25500kVA鎳鐵礦熱爐工程可行性研究報(bào)告

25500kVA鎳鐵礦熱爐工程1總論1.1項(xiàng)目背景青山控股集團(tuán)有限公司是青山鋼鐵董事局麾下一家主要從事不銹鋼及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售的全國(guó)無區(qū)域企業(yè)，它起步于二十世紀(jì)八十年代，發(fā)展于九十年代。集團(tuán)公司注冊(cè)資本三億二千萬元人民幣，現(xiàn)企業(yè)總資產(chǎn)人民幣46億元，員工4000余人。2009年，企業(yè)年產(chǎn)量達(dá)83萬多t,總產(chǎn)值達(dá)到121億元，利稅達(dá)10億元，在國(guó)內(nèi)不銹鋼行業(yè)處于領(lǐng)先地位。集團(tuán)公司現(xiàn)下轄浙江青山鋼鐵有限公司、浙江瑞浦機(jī)械有限公司、福建鼎信實(shí)業(yè)有限公司、河南青山金匯不銹鋼產(chǎn)業(yè)有限公司、河南青浦合金材料有限公司、清遠(yuǎn)市青山不銹鋼有限公司、松陽青山不銹鋼有限公司等10余家直屬企業(yè)。生產(chǎn)基地跨越浙江、福建、上海、廣東、河南等地；并在廣西、江蘇等地有多家合資或合作的與不銹鋼生產(chǎn)有關(guān)聯(lián)的企業(yè)。集團(tuán)公司在國(guó)內(nèi)外建有完善的營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)，在溫州、上海、無錫、佛山設(shè)有直屬銷售公司，銷售渠道遍布全國(guó)并躋身東南亞、歐美等國(guó)際市場(chǎng)。主要產(chǎn)品有不銹鋼連鑄、棒線材、板帶鋼、型鋼、鎳鐵等，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于石油、化工、機(jī)械、電力、汽車、造船、航空航天、食品、制藥和裝潢等領(lǐng)域。企業(yè)技術(shù)裝備精良、工藝流程先進(jìn)、質(zhì)量控制手段完善。先后通過國(guó)內(nèi)外一系列質(zhì)量體系認(rèn)證，擁有當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的煉鋼、連鑄、連軋、穿孔等設(shè)備，并建有技術(shù)先進(jìn)的研發(fā)中心和設(shè)施完善的產(chǎn)品測(cè)試中心，在2008年獲得中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可證書。此外,企業(yè)還擁有國(guó)外進(jìn)口的大噸位冶煉設(shè)施、全自動(dòng)冶煉控制系統(tǒng)、裝備先進(jìn)的大方圓坯連鑄機(jī)及國(guó)內(nèi)同行領(lǐng)先的特鋼棒線材連軋生產(chǎn)線等。集團(tuán)連續(xù)數(shù)年榮膺中國(guó)民營(yíng)企業(yè)500強(qiáng)、中國(guó)制造業(yè)500強(qiáng)、中國(guó)黑色冶金及壓延加工業(yè)500強(qiáng)、浙江省百強(qiáng)企業(yè)、浙江省制造業(yè)百強(qiáng)、浙江省百強(qiáng)民營(yíng)企業(yè)；并被評(píng)選為2008年中國(guó)民營(yíng)科技企業(yè)500強(qiáng)、思源工程先進(jìn)單位、“139富民攻堅(jiān)計(jì)劃”先進(jìn)集體；企業(yè)注冊(cè)并使用的“青特”商標(biāo)被認(rèn)定為浙江省著名商標(biāo)；公司還是中國(guó)金屬協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì)副會(huì)長(zhǎng)單位和中華全國(guó)工商業(yè)聯(lián)合會(huì)冶金業(yè)商會(huì)副會(huì)長(zhǎng)單位；企業(yè)還先后榮獲中國(guó)建設(shè)銀行總行AAA級(jí)信用等級(jí)客戶、中國(guó)農(nóng)業(yè)銀行浙江省分行AAA級(jí)資信企業(yè)、中國(guó)質(zhì)量信用AAA級(jí)企業(yè)、浙江省對(duì)外貿(mào)易守信合作單位等榮譽(yù)稱號(hào)。企業(yè)始終秉承“透明、公平、公正”的經(jīng)營(yíng)理念，倡導(dǎo)“以人為本、以法治廠、以質(zhì)興企、以新興業(yè)”的管理模式，青山控股集團(tuán)以“咬定青山不放松，無限風(fēng)光在險(xiǎn)峰”的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，不斷提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，致力于打造中國(guó)不銹鋼品牌，以期為振興民族不銹鋼產(chǎn)業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。近年來，青山控股集團(tuán)公司在全球范圍內(nèi)尋找資源，開發(fā)不銹鋼上游原材料，最終選定印尼PTAntam公司為其紅土礦資源合作伙伴。青山控股集團(tuán)公司與PTAntam公司將合資在印尼開采紅土礦，并建設(shè)利用紅土礦生產(chǎn)鎳鐵及不銹鋼的工廠。紅土礦采用回轉(zhuǎn)窯-電爐工藝煉鎳鐵在國(guó)外是成熟技術(shù)，但在國(guó)內(nèi)還沒有一家生產(chǎn)工廠；更別說生產(chǎn)鎳鐵和不銹鋼的聯(lián)合工廠。為降低海外投資風(fēng)險(xiǎn)，青山控股集團(tuán)公司決定先在國(guó)內(nèi)投資建設(shè)，最終選定在福安灣塢建設(shè)本鎳鐵項(xiàng)目。建設(shè)后將年產(chǎn)60萬t/a不銹鋼板坯。該項(xiàng)目采用回轉(zhuǎn)窯干燥焙燒、預(yù)還原，得到800?900C高溫預(yù)還原焙砂，把鉻礦與高溫焙砂熱裝，在大型鎳鐵礦熱爐內(nèi)，冶煉成含鎳鉻的不銹鋼半成品，液態(tài)不銹鋼半成品再熱裝進(jìn)AOD爐精煉，經(jīng)連鑄成不銹鋼坯。該項(xiàng)目利用境外礦產(chǎn)資源，大力發(fā)展民族經(jīng)濟(jì)。其工藝流程緊湊，是冶金工業(yè)節(jié)能減排的短流程工藝的典型范例，在國(guó)內(nèi)外均處于領(lǐng)先水平。項(xiàng)目一期工程正處于施工建設(shè)階段，配套的兩臺(tái)33000kV?A國(guó)內(nèi)最大的大型鎳鐵礦熱爐，爐型為矩形爐(長(zhǎng) 16mK寬8m)。二期工程配套兩臺(tái)25500kVA大型鎳鐵礦熱爐，爐型為圓形(①16600X61001.2主要研究依據(jù)青山控股集團(tuán)有限公司與四川大學(xué)簽定的研究合同。(2)青山控股集團(tuán)有限公司提交相關(guān)工程技術(shù)資料。(3)四川大學(xué)已撐握的礦熱爐工程關(guān)鍵技術(shù)資料。主要研究?jī)?nèi)容(1)甲方籌建的25500kV-A大型鎳鐵礦熱爐工程國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀調(diào)研分析。(2)大型鎳鐵礦熱爐節(jié)能型變壓器及一、二次側(cè)電壓等技術(shù)參數(shù)的選擇及生產(chǎn)廠家考察比選。(3)大型鎳鐵礦熱爐電極直徑、極心圓直徑、爐膛直徑、爐膛深度、爐殼內(nèi)徑與高度等工藝技術(shù)參數(shù)比選。(4)大型鎳鐵礦熱爐把持器關(guān)鍵技術(shù)選擇。(5)大型鎳鐵礦熱爐爐體長(zhǎng)壽關(guān)鍵技術(shù)選擇。(6)大型鎳鐵礦熱爐配料、物料平衡、能量平衡、冶煉電耗等分析計(jì)算與預(yù)測(cè)。主要研究結(jié)論要點(diǎn)(1)由于25500kV-A鎳鐵礦熱爐，在國(guó)內(nèi)屬于最大的利用紅土礦生產(chǎn)鎳鐵的礦熱爐；由于國(guó)內(nèi)紅土礦資源稀少，對(duì)鎳鐵礦熱爐相關(guān)研究很少，可供參考借鑒的大型鎳鐵礦熱爐工程數(shù)據(jù)較少。本工程關(guān)鍵技術(shù)方案，如礦熱爐二次側(cè)電壓、電極直徑與材質(zhì)、極心圓直徑、爐膛直徑與深度、爐殼內(nèi)直與高度、電極把持器形式、爐體內(nèi)襯結(jié)構(gòu)與耐火材料選取等均存在一定的技術(shù)和工程上的風(fēng)險(xiǎn)。本工程項(xiàng)目建成后，采用紅土礦進(jìn)廠，不銹鋼坯出廠，全程熱裝熱送的工藝流程。生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，流程極短，可有效降低冶煉鎳鐵的冶煉電耗，以期達(dá)到節(jié)能減排，節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。工藝流程在國(guó)內(nèi)外尚屬首次采用，具有先進(jìn)實(shí)用的特點(diǎn)。二期工程配套兩臺(tái)25500kV?A大型鎳鐵礦熱爐，爐型為三相三電極圓形爐(①16600X610)礦熱爐變壓器由三臺(tái)8500kV?A單相殼式變壓器組合而成，滿足長(zhǎng)期超載30%。冶煉鎳鐵時(shí)，二次側(cè)采用Dd0連接，礦熱爐二次電壓范圍：400~520~690V,全部電壓要求恒功率輸出?？紤]到以后可能轉(zhuǎn)煉高碳鉻鐵，將二次側(cè)采用Ydu連接，二次電壓范圍：231?399V。電壓級(jí)數(shù)共60級(jí)，采用有載電動(dòng)調(diào)壓。一次電壓：35kV，50Hz。25500kV-A大型鎳鐵礦熱爐投產(chǎn)初期的1?2年內(nèi)，電極把持器采用壓力環(huán)把持器，電極為①960石墨電極。待所有生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試運(yùn)行正常，同時(shí)生產(chǎn)操作人員對(duì)設(shè)備都能控制自如時(shí)，從節(jié)約生產(chǎn)成本出發(fā)，并根據(jù)一期工程33000kV-A投產(chǎn)情況，決定是否將壓力環(huán)把持器更換為組合把持器，電極改為直徑①1200自焙電極。通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外相似的冶煉紅土礦或銅鎳精礦的大型礦熱爐進(jìn)行比較，最終確定本工程項(xiàng)目25500kV-A大型鎳鐵礦熱爐工藝技術(shù)參數(shù)為：石墨電極直徑960mm、極心圓直徑4200±00mm、超負(fù)荷30%時(shí)爐底功率密度188kVA/m2、爐殼內(nèi)徑16600mm、爐殼高度6100mm、爐膛內(nèi)徑15000mm、爐膛深度3500mm。(6)通過綜合比較，電爐變壓器建議選用節(jié)能型殼式變壓器，因其具有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如機(jī)械強(qiáng)度高，抗短路能力強(qiáng)；冷卻效果好，過載能力強(qiáng)；噪音小，損耗低；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸安裝等。(7)長(zhǎng)壽礦熱爐不僅直接減少昂貴的大中修費(fèi)用，而且可以避免由于停產(chǎn)所引起的巨大經(jīng)濟(jì)損失。為了盡可能地延長(zhǎng)本工程項(xiàng)目25500kV?A大型鎳鐵礦熱爐使用壽命，對(duì)礦熱爐的爐底及爐墻采用了大型高爐爐底爐缸耐火材料內(nèi)襯的砌筑方案。爐底的耐火材料內(nèi)襯采用工作層和導(dǎo)熱性永久層型式的內(nèi)襯。爐底下部的永久層由高度為261mm的高鋁質(zhì)澆注料、高度為121mm的碳化硅質(zhì)自流澆注料和高度300mm的石墨碳磚與高度600mm的鎂碳磚構(gòu)成。石墨碳磚與爐底鋼板之間設(shè)置有冷拔無縫鋼管、工字鋼組成的爐底冷卻裝置。爐底上部的工作層由一層高度為600mm的鎂鋁磚、一層高度為800mm的鎂鉻磚構(gòu)成。爐底的石墨碳磚采用1500mrH400mM300mm的大塊碳磚砌筑，其余層均采用具有雙向錯(cuò)臺(tái)外形特征的特異型大塊磚砌筑，以獲得持續(xù)的穩(wěn)定、密封效果。爐墻仍然采用永久層和工作層的砌體結(jié)構(gòu)方式。側(cè)壁中下部的反應(yīng)區(qū)、熔池區(qū)的工作層由具有凹凸鑲嵌形狀的鎂鉻大塊制品構(gòu)成，側(cè)壁上部砌筑標(biāo)普型鎂磚。工作層鎂鉻磚與立式冷卻水套（冷卻壁）之間，頂緊冷卻水套砌筑小塊微孔碳磚。小塊微孔碳磚與鎂鉻磚設(shè)60mm寬度的填料縫，縫中填充高性能碳素?fù)v打料。綜上得出：爐底厚度為2600mm,爐墻厚度800mm;則爐殼內(nèi)徑16600mm、爐殼高度6100mm。（8）物料需求與煤氣發(fā)生量全部使用拉茲紅土礦（紅土礦A）冶煉1t鎳鐵需4.99t紅土礦A焙砂，5.28t紅土礦A干礦，6.35t紅土礦A濕礦；焦炭176.15kg;石灰479.04kg。礦熱爐每小時(shí)產(chǎn)生的爐氣量為1445.24Nm3/h。（9）冶煉電耗估算全部使用ZHEHAAIS21紅土礦（紅土礦B）冶煉1t鎳鐵需6.52t紅土礦B焙砂，6.80t紅土礦B干礦，8.20t紅土礦B濕礦；焦炭172.78kg。礦熱爐每小時(shí)產(chǎn)生的爐氣量為1398.80Nm3/h全部使用拉茲紅土礦（紅土礦A）進(jìn)行冶煉，冶煉1t鎳鐵所需紅土礦A焙砂冷料為4.99t，此時(shí)冶煉1t鎳鐵的理論冶煉電耗為3558.37kW?ht鎳鐵。若采用熱裝法冶煉鎳鐵時(shí)，冶煉1t鎳鐵理論上節(jié)約電能1122.24kW?ht鎳鐵。故用熱裝法冶煉鎳鐵，紅土礦預(yù)還原焙砂溫度達(dá) 850C以上，其冶煉理論電耗2436.13kW?h/t鎳鐵。2國(guó)內(nèi)外鎳鐵礦熱爐技術(shù)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外銅鎳精礦礦熱爐技術(shù)現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)外采用礦熱爐熔煉硫化銅鎳精礦的冶煉廠主要有中國(guó)的金川、磐石、吉林鎳業(yè)公司、云南冶煉廠、前蘇聯(lián)的北鎳、貝辰加、諾里斯克，加拿大的湯普森、鷹橋、南非的瓦特瓦爾、恩施皮雷森、杰茲卡茲干、皮爾多普等廠。一般來說，加拿大、南非等國(guó)家的礦熱爐機(jī)械化、自動(dòng)化程度均較高，前蘇聯(lián)次之，我國(guó)基本上是停滯不前。主要是因?yàn)?980年以后我國(guó)有色冶金重點(diǎn)放在發(fā)展閃速爐冶煉技術(shù)，關(guān)于礦熱爐技術(shù)的工程化研究，文獻(xiàn)報(bào)道不多，可資利用的工程數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)資料十分有限。我國(guó)用大型礦熱電爐熔煉銅鎳精礦已經(jīng)40年多的歷史了。先后建成六臺(tái)大型礦熱電爐，總?cè)萘窟_(dá)108500kV?A，在我國(guó)的銅鎳生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。曾經(jīng)的云南冶煉廠先后建設(shè)兩臺(tái)30000kV?A電爐是當(dāng)時(shí)我國(guó)建設(shè)的第一臺(tái)大型煉銅礦熱電爐，熔煉制粒焙燒銅精礦。該電爐1960年7月投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)是根據(jù)原蘇聯(lián)五十年代的技術(shù)設(shè)計(jì)建造，爐用變壓器由3臺(tái)10000kV?A單相變壓器組成，總?cè)萘繛?0000kVA，電極直徑①1200mm爐型為六電極矩形爐。電極采用卷揚(yáng)機(jī)升降，用鋼帶吊掛人工下放，導(dǎo)電系統(tǒng)用軟電纜，電極孔基本沒有采用密封。投產(chǎn)時(shí)花了四個(gè)月的時(shí)間才使?fàn)t況基本穩(wěn)定下來，初期生產(chǎn)很不正常，前三年的每噸爐料電耗指標(biāo)均在 850kW?h/t以上。1968年投產(chǎn)的金川16500kVA熔煉鎳精礦焙砂的1號(hào)礦熱電爐，也是六電極矩形電爐，采用3臺(tái)5500kV-A單相變壓器供電，爐料經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)、箕斗、圓盤給料機(jī)、上料刮板運(yùn)輸機(jī)送入料倉，爐料進(jìn)入礦熱電爐進(jìn)行冶煉。爐體和云冶電爐基本相同，電極則是采用液壓結(jié)構(gòu)。投產(chǎn)雖較順利，但初期生產(chǎn)也不穩(wěn)定，多次發(fā)生漏爐、斷電極、漏油著火等重大事故，前三年的每噸焙砂電耗也都在850kW?h/t以上，此期間的最高供電功率為7000kV?A左右，日處理能力不過280t物料。云冶和金川經(jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，已逐步掌握了電爐熔煉技術(shù)，并對(duì)電爐進(jìn)行了多方面的改造，使電爐生產(chǎn)能力大大提高，基本杜絕了重大事故的發(fā)生，單位電耗顯著下降。當(dāng)時(shí)云冶電爐電耗已下降到400kW?h/t料以下，金川電爐電耗曾也降到了670kW?h/t焙砂。二十世紀(jì)七十年代建設(shè)的磐石鎳礦熔煉鎳精礦干燥球團(tuán)的 12500kV?A的礦熱電爐，由一臺(tái)三相變壓器供電，為三電極矩形電爐。該電爐吸取云冶、金川的經(jīng)驗(yàn)，革新了爐體結(jié)構(gòu)，雖然電極也用卷揚(yáng)升降，但改為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，而且用可控硅自動(dòng)控制；另外用軟銅帶導(dǎo)電系統(tǒng)代替了原來的軟電纜導(dǎo)電系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了防磁的電極孔密封裝置。該電爐1979年已順利投產(chǎn)，未發(fā)生任何事故，生產(chǎn)穩(wěn)定，一開始就取得了電耗670kW?h/t干料的指標(biāo)?？梢钥闯觯覈?guó)銅鎳礦熱電爐冶煉技術(shù)從二十世紀(jì)八十年來已有了很大的發(fā)展，備料、操作、設(shè)備、電氣等方面都取得了不少進(jìn)步。但目前基本上仍處于這一時(shí)期的裝備水平，主要是因?yàn)殚W速爐冶煉技術(shù)的發(fā)展，使得礦熱爐技術(shù)幾經(jīng)邊緣化，近二十年來幾乎沒有任何重大的改進(jìn)。如云銅公司1992年引進(jìn)投產(chǎn)了艾薩爐煉銅技術(shù)，礦熱爐只是作為艾薩爐停產(chǎn)時(shí)的備用生產(chǎn)設(shè)備。金川集團(tuán)公司也引進(jìn)了閃速爐冶煉冰鎳，隨后礦熱爐就基本停產(chǎn)，近年來為了實(shí)現(xiàn)做大做強(qiáng)的目標(biāo)，才又重開礦熱爐，用以冶煉銅精礦。國(guó)內(nèi)目前各廠基本上均系人工憑經(jīng)驗(yàn)配料與加料。只有磐石鎳礦曾在1981年，為改善電爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和加料操作條件，取消手動(dòng)閘板閥，采用

了自行開發(fā)的煉鎳礦熱爐電振自動(dòng)密封加料方法，效果較好。它是由電磁振動(dòng)給料機(jī)、下料管處設(shè)置的活動(dòng)弧形密封板和控制箱盤、控制線路元件組成,分別安裝在電極之間的爐頂兩側(cè)。左右分別各設(shè)計(jì)一組，有單獨(dú)的控制盤和控制箱及操作室。表2-1為國(guó)內(nèi)大型礦熱爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，表2-2為國(guó)外大型礦熱爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。表2-1國(guó)內(nèi)大型礦熱爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名稱云南冶煉廠1號(hào)爐云南冶煉廠2號(hào)爐金川集團(tuán)處理物料銅鎳礦銅鎳礦銅鎳精礦處理爐料量/t子內(nèi)部尺寸：長(zhǎng)浚湛24X6.65822.3>.8X.521.58.5X.0爐底面積/159.6129118電極中心距或分布圓直徑/m3.33.23.0電極直徑/m1.21.21.1電極數(shù)量/根666電爐的額定容量/kVA30000(10000>6)30000(10000X)16500(5500>3)變壓器二次側(cè)電壓/V320?696310?700173?275變壓器二次側(cè)最大電流/A300003810020000爐底單位面積功率/kVA-m2188232125熔池深度/m1.9?2.02.0?2.12.0?2.1锍層厚度/m600?800550?800锍放出口數(shù)量233锍放出口距爐底高度/mm410、485100、370、500100、400、400放渣口數(shù)量244渣放出口距爐底高度/mm1365、14401368、1277

電極電流密度A-cm-22.73.42.55單位能耗/kWh?420?440400600?620電極糊單耗/kgt-13~44~54~6每日電極壓放長(zhǎng)度/mm-d-1200?300150?200電極插入深度/mm400~500400?700表2-2國(guó)外大型礦熱爐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名稱北鎳公司彼阡克諾林公司湯姆遜瓦特范爾今賈恩施皮雷森處理物料銅鎳礦銅鎳精礦銅鎳精礦銅鎳精礦銅鎳精礦:銅鎳精礦銅精礦銅精礦爐子內(nèi)部尺寸長(zhǎng)＞寬＞高或直徑11.2爲(wèi).24020.5X.5X.922.7X.5X.123.2X.0X.127.4X.71X.9626.0X.0X.514.1X.5X.035.66X0.67爐底面積/5811312613918418292380分布圓直徑/m3.03.03.23.23.763.43.0電極直徑/m1.21.11.11.21.221.251.051.8電極數(shù)量/根36666636電爐的額定容量/kVA30000(30000X1)31500(10500X3)50000(16667X3)45000(15000X3)18000(6000X3)19500(6500X3)5500(5500X1)51000(17000X3)變壓器二次側(cè)電壓/V390?500314?683475?800266?743160?300170?350120?210150?500變壓器二次側(cè)最大電流/A3150015400258302492032500爐底單位面積功率/■2kVAm25172813963249810760134熔池深度/mm2500230027002500?27001118?12192300锍層厚度/m600?800600?800600?800600?900600?750760锍放出口數(shù)量33443放渣口數(shù)量24441332放渣口距爐底咼度/mm150017501750145015251560965電極電流密度A-cm"22.781.642.72.22.65噸料單位能耗/kW-hf1780?815710740525?625400?430689460噸料電極糊單耗/kgt"12.94.14.12.8?3.41.75?1.9:2.72.46噸料煙氣量/m3t"118001700?19001700?19001200?1400噸料耗水量/m3t-1334.44每日電極壓放長(zhǎng)度/mm-d-1400?500450?500450?500450130國(guó)外氧化鎳礦（紅土礦）生產(chǎn)鎳鐵的礦熱爐技術(shù)現(xiàn)狀國(guó)外先后采用礦熱爐熔煉氧化鎳礦（紅土礦）的冶煉廠主要有法國(guó)鎳公司新喀里多尼亞多尼安博（Donniambo）冶煉廠、日本太平洋金屬公司八戶（Hachinohe）冶煉廠、日本住友金屬礦業(yè)公司日向冶煉廠、印度尼西亞阿尼卡坦姆邦（AnekaTambang公司波馬拉廠、印度尼西亞國(guó)際鎳公司梭羅阿科（Sorowako）廠、多米尼加鷹橋鎳公司圣多明各廠、哥倫比亞塞羅 馬托莎（CerroMatoso）公司蒙特利巴諾（Montelibano）廠、希臘拉瑞姆納（Larymna）公司、美國(guó)漢納（Hanna）礦業(yè)公司、烏克蘭PFK公司、馬其頓FENI公司、委內(nèi)瑞拉LomadeNiguel公司、巴西Codemin公司等等。上述這些冶煉廠冶煉紅土礦生產(chǎn)鎳鐵合金，大都是采用RKEF工藝流程，即回轉(zhuǎn)窯-電爐法，又稱Elkem法。雖然都是采用RKEF工藝，但每個(gè)冶煉廠的具體工藝制度都不盡相同，比如紅土礦脫水的溫度，是否在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行預(yù)還原等。（1）法國(guó)鎳公司新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠法國(guó)鎳公司新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠于1958年建立Elkem法。先后建設(shè)10500kVA電爐八臺(tái)，33000kVA電爐三臺(tái)。該法借助于新喀里多尼亞礦石的高鎳（Ni2.5%）、低鐵（Fe10?15%）與MgO/SiO?比值適度（0.6?0.7）,不需加熔劑，即可產(chǎn)出含Ni20%的鎳鐵，而且礦石中的鐵60?70%被還原，30?40%進(jìn)入渣中，渣含鎳僅0.1%左右，所以鎳的回收率相當(dāng)高。由于采用覆蓋式熔池，低電極插入，爐頂溫度低，電耗僅 550?600kW?h/t干礦。電爐的入爐礦石塊度為20mm,經(jīng)回轉(zhuǎn)窯850C煅燒后，進(jìn)入電爐，同時(shí)加入約4%的焦炭，在電爐中鎳、鐵還原后，得到粗鎳鐵合金，再經(jīng)精煉后得到鎳鐵產(chǎn)品。10500kV?A的電爐，直徑11m，設(shè)計(jì)日處理礦石量500t。熔煉1t干礦電耗為550kW?h。三電極埋弧操作，常用二次電壓為150V。電極插入深度根據(jù)爐渣電導(dǎo)自動(dòng)控制。哥倫比亞塞羅馬托莎公司蒙特利巴諾廠哥倫比亞塞羅馬托莎公司蒙特利巴諾廠電爐為51000kV?A圓形電爐，爐膛內(nèi)徑為21000mm,爐殼有特殊冷卻裝置以保護(hù)爐墻。爐頂用吊頂。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)二次電壓為490V~1090V,電極直徑為①1800自焙電極。(3)日本住友金屬礦業(yè)公司日向冶煉廠日本住友金屬礦業(yè)公司日向冶煉廠建于1956年9月,1968年后進(jìn)行改造，采用回轉(zhuǎn)窯-電爐流程，建成4座回轉(zhuǎn)窯和4臺(tái)電爐，其中25000kV-A電爐兩臺(tái)，14000kV-A電爐兩臺(tái)。年產(chǎn)鎳鐵12500t。該廠總結(jié)出熔煉過程中幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：鎳鐵的RKEF工藝中,電能消耗占成本的65%左右；采用高功率負(fù)荷操作；采用焙砂溫度：850?900C;采用覆蓋熔池式操作；采用較高的二次電壓;適當(dāng)?shù)臓t渣堿度：MgO/SiO2=0.68~0.70;適當(dāng)控制金屬的還原：鎳還原近100%,鐵60%進(jìn)入金屬中;焙砂的運(yùn)送系統(tǒng)包括：計(jì)量包、運(yùn)輸罐、爐頂料包、落料漏斗等均加保溫襯里,并實(shí)行自動(dòng)化操作,可減少熱輻射損失4186MJ/h。、(4)印度尼西亞國(guó)際鎳公司梭羅阿科廠國(guó)際鎳公司于1974?1978年建立起45000kV?A圓形電爐三臺(tái)，年產(chǎn)含鎳35000t的鎳锍工廠與相應(yīng)的紅土礦基地。最初開采西部礦石鎳品位高達(dá)2.4%,但酸性過大(SiO2/MgO=2.4);后與含Ni1.8%、SiO2/MgO=1.6的較堿性的東部礦石配合,得到含Ni2.0%、SiO2/MgO=1.9的混合礦,鎳回收率90%采用三臺(tái)45000kV?A電爐、①18m圓形電爐處理預(yù)還原后的紅土礦。采用大直徑①2000mm低單位面積功率的原因是為了盡量保護(hù)爐墻不受腐蝕。但是投產(chǎn)后，爐墻仍發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，其原因?yàn)椋孩俚V石的SiO2/MgO為2.2?2.4，相對(duì)鎂磚來講，酸度過大；②渣的液相線溫度相對(duì)太低；③熔化粗粒爐料的橄欖石，需要有足夠的過熱溫度。為此，將爐料的 SiO2/MgO降到1.9；使渣液相線溫度提高50C;減少西部礦粗粒中的橄欖石含量，以降低爐渣所需的過熱溫度。排渣溫度為1550C。為了保護(hù)爐墻不被腐蝕，在渣線一帶采用外殼淋水冷卻。放出口附近，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。爐頂加水冷的鋼梁，梁外加耐火材料，減少熱損失。電爐的能耗與經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模和燃料價(jià)格相關(guān)，用煤代替部分油，電耗由 516?580kW-h/t增加到580?600kWh/t.電爐功率從36MW提高到40MW。（5）多米尼加鷹橋鎳公司圣多明各廠多米尼加鷹橋鎳公司的電爐熔煉原料來自還原車間的產(chǎn)物 -經(jīng)過脫水、制團(tuán)、豎爐煅燒、部分還原的（850C）熱煅燒球團(tuán)礦。不屬于RKEF流程，但電爐的配置、構(gòu)造、電氣制度等可以供參考。該廠建設(shè)55500kV-A六電極矩形電爐三臺(tái)，年產(chǎn)鎳鐵28750t。每臺(tái)電爐有三臺(tái)18500kV-A單相變壓器組成，二次電壓為349?1265V。碳素電極直徑為1000mm,單位面積功率263kW/m2。（6）日本八戶冶煉廠日本八戶冶煉廠先后建設(shè)60000kVA電爐一臺(tái)，25000kVA電爐一臺(tái)，40000kV-A電爐一臺(tái)。其中只有60000kV-A電爐生產(chǎn)鎳鐵，電極直徑為1700mm,爐殼直徑為16.5m，爐殼高度為5.8m。（7）美國(guó)漢納礦業(yè)公司美國(guó)漢納礦業(yè)公司的RKEF工藝的特點(diǎn)是采用改良的尤他法,即在回轉(zhuǎn)窯中只預(yù)熱煅燒而不是預(yù)還原,在電爐中也主要是熔化,只加部分還原劑,選擇性地還原出一部分鐵和鎳,熔融體在路外加硅鐵還原得到粗鎳鐵,精煉后得到產(chǎn)品鎳鐵。先后建設(shè)14000kV-A二電極圓形電爐四臺(tái)，爐膛內(nèi)徑為8m,爐膛深度為3m,自焙電極直徑為1m。常用二次操作電壓為465V。3電爐變壓器技術(shù)參數(shù)的選擇礦熱爐變壓器的技術(shù)要求（1）由于爐料電阻、原料及電源電壓經(jīng)常變化，要求變壓器有較多的調(diào)壓級(jí)數(shù)，每級(jí)輸出電壓級(jí)差較小，且?guī)缀蹙笄皫准?jí)恒電流輸出，后幾級(jí)恒容量輸出。（2）中小型三相礦熱爐變壓器的一次繞組可設(shè)計(jì)成D接法或Y接法，而在5000kV?A以上，則多采用D接法設(shè)計(jì)。（3） 一般大型礦熱爐變壓器多由三臺(tái)單相礦熱爐變壓器組成三相組的形式。這是由于三相礦熱爐變壓器的大電流短網(wǎng)在長(zhǎng)度上各相有很大的差異，使三相阻抗嚴(yán)重不平衡，造成電能轉(zhuǎn)移和各相的電流和功率不均衡現(xiàn)象。采用單相變壓器可以圍繞礦熱爐對(duì)稱布置，縮短短網(wǎng)長(zhǎng)度，使三相阻抗近似平衡，可大大改善電能的轉(zhuǎn)移和各相不均衡現(xiàn)象，從而減少電能損耗，增加礦熱爐運(yùn)行的功率因數(shù)。（4） 負(fù)載不平衡和能量轉(zhuǎn)移是由短網(wǎng)結(jié)構(gòu)本身造成的，而且是難以消除的，所以電極將出現(xiàn)“活相”或“死相”的情況。礦熱爐正常作業(yè)的主要條件是熔池中各相功率要平衡，為此變壓器應(yīng)該具有能夠單獨(dú)調(diào)整各相電壓的能力，即所謂“分相電壓調(diào)節(jié)”。在這種情況下，爐子的每一相都以最佳電壓工作，各相電流強(qiáng)度均衡，熔池功率也均衡。雖然能量轉(zhuǎn)移被保留下來，但是可以消除能量轉(zhuǎn)移對(duì)爐子作業(yè)的不良影響。分相電壓調(diào)節(jié)礦熱爐變壓器的各相輸出電壓允許差值由一次D接繞組內(nèi)的環(huán)流所限制。（5）隨著礦熱爐功率加大，大電流回路使?fàn)t子具有較大的電抗值，致使礦熱爐功率因數(shù)下降。在爐子回路中接入電容器是補(bǔ)償無功功率最有效的辦法，所以在大型礦熱爐變壓器中，常在三次側(cè)考慮裝置補(bǔ)償電容器。3.2國(guó)外冶煉紅土礦的鎳鐵礦熱爐變壓器二次電壓選擇法國(guó)鎳公司新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠先后建設(shè)八臺(tái)10500kV?A電爐，直徑11m，三電極埋弧操作，常用二次電壓為150V;三臺(tái)33000kVA矩形電爐，外部尺寸為33mxi2mx5.5m,平均二次電壓為300V。多米尼加鷹橋鎳公司圣多明各廠建設(shè) 55500kV-A六電極矩形電爐三臺(tái)，每臺(tái)電爐有三臺(tái)18500kV?A單相變壓器組成，二次電壓為349?1200?1265V。美國(guó)漢納礦業(yè)公司先后建設(shè)四臺(tái)14000kV-A三電極圓形電爐，爐膛內(nèi)徑為8m,爐膛深度為3m,自焙電極直徑為1m。常用二次操作電壓為465V。哥倫比亞塞羅馬托莎公司蒙特利巴諾廠電爐為51000kV-A圓形電爐，爐膛內(nèi)徑為21000mm,爐殼有特殊冷卻裝置以保護(hù)爐墻。滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)二次電壓為490V?1090V,平均二次電壓為1080V。日本八戶冶煉廠先后建設(shè)60000kVA電爐一臺(tái)，40000kVA電爐一臺(tái)，25000kVA電爐一臺(tái)。平均二次電壓分別為760V、760V、664V。3.3國(guó)內(nèi)外銅鎳精礦礦熱爐變壓器二次電壓選擇表3-1國(guó)內(nèi)外銅鎳精礦礦熱爐變壓器二次電壓廠名電爐功率/kVA二次電壓/V云南冶煉廠1號(hào)爐30000261?404云南冶煉廠2號(hào)爐30000310?700金川集團(tuán)16500173?275恩施皮雷森51000P 150?500北鎳公司30000390?500彼阡克1號(hào)爐31500314?683彼阡克2號(hào)爐50000P 475?800諾林公司45000266?743湯姆遜18000160?300瓦特范爾19500170?350杰茲卡茲于50000600?800皮爾多普24000190?380表3-2國(guó)內(nèi)礦熱爐變壓器特性序號(hào)廠名變 壓1短網(wǎng)特征備注容量/kV-A型號(hào)相數(shù)頻率一次側(cè)二次側(cè)繞組接線短路阻抗/%調(diào)壓方式特征主體材料電壓/V電流/A電壓/V電流/A云南單向往復(fù)交錯(cuò)冶煉320V時(shí)分別接至爐內(nèi)鋼管①70/①5016460V時(shí)廠1320?69637500?12.46 ,兩根電極，短網(wǎng)根銅帶開到1號(hào)電10000>3HPPF-10000/35單35000286共17級(jí)17241△接線508V時(shí)為有絕緣層的2［1000mm2,20根］25000爐相50Hz5.44導(dǎo)電銅管，集電環(huán)至筒瓦由銅帶連接kV-A金川173283V以上有色275恒功率2公司5500>335000700283V以下Y-△銅管，軟銅帶3號(hào)恒電流電爐盤石500V時(shí)電極上接成三銅管①65/①408鎳礦6.34角形，單相往復(fù)根軟銅帶200X1,3電爐12500HSSPZ7-12500/636600057.9?50014000340V時(shí)交錯(cuò)，局部有異16片一組共8組3相、50Hz109.334021227Y/Y/△-1114.50相交時(shí)32.10貴州一次Y接1?9級(jí)6.94電極上接成星:銅管3［①65/35,16有機(jī)90.5?143,81500?形，三相交錯(cuò)中根］,軟銅帶4化工35000夕卜制3相50Hz35000577一次△接91800,10?Y-△/Y性線單獨(dú)引至3［250X,25片一廠電157?249,27級(jí)91800爐殼，短網(wǎng)有鋁組，12組］石爐27級(jí)密封罩吳淞調(diào)變相電流調(diào)變△/Y電極上接成三銅管2［①65/35, 6化工TSOPZ16500/35157?115?175,54500~主 變調(diào)變0.2?角形，單相往復(fù)根］軟纜5廠電16500主變35000/35000?16725級(jí)57700Y/△-121.025交錯(cuò)2［500mm2,24根］石爐HSSP-16500/35,3相50Hz23000表3-3國(guó)外礦熱爐變壓器特性廠名變壓器型號(hào)一臺(tái)礦熱爐變壓器數(shù)電壓級(jí)數(shù)繞組接線一次側(cè)二次側(cè)容量/kV-A電壓/V電流/A電壓/V電流/A117305503150030000215705003150027200北鎳三相13△/△1000014304583150025000413204283150023000512233903150021200110006831537310500彼29866561537310164阡單相310500915622153739608克48655831537390835500341.51537352506450314153734725147780020830166675477704239001666764776832440016667彼74776642512016667阡25000/35單38350004776452583016667克相946362825830162001045261125830154001444058125830150001840052825830136502037350625830128902335947525830123001428.674320190150002428.6719.520850150003428.669621560150004428.6672.522310150005428.664923120150006428.6622.52390015000諾林21000/353735000428.66022402015000841257824920144159395555249201383010378531249201324015515.5415249201035020428.5347.5249208660263282662492066303.4鎳鐵礦熱爐變壓器參數(shù)綜合比較以上礦熱爐變壓器二次電壓，同時(shí)結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本工程項(xiàng)目25500kVA鎳鐵礦熱爐變壓器(長(zhǎng)期超負(fù)荷30%運(yùn)行時(shí))二次電壓選定為:「25500< 「25500< 30.30573二520(V)冶煉鎳鐵時(shí)，二次側(cè)采用Dd°連接，礦熱爐二次電壓范圍：400?520?690V,全部電壓要求恒功率輸出?？紤]到以后可能轉(zhuǎn)煉高碳鉻鐵，將二次側(cè)采用Yd"連接，二次電壓范圍：231?399V，經(jīng)調(diào)研考察，特別是制造的可能性及電爐變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行的可行性與安全性，確定如下的相關(guān)參數(shù)：變壓器容量：25500kV?A(8500kV?AX3),由三臺(tái)8500kV?A單相變壓器組合而成，滿足長(zhǎng)期超載30%;一次電壓：35kV,50Hz;功率因數(shù)：CO⑥》0.9Q有功功率：25500X0.9=22950kVA;二次側(cè)：Ydu連接時(shí)：231、237、243、248、254、260、265、271、277、283、289、294、300、306、312、317、323、330、335、341、346、353、359、364、370、375、381、387、394、399V，共30檔，各檔恒電流0二次側(cè)：Ddo連接時(shí)：400、410、420、430、440、450、460、470、480、490、500、510、520、530、540、550、560、571、580、590、600、611、621、631、640、650、660、671、682、690V，共30檔，各檔恒功率0(5)工作電壓：520V電壓級(jí)數(shù)：60級(jí)調(diào)壓方式：有載電動(dòng)調(diào)壓,25500".3如000（8）超負(fù)荷30%時(shí)最大電極電流：I 368°7（A）520xv33.5鎳鐵礦熱爐變壓器選擇礦熱爐變壓器有傳統(tǒng)的芯式變壓器與新型節(jié)能型殼式變壓器兩種形式。殼式鐵芯電爐變壓器是學(xué)習(xí)美國(guó)西屋公司、挪威國(guó)民工業(yè)公司、日本三菱公司等國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與冶金、化工等有關(guān)設(shè)計(jì)院密切合作的結(jié)晶產(chǎn)物，針對(duì)鐵合金、電石、黃磷、磨料等冶煉工業(yè)特殊要求，通過反復(fù)試驗(yàn)，獨(dú)具特色的新技術(shù)、新工藝、研制成功的新產(chǎn)品。它的特點(diǎn)是沖破了我國(guó)傳統(tǒng)的芯式鐵芯磁路結(jié)構(gòu)，別具一格的采用殼式鐵芯（即外鐵芯） ，適形油箱，低壓線是用銅排制作，線圈被鐵芯所包圍與適形油箱構(gòu)成一個(gè)整體，線圈受力面積大，確保應(yīng)力的最優(yōu)分布，線圈垂直放置，油道暢通，避免了局部過熱現(xiàn)象。該產(chǎn)品與傳統(tǒng)的心式鐵芯變壓器相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：（1） 機(jī)械強(qiáng)度高，抗短路能力強(qiáng)殼式鐵芯電爐變壓器，設(shè)計(jì)工藝結(jié)構(gòu)與芯式的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝結(jié)構(gòu)不同，殼式鐵芯變壓器是線圈在內(nèi)，鐵芯在外。低壓線圈采取銅排制作，高壓線圈是紙包扁銅線，矩形高、低壓線圈交替，垂直排列在鐵芯內(nèi)，鐵芯對(duì)線圈起到大面積夾緊作用。線圈、鐵芯、油箱組成一個(gè)牢固的整體，它的機(jī)械強(qiáng)度高，承受較大的短路電動(dòng)力，抗短路能力強(qiáng)。（2） 冷卻效果好，過載能力強(qiáng)由于殼式鐵芯電爐變壓器高、低壓線圈垂直，交替放在鐵芯內(nèi)，油道非常暢通，冷卻油在高、低壓線圈中間循環(huán)流動(dòng)，流量大，油流速度快，冷卻面積均勻，線圈間不會(huì)有過熱點(diǎn)，殼式鐵芯變壓器油溫與線圈溫度相差不多。而芯式鐵芯變壓器是鐵芯在內(nèi)，高壓線圈抱著低壓線圈，低壓線圈抱著鐵芯，高低壓線圈與鐵芯之間油流是軸向流動(dòng)，油道阻力大，油循環(huán)效果差，熱量無法散發(fā)出來，所以芯式鐵芯變壓器線圈鐵芯溫度與油面溫度相差很大，實(shí)際上是油面溫度低，線圈溫度已經(jīng)很高了。所以殼式鐵芯的冷卻效果好，變壓器溫升低，絕緣不易老化，變壓器超負(fù)荷能力強(qiáng)，殼式變壓器產(chǎn)品一般都在超負(fù)荷運(yùn)行30%以上，有的超50%，甚至有超100%長(zhǎng)期運(yùn)行，一般溫度都在50°以下。（3）噪音小，損耗低殼式鐵芯變壓器由于設(shè)計(jì)、工藝結(jié)構(gòu)，使鐵芯、線圈、外殼組成一個(gè)牢固的整體，機(jī)械噪音小；同時(shí)選用的變壓器優(yōu)質(zhì)原材料，如硅鋼片為武鋼產(chǎn)高導(dǎo)磁取向30Q130、30Q120硅鋼片，導(dǎo)線選用優(yōu)質(zhì)無氧銅，合理的選用導(dǎo)線、電流密度，變壓器的鐵損、銅耗減低。尤其殼式鐵芯變壓器交替排列的繞組，引出線直接從繞組幅向引出，都在鐵芯上部高低引線容易引出，而且出線可以大大縮短，變壓器的附加損耗減少，所以殼式鐵芯變壓器噪音小、損耗低，與傳統(tǒng)芯式變壓器相比，空載損耗降低 10%以上，負(fù)載損耗降低35%以上。以HTSSPZ6-16500kV?A冶煉爐為例，一年內(nèi)殼式變壓器電耗節(jié)能折算約80萬元/年，約2年左右時(shí)間可回收變壓器的全部投資。（4）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕，便于運(yùn)輸安裝殼式鐵芯變壓器體積小、重量輕，主要是結(jié)構(gòu)緊湊，銅和硅鋼片不少，它少的是油和鐵，因油箱緊靠鐵芯，變壓器體積減小，油箱重量減輕，變壓器油減少，因此變壓器外形體積小、重量輕，便于運(yùn)輸、安裝，方便檢修。殼式鐵芯變壓器的優(yōu)點(diǎn)很多，受到機(jī)械工業(yè)部沈陽變壓器研究所認(rèn)定為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。被列為省、市重點(diǎn)科研新產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目單相 HCDSPZ6-8500/3詠3組合容量25500/35電爐變壓器榮獲國(guó)家科技成果金箭獎(jiǎng)，被列為國(guó)務(wù)院科技開發(fā)項(xiàng)目。綜上所述，建議本工程選用節(jié)能型殼式變壓器。

4鎳鐵礦熱爐工藝技術(shù)參數(shù)比選4.1國(guó)外冶煉紅土礦的鎳鐵礦熱爐工藝技術(shù)參數(shù)哥倫比亞塞羅馬托莎公司蒙特利巴諾廠電爐為51000kV?A圓形電爐，爐膛內(nèi)徑為21000mm,電極直徑為①1800自焙電極，單位面積功率 147kW/m2。多米尼加鷹橋鎳公司建設(shè)55500kV-A六電極矩形電爐三臺(tái)，二次電壓為349?1265V。碳素電極直徑為1000mm,單位面積功率263kW/m2。日本八戶冶煉廠先后建設(shè)60000kVA電爐一臺(tái)，25000kVA電爐一臺(tái)，40000kV-A電爐一臺(tái)。其中只有60000kV-A電爐生產(chǎn)鎳鐵，電極直徑為1700mm,爐殼直徑為16.5m，單位面積功率363kW/m2，爐殼高度為5.8m。美國(guó)漢納礦業(yè)公司先后建設(shè)14000kV-A三電極圓形電爐四臺(tái)，爐膛內(nèi)徑為8m,單位面積功率279kW/m2，爐膛深度為3m,自焙電極直徑為1m。4.2礦熱爐工藝技術(shù)參數(shù)礦熱爐工藝主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算如下:電極電流密度按3.6A/cm2考慮。255001031.35201.732電極直徑:35201.732電極直徑:3?64114(cm)，取電極直徑1200mm,則實(shí)際電流密度為3.25A/cm2。當(dāng)用石墨電極時(shí)電極取960mm。根據(jù)有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)公式與系數(shù)選擇計(jì)算其它參數(shù)。極心圓直徑：D1=3.5X200=4200mm爐膛內(nèi)徑：D2=4200+7海200=12600mm,取15000mm,以適應(yīng)各種原料的要求。

爐膛深度：H=1600（渣層厚度）+800（鐵水厚度）+300（料坡高度）+300（死鐵層留鐵厚度）+500（氣體空間，亦即爐料距爐口平臺(tái)的距離）=3500mm,煙罩高度950mm,實(shí)際氣體空間500+950=1450mm。爐殼內(nèi)徑：15000mm+800mm2=16600mm爐殼高度：3500mm+2600mm=6100mm超負(fù)荷30%時(shí)爐底功率密度:25500超負(fù)荷30%時(shí)爐底功率密度:255001.3=188kVA/m2兀 2—152礦熱爐工藝技術(shù)參數(shù)詳見表4-1表4-125500kVA鎳鐵礦熱爐工藝參數(shù)序號(hào)名 稱單位數(shù)量備 注1爐殼內(nèi)徑mm16600爐殼鋼板厚20mm2爐殼咼度mm61003爐膛內(nèi)徑mm15000偏大希望適應(yīng)各種原料要求4爐膛深度mm35005爐墻厚度mm800爐缸區(qū)域設(shè)銅冷卻壁6爐底厚度mm2600設(shè)水冷綜合爐底7電極直徑mm960石墨電極8極心圓直徑mm4200±1009工作電壓V52010工作電流A36807超負(fù)荷30%11電極電流密度A/cm25.09超負(fù)荷30%12電極工作仃程mm1200最大1500mm13渣鐵口個(gè)數(shù)個(gè)52個(gè)出鐵2個(gè)出渣，鐵放凈口1個(gè)14電極升降速度m/min0.5?215爐底功率密度kV?A/m2188超負(fù)荷30%5電極把持器關(guān)鍵技術(shù)選擇電極把持器的基本結(jié)構(gòu)電極把持器是生產(chǎn)鐵合金、工業(yè)硅、電石和黃磷等礦熱電爐的核心部件。它不僅承擔(dān)著電極的負(fù)載，而且還受煙氣、爐頂和熔融金屬表面的輻射熱，同時(shí)電極的電流所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)或渦流也影響把持器的正常工作。電極把持器的主要作用是將強(qiáng)大的電流通過導(dǎo)電銅瓦傳遞給電極，把銅瓦牢固地夾緊在電極上，控制電極的燒結(jié)，使電極內(nèi)部和外部燒結(jié)均勻合理。具體地說，電極把持器是使銅瓦在一定的壓力下貼緊電極殼，保證從母線傳來的大電流通過集電環(huán)、導(dǎo)電銅管，經(jīng)銅瓦傳到電極殼上。當(dāng)電極壓放時(shí)又需要適當(dāng)減少這種壓力，使電極殼與銅瓦之間產(chǎn)生滑動(dòng)，而又不會(huì)因過松產(chǎn)生打弧燒毀電極殼和銅瓦。在更換銅瓦時(shí)要求拆卸、更換方便。把持器被煙氣、煙罩頂和熔融金屬表面的輻射熱以及通過把持器的電流所加熱，附近溫度經(jīng)常在800C?1000C以上。電極把持器在此種高溫、渦流強(qiáng)磁場(chǎng)的條件下作業(yè)，應(yīng)能保證在將電流導(dǎo)向電極時(shí)的電能損失達(dá)到最低，并能牢固地夾住電極不讓電極在冶煉過程中滑落，同時(shí)電極把持器的構(gòu)造應(yīng)便于作業(yè)過程中隨著電極的燒損而下移或上升。電極把持器的基本結(jié)構(gòu)電極把持器是由導(dǎo)電裝置、壓緊裝置、電極壓放裝置和把持筒等部分組成。5.2.1導(dǎo)電裝置傳統(tǒng)的導(dǎo)電裝置一般包括集電環(huán)、導(dǎo)電銅管和銅瓦。集電環(huán)主要起均壓作用，其將電流集合起來，然后再分配給導(dǎo)電銅管，以使每根電極上的每塊銅瓦的電流基本相等。集電環(huán)中部有等分連接壓緊件裝置，主要與導(dǎo)電銅管連接。銅圓環(huán)結(jié)構(gòu)的集電環(huán)，一般安裝在把持筒上，并用絕緣材料隔離；導(dǎo)電銅管是集電環(huán)和銅瓦之間的連接管，其端口部位與冷卻膠管連接，主要作用是傳導(dǎo)電流，管內(nèi)通水，自身冷卻和銅瓦冷卻；銅瓦的作用是傳導(dǎo)電流和控制電極的燒結(jié)，按其材料的不同可分為鑄造銅瓦和鍛造銅瓦，銅瓦內(nèi)部通水冷卻，外部配有與導(dǎo)電銅管和夾緊環(huán)相配合的有關(guān)零部件。5.2.2電極抱緊施壓裝置電極把持器的機(jī)械（氣壓、液壓）抱緊施壓裝置主要作用是夾緊和松開電極，以滿足銅瓦對(duì)電極的壓力和在冶煉過程中升、降電極，它是由電極夾緊環(huán)或壓力環(huán)、大套、彈簧拉緊氣缸或油缸及銅瓦等組成，工作可靠和操作簡(jiǎn)單是對(duì)抱緊裝置的基本要求。5.2.3電極壓放裝置在冶煉過程中，電極的工作端是不斷消耗的。電極壓放裝置的作用是定期壓放電極，使電極消耗掉的部分得以補(bǔ)充，保持電極一定的工作端長(zhǎng)度。電極壓放裝置有鋼帶式電極壓放裝置、雙閘活動(dòng)壓放油缸式電極壓放裝置、下閘活動(dòng)無壓放油缸式電極壓放裝置、四閘活動(dòng)油缸加蝶簧式電極壓放裝置及雙氣囊壓放油缸式電極壓放裝置等。電極把持器的種類電極把持器的形式很多，它的夾緊方式主要有幾種類型—大螺釘式、徑向頂緊的壓力環(huán)式、錐形環(huán)式。近年來，又從國(guó)外引進(jìn)了波紋管式、膠囊式及組合式把持器等類型。5.3.1徑向大螺釘頂緊式把持器徑向大螺釘頂緊把持器結(jié)構(gòu)如圖5-1所示（b是a中彈簧或蝶簧徑向壓緊方式的細(xì)部結(jié)構(gòu)）。這種把持器的夾緊部分為彈簧式夾緊環(huán)。它是由半環(huán)、頂頭、彈簧、彈簧墊、帶內(nèi)孔螺栓、固定螺母、外套等組成。壓緊銅瓦是將鋼制的頂頭裝入半環(huán)孔中，彈簧力通過頂頭作用在銅瓦上，只要彈簧力調(diào)整合

適，壓放電極時(shí)，電極可靠自重克服銅瓦與電極的摩擦力向下滑移徑向大螺釘頂緊把持器把持器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可以隨電極殼的變形狀況，調(diào)整銅瓦對(duì)電極殼的壓緊力，圖5-1（c）為完全人工調(diào)整，無彈簧施壓的結(jié)構(gòu)。5?3?2大螺栓夾緊式把持器螺栓壓緊把持器結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。這種把持器的夾緊部分為大螺栓式兩半夾緊環(huán)。它是由圓環(huán)、大螺栓、螺母、壓塊、絕緣材料組成。壓緊銅瓦是將一個(gè)特制的銅螺母固定在半環(huán)孔中，通過調(diào)節(jié)大螺栓來壓緊和松開電極。它的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，取消了壓放等一系列復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，電極壓放由專用工具將電極抱緊坐在爐頂上，然后提升把持器完成一次壓放操作。在黃磷及銅冶煉礦熱爐中有應(yīng)用，鐵合金、電石電爐中應(yīng)用較少。缺點(diǎn)是手工操作,勞動(dòng)強(qiáng)度大，工人受輻射熱熏烤厲害。

1—把持器主體1—把持器主體2—銅瓦3—夾緊螺栓 4—拉桿圖5-2大螺栓夾緊式把持器5.3.3液壓缸式把持器液壓缸式把持器結(jié)構(gòu)如圖5-3所示1—導(dǎo)向水套2、4—液壓缸3—銅瓦圖5-3液壓缸式把持器

此結(jié)構(gòu)的液壓缸數(shù)是銅瓦數(shù)的一半，與液壓缸相對(duì)應(yīng)處則為具有頂頭的固定缸，也可以設(shè)計(jì)成一個(gè)銅瓦對(duì)應(yīng)一個(gè)液壓缸。它借油壓夾緊，靠卸油以后彈簧的反作用力松開；也可借彈簧的張力夾緊，壓縮彈簧時(shí)松開。后一種情況油壓系統(tǒng)無需經(jīng)常處于工作狀態(tài)。液壓缸式把持器可以適應(yīng)電極表面的軟硬程度、電極殼的小量變形和銅瓦的小量安裝誤差等，并保持銅瓦對(duì)電極大致相同的夾緊力。目前此結(jié)構(gòu)在工業(yè)硅電爐上仍有應(yīng)用。5?3?4錐形環(huán)把持器錐形環(huán)把持器結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。此結(jié)構(gòu)的把持器是目前應(yīng)用最多的一種，由錐形環(huán)、水套、彈簧、松緊油缸、電極把持筒、集電環(huán)、導(dǎo)電銅管、銅瓦吊架及銅瓦等部分組成。錐形環(huán)的內(nèi)錐面緊靠導(dǎo)電銅瓦的外錐形面，通過錐形環(huán)上升或下降使錐形環(huán)與電極之間產(chǎn)生徑向壓力來實(shí)現(xiàn)壓緊或放松電極。根據(jù)電極密封結(jié)構(gòu)的不同，錐形環(huán)與導(dǎo)向水套可做成整體式，即固定水套式；也可分開，即活動(dòng)水套式。(a)錐形環(huán)和導(dǎo)向水套分離式(a)錐形環(huán)和導(dǎo)向水套分離式1—銅瓦2—錐形環(huán)3—固定水套4—錐形塊5—云母墊圖5-4錐形環(huán)式把持器錐形環(huán)一般做成空心通水冷卻，材質(zhì)采用防磁鋼，也可以用普通鋼，夾以部分防磁鋼使環(huán)狀水套斷磁。錐形角一般為10°?18°最小為6°當(dāng)使用彈簧時(shí)，錐形環(huán)的升降油缸在工作狀態(tài)時(shí)不送油，靠壓縮彈簧的作用使把持器夾緊，這樣可以防止出現(xiàn)事故時(shí)，壓力油外瀉造成火災(zāi)，并可以延長(zhǎng)油缸密封的使用壽命。把持器松開時(shí)向油缸送油，使彈簧松開，錐形環(huán)下降，把持器即松開。當(dāng)不用彈簧時(shí)，則用雙作用油缸完成升降錐形環(huán)，只是對(duì)油缸的密封要求更高一些，并要增加接近限位開關(guān)來控制行程。5?3?5組合式或標(biāo)準(zhǔn)組件把持器組合式把持器結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。ca（a）組合式電極把持器：1-銅罩2-接觸裝置3-非磁性鋼罩4-母線銅管5-冷卻水集合管6-風(fēng)機(jī)7-滑放裝置8-懸置9-懸置架10-銅罩懸置管11-立缸（b） 剖面圖：I-螺栓2-蝶形彈簧3-水冷罩4-接觸裝置5-電極殼6-電極殼筋板（C）滑放裝置：I-電極殼2-蝶形彈簧3-夾鉗4-油缸5-電極殼筋板圖5-5組合式電極把持器組合式或標(biāo)準(zhǔn)組件把持器對(duì)傳統(tǒng)把持器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很大的改造， 它是挪威?？瞎咀钕妊芯吭O(shè)計(jì)出來的，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的大型礦熱爐上也有應(yīng)用。它主要由滑放裝置、電極殼、接觸裝置等組成，通過伸出電極殼外的筋片夾緊電極和導(dǎo)電，取代了傳統(tǒng)電極把持器的銅瓦。此種把持器的電極筋片穿過圓形鋼殼并伸入接觸元件內(nèi)。銅質(zhì)導(dǎo)電接觸元件是一種蝶型彈簧壓緊裝置，由兩塊接觸元件分置于同一電極筋片的兩側(cè)，用螺栓擰緊蝶形彈簧使其夾在筋片上。夾緊力要適當(dāng)，既保證接觸元件將電流輸送給筋片使電極工作，又要能順利壓放電極。筋片的數(shù)量取決于所需接觸元件的組數(shù)，而接觸元件的多少又取決于電極直徑和最大電流。在此把持器中，接觸元件是與伸出電極殼外的筋片接觸，接觸元件之間的面積是裸露的，能充分利用爐內(nèi)熱量焙燒電極并能調(diào)節(jié)電極焙燒溫度，這對(duì)電極糊的燒結(jié)狀況有良好的影響。歸納起來，組合式把持器有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 這種接觸方式能使電極殼達(dá)到最佳的電流分布，進(jìn)一步改善電極的燒結(jié)；（2）適用性強(qiáng)，可用于不同功率，不同電極直徑的礦熱爐；（3）由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，導(dǎo)電元件的使用壽命成倍提高；（4）日常維護(hù)費(fèi)用大大降低，設(shè)備作業(yè)率明顯提高。5.3.6波紋管把持器目前比較先進(jìn)的是德國(guó)液壓波紋管式把持器。它是由整體沖壓成的封頭與環(huán)板焊接構(gòu)成封閉的環(huán)體，環(huán)體內(nèi)安裝有波紋管和由一組隔板分隔成的冷卻水道，頂緊裝置是由螺栓連接的壓板，壓裝有波紋管，由波紋管的彈簧施力來頂緊銅瓦。波紋管把持器結(jié)構(gòu)如圖5-6所示，其中（a）為普通型，（b）為改進(jìn)型。每一個(gè)銅瓦依靠波紋管內(nèi)指向電極中心的液壓力，將接觸銅瓦緊緊壓在電極殼表面上，優(yōu)點(diǎn)是接觸壓力比較均勻，是一種技術(shù)含量高、對(duì)電極夾緊壓放工作質(zhì)量好、運(yùn)行穩(wěn)定可靠性高的一種把持器。改進(jìn)型用環(huán)狀鋼管與環(huán)板T型焊接成封頭，不需沖壓制作整體封頭部件，降低了制作難度和生產(chǎn)成本，可延長(zhǎng)把持器工作壽命。圖5-6波紋管式把持器5.4存在的問題及原因目前，國(guó)內(nèi)的礦熱爐電極把持器在使用過程中出現(xiàn)了這樣或那樣的問題，如對(duì)電極施壓不均、不能有效控制電極壓放、水循環(huán)冷卻效果不佳等，從而導(dǎo)致檢修頻率高、時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了電爐的正常生產(chǎn)，熱停爐多，甚至引發(fā)電極、電器等事故。5.4.1錐形環(huán)對(duì)電極施壓不均國(guó)內(nèi)使用最多的錐形環(huán)把持器是整環(huán)軸向受力， 它對(duì)銅瓦的安裝要求較高，同一相銅瓦的高度必須一致，否則各塊銅瓦與電極的接觸壓力就不相等，而且還會(huì)因銅瓦與電極殼的接觸表面所存在的不可避免的個(gè)體差異而加大這種不等。錐形環(huán)把持器對(duì)電極施壓不均及其引起的銅瓦損耗多的情況在生產(chǎn)中非常普遍。此外，導(dǎo)電裝置中的導(dǎo)電銅管，由于直徑大、管壁厚、剛性大，直接影響到銅瓦對(duì)電極的壓緊，容易造成導(dǎo)電銅管與銅瓦之間以及銅瓦與電極殼之間打弧而燒壞。這種夾緊、壓放電極的錐形環(huán)技術(shù)相對(duì)較舊，它對(duì)電極的夾緊、壓放工作質(zhì)量不穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行可靠性能較差，在實(shí)際運(yùn)行中故障率較高，具體表現(xiàn)為：（1）錐形環(huán)的夾緊力是根據(jù)選定的錐形角和銅瓦對(duì)電極殼的壓力來計(jì)算的。壓力選取應(yīng)適宜，過小容易打弧燒壞銅瓦；過大容易使電極殼變形。（2）錐形環(huán)的夾緊力是通過提升整個(gè)環(huán)體和錐形塊而作用的，在每次提升過程中，每個(gè)錐形塊的提升高度相同，所以施加的作用力也大小相同。（3）對(duì)電極的燒結(jié)要求很高，把持器段電極既不能過早燒結(jié)，又不能太軟，否則容易出現(xiàn)電極軟斷及銅瓦與電極接觸不良而打弧等不良情況。（4）只能適用于一種直徑的電極，電極形狀要求很圓，否則會(huì)使銅瓦與電極接觸不良。此外，由于電極殼表面的粗糙程度不同及銅瓦的安裝高度不完全相同，就很難以保證其之間接觸力的均勻性，故易因接觸不良引發(fā)刺火、燒穿等事故，嚴(yán)重影響爐子的作業(yè)率，降低使用壽命，且不適合剛性很好的工業(yè)硅電爐、黃磷爐和有色冶金爐用石墨電極或碳素電極。5.4.2組合把持器的不足組合式把持器對(duì)傳統(tǒng)把持器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很大的改造，如前所述有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在不足之處：（1）這種把持器只適合使用自焙電極的礦熱電爐，不能用于使用石墨或碳素電極的礦熱電爐（2）制備電極殼的設(shè)備相對(duì)較復(fù)雜。（3）銅夾彈簧需不停地通風(fēng)降溫，且還需擋火環(huán)或底部環(huán)，通風(fēng)或擋火環(huán)一旦有缺陷則影響彈簧壽命。（4）水路曲折，需使用軟化水。（5）電極也只能下放，不能進(jìn)行倒拔操作，給爐況處理和冶煉操作帶來了不利影響。5.4.3波紋管制作困難雖然波紋管式把持器有壓力穩(wěn)定，隨意性好，可很順利容易地進(jìn)行自動(dòng)壓放和調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但是這一技術(shù)復(fù)雜程度比較高，主要表現(xiàn)為以下幾方面：（1）必須用大型的專用設(shè)備來沖壓封頭；（2）環(huán)體內(nèi)冷卻水循環(huán)水道比較復(fù)雜；（3）對(duì)處于高溫中的波紋管冷卻以及冷卻水、壓力油的密封技術(shù)要求很高，焊接困難易影響冷卻效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生燒損漏水事故；（4）波紋管外購或進(jìn)口困難，自制不易，少有廠家生產(chǎn)，質(zhì)量難以保證；（5）運(yùn)用波紋管時(shí)，水圈的外圍尺寸也比較大，調(diào)整極心圓時(shí)困難，密封也較難處理。5.4.4徑向大螺釘頂緊把持器不適合大中型電爐徑向大螺釘頂緊把持器是一種較早的把持器結(jié)構(gòu)，無論是純大螺栓徑向頂緊式，還是油缸彈簧螺栓徑向頂緊式，都在小型電爐上應(yīng)用得比較多，但勞動(dòng)環(huán)境條件差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且壓緊力較小，不適合大中型電爐。特別是彈簧長(zhǎng)期在高溫和強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下工作，容易失去彈性，且更換相當(dāng)困難，在電爐大型化的趨勢(shì)下已逐漸被淘汰。5.4.5不能有效控制電極壓放把持器的壓放裝置中抱閘的工作壓力既不能過高，否則可能壓壞電極殼；也不能過低，否則容易出現(xiàn)電極打滑，抱不緊等狀況。所以抱閘對(duì)電極殼的壓力一定要控制在合適的范圍內(nèi)。但從國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況來看，電極壓放質(zhì)量并不理想，以至產(chǎn)生大套、錐形環(huán)打弧漏水和集電環(huán)壓蓋發(fā)熱打弧等故障。水冷大套損壞過多主要是因?yàn)樵陔姌O抬出料面過高的情況下，銅瓦以下的電極工作端散發(fā)出大量的輻射熱被大套罩住， 這時(shí)大套內(nèi)水溫約40?60C極易形成水垢，若經(jīng)常出現(xiàn)這種狀況，則會(huì)使大套出現(xiàn)受熱不均而焊縫開裂漏水。同理，當(dāng)料面過高，刺火翻渣時(shí)，也很可能導(dǎo)致大套開裂漏水。錐形環(huán)損壞過多也是因?yàn)楫?dāng)電極被大套罩住和電極抬出料面過高的情況下，銅瓦以下的電極工作端散發(fā)出大量的熱，不僅大套吸熱，同時(shí)錐形環(huán)也基本與大套處于同一環(huán)境，錐形環(huán)內(nèi)循環(huán)水溫處于40?60C左右或出現(xiàn)沸騰，極易形成水垢。若經(jīng)常出現(xiàn)這種情況，也會(huì)使錐形環(huán)出現(xiàn)受熱不均而開裂漏水，且由于錐形環(huán)與銅瓦直接接觸，若銅瓦不規(guī)則或電極變形會(huì)使得錐形環(huán)對(duì)銅瓦的壓力不夠，造成銅瓦與錐形環(huán)間打弧，導(dǎo)致錐形環(huán)漏水而損壞。5.4.6水循環(huán)冷卻效果不佳生產(chǎn)中為了提高礦熱爐電極把持器銅瓦的使用壽命，采用在銅瓦內(nèi)通冷卻水的方式來降低溫度。因此，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在礦熱爐生產(chǎn)中是必不可少的。長(zhǎng)期以來，由于循環(huán)水系統(tǒng)溫度比較高，特別是在銅瓦部分溫度可達(dá)90C以上，造成銅瓦結(jié)垢嚴(yán)重，經(jīng)常使電極刺火、銅瓦燒穿，直接影響正常生產(chǎn)和產(chǎn)品的成本、質(zhì)量。主要問題是：（1） 冷卻水路設(shè)計(jì)得過長(zhǎng)，冷卻水因阻損大而流動(dòng)不暢（2） 選材不合理為了防磁，大套材質(zhì)選用1Crl8Ni9Ti不銹鋼板。但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，其焊接部位經(jīng)過一段時(shí)間使用后即出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，這是由于焊接工藝不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐晒ぜa(chǎn)生焊接裂紋等材料缺陷。研究表明， 1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼在450?800C內(nèi)容易產(chǎn)生晶間腐蝕，而工件長(zhǎng)期在400?700C溫度區(qū)間工作，致使其晶間腐蝕敏感性增強(qiáng)，產(chǎn)生微觀腐蝕裂紋和焊接裂紋。1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為15.2wm-1k-1,比普碳鋼的48w-m-1k-1低得多，若受熱與受力不均，容易造成焊口裂縫。其次，由于其導(dǎo)熱系數(shù)較小，焊接時(shí)的局部加熱使焊頭溫度分布不均；熱膨脹系數(shù)較大，焊接時(shí)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，導(dǎo)致在焊接過程中產(chǎn)生一次熱裂紋。在焊接應(yīng)力及其它外部應(yīng)力作用下，易擴(kuò)展成為裂縫，造成滲水、漏水。因此，1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼制造和使用中都有可能產(chǎn)生晶間腐蝕。另外，在高溫環(huán)境中，水的存在進(jìn)一步加速了金屬的腐蝕，造成漏水孔洞和裂紋出現(xiàn)。經(jīng)實(shí)踐觀察，漏水部位多在焊縫周圍，由于裂紋縱橫交錯(cuò)，給不銹鋼焊接補(bǔ)漏工作帶來很大不便，甚至無法進(jìn)行焊接補(bǔ)漏，且焊縫越多產(chǎn)生滲漏的幾率越高。此外，不銹鋼水套還存在如下缺點(diǎn)：不銹鋼價(jià)格昂貴，是普通板材的5?7倍；加工制作困難，在制作過程中兩套接頭處弧度不易控制，加工焊接后的水套橢圓度較大；加工制做后的工件因體積過大不易進(jìn)行后處理，特別是對(duì)滲漏嚴(yán)重部位局部更換后的焊縫等更無法進(jìn)行處理，不銹鋼在前述溫度下長(zhǎng)期工作，不可避免地會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕；奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)比普鋼高30％左右，因維修或事故等原因造成的熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力很大；維修需專用工具，在生產(chǎn)中維修補(bǔ)焊工藝復(fù)雜，難度極大。（3）冷卻水結(jié)垢冷卻系統(tǒng)主要使用工業(yè)水作為冷卻介質(zhì)。由于工業(yè)水只是經(jīng)過了沉淀和過濾等簡(jiǎn)單處理，其含有的鈣鎂離子的重碳酸鹽和雜質(zhì)等不穩(wěn)定因素使得工業(yè)水在使用的過程中容易隨溫度的變化而產(chǎn)生水垢。水垢的導(dǎo)熱系數(shù)不超過1.16Wm-1K-1，水垢的存在就相當(dāng)于在冷卻水和水套之間增加了一絕熱層，并且水垢和水套間的接觸間隙也可能產(chǎn)生熱阻， 厚度為1mm的水垢就可以使溫度升高達(dá)100C以上。因此，水垢的產(chǎn)生會(huì)使熱交換效率大大降低，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成設(shè)備破損。

5.5電極把持器的選擇5.5.1本工程電極把持器的選擇基于以上電極把持器之優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于本次25500kVA鎳鐵礦熱爐工程,在設(shè)備建設(shè)投產(chǎn)初期（1-2年）采用新型的壓力環(huán)把持器，并且使用石墨電極。等到所有的生產(chǎn)設(shè)備調(diào)試運(yùn)行正常，同時(shí)生產(chǎn)操作人員對(duì)設(shè)備都能控制自如的時(shí)候，從節(jié)約生產(chǎn)成本出發(fā)，可以考慮將壓力環(huán)把持器更換為組合把5?5?2新型壓力環(huán)把持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在把持器設(shè)計(jì)中，定位、隔磁、導(dǎo)向和密封等方面是重點(diǎn)考慮的對(duì)象，它們效果的好壞將直接影響到設(shè)計(jì)的成敗， 其中的關(guān)鍵是把持器夾緊銅瓦施力方式。新型的壓力環(huán)把持器就是針對(duì)錐形環(huán)把持器使用中出現(xiàn)的種種問題而提出并實(shí)踐的，它改變了傳統(tǒng)的錐形環(huán)施力方式，由軸向施力改為徑向施力。新型把持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：大套、小套和夾緊環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。把持器水冷套的設(shè)計(jì)目前，礦熱爐電極把持器中水冷套大致有兩種結(jié)構(gòu)，一種是固定大套式，另一種式活動(dòng)大套式。固定大套這種結(jié)構(gòu)具有安全、絕緣和可靠的特點(diǎn)。不足之處在于：在電極抬出料面過高的情況下，銅瓦以下的電極工作端散發(fā)出大量的輻射熱被大套罩住，這時(shí)大套內(nèi)水溫約40?60C極易形成水垢，若經(jīng)常出現(xiàn)這種狀況，則會(huì)使大套出現(xiàn)受熱不均而焊縫開裂漏水。同理，當(dāng)料面過高，刺火翻渣時(shí)，也導(dǎo)致大套開裂漏水，并且由于固定大套的下部長(zhǎng)期在爐內(nèi)工作，距料面太近，容易燒損。此外電極硬斷后較長(zhǎng)的斷頭也不容易從爐內(nèi)拉出?；顒?dòng)大套在爐蓋預(yù)留孔中上、下移動(dòng)，期間隙用特制耐火磚來填充情，以保證爐蓋與水套的絕緣和密封，且活動(dòng)大套與錐形環(huán)結(jié)構(gòu)緊湊，能有效減少銅瓦直接暴露面積，以更好的保護(hù)銅瓦，而且由于活動(dòng)大套容易吊出，維修也比較方便。這種把持器結(jié)構(gòu)緊湊，但其缺點(diǎn)是活動(dòng)水套與爐蓋間的絕緣、密封和導(dǎo)向不夠可靠。本設(shè)計(jì)吸收了以往兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，采取固定大套與活動(dòng)小套相結(jié)合的水冷套結(jié)構(gòu)。5.5.2.2水冷大套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用固定大套，由不銹鋼焊制的大套由外表面頂部焊接的五塊筋板固定在矮煙罩上，與煙罩頂密封和絕緣。減小了大套的高度，增加了料面到固定大套的距離，使其盡可能遠(yuǎn)離高溫區(qū)。由對(duì)稱的兩塊隔板將大套分為兩個(gè)半環(huán)，兩個(gè)半環(huán)焊接為整體，并在水套內(nèi)加入多層隔板，保證了水循環(huán)冷卻效果。在水套下緣增加了強(qiáng)制水冷圈，加強(qiáng)了水套端部冷卻效果，使抗燒損能力大大加強(qiáng)，并在大套和小套之間設(shè)計(jì)了特殊的密封結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格杜絕了煙氣的上漫，而且對(duì)小套有良好的定位和導(dǎo)向作用。大套內(nèi)部的水路設(shè)計(jì)如圖5-8所示，水路不銹鋼板隔成七層，且層高從上到下依次減小，這是為了讓冷卻水在大套底部（溫度高）水流速度最快，以達(dá)到良好的冷卻效果。在進(jìn)口處有一個(gè)縱向隔板，使冷卻水直接進(jìn)入溫度最高的底層，再沿水路逆流向上。這種逆流冷卻方式，能夠使冷卻水在溫度較低的情況下進(jìn)入大套溫度高的地方，從而使大套壁溫趨于接近，減小熱應(yīng)力導(dǎo)致的損壞。5?5?2?3水冷活動(dòng)小套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用活動(dòng)水冷小套，小套由4個(gè)1/4水冷環(huán)體組成，其目的是便于銅瓦拆換和檢修時(shí)，環(huán)體可方便卸下，環(huán)體之間由銷子聯(lián)接。水路設(shè)計(jì)上采用兩個(gè)1/4環(huán)體串聯(lián)，即整個(gè)小套形成兩個(gè)獨(dú)立水路。在小套內(nèi)壁與電極及銅瓦等部件之間的空隙充填了嚴(yán)密的硅酸鋁耐火纖維，起到了很好的隔熱和密封作用，使在高溫惡劣環(huán)境下工作的電極和導(dǎo)電銅瓦免遭電弧、火焰的直接熱輻射作用。小套內(nèi)部的水路設(shè)計(jì)如圖5-9所示，水路不銹鋼板隔成五層，其設(shè)計(jì)理念與大套相同。

5?5?2?4新型壓力環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)礦熱爐壓力環(huán)主要由內(nèi)環(huán)板、外環(huán)板、上環(huán)板、下環(huán)板構(gòu)成環(huán)體，環(huán)體的直徑一般根據(jù)電極的尺寸確定，為使壓力環(huán)能夾緊電極，壓力環(huán)的內(nèi)徑必須適合電極的直徑。壓力環(huán)由兩個(gè)半環(huán)焊接成整環(huán)，采用液壓油缸與螺栓組合式，其結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。一個(gè)半環(huán)中的三塊或四塊銅瓦由各自的液壓缸裝置壓緊，另一個(gè)半環(huán)中的三塊或四塊銅瓦仍由螺栓頂緊固定。 壓力環(huán)中每個(gè)液壓徑向頂緊裝置由連接油泵的液壓缸和帶有鋼質(zhì)頂頭的活塞組成， 其工作原理是當(dāng)油泵加壓時(shí)，油壓壓緊活塞使頂頭頂緊銅瓦；當(dāng)系統(tǒng)卸壓時(shí)，則銅瓦被松開。因?yàn)殂~瓦是對(duì)稱安放的，并且每塊銅瓦對(duì)應(yīng)各自的壓緊裝置，所以每個(gè)銅瓦的受力比較平均，不易打弧，可大大提高銅瓦使用壽命。冷卻水包圍著輸油管,對(duì)油管起冷卻保護(hù)作用；兩個(gè)半環(huán)獨(dú)立的冷卻水路設(shè)計(jì)保證了較好的冷卻效果。

（1）油缸的設(shè)計(jì)壓力環(huán)中的油缸是非標(biāo)設(shè)備，而油缸是整個(gè)壓力環(huán)壓緊裝置的施力部分，所以，油缸設(shè)計(jì)就顯得很重要，設(shè)計(jì)的好壞將直接影響到壓力環(huán)能否正常工作。油缸主要由缸蓋、缸筒、頂頭、活塞等組成。以頂頭來直接頂緊銅瓦，其與活塞之間是活動(dòng)連接。由油缸螺母旋緊頂緊缸蓋，確保油缸不會(huì)因壓力過大而從后面漲開。當(dāng)液壓系統(tǒng)加壓時(shí)，高壓的液壓油進(jìn)入油缸，把活塞向前推動(dòng)，活塞推動(dòng)頂頭頂緊銅瓦，達(dá)到了夾緊的目的，可實(shí)現(xiàn)電極的自

動(dòng)下放。壓力環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，油缸處于冷卻水包圍中，可以避免油缸因溫度過高出現(xiàn)故障。在壓力環(huán)外環(huán)板安裝了排氣閥，用于故障時(shí)輔助卸油或排氣。油缸的密封本系統(tǒng)的油缸雖然是在被冷卻水包圍的條件下工作的，但是在工作狀態(tài)下，缸內(nèi)壓力很高，所以油缸的密封設(shè)計(jì)顯得十分重要。油缸的活塞設(shè)計(jì)成中間帶有兩道密封，密封圈的材料采用 0形橡膠密封圈GB/T3452.3-1998，其中末端采用Yx形密封圈JB/ZQ4264-1997,這種密封圈的截面形狀成V形。在這種結(jié)構(gòu)中，一定壓力下油會(huì)使密封圈的邊緣漲開而貼緊缸筒，起到密封作用，油壓越高，密封能力越強(qiáng)，并能自動(dòng)補(bǔ)償磨損，從而達(dá)到較好的密封效果。V密封的結(jié)構(gòu)如圖5-11所示。為防止冷卻水的流出，油缸尾部端蓋法蘭必須設(shè)計(jì)密封裝置。由于長(zhǎng)期處于高溫輻射(刺火、翻渣等)熱流沖擊，導(dǎo)致這里不能被完全冷卻，因此較適宜采取耐高溫密封結(jié)構(gòu)和密封材料，徹底解決早期密封結(jié)構(gòu)出現(xiàn)頻繁漏水的問題。密封結(jié)構(gòu)如圖5-12所示螺栓頂緊裝置的設(shè)計(jì)由于壓力環(huán)是一個(gè)易損易耗件，降低壓力環(huán)的造價(jià)對(duì)使用廠家極為有利。螺栓頂緊裝置是壓力環(huán)的另外一個(gè)主要部件，結(jié)構(gòu)如圖5-13所示。它與油缸對(duì)稱安裝，頂緊裝置是固定在壓力環(huán)環(huán)體上，當(dāng)液壓系統(tǒng)加壓，對(duì)應(yīng)的頂緊裝置也給壓力環(huán)與油缸同樣大小的反作用夾緊力， 就可以用替代一半數(shù)量的油缸，達(dá)到更加經(jīng)濟(jì)的目的。頂緊裝置主要由套筒、前板、螺母座、頂緊螺栓、后座等組成。套筒焊接在壓力環(huán)上，用來定位整個(gè)頂緊裝置。螺母座設(shè)計(jì)了兩個(gè)與螺母凸凹相對(duì)的卡槽，以防止螺母移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。螺母卡穩(wěn)后,將頂緊螺栓旋入螺母中，其前端是頂緊塊，頂緊塊的一部分伸出套筒，用來頂緊銅瓦。頂緊塊的位置是固定的，它并不隨著壓放電極而變化，即頂緊塊的位置始終是處于頂緊銅瓦的最大位移處。5.525其它部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在壓力環(huán)頂部設(shè)計(jì)了一個(gè)環(huán)形定位鋼圍板，它是由不銹鋼板焊制的構(gòu)件，其外徑比活動(dòng)小套的內(nèi)徑稍小，其作用是防止小套在徑向上產(chǎn)生位移。此外，將大小套及壓力環(huán)的材質(zhì)由鍋爐鋼改為不銹鋼，提高了隔磁能力，且大小套環(huán)體內(nèi)構(gòu)成冷卻水循環(huán)水道的一組隔板采用 T型焊連接，提高了焊連接強(qiáng)度，可有效延長(zhǎng)套體壽命。6鎳鐵電爐爐體長(zhǎng)壽關(guān)鍵技術(shù)選擇6.1礦熱爐爐體本項(xiàng)目大型鎳鐵礦熱爐爐型為圓形密閉式結(jié)構(gòu)，爐身為固定式。礦熱爐爐體由磚砌體、鋼結(jié)構(gòu)（骨架、爐殼或圍板）及基礎(chǔ)墩組成。由于礦熱爐爐底溫度較高，為保護(hù)爐底一般都采用架空結(jié)構(gòu)。礦熱爐的鋼結(jié)構(gòu)處在強(qiáng)大的磁場(chǎng)周圍工作，凡是可能形成閉合回路的地方，都應(yīng)用防磁材料斷開磁路。例如，拉桿活接頭采用防磁材料料制成。爐體鋼結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度，以承受爐體的自重和熔體自重，以及爐體的膨脹力，為了減小膨脹力，骨架應(yīng)具有一定的彈性，可以平衡部分膨脹量。爐殼一般采用20mm厚的鋼板焊接而成，爐殼外表面水平和豎直方向都焊接圍板，既起到增加爐殼強(qiáng)度，又起到增加爐殼散熱面積的作用。爐殼必須嚴(yán)密，不能讓空氣進(jìn)入砌體氧化磚襯。在鐵口和渣口周圍都補(bǔ)焊20mm厚的鋼板，以增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。冶煉紅土礦或銅鎳精礦的礦熱爐內(nèi)襯，一般在渣線以下采用鎂質(zhì)耐火材料，爐頂、渣線以上采用粘土質(zhì)耐火材料。25500kVA鎳鐵礦熱爐所用耐火材料總重量預(yù)計(jì)為2100t。目前國(guó)內(nèi)外礦熱爐筑爐材料使用情況見表6-1所示6.2礦熱爐爐底礦熱爐爐底的壽命是礦熱爐長(zhǎng)壽的限制性環(huán)節(jié)之一，在礦熱爐生產(chǎn)中如果全部?jī)?nèi)襯保持在低溫狀態(tài)，就能夠減緩或防止侵蝕，延長(zhǎng)爐底的使用壽命。礦熱爐本體耐火材料內(nèi)襯設(shè)計(jì)方案如圖6-1所示。表6-1國(guó)內(nèi)外礦熱爐爐襯使用情況名稱爐頂爐墻渣線下部爐底備注材料厚度/mm側(cè)墻锍口端墻放渣口端墻材料厚度/mm材料厚度/mm材料厚度/mm材料厚度/mm30000kV?銅精礦電爐粘土磚300鎂磚粘土磚690113鎂磚粘土磚920113鎂磚粘土磚920113鎂磚760爐墻渣線采用水冷粘土磚230耐熱混凝土9516500kVA鎳精礦電爐耐火澆注料300鎂磚粘土磚690113鎂磚粘土磚692348鎂磚粘土磚692348鎂磚粘土磚76054012500kVA鎳精礦電爐粘土磚300鎂磚粘土磚690113鎂磚粘土磚920113鎂磚粘土磚920113鎂磚粘土磚760500爐墻渣線采用水冷6300kVA貧化電爐耐火澆注料400鎂磚600鎂磚600鎂磚600鎂磚粘土磚760735爐墻渣線以下采用銅磚水套冷卻俄羅斯