一种交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法与流程

本发明涉及矿热炉冶炼，尤其涉及一种交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法。

背景技术：

1、矿热炉是一种利用电极向炉料输入电能，并借助电弧热及炉料电阻热完成高温还原熔炼的工业炉，主要用于硅铁、工业硅及其他铁合金产品的生产，现有矿热炉通常采用三相交流供电，通过电极埋入料层形成高温反应区，使矿石与碳质还原剂发生还原反应，并实现熔融产物与炉渣分离，其作用在于持续提供冶炼所需热量，维持炉内还原、熔化及保温过程。

2、在公开号为cn113428863b的中国专利中，公开了一种碳化硅冶炼节能制备方法及节能型冶炼炉，将u型冶炼槽在地面以下用高强度耐火砖砌建成带通气道式的炉床，既可以保证冶炼炉的透气性，又能保证冶炼所需的保温性，减少了热损失。碳化硅冶炼至少需要4台炉体进行循环作业，每台冶炼炉都必须从变压器接入正负极电压，四台冶炼炉形成了大循环，母线线路长，损耗大，电能浪费严重。本方法将大循环中的每台电极加装开关，变成小循环线路，减少线路损耗。采用节能型整流柜对端网供电，供电稳定，可根据天气气温条件进行电流调节，节约电能，可使每吨碳化硅电耗下降100度。同时，本申请的冶炼炉，通过集气罩将产生的烟气进行收集后集中集中处理，可以避免经烟气直接排放导致的环境污染的问题。

3、针对上述及现有的相关技术，往往存在以下缺陷：现有矿热炉节能改造多集中于缩短供电线路、降低短网损耗或稳定输入电流，难以兼顾原有炉体的低成本直流化改造，同时冶炼过程中缺少对埋弧覆盖状态的连续判定，局部缺料或电弧外露时，通常依赖人工补料和调整电极，响应滞后，容易造成电压波动、功率偏差及热量损失，并加剧电极损耗，影响冶炼过程的稳定性与节能效果。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有技术中存在交流供电损耗较高、埋弧状态难以及时判断，补料及电极调节响应滞后，导致冶炼稳定性与节能效果不足的缺点，为此我们提出一种交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法。

2、为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：一种交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，包括以下步骤：

3、s1、将硅石与碳质还原剂筛分、烘干、配料后送入矿热炉，其中10mm-30mm硅石占比≥75%，5mm-20mm碳质还原剂占比≥80%，炉料水分≤3%；

4、s2、保留原炉体及布料、出炉和冷却系统，拆除原交流炉变，设置整流变压器、整流装置和直流电抗器，使顶部阴极电极、炉料、熔融区及炉底阳极形成直流回路；

5、s3、以低电流起弧，依次进行预热、保温和烧结，直流负荷按每8h提升10%额定功率递增；

6、s4、控制阴极电极插入料层并以恒功率模式熔炼，以5min-10min时间窗口计算电压波动系数和功率残余偏差率，当二者分别＞8%、绝对值＞6%且持续3min以上时，切换为限流限压模式，并向对应电极区域补入其料层消耗量1.2-1.5倍的炉料；

7、s5、补料时保持电极不动，若两参数未回落至恢复阈值，则控制电极按50-100mm步长逐级下移，每次静置2min后重新判定；参数恢复后，按每2min提升2%额定电流，达到额定值80%以上时解除电压限制并恢复恒功率熔炼；

8、s6、完成渣硅分离、出炉浇注、烟气除尘和余热回收，并按负荷及炉温调节冷却水。

9、优选的，在步骤s1中，所述硅石占比、碳质还原剂占比及炉料水分均按质量百分比计算，所述硅石与碳质还原剂分别完成筛分和烘干后再进行配料混合。

10、优选的，在步骤s2中，所述炉底阳极采用分片式结构，各分片阳极独立接入直流回路，并与顶部阴极电极一一对应设置。

11、优选的，在步骤s3中，所述预热、保温和烧结分别为低温预热、中温保温及高温烧结，当前一阶段炉温及直流负荷稳定后进入后一阶段。

12、优选的，在步骤s4中，所述电压波动系数为连续时间窗口内电极电压标准差与平均电压的比值，所述功率残余偏差率为恒功率补偿后的实际功率与设定功率之差占设定功率的百分比。

13、优选的，在步骤s4中，对所述功率残余偏差率取绝对值后与预警阈值比较，且仅在电压波动系数和功率残余偏差率同时超过对应预警阈值并持续3min以上时，判定埋弧覆盖趋于失效，所述恢复阈值低于对应预警阈值。

14、优选的，在步骤s4中，各顶部阴极电极分别与对应的分片阳极及炉顶定点下料口建立区域对应关系，补料量为对应区域单位时间料层消耗量的1.2-1.5倍。

15、优选的，在步骤s5中，定向补料完成后继续采集电极电压、电极电流及实际功率，并按照步骤s4中的时间窗口重新计算两参数，仅在两参数未回落至恢复阈值时控制电极逐级下移。

16、优选的，在步骤s5中，每次电极下移并静置2min后重新判定两参数，当两参数均回落至恢复阈值时停止电极下移，随后逐级恢复电流设定值，并在解除电压限制后切换至恒功率模式。

17、优选的，在步骤s6中，熔融硅液依次经浇注、冷却定型及精整处理后得到成品，炉口烟气经密闭负压收集、除尘净化后进入余热回收单元，回收余热用于炉料烘干或余热发电，循环冷却水系统分别对炉体、电极及短网进行水冷散热。

18、本发明的技术效果和优点：

19、本发明通过分片式炉底阳极与顶部阴极电极形成对应回路，结合电压波动系数和功率残余偏差率共同判断埋弧状态，可在料层覆盖恶化前及时切换限流限压模式，并依次执行定点补料和电极逐级下移，减少电弧外露、热量损失及电极损耗，埋弧恢复后逐级恢复电流，同时配合烟气余热回收及冷却水按负荷调节，有利于提高冶炼稳定性和综合节能效果。

1.一种交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s1中，所述硅石占比、碳质还原剂占比及炉料水分均按质量百分比计算，所述硅石与碳质还原剂分别完成筛分和烘干后再进行配料混合。

3.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s2中，所述炉底阳极采用分片式结构，各分片阳极独立接入直流回路，并与顶部阴极电极一一对应设置。

4.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s3中，所述预热、保温和烧结分别为低温预热、中温保温及高温烧结，当前一阶段炉温及直流负荷稳定后进入后一阶段。

5.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s4中，所述电压波动系数为连续时间窗口内电极电压标准差与平均电压的比值，所述功率残余偏差率为恒功率补偿后的实际功率与设定功率之差占设定功率的百分比。

6.如权利要求5所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s4中，对所述功率残余偏差率取绝对值后与预警阈值比较，且仅在电压波动系数和功率残余偏差率同时超过对应预警阈值并持续3min以上时，判定埋弧覆盖趋于失效，所述恢复阈值低于对应预警阈值。

7.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s4中，各顶部阴极电极分别与对应的分片阳极及炉顶定点下料口建立区域对应关系，补料量为对应区域单位时间料层消耗量的1.2-1.5倍。

8.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s5中，定向补料完成后继续采集电极电压、电极电流及实际功率，并按照步骤s4中的时间窗口重新计算两参数，仅在两参数未回落至恢复阈值时控制电极逐级下移。

9.如权利要求8所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s5中，每次电极下移并静置2min后重新判定两参数，当两参数均回落至恢复阈值时停止电极下移，随后逐级恢复电流设定值，并在解除电压限制后切换至恒功率模式。

10.如权利要求1所述的交流矿热炉改直流埋弧冶炼的节能工艺方法，其特征在于：在步骤s6中，熔融硅液依次经浇注、冷却定型及精整处理后得到成品，炉口烟气经密闭负压收集、除尘净化后进入余热回收单元，回收余热用于炉料烘干或余热发电，循环冷却水系统分别对炉体、电极及短网进行水冷散热。