专利名称：矿热电炉的一步法开炉方法
技术领域：
本发明涉及一种矿石的冶炼方法，尤其是一种矿热电炉的开炉方法。
背景技术：
矿热电炉也被简称为矿热炉。矿热电炉主要由容器状的炉体和从炉体顶部插入的电极构成，在炉体的下部侧壁开设有出料孔。冶炼时，从炉体的上方投入矿石，利用电极发出的高热对矿石进行冶炼。在冶炼时，炉体内的理想形态为最上层是预热料层，其下依次为红料层、粘结层、半成品层、熔池和液态产品层。
对于新矿热电炉或翻新后的矿热电炉来说，其开始使用并第一次冶炼出成品的过程被称为开炉。在开炉之后，即可连续进行生产作业，生产期间不再停顿。对于实际生产来说，开炉方法是否恰当，不但关系到开炉过程本身的能源消耗、时间消耗、劳动强度、生产安全等多种要素，还关系到开炉之后的生产是否能够顺利、是否具有较高的生产效率和是否能够节能。
现有的矿热电炉的开炉方法是两步法，第一步是先对未投矿石的炉体内腔进行加热，即通常所说的烘炉，第二步则是投料进行首期冶炼。在现有方法中，烘炉的方式有两种，一种是先用燃烧的木材烘炉一段时间，再用矿热电炉的电极发出的高热进行烘炉，另一种则是直接采用矿热电炉的电极发出的高热进行烘炉，此前并不用燃烧的木材烘炉。投料冶炼是在烘炉结束后，再投入矿石并利用电极继续加热，使位于下部的矿石熔化并得到冶炼，此后，再采用吹氧等方法开启炉体的出料孔，使冶炼完成并位于炉体底部附近的成品物料从出料孔向外流出，从而完成整个开炉过程。
中国发明专利申请91103883.3号曾经给出了一种矿热炉的开炉方法，该开炉方法是在木材烘炉结束后，将柴碳推向四周，将电极下放至适当部位，向电极送电，使之与炉内柴碳接触而起弧，并在电极负荷升至10A稳定后，即向炉内投料20批冶炼。据称该开炉方法有助于解决电烘阶段耗电高、费时、工人劳动强度大(以前在木烘结束后需除去大量的柴碳和余灰)的问题。就该方法来说，仍然属于传统的两步开炉法，且烘炉方式采用了先木烘、后电烘的方式，只是其电烘的时间有可能缩短，且无需除去木烘后产生的柴碳和余灰。
但是，根据申请人在实践中总结的经验，上述开炉方法并没有解决传统开炉方法所存在的重要缺陷，这些缺陷是1、能源消耗大，开炉成本高。以直接采用矿热电炉的电极发出的高热进行烘炉的开炉方法为例，当用6300KVA的矿热电炉生产硅铁时，其整个开炉过程会耗电40～80万度，电能消耗量极大，且大部分电能都耗费在未对矿石进行冶炼的烘炉阶段，增加了开炉成本。
2、耗费时间长。仍以6300KVA的矿热电炉为例，开炉时间通常需120小时左右，且大部分时间(约100小时)均消耗在烘炉阶段。
3、开炉的成功率低。采用传统方法开炉的成功率通常较低，据统计，一次性即成功开通出料孔的机率是50～60％，很多时候都需要多次用氧气吹通出料孔，一般情况下需用氧气30瓶左右，有时甚至几天都不成功。
4、工人劳动强度高。在烘炉结束后，需向空炉内投入大量矿石及配料进行冶炼。由于是空炉，一次性投料多，且投料是在高温下进行，工人的劳动强度会很高。另外，传统的开炉法通常不易顺畅地开通炉体的出料孔，而频繁开通出料孔的过程也是在高温下进行，这也增大了工人的劳动强度。
5、事故发生率高。如上所述，向空炉内的大剂量投料是在高温下进行的，过高的劳动强度和恶劣的工作环境极易引发事故。同时，由于开通出料孔的过程不顺畅且在高温下进行，也提高了事故的发生率。
6、开炉后的生产效率较低，电能消耗量也较大。如前所述，开炉过程中投入矿石及配料的投料操作的是在高温下进行的，这种投料操作劳动强度大、危险性大、难于精细控制，所投入的矿石及配料在炉体内的分布极不规则，堆积形态和冶炼形态的随机性强，冶炼过程中所需要的熔池和将成品物料从熔池排向出料孔的液流道均需要在开炉完成后的生产过程中逐渐培育，从而对开炉之后的生产遗留下后患。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿热电炉的一步法开炉方法，以降低开炉过程中的能源消耗，缩短开炉时间，提高开炉的成功率，降低工人的劳动强度，减低事故发生率，提高开炉后的生产效率。
本发明的矿热电炉的一步法开炉方法是按以下步骤进行a、先在矿热电炉的炉体内底面铺设一厚度为15～20cm的碳素材料层，再在铺设有碳素材料层的炉体内底面的中央部位铺设一木材堆，并在位于炉体下部侧壁的矿热电炉出料孔至上述木材堆之间的碳素材料层上用木材铺设一条由木材形成的出流道；在铺设木材堆时，先在木材堆内埋设底端置于炉体内底面的碳素材料上、顶端露出木材堆并与矿热电炉的电极底端相接触的由碳素材料制成的导电柱，所埋设的导电柱数量及位置与矿热电炉的电极数量及位置相对应；b、向炉体内投放待冶炼的矿石及配料，使待冶炼的矿石及配料形成原料覆盖层，将上述木材堆、由木材形成的出流道以及导电柱的下部全部覆盖；c、向矿热电炉的电极供电，使上述木材堆、由木材形成的出流道在原料覆盖层的覆盖下碳化，并使位于原料覆盖层下部的原料熔化；d、在原料覆盖层下部的原料熔化并冶炼完成后，开启炉体的出料孔，使位于炉体底部附近的冶炼完成后物料由出料孔向外流出。
在使用本发明的方法时，木材堆厚度、木材堆直径、导电柱的直径及高度、原料覆盖层厚度等指标可根据炉型大小、炉体内腔高度及炉体内腔直径以及矿石的种类、冶炼成品的种类而适当选取。由碳素材料制成的导电柱可直接采用现有市售的用于电炉冶炼的各型成品。用于铺设碳素材料层的碳素材料可以采用兰碳或焦粒。用电极加温的时间、施加的电力负荷等控制参数可根据炉型大小、炉体内腔高度及炉体内腔直径以及矿石的种类、冶炼成品的种类而适当选取。待冶炼的矿石与配料之间的比例可根据矿石的种类、冶炼成品的种类而参照现有技术进行选取。
本发明方法的机理是不再单独对炉体进行烘炉处理，而是将烘炉处理和对矿石的首批冶炼合为一体。当向矿热电炉的电极供电时，该电极会将电流引向导电柱并发出高热，发出的高热会首先使覆盖在原料覆盖层之下的木材堆和由木材形成的出流道碳化，然后，才会使位于原料覆盖层下部的矿石原料逐渐熔化。在矿石原料熔化之后，木材碳化后得到的碳原素和所铺设碳素材料层的碳原素会进入到熔化的矿料内，成为冶炼矿料的有益成份并被反应过程消耗掉。因此，开炉所使用的木材和所铺设的碳素材料层不会成为矿石冶炼的障碍，这一点与前述中国发明专利申请91103883.3号所给出的方案相类似。当然，本发明的方法通常也仅适用于以碳质作还原剂的矿石冶炼的矿热电炉的开炉。
十分重要的是，在本发明的方法中，由于燃点较低的木材会在矿石熔化之前碳化，并在矿石熔化之后熔入矿料之内，因此，先前与木材相接触的矿石会因该处的矿石密度相对较低而易于受热，进而先于其它部位的矿石熔化，这样，木材堆原来占用的空间会在矿料冶炼过程形成熔池，由木材形成的出流道所占用的空间则会在矿料冶炼过程形成由熔池通向矿热电炉出料孔的液流道。生成的上述熔池和液流道十分规整，这对开炉的后续过程(即开通出料孔的操作)和开炉之后的生产都极为重要。需要说明的是，所谓熔池和液流道十分规整是相对于现有的开炉方法而言，在现有的开炉方法中，所得到的熔池和液流道是随机生成的，是极为杂乱且不完备的，通常还需要在其后的生产过程中逐渐培育并使之完备。
在本发明中，在电极的下端设置由碳素材料制成的导电柱的目的是让开炉过程的前期所加热量较小(碳素导电柱的密度比电极低，电阻相对较大)。前期较小的热量仅会使木柴碳化，而不会使矿石迅速熔化，这更有利于熔池的形成。在熔池形成以后，导电柱也即消耗完毕，此时即通过电极直接发出高热，熔化矿石。
在采用本发明的方法时，到了开炉过程的后期，在炉体内就会形成理想的冶炼形态，即由上至下依次形成预热料层、红料层、粘结层、半成品层、熔池和液态产品层。
待首期冶炼完成之后，即可开启炉体的出料孔，使位于炉体底部附近的冶炼完成后物料从出料孔向外流出。通常情况下，可以直接采用由矿热电炉的外部向炉体的出料孔吹氧等现有工艺方法完成开启出料孔的操作。由于已经预先在炉体内形成了由熔池通向矿热电炉出料孔的液流道，因此，在本发明的方法中，开启炉体出料孔的操作将变得十分容易，开通出料孔之后的成品出流也十分流畅。而在采用现有开炉方法时，不但出料孔的开通操作十分困难，耗费时间长，工人的劳动强度高，易于出现事故，出料孔开通之后的成品出流也往往不顺畅，经常出现的情形是初次开通出料孔后，在较短时间内即发生堵塞，又需再次进行开孔操作，并由此循环操作多次。根据实际验证，采用本发明方法之后的一次开孔成功率可达99％以上，且开孔时氧气的使用量极少，一般仪需半瓶至1瓶氧气，而现有方法的一次开孔成功率仅50～60％，且氧气的使用量很大，通常为本发明方法的30～60倍，即需要使用氧气30瓶左右。
在本发明中，并不像传统的现有方法那样，在进行烘炉处理之后，才在高温下投入首批矿石及配料进行冶炼，而是直接在未加温的“冷”炉体内铺设木材堆和由木材形成的出流道，并在木材堆和由木材形成的出流道上覆盖待冶炼的矿石及配料。由于上述操作过程是在未加温的“冷”炉体内进行的，因此，可以大大降低工人的劳动强度和减低事故发生率。同时，在“冷”炉体内装填待冶炼的矿石及配料可以方便地控制矿石及配料的堆砌形态，有利于生成“规整”的熔池和液流道。
本发明的方法不再单独进行烘炉，而是将烘炉处理和对矿石的首批冶炼合为了一体。这样，就可以不再消耗单独烘炉所需要的大量能源。同时，取消单独烘炉过程之后，还会大大缩短开炉时间。仍以6300KVA的矿热电炉生产硅铁为例，采用现有方法开炉时，需耗电40～80万度，用时120小时(5天)左右，采用本发明的方法开炉时，仅需耗电10～15万度，用时24～36小时(1～1.5天)。由此可见，本发明的方法可以极其显著地节约能源，并能够大大缩短开炉所需的时间。
由于本发明方法能够使炉体内生成的熔池和液流道十分规整，开炉之后的冶炼生产就会因此而受益。在采用现有方法开炉时，烘炉完成后投入炉内底部中心的矿石距电极较远(现有的矿热电炉通常设置三根电极，三根电极在同一圆周上等距离分布)，与同时投放到炉体底部其它区域的矿石相比较，这些位于炉内底部中心的矿石受热较小而不易熔化，从而极易在炉内底部中央生成一不熔化的中心硬化区，这一中心硬化区在开炉完成后长期存在，它在冶炼过程仅能被加热至发红而不熔化，白白消耗了能源，且占用了炉内的空间，从而导致开炉之后的生产效率降低，相应提高了冶炼过程中的能耗。而在本发明中，上述炉内底部中心区域先由低燃点的木材堆所占据，低燃点的木材碳化之后，进入该区域的矿石因密度较低而易于升温并熔化，其后又在该处自然地形成了熔池，从而完全避免了中心硬化区的生成，使开炉后的生产效率提高，降低了生产能耗。以6300KVA的矿热电炉生产硅铁为例，采用现有方法开炉后，正常情况下每日可生产硅铁19吨；采用本发明的方法开炉后，在操作方式不变的情况下，每日可生产硅铁21～22吨，日产量可增加2～3吨，而每日消耗的电能与前者相同，从而大大降低了每吨硅铁的生产能耗。经折算，在采用新方法开炉后，平均每生产一吨硅铁可节约电能10～15％。以前每生产1吨硅铁的耗电量为8400～10000度，按保守的算法，现在平均每生产一吨硅铁节约800度电，现在每天生产21吨硅铁，则日节约电能可达16800度。由于开炉之后的生产是连续的、长期的，所以，若将本方法向全国推广，所产生的节能效果将是巨大的。
因此，与前述现有的开炉方法相比较，本发明的方法能够显著降低开炉过程中的能源消耗，大大缩短开炉时间，提高开炉的成功率，降低工人的劳动强度，减低事故发生率，并提高开炉之后的生产效率。本发明的方法适用于各种高载能的矿电热炉的开炉。
本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
具体实施例方式
本实施例是对生产硅铁的6300KVA的矿热电炉进行开炉，具体操作是按以下步骤进行a、先在矿热电炉的炉体内底面铺设一厚度约18cm的碳素材料层(本例中为兰碳层)，再在铺设有碳素材料层的炉体内底面的中央部位铺设一木材堆，并在位于炉体下部侧壁的矿热电炉出料孔至上述木材堆之间的碳素材料层上用木材铺设一条由木材形成的出流道；在铺设木材堆时，先在木材堆内埋设底端置于炉体内底面的碳素材料上、顶端露出木材堆并与矿热电炉的电极底端相接触的由碳素材料制成的导电柱；在本实施例中，所埋设的导电柱数量为3根，其数量与矿热电炉的电极数量(亦为3根)相对应，其埋设位置与矿热电炉的电极位置相对应；所铺木材堆的外形为非标准的半圆形(馒头形)，其最大厚度(底部至圆顶的顶部)为0.5米，最大直径为1.8米；所用导电柱的直径为0.88米，直径为0.7米。
b、将待冶炼的硅石15吨和作为配料的兰碳7.5吨、铁屑2.25吨(铁含量约70％)拌匀后向炉体内投放，使待冶炼的矿石及配料形成原料覆盖层，将上述木材堆、由木材形成的出流道以及导电柱的下部全部覆盖；所设置的原料覆盖层的厚度为0.5～0.8米。
c、向矿热电炉的电极供电，使上述木材堆、由木材形成的出流道在原料覆盖层的覆盖下碳化，并使位于原料覆盖层下部的原料熔化；在向矿热电炉的电极供电后，在3小时内，满炉内形成橙黄色的火焰；此后，根据导电柱的消耗速度，使电极逐渐向下插入，保持电极底端与导电柱顶端的紧密接触，不致产生弧光；一旦原料覆盖层表面温度达到200～300℃，即又开始投料覆盖，并以此法连续投料(即其后只要料面温度达到200～300℃，就再次投料覆盖)。
d、从开始向电极供电起算约30小时，原料覆盖层下部的原料即熔化并冶炼完成，此时由矿热电炉的外部向炉体的出料孔吹氧，进而开启炉体的出料孔，使位于炉体底部附近的成品硅铁由出料孔向外流出，完成整个开炉过程。
在上述开炉过程中，前10个小时内，向电极施加的电力负荷由0逐渐增加至5000KVA；在10～15小时内，施加的电力负荷由5000KVA逐渐增加至6300KVA；在15小时之后的时间里，施加的电力负荷始终保持在6300KVA。
权利要求
1.一种矿热电炉的一步法开炉方法，其特征是按以下步骤进行a、先在矿热电炉的炉体内底面铺设一厚度为15～20cm的碳素材料层，再在铺设有碳素材料层的炉体内底面的中央部位铺设一木材堆，并在位于炉体下部侧壁的矿热电炉出料孔至上述木材堆之间的碳素材料层上用木材铺设一条由木材形成的出流道；在铺设木材堆时，先在木材堆内埋设底端置于炉体内底面的碳素材料上、顶端露出木材堆并与矿热电炉的电极底端相接触的由碳素材料制成的导电柱，所埋设的导电柱数量及位置与矿热电炉的电极数量及位置相对应；b、向炉体内投放待冶炼的矿石及配料，使待冶炼的矿石及配料形成原料覆盖层，将上述木材堆、由木材形成的出流道以及导电柱的下部全部覆盖；c、向矿热电炉的电极供电，使上述木材堆、由木材形成的出流道在原料覆盖层的覆盖下碳化，并使位于原料覆盖层下部的原料熔化；d、在原料覆盖层下部的原料熔化并冶炼完成后，开启炉体的出料孔，使位于炉体底部附近的冶炼完成后物料由出料孔向外流出。
全文摘要
一种矿热电炉的一步法开炉方法，按以下步骤进行a.先在矿热电炉的炉体内底面铺设一碳素材料层，再在炉体内底面的中央部位铺设一木材堆，并在矿热电炉出料孔至上述木材堆之间铺设一条由木材形成的出流道；在铺设木材堆时，先在木材堆内埋设由碳素材料制成的导电柱；b.向炉体内投放待冶炼的矿石及配料，使待冶炼的矿石及配料形成原料覆盖层，将上述木材堆、由木材形成的出流道以及导电柱的下部全部覆盖；c.向矿热电炉的电极供电，使上述木材堆、由木材形成的出流道在原料覆盖层之下碳化，并使位于原料覆盖层下部的原料熔化；d.在原料覆盖层下部的原料熔化并冶炼完成后，开启炉体的出料孔，使冶炼完成后的物料由出料孔向外流出。
文档编号C22B4/00GK1766133SQ200510022070
公开日2006年5月3日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年11月15日
发明者孙孟君 申请人:孙孟君