一种应用于烧结工艺的等离子体装置的制作方法

1.本实用新型涉及烧结厂铁矿石烧结技术领域，特别是涉及一种应用于烧结工艺的等离子体装置。


背景技术：

2.铁矿石烧结是目前最重要的造块技术，铁矿石在一定的高温作用下，部分颗粒表面发生软化和熔化，产生一定量的液相，并与其他未熔矿石颗粒作用，冷却后粘结成块。目前，广泛采用带式抽风烧结机，将混合料配以适量的水分，混合、制粒后，铺在带式烧结机的炉箅上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下地进行。烧结点火的目的是为固体燃料的强烈燃烧和把表层烧结料加热至烧结过程所需的温度创造条件，并形成一定厚度的燃烧带，从而借助负压抽风逐步引燃各层燃料使烧结自上而下地进行。目前，各烧结厂普遍采用高炉煤气和转炉煤气作为介质气进行点火，点火强度差，影响料层表面烧结矿的产、质量。
3.烧结杯是用于模拟生产条件、探索工艺参数的一套杯状小型试验装置，生产工艺的改进无一不是通过烧结杯试验的基础上获得的。目前，大多数的烧结杯点火介质主要有煤气或液化石油气，在点火罩通入煤气后，还需在助燃风的作用下进行点火。由此，一旦点火失败后，下一次点火时，点火罩内残存的燃气容易产生“震爆”现象，不利于实验室安全试验操作。此外，采用煤气或液化石油气点火，料面点火效果相对较差，容易出现“烧不透”的现象，导致混合料表层的返矿率较高。
4.因此，亟待提供一种新型的烧结装置，以解决现有技术中所存在的上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种应用于烧结工艺的等离子体装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够有助于烧结矿液相生成，决定了优质烧结矿的产生，从而提高烧结矿的产品质量。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.本实用新型提供一种应用于烧结工艺的等离子体装置，包括控制柜和等离子体点火装置，所述等离子体点火装置包括等离子体发生器；所述控制柜内设置有电源、整流模块以及控制单元，所述整流模块一端与所述电源连接，另一端与所述等离子体发生器连接，所述整流模块、所述电源以及所述等离子体点火装置均与所述控制单元连接。
8.优选的，所述等离子体点火装置还包括等离子体高频装置，所述整流模块通过所述等离子体高频装置与所述等离子体发生器连接，所述等离子体高频装置用于对所述等离子体发生器施加高频电力。
9.优选的，所述整流模块设置有若干个，所述等离子体高频装置的数量以及所述等离子体发生器的数量均与所述整流模块的数量对应相同。
10.优选的，所述整流模块通过插拔结构能够拆卸安装于所述控制柜内。
11.优选的，所述整流模块、所述等离子体高频装置以及所述等离子体发生器均设置有四个。
12.优选的，所述控制单元采用plc控制单元。
13.优选的，所述等离子体发生器采用一级旋流空气稳弧等离子体发生器。
14.优选的，所述一级旋流空气稳弧等离子体发生器包括阴极和阳极，所述阳极内中部设置有通道结构，所述阴极的一端靠近所述通道结构，所述阴极的外围设置有进气通道，所述进气通道上设置有介质气接头，用于通入工作介质气，所述进气通道与所述通道结构连通，所述进气通道与所述阴极连接的一侧设置有绝缘材料层；所述阳极和所述阴极上分别设置有阳极接线柱和阴极接线柱，所述阳极接线柱以及所述阴极接线柱均与所述等离子体高频装置连接。
15.优选的，所述介质气接头连接有进气管，所述进气管包括进气主管和进气支管，所述进气支管一端与所述进气主管连通，另一端用于连接所述介质气接头；所述进气主管用于通入工作介质气，所述工作介质气采用压缩空气，所述进气主管上设置有总阀门和稳压阀，所述进气支管上设置有压力表和压力开关。
16.优选的，所述等离子体高频装置安装于安装架内，所述进气管设置于所述安装架的顶部。
17.本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
18.本实用新型提供的应用于烧结工艺的等离子体装置，采用等离子体点火，简化了点火工艺，几乎没有升温过程，瞬间达到烧结所需温度；点火能力提高，火焰穿透力强，促进了传热、传质过程，改善了表层点火效果，有助于烧结矿液相生成，决定了优质烧结矿的产生，从而提高烧结矿的产品质量。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本实用新型中应用于烧结工艺的等离子体装置的结构示意图；
21.图2为本实用新型中等离子体发生器的工作原理示意图；
22.图3为本实用新型中等离子体发生器的结构示意图；
23.图中：1-控制柜、111-电流表a、112-电流表b、113-电流表c、114-电流表d、121-电压表a、122-电压表b、123-电压表c、124-电压表d、13-电源指示灯、14-运行指示灯、15-操控屏、16-故障指示灯、17-急停按钮、2-等离子体点火装置、21-等离子体发生器、211-等离子体发生器a、212-等离子体发生器b、213-等离子体发生器c、214-等离子体发生器d、215-阳极、216-阴极、217-电弧、218-等离子体电弧、219-绝缘材料层、2110-工作介质气、2111-介质气接头、2112-阳极接线柱、2113-阴极接线柱、221-等离子体高频装置a、222-等离子体高频装置b、223-等离子体高频装置c、224-等离子体高频装置d、23-压力开关、24-压力表、25-总阀门、26-稳压阀、27-压缩空气。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型的目的是提供一种应用于烧结工艺的等离子体装置，以解决现有技术存在的问题，能够有助于烧结矿液相生成，决定了优质烧结矿的产生，从而提高烧结矿的产品质量。
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
27.实施例一
28.如图1-3所示，本实施例中的应用于烧结工艺的等离子体装置，包括控制柜1和等离子体点火装置2，等离子体点火装置2包括等离子体发生器21，控制柜1内设置有电源、整流模块以及控制单元，整流模块一端与电源连接，另一端与等离子体发生器21连接，整流模块、电源以及等离子体点火装置均与控制单元连接；等离子体点火装置2还包括等离子体高频装置，整流模块通过等离子体高频装置与等离子体发生器21连接，等离子体高频装置用于对等离子体发生器21施加高频电力，实现点火。在本实施例中，等离子体高频装置以及整流模块根据具体工作需要从现有技术中进行选择。
29.在本实施例中，采用等离子体点火，简化了点火工艺，几乎没有升温过程，瞬间达到烧结所需温度；点火能力提高，火焰穿透力强，促进了传热、传质过程，改善了表层点火效果，有助于烧结矿液相生成，决定了优质烧结矿的产生，从而提高烧结矿的产品质量。
30.等离子体是固体、液体、气体三种物质基本形态之外的第四态，是因气体分子热运动加剧相互碰撞而电离形成的由正离子和电子组成的混合物。电离过程中，正离子和电子总是成对出现，等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体对外呈现准电中性。
31.在本实施例中，控制柜1以整流模块为核心，整流模块的单机输出为250v/80a，整流模块采用模块化设计，采用常用的插拔结构，能够拆卸安装于控制柜内；整流模块应用高频开关电源变换技术，完成交流到直流的ac-dc变换功能。
32.在本实施例中，整流模块设置有若干个，等离子体高频装置的数量以及等离子体发生器21的数量均与整流模块的数量对应相同；具体地，整流模块、等离子体高频装置以及等离子体发生器均设置有四个，其数量也可以根据具体工作需要来进行调整。等离子体高频装置包括等离子体高频装置a221、等离子体高频装置b222、等离子体高频装置c223和等离子体高频装置d224，等离子体发生器对应包括等离子体发生器a211、等离子体发生器b212、等离子体发生器c213和等离子体发生器d214。
33.在本实施例中，控制单元采用plc控制单元，主要实现系统运行逻辑控制及外部信号采集，提供全面的在线模拟量和开关量数据信息。
34.在本实施例中，如图2-3所示，等离子体发生器21采用一级旋流空气稳弧等离子体发生器；具体地，一级旋流空气稳弧等离子体发生器包括阴极216和阳极215，阳极215内中部设置有通道结构，阴极216的一端靠近通道结构，阴极216的外围设置有进气通道，进气通道上设置有介质气接头2111，用于通入工作介质气，进气通道与通道结构连通，进气通道与
阴极216连接的一侧设置有绝缘材料层219；阳极215和阴极216上分别设置有阳极接线柱2112和阴极接线柱2113，阳极接线柱2112以及阴极接线柱2113均与等离子体高频装置连接。
35.在本实施例中，介质气接头2111连接有进气管，进气管包括进气主管和进气支管，进气支管一端与进气主管连通，另一端用于连接介质气接头2111；进气主管用于通入工作介质气，工作介质气采用压缩空气27，或者根据工作需要选择其它的工作介质气；进气主管上设置有总阀门25和稳压阀26，进气支管上设置有压力表24、压缩空气阀门和压力开关23。
36.在本实施例中，等离子体高频装置安装于安装架内，进气管设置于安装架的顶部。
37.如图2所示，本实施例中一级旋流空气稳弧等离子体发生器的工作原理如下：
38.阴极216和阳极215之间通过高频高压击穿而导通，由等离子体开关电源输出恒定的直流电流形成电弧217；在介质气和阳极215的通道结构的作用下，电弧217沿阳极215壁面由阴极216爬至阳极215的出口附近，形成相对稳定的气体电弧放电状态，将介质气电离成等离子体，并从阳极出口喷出高温射流。
39.运行参数如下：
40.介质气压力：7-14kpa；
41.工作电流：40-70a；
42.工作电压：230-300v；
43.启弧电流：60a。
44.电源参数如下：
45.交流输入电压：三相380v；
46.额定功率：60kw；
47.交流输入电流：120aac；
48.额定直流输出电流：240adc；
49.输出电流调节范围：30-80a(单模块)；
50.等离子体发生器电压范围：0-250v dc；
51.频率：45-55hz。
52.在本实施例中，控制柜的界面上显示设置电流、实际电流和实际电压三个主要运行参数，电压和电流都是对应等离子体发生器的电压和电流，如图2所示，电流是流过阴极和阳极的电流，电压是阴极和阳极之间的电压，设定电流是启动前预先给定的电流，实际电流就是在这个预先给定的电流条件下，运行后的实际电流。启动方式分为两种，一种是同时启动方式，一种是单独启动方式。
53.本实施例应用于烧结工艺的等离子体装置操作步骤如下：
54.1、打开总阀门，通入压缩空气，以达到启动条件。
55.2、在控制柜的操控屏中选择启动方式并设置电流数值。
56.3、允许启动指示灯为绿色即可启动等离子体装置，点火开始。
57.本实施例以电点火替代煤气点火，达到点火温度要求，解决了料面点火效果相对较差，混合料表层的返矿率较高的问题，此外，等离子体发生器可同时或单独运行，整体灵活性强、操作简便、运行合理。
58.实施例二
59.本实施例中场景为固定床，本实施例在原有的烧结杯试验装置基础上，将煤气点火罩替换为等离子体点火装置，具体操作步骤如下：
60.配料、混料：将原料、燃料按适当的比例混合、制粒。
61.布料：将大粒径的烧结矿铺设在烧结杯的箅条上作为铺底料，防止混合料落入真空室，再将混合料倒入烧结杯中，厚度大约700mm。
62.点火：4个压缩空气阀门均调至20kpa，符合气压条件指示灯变绿，参照图3，采用同时启动方式，电流设置为70a。允许启动指示灯变绿，即可启动点火。点火时长2min，点火温度大约1200℃。
63.成品率指标如表1所示。
64.实施例三
65.本实施例中场景为流动床，本实施例将生产线上的点火炉火嘴更换为等离子体点火装置，在其他条件不变的情况下进行烧结：
66.烧结料床横向至少安装两排等离子体发生器，为方便工艺升级，且距离烧结料表面高度可调，但一般不超过300mm。压缩空气阀门均调至20kpa，电流设置为70a，启动点火，点火温度大约1200℃。此外，在台车两侧布置可移动的等离子体发生器，对料层表面未成功烧结的混合料进行二次点火烧结。
67.成品率指标如表1所示。
68.表1成品率指标对比
69.实施例二未使用本发明指标对比％77.472.3 5.1实施例三未使用本发明指标对比82.678.7 3.9
70.从表1中数据可知，采用本实用新型后，烧结矿的成品率有所提高。烧结杯试验的烧结矿成品率提高了5.1％，应用到烧结生产线的烧结矿成品率提高了3.9％。等离子体技术发展成熟后，烧结矿成品率预计可以提高5-15％。
71.本实用新型应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。