阅读说明：本技术 矿热电炉炉体结构 (Furnace body structure of ore-smelting electric furnace ) 是由 丁丰收 王明侠 晁尚奎 丁彦文 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矿热电炉炉体结构,包括炉体和炉盖,所述炉体的侧壁和底部分别具有冷却装置；所述炉体底部和壁部工作层的导热系数高于10.0w/(m·k)、耐压强度高于50MPa；在所述工作层外设置有保护层。本发明在矿热电炉炉体的侧壁和底部分别设置冷却装置,可对矿热电炉内衬耐火材料进行有效的冷却,确保1150℃铁水凝固等温线保持在紧邻耐火材料工作面之内,有效减缓了液态渣铁对于耐火材料的侵蚀损毁作用,并会在冶炼中在耐火材料工作面的表面形成一层渣铁保护层。同时,结合对电炉炉体侧壁内衬和底部内衬进行合理调整,使矿热电炉炉体达到安全、高效、长寿的运行,可将目前矿热电炉内衬的一次性使用寿命提高到5年至10年。(The invention discloses a furnace body structure of an ore-smelting electric furnace, which comprises a furnace body and a furnace cover, wherein the side wall and the bottom of the furnace body are respectively provided with a cooling device; the heat conductivity coefficient of the working layer at the bottom and the wall of the furnace body is higher than 10.0 w/(m.k), and the compressive strength is higher than 50 MPa; and a protective layer is arranged outside the working layer. According to the invention, the cooling devices are respectively arranged on the side wall and the bottom of the furnace body of the ore-smelting electric furnace, so that the lining refractory material of the ore-smelting electric furnace can be effectively cooled, the 1150 ℃ molten iron solidification isothermal line is ensured to be kept in the position close to the working surface of the refractory material, the corrosion and damage effects of liquid slag iron on the refractory material are effectively slowed down, and a slag iron protective layer is formed on the surface of the working surface of the refractory material in smelting. Meanwhile, the lining on the side wall and the lining on the bottom of the electric furnace body are reasonably adjusted, so that the ore-smelting electric furnace body can run safely, efficiently and long in service life, and the one-time service life of the existing ore-smelting electric furnace lining can be prolonged to 5 years to 10 years.)

矿热电炉炉体结构

技术领域

本发明涉及矿热电炉结构，尤其是涉及一种用于冶炼镍铁及铁合金的矿热电炉炉体结构。

背景技术

矿热电炉是冶炼铁合金的重要设备，它利用***的三根高功率电极产生的电弧热量将入炉的金属矿物原料进行冶炼，使矿物中的杂质与金属在液态下分离，然后在出铁过程中排出渣子，得到成品金属。在冶炼过程中矿热电炉内衬耐火材料会受到电弧热量熔蚀、高温液态金属的渗透、复杂渣子成份的化学侵蚀等多重损毁。目前行业内很多矿热电炉内衬的耐火材料寿命在12～18个月，而大修一次矿热电炉内衬需要一千多万人民币的资金投入和1～2个月的停产，大大影响了矿热电炉的生产效率和经济效益，并且每次大修都要造成大量的资源投入和上千吨工业固废垃圾的排放。所以，如何能有效延长矿热电炉的使用寿命是本领域技术人员长期的研究方向。

现有的矿热电炉采用普通炉壳，炉内耐火材料采用镁砖、镁铬砖、碳砖＋高铝砖等材质砌筑，仅靠耐火材料的高温性能来抵御炉内的高温熔蚀、铁水渗透及化学侵蚀，炉子寿命一般为一年左右，期间需要对炉子的易损部位进行维护。而且炉子使用后期需要在炉衬变薄、炉壳高温的状态下运行，非常危险。

为延长矿热电炉炉体的使用寿命，目前采用的护炉方式有如下几种：

1、堆料护炉：扩大矿热电炉的直径，减小电极电弧半径，使紧靠炉衬的矿物远离电弧不能融化而堆积，利用矿物原料的堆积保护耐火材料炉衬，这样的炉衬寿命一般可达2～3年。但是，这种护炉方式可使炉子的利用率很低、电耗很大，并且由于物料的阻隔无法对炉内进行有效监控，当炉内异常造成烧蚀不平衡时，很容易造成炉壁烧穿。

2、局部冷却＋渣子成份调节：此方法目前使用比较广泛，一般对于矿热电炉炉盖、出铁口、出渣口进行循环水冷却，可以有效延长这些重点部位的耐火材料使用寿命；并且通过对炉内渣子成份的调节，减少对渣线耐火材料的侵蚀，延长相应部位炉衬寿命。这样综合措施的使用可以使炉子达到3～4的寿命，但是对于炉子操作和渣子成份调节的技术工种要求较高。

3、炉体冷却：目前对矿热电炉的冷却方式有冷却壁冷却和淋水冷却，冷却壁冷却设备投资较高，而淋水冷却的投资相对低一些。但是这些冷却方式并没有明显提高炉体内衬的使用寿命（炉体最长的寿命不超过5年）。

研究发现，如果能有效降低矿热电炉内衬工作层耐火材料的工作温度，不仅可延长炉缸的使用寿命，还能提高炉子运行的安全性。

发明内容

本发明的目的在于针对目前矿热电炉炉体使用寿命较短的缺陷提供一种新型的矿热电炉炉体结构，该炉体结构可有效延长矿热电炉的使用寿命。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的矿热电炉炉体结构，包括炉体和炉盖，所述炉体的侧壁和底部分别具有冷却装置；

所述炉体底部和壁部工作层的导热系数高于10.0w/（m·k）、耐压强度高于50MPa；在所述工作层外设置有保护层。

所述炉体侧壁的冷却装置布设在炉体钢壳外侧，其安装区域与炉体内炉缸的冶炼区域相对应；所述炉体底部的冷却装置为布设在高导热浇注料层中的冷却管道。

所述炉体侧壁的冷却装置为冷却壁、冷却板、冷却管或喷吹装置，所述冷却介质为水、氮气或压缩空气。

所述炉体底部工作层下铺设有隔离钢板。

在靠近所述侧壁和底部冷却装置的工作层内布设有测温热电偶。

所述炉体底部工作层为依次砌筑的高导热碳砖层和含碳耐火砖层。

所述炉体底部工作层包括高导热碳砖层和高导热浇注料层。

所述炉体侧壁的工作层为砌筑在钢壳内的含碳耐火砖层。

所述炉体侧壁的工作层为砌筑在钢壳内的含碳耐火砖层和高导热浇注料层。

所述炉盖上设置有水冷系统。

本发明的优点在于在矿热电炉炉体的侧壁和底部分别设置冷却装置，可对矿热电炉内衬耐火材料进行有效的冷却，确保1150℃铁水凝固等温线保持在紧邻耐火材料工作面之内，可以有效减缓液态渣铁对于耐火材料的侵蚀损毁作用，并会在冶炼中在耐火材料工作面的表面形成一层渣铁保护层。同时，结合对电炉炉体侧壁内衬和底部内衬进行合理调整，使矿热电炉炉体达到安全、高效、长寿的运行，可将目前矿热电炉内衬的一次性使用寿命提高到5年至10年。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明另一结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明所述的矿热电炉炉体结构，包括炉体和炉盖，为延长矿热电炉的使用寿命，在炉体的侧壁和底部分别设置冷却装置； 其中

炉体侧壁冷却装置1布设在炉体钢壳外侧，其安装区域与炉体内炉缸的冶炼区域保持一致，甚至可以在炉壳外全部安装；优选的，炉体侧壁冷却装置1可以为金属或陶瓷材质的冷却壁、冷却板、冷却管或喷吹装置等，冷却介质可以为水、氮气、压缩空气等。

炉体底部的冷却装置可采用冷却管道2，冷却管道2可采用无缝钢管，采用高导热浇注料层3将冷却管道之间的间隙找平；在找平面上铺设隔离钢板4以隔离下部冷却管道2漏水的渗透（如果冷却介质采用氮气或压缩空气，可以不铺设隔离钢板4）。

为灵活控制炉壁和炉底各处安装的冷却装置的温度，炉体侧壁冷却装置1可以分区域控制水流（如在每个或一组冷却壁、冷却板、冷却管的进出水口分别安装阀门，可单独控制，同时在进出水口处安装测温装置，保证冷却装置的冷却效果）；炉底的冷却管道2也单独控制水流，并设置进出水测温装置。在炉壁钢壳内侧以及炉底隔离钢板4上均布设有测温热电偶5，可随时检测炉体的温度。

在炉体侧壁和底部安装冷却装置的前提下，本申请对炉体内衬也做了改进，具体来说：

1、矿热电炉底部内衬（工作层）采用了两种砌筑方案

第一种方案如图1所示：首先在炉底找平层（高导热浇注料层3）或隔离钢板4上砌筑2～3层（图中显示2层）230～400mm的高导热碳砖层6.1[导热系数15.0~17.0w/（m·k）]，在高导热碳砖层6上用防漂浮结构砖型砌筑2～3层（图中显示2层）共500～900mm的含碳耐火砖层7.1［导热系数12.0~14.0w/（m·k）、耐压强度50.0~60.0MPa、显气孔率10.8~12.0%］；

第二种方案如图2所示：是在砌筑完成的高导热碳砖层6.1上浇注一层500～900mm厚度的高导热浇注料层7.2［导热系数10.0~12.0w/（m·k）、耐压强度50.0~60.0MPa、体积密度2.80~2.85（g/cm³）］；

2、矿热电炉壁部内衬（工作层）也采用了两种砌筑方案

第一种方案如图1所示：在炉体侧壁的钢壳内砌筑3～4环的230~345mm宽含碳耐火砖层8.1［导热系数12.0~14.0w/（m·k）、耐压强度50.0~60.0MPa、显气孔率10.8~12.0%］；

第二种方案如图2所示：首先在炉体侧壁的钢壳内错缝砌筑2环75~150mm的宽含碳耐火砖层8.2，然后再支模整体浇注600～900mm厚的高导热浇注料8.3［导热系数10.0~12.0w/（m·k）、耐压强度50.0~60.0MPa、体积密度2.80~2.85g/cm³］；

采用上述方法砌筑好炉体内衬后，在内衬上再设置保护层，其目的在于烘炉期间和开炉初期保护层的耐火材料可避免氧化和物料撞击。其底部内衬工作层上可以平砌一层65mm或114mm厚粘土砖层8（亦可以是高铝砖），在壁部内衬工作层上贴壁砌筑一层65mm厚粘土砖层9（亦可以是高铝砖），或者喷涂30～50mm厚的高强度喷涂料。

为保证其冷却效果，在炉盖上也设置有水冷系统，可采用独立控制的全水冷系统，进出水处设置测温装置，炉盖内衬则采用浇注料或者高强度喷涂料作为耐火材料内衬。

同时，在矿热电炉的出渣口及出铁口等重要部位可以加装铜质冷却套或冷却板强化冷却，冷却水流或气流单独控制流量，管道进出口设置测温装置。

通过上述设计，采用冷却循环系统对矿热电炉内衬耐火材料进行适当的冷却，确保了1150℃铁水凝固等温线保持在紧邻耐火材料工作面之内，有效减缓了液态渣铁对于耐火材料的侵蚀损毁作用，并会在冶炼过程中在耐火材料工作面的表面形成一层渣铁保护层。本发明的方案在实践中可根据冶炼矿种、原设计结构的制约等因素进行优化，可以整体使用也可以部分使用。通过优化，有望将矿热电炉的使用寿命从5年以上提高到10年以上。