阅读说明：本技术 等离子熔融炉及对其进行烘炉的方法 (Plasma melting furnace and method for baking same ) 是由 胡明 赵彬 宫臣 王婷婷 徐鹏程 宗肖 虎训 齐景伟 张亮 郭斌 于 2020-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种等离子熔融炉,包括：电极,熔炉本体；所述熔炉本体包括炉壁、炉盖、炉底以及由所述炉壁、炉盖、炉底围成的炉腔,所述电极设置于所述炉底上；所述熔炉本体包括含有氧化铬的工作层。通过在工作层内掺杂氧化铬,工作层抗侵蚀、冲刷以及抗热震的形成提高,避免了碱金属元素的侵入,减小了工作层等耐火材料的损耗。(The invention discloses a plasma melting furnace, comprising: an electrode, a furnace body; the smelting furnace body comprises a furnace wall, a furnace cover, a furnace bottom and a furnace chamber enclosed by the furnace wall, the furnace cover and the furnace bottom, and the electrode is arranged on the furnace bottom; the furnace body includes a working layer comprising chromium oxide. By doping chromium oxide in the working layer, the erosion resistance, the scouring resistance and the thermal shock resistance of the working layer are improved, the invasion of alkali metal elements is avoided, and the loss of refractory materials such as the working layer is reduced.)

等离子熔融炉及对其进行烘炉的方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理领域，具体涉及一种等离子熔融炉及对其进行烘炉的方法。

背景技术

生活垃圾焚烧产生的飞灰属于危险废弃物，而目前针对于此类危险废弃物的处理方式主要为安全填埋，成本较高。现通过等离子熔融技术可以将飞灰无害化、减容化、资源化。由于等离子炉内为高温腔体，需要使用耐火材料对其进行衬砌，以保证外界的操作环境以及避免热量的散失。由于等离子飞灰熔融炉的特殊性，对耐火材料有不同的要求。首先，等离子体电弧对于传统耐火材料有较强的侵蚀性，同时等离子体电弧可以在瞬间启动与停止，在便于控制的同时却给耐火材料带来了强烈的热震；其次，由于飞灰含有大量的氯化钠、氯化钾等盐类，对于耐火材料的侵蚀严重；另外，由于等离子体电弧的高温，导致对于耐火材料绝热性要求大幅提高。同时在烘炉工艺中，采用电弧加热方式，导致温度不可控、烘烤温度不均匀及易开裂等现象出现。

目前的炉体耐火材料的设计通常使用高纯度氧化铝、氧化镁等材料的耐火砖、耐火浇注料或者其组合形式作为工作层，其通常的设计厚度约为200mm，外层为密排水冷管或水冷钢壳等水冷结构，耐火材料的冷面与水冷结构直接接触，耐火材料起到抵抗侵蚀的作用，其热量被冷却水带走。整个等离子炉体内的耐火材料结构分为炉盖和炉体两部分或者为一个整体结构。

因此，有必要提出一种新的技术方案，解决或者部分解决上述问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请一方面提供了一种等离子熔融炉，包括：电极，熔炉本体；所述熔炉本体包括炉壁、炉盖、炉底以及由所述炉壁、炉盖、炉底围成的炉腔，所述电极设置于所述炉底上；所述熔炉本体包括含有氧化铬的工作层。

进一步地，所述电极包括所述第一电极，所述第一电极包括多根相互间隔的条状导电金属，所述间隔内填充有不导电材料。

进一步地，所述电极还包括第二电极，所述第一电极与第二电极堆叠设置，所述第二电极至少部分地覆盖所述炉底靠近所述炉腔的表面，所述条状导电金属部分地位于所述第二电极内。

进一步地，还包括沿所述电极周向设置的抗渗层。

进一步地，所述熔炉本体还依次设有第一绝热层、第二绝热层、柔性隔热层。

进一步地，所述炉壁包括分段设置的第一炉壁与第二炉壁，所述第一炉壁与所述炉盖连接，所述第二炉壁与所述炉底连接，所述第一炉壁的工作层的氧化铬含量为40％-95％，所述第二炉壁的工作层的氧化铬含量为30％-95％，所述炉盖的工作层的氧化铬含量为 20％-70％。

进一步地，所述第一炉壁上的工作层厚度为100-280mm、第一绝热层厚度为100-250mm、第二绝热层厚度为100-200mm、柔性隔热层厚度为10-100mm。

进一步地，所述第二炉壁上的工作层厚度为100-300mm、第一绝热层厚度为100-300mm、第二绝热层厚度为100-200mm、柔性隔热层厚度为10-100mm。

进一步地，所述炉盖的工作层厚度为100-280mm、第二绝热层厚度为100-400mm、柔性隔热层厚度为10-100mm。

通过在工作层内掺杂氧化铬，工作层抗侵蚀、冲刷以及抗热震的形成提高，避免了碱金属元素的侵入，减小了工作层等耐火材料的损耗。

本发明另一方面提供了对所述等离子熔融炉进行烘炉的方法，包括：

在所述电极上套接电极启动结构，以启动所述电极，所述电极启动结构位于所述炉腔内且距离所述炉底具有预设距离；

在所述电极及所述电极启动结构上设置隔离部，以避免隔离部之外的材料进入所述电极；

在所述隔离部内所述电极上填充第一金属材料，在所述隔离部外所述炉底上填充第二金属材料，其中，所述第一金属材料覆盖所述电极启动结构；

对所述等离子熔融炉加热以进行烘炉处理。

进一步地，至少在两个温度区间进行烘炉。

使用本方法进行烘炉烧制的炉体结实耐用、不易变形。

附图说明

通过参考附图来描述本发明，其中：

图1为根据本申请一实施例中等离子熔融炉的结构示意图；

图2为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极的结构示意图；

图3为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极启动结构的俯视图；

图4为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极启动结构的另一示意图；

图5为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极启动结构与第一电极的连接示意图；

图6为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的填充第一金属材料与第二金属材料的示意图；

图7为根据本申请一实施例中对等离子熔融炉进行烘炉的方法的流程图；

附图标记：

100：炉盖； 105：第一炉壁； 110：第二炉壁；

115：第一电极； 120：防渗层； 125：第二电极；

130：不导电材料； 135：孔； 140：电极启动结构；

145：隔离部；

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明喷射喷枪。显然，本发明的施行并不限于垃圾处理领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。

现有的设计中，使用的耐火材料为高纯度氧化铝、氧化镁等为基础的原料，由于熔融的碱性较强，在熔融玻璃体区域，由于受到熔浆的不断冲刷，同时受到熔融玻璃体中碱金属和重金属成分的作用，导致其侵蚀严重，通常寿命只有3-6个月；而在自由气化区，由于受到等离子电弧的辐射作用，另外由于飞灰中氯化钠、氯化钾等盐类的挥发，部分在耐火材料工作层聚集，导致受到等离子体辐射以及受到碱金属元素侵蚀的部位寿命大大缩短。

同时，由于等离子体电弧的启停带来的巨大的热震冲击，一方面容易在钢壳与耐火材料的接触面形成缝隙，导致导热系数下降等问题，另一方面，热震容易在耐火材料表面形成细小裂缝，在为碱金属元素的侵入形成通路，加剧耐火材料的损耗。

为此，本申请提供了一种等离子熔融炉，包括：

电极，熔炉本体；所述熔炉本体包括炉壁、炉盖、炉底以及由所述炉壁、炉盖、炉底围成的炉腔，所述电极设置于所述炉底上；所述熔炉本体包括含有氧化铬的工作层。该工作层指直接与熔融玻璃体和自由气化区域接触的部分，及熔炉本体最内侧的一层。

通过在工作层内掺杂氧化铬，工作层抗侵蚀、冲刷以及抗热震的形成提高，避免了碱金属元素的侵入，减小了工作层等耐火材料的损耗。

下面结合附图，对本申请进行进一步地解释与说明，其中图1为根据本申请一实施例中等离子熔融炉的结构示意图；图2为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极的结构示意图；图3为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极启动结构的俯视图；图4为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极启动结构的另一示意图；图 5为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的电极启动结构与第一电极的连接示意图；图6为根据本申请一实施例中等离子熔融炉中的填充第一金属材料与第二金属材料的示意图；参见图1，本发明包括电极，熔炉本体；所述熔炉本体包括炉壁、炉盖100、炉底以及由所述炉壁、炉盖100、炉底围成的炉腔130，所述电极设置于所述炉底上；所述熔炉本体包括含有氧化铬的工作层。

该电极设置在炉底上，用于在于熔炉开口处的阴极(未示出)产生等离子弧，以对炉腔内130内的飞灰进行处理。具体地，该电极包括第一电极，具体地，参见图1第一电极115设置在炉底内部，其中第一电极包括多根相互间隔的条状导电金属，所述间隔内填充有不导电材料。

示例性地，第一电极115包括数根竖直间隔安装于炉底的金属导电钢棒，钢棒电极的直径在20-50mm之间，材质可以为普通碳钢或者其他高熔点金属材料，在金属导电钢棒之间的间隔设有不导电耐火材料层，不导电耐火材料层包括防渗干振料，以捣打料的形式与第一电极115结合。

进一步地，电极区周边可由浇注料或砌筑形式构成竖向致密的抗渗层120，具体如图1所示，抗渗层120可以避免上部熔融液竖向渗漏后穿透干振料进行横向渗漏，造成穿炉风险。

进一步地，参见图2，在第一电极115上还设有第二电极120。所述第一电极115与第二电极120堆叠设置，第二电极120至少部分地覆盖所述炉底靠近所述炉腔的表面，第一电极115中的条状导电金属部分地位于所述第二电极内。在熔融运行过程中，因为预留钢液的存在，等效于形成一层金属电极层(第二电极)，飞灰在金属电极层以上被加热熔融，熔融飞灰与耐火材料的工作层不再直接接触，避免了熔融飞灰中的碱金属元素和氯元素对干振料耐材的侵蚀作用；另外，电弧直接作用范围存在于预留钢液形成的金属电极层以上，也大大降低了等离子电弧对干振料的破坏。

进一步地，熔炉本体还可以在工作层外依次设有第一绝热层、第二绝热层、柔性隔热层。同时炉壁包括分段设置的第一炉壁105与第二炉壁110，第一炉壁105与所述炉盖100连接，第二炉壁110与所述炉底连接，其中第一炉壁105上的工作层、第一绝热层、第二绝热层、柔性隔热层与第二炉壁110的工作层、第一绝热层、第二绝热层、柔性隔热层在密度、厚度等并不相同。

示例性地，第一炉壁105的工作层由氧化铬含量为40％-95％的重质浇注料、耐火砖或者其组合形式构成，其主要作用是承受自由气化区的碱金属元素侵蚀，以及等离子电弧的辐射侵蚀和热震伤害，随着氧化铬含量的提高，耐火材料抗侵蚀、冲刷以及抗热震的性能呈现上升趋势。第一绝热层可由中密度绝热浇注料、耐火砖或者其组合形式构成；第二绝热层由轻质绝热浇注料、耐火砖或者其组合形式构成；柔性隔热层由岩棉、耐火纤维、纳米隔热材料或者其组合形式构成，其作用为吸收随着热膨胀产生的体积变化，同时将炉外壳温度降至 80℃以下。

第二炉壁110工作层为氧化铬含量为30％-95％的重质浇注料、耐火砖或者其组合形式构成，相对密度为2.5-3.5，其主要作用是承受碱金属元素侵蚀，以及出渣过程中熔融玻璃体对其表面进行的冲刷，随着氧化铬含量的提高，耐火材料抗侵蚀、冲刷以及抗热震的性能呈现上升趋势。此层热面工作温度为1400-1650℃，设计厚度可以为 100-300mm，冷面温度为800-1300℃，此工作层的孔隙率需要控制在 3％以下，以减少熔渣中的重金属元素和碱金属元素对其的侵蚀。内绝热层由中密度绝热浇注料、耐火砖或者其组合形式构成，相对密度为1.5-2.5，其主要作用是承受工作层热面温度，并起到绝热作用，厚度为100-300mm，热面温度为800-1300℃，冷面温度为400-700℃；外绝热层由轻质绝热浇注料、耐火砖或者其组合形式构成，其作用为进一步隔绝热量的传导，相对密度为1-2.2，厚度为100-200mm，热面温度为400-700℃，冷面温度为300℃以下。柔性隔热层由岩棉、耐火纤维、纳米隔热材料或者其组合形式构成，厚度为10-100mm，其作用为吸收随着热膨胀不均产生的体积变化，同时将炉外壳温度进一步降至80℃以下。

炉盖100的工作层由氧化铬含量为20％-70％的重质浇注料、耐火砖或者其组合形式构成，其主要作用是承受自由气化区的碱金属元素侵蚀，以及等离子电弧的辐射侵蚀和热震伤害。绝热层由中密度绝热浇注料、耐火砖或者其组合形式构成,绝热层可以设置为单层或者与下炉墙相同的双层或者多层结构。柔性隔热层由岩棉、耐火纤维、纳米隔热材料或者其组合形式构成，其作用为吸收随着热膨胀产生的体积变化，同时将炉外壳温度降至80℃以下。各层的厚度需要综合考虑，其中工作层的厚度与其侵蚀周期呈正相关，因此，通常设计中，工作层的寿命设计为检修周期的倍数，以便在停炉检修时对工作层进行检修和修补。

参见图7，本申请另一方面提出了一种对上述熔融炉进行烘炉的方法，包括：

步骤200：在第一电极115上套接电极启动结构140，以启动所述电极115，所述电极启动结构140位于所述炉腔130内且距离炉底具有预设距离；

参见图3，电极启动结构140上设置有若干孔135，通过孔将电极启动结构到设在第一电极115上，为了紧固电极启动结构与第一电极的连接，可以对二者进行焊接，焊角高度应不小于20mm。

电极启动结构140为外径可以为直径800mm、厚度20mm的碳钢钢板，钢板上与每个导电金属棒对应的位置的孔135直径可以为 50mm。

炉内炉衬施工完毕后，在第一电极每个条状导电金属露出约 50-150mm的耐材，将电极启动结构140套在底电极炉内条状导电金属上，电极启动结构140底面距离炉底耐材面留出10-30mm缝隙(该缝隙为炉底耐材向上的膨胀空间，防止炉底耐材膨胀挤压电极启动结构140)，将电极启动结构140调平，条状导电金属露出连通板约 30-55mm。

步骤210：在所述电极及所述电极启动结构上设置隔离部145，以避免隔离部之外的材料进入所述电极；

示例性地，该隔离部145可以为开口的金属筒，当然也可以为其他装置。

在炉内底部先放置金属筒(该金属筒可以为外径φ600-1200mm，壁厚5-10mm，高度700mm-1000mm的大圆管，材质普通碳钢)，金属筒位于炉底中心，直接坐在炉底耐材上，并将电极启动结构140、第一电极罩在里面。

步骤220：在所述隔离部145内第一电极115上填充第一金属材料，在所述隔离部外所述炉底上填充第二金属材料，其中，所述第一金属材料覆盖所述电极启动结构；

其中，铺盖第一金属材料：在金属筒内，从电极启动结构140面往上铺盖第一电极115(第一材料可以包括钢屑，钢屑为钢粒或车床、铣床等机床工作时产生的碎钢屑，外形尺寸约3-10mm，厚度≤2mm，材质普通碳钢即可，钢屑重量大约100-400kg，钢屑要无油无水)，第一金属材料的厚度为盖住第一电极115并超出约30-80mm，并人工压实，目的是让第一金属材料与第一金属材料间、第一金属材料与第一电极115间充分接触。装填前，可先用万用表随机在第一金属材料堆中测量一下，要确保第一金属材料之间是能导通的，防止第一金属材料表面有特殊面层绝缘不导电。

铺第二金属材料，第二金属材料可以为废钢，示例性地废钢类型包括采用废钢外形尺寸大致为直径φ20-50mm，厚度10～30mm的小圆饼状，材质普通碳钢。第二金属材料装填前，可先用万用表随机在废钢堆中测量一下，要确保废钢块之间是能导通的，防止废钢表面有特殊面层绝缘不导电。

炉内装填第二金属材料：炉内第二金属材料采用一次装满的方式，总的第二金属材料装填量为3-6t(根据炉体结构调整)。首先人工将第二金属材料装满炉内钢桶，然后参照图3将其它废钢堆在钢桶上方和周围，注意将第二金属材料尽量向中心集中，第二金属材料在炉内的分布圆最好不超过φ1400mm的圆。

步骤230：对所述等离子熔融炉加热以进行烘炉处理。

等离子炉烘炉的升温制度取决于炉衬的结构、材质、砖型以及砌筑方法等因素。本方案的烘炉制度，烘炉时长为50-300小时(主要根据耐材设计厚度，炉体体量，耐材砌筑含水量来确定)，烘炉过程分为高温段和低温段，其中1100℃以内的低温段采用燃油、燃气等矿物燃料燃烧器作为热源，便于炉内温度控制；1100℃以上高温段通过电弧等离子体加热熔化第二金属材料，形成熔池。烘炉过程根据炉体烧结原理分4-7段持续保温，使得升温梯度可控，烘炉时温度均匀，烧制的炉体结实耐用、不易变形。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。