓系統的全部動作。要求達到運動平穩、無任何卡阻,無任何不正常的反映。無動力的部件也要求達到上述要求。各動作要求不少于5次,凡雙向動作的設備在試車時都必須雙向試車,單向動作的設備,試車的方向必 須與工作方向一致。
4.3 礦熱爐維護
檢查:
對煙罩、煙道要定期檢查內襯耐火泥是否損壞。煙罩上不得有積累煙塵。對煙罩、煙道整個電絕緣系統定期檢查,保持絕緣點上沒有煙塵沉積,定期用壓縮空氣吹掃清理。在每次零、部件維修時都要更換已損壞的絕緣部件。
定期用壓縮空氣清掃電極系統的絕緣部件。
經常檢查短網的緊固件和吊掛連接處。
經常檢查各傳動部位是否發熱;緊固件是否松動;結構件是否有變形和焊縫開裂。 經常檢查液壓站的油面是否正常,油溫是否正常,油泵是否發熱、液壓油缸是否有滲漏現象。
經常檢查水冷電纜、輸水膠管外皮是否有破損。冷卻水的回水水溫是否正常。
維護:
出鐵口的維護: 由于間斷出鐵,這里溫度變化大,鐵水沖刷,所以出鐵口需要經常維護修補。出鐵口更換:清除雜物割下舊出鐵口,裝上新的出鐵口。
密封套的調整與檢修: 密封套的作用是保護每個電極柱下段的部件不受電爐煙氣的熱量和電爐的熱輻射影響,需及時更換。
銅瓦的拆換:安裝后應作壓力試驗。
導電管和水冷電纜的維護: 水冷電纜和導電管的聯接處裝有卡環,在安裝和檢修時要特別注意。
矮煙罩的維護: 矮煙罩的維修主要是對通水構件的維護、檢修,防止漏水和煙氣泄露。煙道維修也是防止下部水冷段漏水和所有煙管段煙氣的泄露。

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