三相交流矿热炉炉况控制方法及三相交流矿热炉

本发明公开了一种三相交流矿热炉炉况控制方法，所述三相交流矿热炉的炉膛内具有竖直布置的电极，炉膛内的炉料层沿其纵向被分成若干个冶炼区，各冶炼区之间彼此绝缘，每个冶炼区对应一根电极。还公开了一种三相交流矿热炉，包括竖直布置于所述三相交流矿热炉的炉膛内的电极，还包括布置于炉膛内的耐高温绝缘装置，该耐高温绝缘装置将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成若干个冶炼区，从而使各冶炼区之间彼此绝缘，每个冶炼区对应一根电极。该方法和该三相交流矿热炉均能够解决炉料层支路电流对三相交流矿热炉运行的影响，提高炉况稳定性，同时提高三相交流矿热炉运行的二次电压及大幅增加电极的下端头反应区电能，以降低产品单位能耗和提高产量。

技术领域
本发明涉及矿热炉炉况控制方法及矿热炉，具体是涉及一种三相交流矿热炉炉况控制方法及一种三相交流矿热炉。
背景技术
三相交流矿热炉，属矿热炉的一种，冶炼的产品包括硅系、铬系、锰系等铁合金及电石、黄磷等，工作时，电极插入炉膛内的炉料中，实行埋弧操作，通过电极向炉内输入电能量，以电极端部和炉料之间发生的电弧及炉料电阻热为热源进行加热，因此也称电阻电弧炉。炉料熔化后，在电炉内分成三层，最上面的一层是加入的炉料层，第二层是电极的下端头物料熔化形成的反应层，第三层即最下层是熔体（产品）构成的熔融层。对于三相交流矿热炉来说，随着炉料、方法操作的变化，炉料层电阻、炉料层温度、炉料层透气性等也跟着发生变化，炉料层电阻特性也将发生变化，致使炉况反复变化而无法稳定，稍不小心就会造成炉况恶化、电极不下、炉底温度不够、出炉困难，此时从仪表上反应出来则是电流波动大、变压器档位较低（电炉二次电压偏低）、电炉功率因素低，电极升降频繁，而炉内的现象则是：炉料层过热（炉料面结壳、炉料面红料多、局部形成熔洞）、塌喷料严重、炉气温度高、电极上抬严重、炉温低；出炉时则表现为液态产品不顺畅、流速缓慢、产品发粘且易堵塞炉眼、捅眼时圆钢捅不到炉膛中心，最终结果则是产品单位能耗高、产量低，操作人员对此感到十分头疼，造成这样结果的原因主要在于：冷态炉料导电性能差，熔融态混合体是良导体，混合炉料电阻特性是电阻随着温度的升高而降低，当炉料层过热时炉料层支路电流太大，从而影响电极的稳定运行，导致炉况的稳定性很差，这一特点决定了三相交流矿热炉炉况控制的复杂性和难度，也是众多从事矿热炉炉况控制的先行者们至今仍未成功的原因。为了改善三相交流矿热炉炉况不稳定而致使产品单位能耗高、产量低的问题，传统的办法是通过加强炉料面维护、调节配方、加强出炉、调整二次操作电压、升降电极等手段来实现，但这些办法都是在炉况出现恶化趋势时或已经恶化时才被动采取的，这些措施从实施到炉况正常都要经历一个调正时段，或者当对炉况判断不准确而采用不当处理措施时，还会造成炉况进一步恶化，这完全凭借方法操作人员的实践经验来完成，这也就造成了炉况因人而异的怪现象，因此，传统办法对炉况不稳定问题改善效果不是很理想，以致还是存在产品单位能耗高、产量低的问题。
发明内容
一方面，本发明要解决的技术问题是：提供一种三相交流矿热炉炉况控制方法，该方法能够解决炉料层支路电流对三相交流矿热炉运行的影响，提高炉况稳定性，同时提高三相交流矿热炉运行的二次电压及大幅增加电极的下端头反应区电能，以降低产品单位能耗和提高产量。另一方面，本发明还要解决的技术问题是：提供一种三相交流矿热炉，该三相交流矿热炉能够解决炉料层支路电流对三相交流矿热炉运行的影响，提高炉况稳定性，同时提高三相交流矿热炉运行的二次电压及大幅增加电极的下端头反应区电能，以降低产品单位能耗和提高产量。就本发明的方法而言，为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种三相交流矿热炉炉况控制方法，所述三相交流矿热炉的炉膛内具有竖直布置的电极，所述电极插入炉膛内的炉料中，冶炼时，炉料被电极电流加热，由上而下依次形成炉料层、反应层及熔融层，其中，电极的下端头对应反应层，熔融层的液态产品从出炉口流出，所述炉膛内的炉料层沿其纵向被分成若干个冶炼区，各冶炼区之间彼此绝缘，每个冶炼区对应一根电极。所述各冶炼区之间彼此绝缘的下端面位于电极的下端头的端面以上。就本发明的三相交流矿热炉而言，为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种三相交流矿热炉，包括竖直布置于所述三相交流矿热炉的炉膛内的电极，所述电极插入炉膛内的炉料中，冶炼时，炉料被电极电流加热，由上而下依次形成炉料层、反应层及熔融层，其中，电极的下端头对应反应层，熔融层的液态产品从出炉口流出，还包括布置于炉膛内的耐高温绝缘装置，该耐高温绝缘装置将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成若干个冶炼区，从而使各冶炼区之间彼此绝缘，每个冶炼区对应一根电极。该三相交流矿热炉是三相三电极交流矿热炉，所述耐高温绝缘装置由三块耐高温绝缘板组成，所述三相交流矿热炉的炉膛呈圆柱状，所述三块耐高温绝缘板分别竖直插入炉料层所对应的炉膛内，且它们的一侧边于炉膛的中心轴线处结合连接，它们的另一侧边分别与炉膛的相应内壁连接，从而将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成三个在径向方向上完全隔离并绝缘的冶炼区。该三相交流矿热炉是三相三电极交流矿热炉，所述耐高温绝缘装置由三块耐高温绝缘板组成，所述三相交流矿热炉的炉膛呈圆柱状，所述三块耐高温绝缘板分别竖直插入炉料层所对应的炉膛内，且它们的一侧边于炉膛的中心轴线处留有纵向的间隙和/或它们的另一侧边分别与炉膛的相应内壁之间留有纵向的间隙，从而将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成三个冶炼区，各冶炼区在间隙处通过炉料相互连接。该三相交流矿热炉是三相六电极交流矿热炉，所述耐高温绝缘装置由五块耐高温绝缘板组成，所述三相交流矿热炉的炉膛呈长方体状，所述五块耐高温绝缘板分别竖直插入炉料层所对应的炉膛内并均与炉膛的同一对相互对置的侧壁平行，该炉膛的另一对相互对置的侧壁与这些耐高温绝缘板的相应侧边连接，从而将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成六个在宽度方向上完全隔离并绝缘的冶炼区。该三相交流矿热炉是三相六电极交流矿热炉，所述耐高温绝缘装置由五块耐高温绝缘板组成，所述三相交流矿热炉的炉膛呈长方体状，所述五块耐高温绝缘板分别竖直插入炉料层所对应的炉膛内并均与炉膛的同一对相互对置的侧壁平行，该炉膛的另一对相互对置的侧壁与这些耐高温绝缘板的相应侧边之间留有纵向的间隙，从而将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成六个冶炼区，各冶炼区在间隙处通过炉料相互连接。所述耐高温绝缘板的下端面均位于电极的下端头的端面以上。本发明的方法将三相交流矿热炉内的炉料层沿其纵向被分成若干个冶炼区，各冶炼区之间彼此绝缘，每个冶炼区对应一根电极，这样就能实现炉料层电阻的稳定且最大化，使三相交流矿热炉的电极之间的炉料层支路电流降至最低，再由于反应层和熔池的电阻相对比较稳定，这时整个三相交流矿热炉的炉内的电阻相对而言较为稳定，这样输入三相交流矿热炉的电能就能够最大限度地作用于反应层和熔融层，变压器的主要负载是炉内的电阻性负载，因此炉况更加稳定，这种情况下，可以使用较高的二次电压和较低的二次电流，使三相交流矿热炉能够满负载运行，这时电极端头电弧的电压和电流都比较大，电弧半径和弧长则会相对提高很多，从而使三相交流矿热炉反应层和熔融层面积得到扩大，炉底温度始终保持在冶炼所需的很高的水平，从而达到增产节能的目的，在这种情况下三相交流矿热炉的电效率、功率因素、电能利用率将会大幅提高，在一定条件下甚至不需无功补偿就能满足功率因素的要求，这时电能的利用率和电效率非常高。本发明的矿热炉采用耐高温绝缘装置将炉料层所对应的炉膛沿其纵向分成若干个冶炼区，从而使各冶炼区之间彼此绝缘，且每个冶炼区内设置一根电极，工作时，就能实现炉料层电阻的稳定且最大化，使三相交流矿热炉的电极之间的炉料层支路电流降至最低，再由于反应层和熔融层的电阻相对比较稳定，这时整个三相交流矿热炉的炉内的电阻相对而言较为稳定，这样输入三相交流矿热炉的电能就能够最大限度地作用于反应层和熔融层，电极能够最大限度地稳定而深入炉料层运行，因此本发明的三相交流矿热炉炉况更加稳定，从而提高电能的利用率和电效率，达到节能增产的目的。
附图说明
图1为现有三相交流矿热炉基本工作原理示意图；图2为本发明的方法工作原理示意图；图3为本发明的一种三相交流矿热炉的俯视图；图4是图3 a-a向剖面图示意图；图5为本发明的另一种三相交流矿热炉的俯视图；图6为图5 b-b向剖面图示意图；图7为本发明的再一种三相交流矿热炉的俯视图；图8为本发明的又再一种三相交流矿热炉的俯视图。
具体实施方式
为能详细说明本发明的技术特征及功效，并可依照本说明书的内容来实现，下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明。为了更清楚地说明本发明的三相交流矿热炉炉况控制方法，先结合现有三相交流矿热炉基本工作原理来说明本发明的方法的思路，参见图1，为现有三相交流矿热炉工作原理示意图（为了简化，只示意性画出了两根电极2B、2C），图中的箭头表示电流及其流动方向，现有三相交流矿热炉包括炉体1和竖直布置于该三相交流矿热炉的炉膛内的电极2B、2C，电极2B、2C插入炉料内，工作时炉料熔化后，在三相交流矿热炉内分成三层，最上面的一层是的炉料层4，第二层是炉料熔化形成的反应层5，第三层即最下层是熔体（液态产品）构成的熔融层6，电流从其中一根电极2B流入，在两根电极2B、2C之间的炉料层4、反应层5和熔融层6分别形成支路电流，然后在另一根电极2C处汇合后流出，由于炉料层4的支路电流过大，电流通过电极2B、2C之间的炉料层4也会产生大量的热量，致使炉料层4被预热过分严重而使炉料层4的电阻较小，从而造成炉料层4支路电流太大，炉料层4作功太多，炉料层4作功越多，将加剧炉料层4温度升高，使炉料层4电阻进一步下降，这样形成恶性循环，最后炉料层4过热使料面结块、形成大量红料、甚至产生熔洞，造成料面透气性差而发生塌喷料现象，电极升降频繁，炉况极不稳定；另一方面，因为变压器容量一定，其输出能力有限，而炉料层4作功的加剧必然导致反应层5和熔融层6作功降低及三相交流矿热炉炉超负荷运行，造成三相交流矿热炉的电效率、功率因素、电能利用率不高。根据以上所述，要稳定整个三相交流矿热炉炉况以达到增产节能的目的，关键在于稳定整个三相交流矿热炉的炉内电阻，由于反应层5和熔池层6的电阻相对比较稳定，而要稳定炉内电阻，关键又在于稳定炉料层4的电阻，基于这种思路，本发明提出一种三相交流矿热炉炉况控制方法，现结合附图2对该方法进行说明。参见图2，为本发明的方法工作原理示意图（为了简化，也只示意性画出了两根电极2B、2C），图中的箭头表示电流及其流动方向。本发明的一种三相交流矿热炉炉况控制方法，三相交流矿热炉具有炉体1，该三相交流矿热炉包括竖直布置于其炉膛内的电极2B、2C，电极2B、2C插入炉膛内的炉料中，冶炼时，炉料被电极2B、2C电流加热，由上而下依次形成炉料层4、反应层5及熔融层6，其中，电极2B、2C的下端部位对应反应层5，熔融层6的液态产品从出炉口9流出，炉膛内的炉料层4沿其纵向被分成若干个冶炼区，各冶炼区之间彼此绝缘，例如象图2那样在各冶炼区之间设置耐高温绝缘带3即可达到绝缘的目的，每个冶炼区对应一根电极，即冶炼区的数量与电极的数量相同，并且电极的数量应符合三相交流矿热炉工作原理的数量。采用这样的技术方案相当于增大了两两电极（例如图2中电极2B、2C）之间炉料层4的电阻，那么通过两两电极之间的炉料层4的电流非常小，即两两电极之间的炉料层4支路电流能够降至最低，电流对炉料层4作功非常小，炉料层4发热非常轻微，因而整个炉料层4的电阻也相对稳定，炉况也相对稳定，这样就可以尽可能地使用较高的二次电压并让电极稳定深入炉料层4运行，为了使输入炉内电能最大限度地作用于电极端头的反应层5和熔融层6，电极2B、2C的下端部位应对应反应层5，即各冶炼区之间彼此绝缘的下端面应该位于炉膛内的炉料层4与反应层5之间的交接面以上，以获得尽可能大的电效率和电能利用率，降低产品单位电耗；为了尽可能地减少或杜绝炉料层4作功以及避免各冶炼区之间彼此绝缘的下端面被电弧高温损伤而失去绝缘的作用，该各冶炼区之间彼此绝缘的下端面深入炉料层4的深度应位于电极端头的端面以上合适位置，各冶炼区之间彼此绝缘的下端面与电极端头的端面之间的距离保持在10cm及10cm以上为更佳。通过以上描述可知，采用本发明的方法能够改变传统方法操作的不确定性和复杂性，使得炉况控制更加简化；采用本发明的方法，可利用炉气对炉料进行充分预热，然后再入炉，即可采用回转窑-三相交流矿热炉方法路线，这样能够进一步降低电炉对电能的消耗，进一步降低产品单位能耗；采用本发明的方法，三相交流矿热炉的电气几何参数能够在一定程度被放大，从而能够进一步提高三相交流矿热炉的产能。下面通过举例对本发明的三相交流矿热炉炉况控制方法进行详细说明。例如，电石炉冶炼采用本发明的方法时，可利用炉料中的生石灰将炉料层4分隔成三个冶炼区（冶炼区的数量与电极的数量相同且电极的数量应符合三相交流矿热炉工作原理的数量），也就是利用能够耐高温且绝缘性能好的炉料(电石炉的生石灰)构成一个沿炉膛深度方向延伸同时沿炉膛径向方向延伸的耐高温绝缘带3，这样将两两电极之间的炉料层4分隔成三个冶炼区并绝缘，结构如图３所示，然后按照现有的生产过程进行冶炼工作即可，当然本实施例中也可以采用耐高温绝缘板构成耐高温绝缘带3，同样能够达到稳定炉况的目的，也就是说，耐高温绝缘带3可以不限于形式（如耐高温绝缘板或由耐高温且绝缘性能好的矿热炉原料构成的耐高温绝缘带），也不限于形状（如耐高温绝缘带3可以是平面或曲面）只要能够达到耐高温绝缘的作用，就能够实现本发明的目的。下面对本发明的三相交流矿热炉进行说明。实施例一参见图3和图4，为本发明的一种三相交流矿热炉，是一种三相三电极交流矿热炉，包括炉体1、竖直布置于炉膛内的三根电极2A、2B、2C以及布置于炉膛内的耐高温绝缘装置3′，电极2A、2B、2C插入炉膛内的炉料中，冶炼时，炉料被电极2A、2B、2C电流加热，由上而下依次形成炉料层4、反应层5及熔融层6，其中，电极2A、2B、2C的下端部位对应反应层5，熔融层5的液态产品从出炉口10流出，该耐高温绝缘装置3′由三块耐高温绝缘板组成，该三电极交流矿热炉的炉膛呈圆柱状，该三块耐高温绝缘板分别竖直插入炉料层4所对应的炉膛内且它们的一侧边于炉膛的中心轴线处结合连接，该三块耐高温绝缘板的另一侧边分别与炉膛的相应内壁连接，从而将炉料层4所对应的炉膛沿其纵向被分成三个在径向方向上完全隔离并绝缘的冶炼区4-1、4-2、4-3，从而使各冶炼区之间彼此绝缘，该三个冶炼区内分别对应设置电极2A、电极2B和电极2C。实施例二参见图5和图6，为本发明的另一种三相交流矿热炉，是一种三相六电极交流矿热炉，包括炉体1、竖直布置于该三相交流矿热炉的炉膛内的电极2A、2B、2C和2X、2Y、2Z以及布置于炉膛内的耐高温绝缘装置3′，电极2A、2B、2C和2X、2Y、2Z插入炉膛内的炉料中，冶炼时，炉料被电极2A、2B、2C和2X、2Y、2Z电流加热，由上而下依次形成炉料层4、反应层5及熔融层6，其中，电极2A、2B、2C和2X、2Y、2Z的下端部位对应反应层5，熔融层6的液态产品从出炉口10流出，该耐高温绝缘装置3′由五块耐高温绝缘板组成，这些耐高温绝缘板上端分别与一个液压油缸8连接，这些液压油缸8固定于矿热炉烟罩7上，在液压油缸8与矿热炉烟罩7之间垫有绝缘底座9，这样将这些耐高温绝缘板悬挂于炉料层4中且由液压油缸8驱动能够上下运动，从而能够调整这些耐高温绝缘板插入炉料层4的深度，该三相交流矿热炉的炉膛呈长方体状，该五块耐高温绝缘板分别竖直插入炉膛内并均与炉膛的同一对相互对置的侧壁平行，该炉膛的另一对相互对置的侧壁与这些耐高温绝缘板的相应侧边连接，从而将炉料层4所对应的炉膛沿其纵向被分成六个在宽度方向上完全隔离并绝缘的冶炼区4-1、4-2、4-3、4-4、4-5、4-6，从而使各冶炼区之间彼此绝缘，该六个冶炼区内分别对应设置电极2A、电极2X、电极2B、电极2Y、电极2C和电极2Z。上述两个实施例中，为了使输入炉内电能最大限度地作用于反应层5和熔融层6，电极2A、2B、2C或2A、2B、2C 、2X、2Y、2Z的下端部位与反应层4相对应，即耐高温绝缘板的下端面应位于炉膛内的炉料层4所对应的炉膛的下端面之上，以提高电效率和电能利用率，降低产品单位电耗；为了尽可能地减少或杜绝炉料层4作功以及避免耐高温绝缘板的下端面被电弧高温损伤而失去绝缘分隔作用，耐高温绝缘板的下端面应位于电极端头的端面以上，耐高温绝缘板的下端面与电极2A、2B、2C或2A、2B、2C 、2X、2Y、2Z端头的端面之间的距离保持在10cm及10cm以上为更佳。上述两个实施例中，炉膛呈圆柱状或长方体状，该炉膛还可以是其他形状，例如棱台状或呈水平截面为椭圆的柱状；电极的数量不仅限于三根或六根，还可以是符合三相交流矿热炉工作原理的其它数量，这种情况下，炉料层4所对应的炉膛沿其纵向被分成的冶炼区的数量应与此时电极的数量相等并一一对应设置，即每个冶炼区内设置一根电极；耐高温绝缘板不仅仅局限于平面的板，还可以是曲面的板，组成耐高温绝缘装置3′不仅仅局限于耐高温绝缘板，还可以是其他适当的形状或形式，如利用能够耐高温且绝缘性能好的炉料(如电石炉的生石灰)构成一个沿炉膛深度方向延伸同时沿炉膛径向方向延伸的活动绝缘带，这样将两两电极之间的炉料层4冶炼区并绝缘，也就是说，只要能够达到耐高温绝缘的作用即可。上述两个实施例中，耐高温绝缘装置3′将炉料层4所对应的炉膛分成的冶炼区在宽度或径向方向上是完全隔离并绝缘的，也可以如图7和图8所示那样是不完全隔离并绝缘的，即根据不同的矿热炉实际炉况，也可在耐高温绝缘板的相应侧边之间和/或耐高温绝缘板的侧边与炉膛的内壁之间留有间隙，各冶炼区在间隙处通过炉料相互连接，也能达到本发明的目的。另外，需要说明的是，制成上述耐高温绝缘装置3′或耐高温绝缘板的材料可以从现有的材料中选用，选用要求是：耐高温的温度应不低于三相交流矿热炉内最高冶炼温度，绝缘性能应对于三相交流矿热炉的变压器最高二次电压能够可靠绝缘。上面参照实施例对本发明进行了详细描述，是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，均在本发明的保护范围之内。