2500KVA岩棉生产线电渣炉技术设计方案.docx
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2500KVA岩棉生产线电渣炉技术设计方案
2500KVA岩棉生产线加热电炉
技术方案
江苏德诚冶金电炉设备有限责任公司
二〇一五年七月十日
1总论
沾化县炜烨镍业公司投资建设1台2500KVA电渣炉用于生产岩棉的技术方案。
1.1项目名称
日产100吨岩棉生产线建设项目之2500VA电渣炉
1.2项目单位
沾化县炜烨镍业公司
1.3项目建设单位
江苏德诚冶金电炉设备有限责任公司
1.4设计指导思想和主要原则
（1）根据当前的国际节能减排趋势，发展循环经济。
（2）依据需方用于岩棉生产线每小时4吨炉渣的处理能力。
（3）采用国内、国际先进可靠的技术和设备，使项目建成后的各项经济指标达到同行业领先水平。
（4）科学合理降低项目的建设投资和运营成本,为企业创造最大利益。
2项目建设条件
建设地气象条件和地理条件（暂缺）。
抗震设防烈度暂按8度考虑（可按照用户国家要求设计）。
3建设范围及生产线组成
3.1建设范围
1台2500KVA炉渣加热电炉。
我公司主要方案和报价范围为电炉、加料口（不含双梁桥式吊车）、电炉主体的机械、电气（电控）。
3.2装备水平
电炉结构型式为矮烟罩半封闭、全液压、石墨电极、移动式精炼电炉结构形式。
如果业主要求可设计为矿热炉形式。
3.2.1冶炼电炉
a电炉变压器暂按35kV（10KV）进线考虑，电炉变压器二次侧端采用上部板式出线；
b短网采用铜排、水冷母线；
c采用铸造铜瓦；
d采用碟簧夹紧装置；
e电极升降采用液压方式；
4电炉加热
4.1生产工艺流程（见图一）
图一、生产工艺流程简图
生产工艺流程见上图，图中主要是电炉加温的部分工艺。
4.2 生产工艺简述
4.2.1炉渣的化学成分。
炉渣中AlO3过高会影响岩棉的丝长和韧性，所以尽可能控制使用含AlO3超过20%以内的液态渣，SiO2的含量高于45%。
下表为贵公司的炉渣主要成分
编号
Al2O3
CaO
MgO
SiO2
L1507-01
1613-
2.27
4.97
29.00
46.12
L1507-01
1615-
1.86
5.28
25.68
46.03
CaO-MgO-SiO2-Al2O3系相图
由于冶炼镍铁合金的红土镍矿来源不一，相应的炉渣成分有所差别，渣系成分不同其液态渣的熔点和粘度不同，密度和高温导电性也有加大的差距，具体需要加热的时间和温度、二次电压和电流，要根据不同渣系成分总结，同时将CaO-MgO-SiO2-Al2O3系相图做为参考。
一般炉渣的密度为2.7~2.74g/cm2,熔点因成分不同差别较大，见上面的渣系相图。
4.2.2电炉加热炉渣的工艺。
电炉加热为断续加热，电炉出渣为连续出渣。
初次开炉。
初次开炉应先将电炉炉衬及电极加热升温，一般可采用木材、焦炭或煤吹压缩空气，使炉内壁温度上升到650℃以上时可清除炉内的石块等杂物后将干净的液态炉渣用铁水包通过岩棉生产线的行车提升至炉盖加料口缓慢加入电炉，初次开炉时可一次或数次加入20~25吨进行加温并烘炉，在正常开炉期间每次加入的熔融渣量应不大于6吨，然后提起电极给电炉送电进行加热，加温送电时间一般根据所加入液态渣的质量和温度控制在8~15分钟，停电保温，等待下次的加料后再送电加热，同时注意炉内保持一定的余量和渣流。
新开炉的前几次的加热时间稍长一些，因为炉壁的温度较低，炉内炉渣降温较快。
加热过程监控好温度的变化。
电炉炉内和炉前出铁产生的烟气通过电炉烟气除尘器进行净化，清洁气体排入大气。
电炉烟气除尘器采用箱式小布袋过滤在线清灰的方式。
整个烟气除尘器由管道、旋风除尘器、空冷器、除尘器、主风机和烟囱组成。
4.2.3炉渣加热升温计算：
下表中炉渣1300℃的平均比热为1.3632KJ/（kg·℃），1500℃的平均比热为1.3406KJ/（kg·℃），从1300℃加温到1500℃的平均比热按1.3519KJ/（kg·℃）计算，4000kg液态渣升温所需能量为：
4000×1.3519×（1500-1300）=1081520（KJ）=300.42（KWh）
1KWh=3600KJ
那么加热4吨液态炉渣从升温从1300℃加温到1500℃所耗电量约为300KWh的电，为了每次新加入的较低温度的炉渣不影响炉内的现有液态炉渣1450℃连续流出要尽快升温到1500℃，当炉内仍有20吨1450℃液态渣，再加入4吨1300℃液态渣时炉内的料会很快混合起来，那么混合后的温度为t。
由公式Q=Cmt进行计算，计算时仍按平均比热1.3519KJ/（kg·℃）计算。
20000×（1450-t）=4000×（t-1300）
由此解得t=1425℃。
当炉内有10吨1450℃液态渣，再加入4吨1300℃液态渣时炉内的料会很快混合起来，那么混合后的温度为t。
由公式Q=Cmt进行计算，计算时仍按平均比热1.3519KJ/（kg·℃）计算。
10000×（1450-t）=4000×（t-1300）
由此解得t=1407℃。
该温度下的熔融渣仍然不大影响渣的流出。
当炉内有10吨1450℃液态渣，再加入8吨1300℃液态渣时炉内的料会很快混合起来，那么混合后的温度为t。
由公式Q=Cmt进行计算，计算时仍按平均比热1.3519KJ/（kg·℃）计算。
10000×（1450-t）=8000×（t-1300）
由此解得t=1383℃。
该温度下的熔融渣就有可能影响渣的流出，所以对于渣系相温度较高的渣可适当增加加温时间。
具体低温渣加入多少量不影响连续的岩棉生产主要看一是炉渣的成分组成二是炉内高温渣的多少和新加入低温渣的多少，具体情况要经过实际总结。
电炉容量的确定。
为不影响连续出渣和尽可能降低影响出渣口渣的温度变化，电炉的加热时间要短，电炉保温要好。
每加入4吨低温渣电炉加热时间一般保证在8分钟之内，如不考虑电炉的散热，8分钟应消耗电量300KWh，那么电炉的大概容量：
S=300/8×60=2250（KVA）
实际考虑散热和延长加热时间来综合因素，电炉容量确定为2500~3200KVA已是足够。
4.3电炉生产能力
4吨1300℃加热时间是8分钟左右，也就是说每小时可加热一次，时长为8分钟，但如延长加热时间和增加炉体内的渣量时也可适当增加加入低温渣的量，建议正常加温时每次加入低温渣的量一般控制在4~6t/h,最大量不要超过8吨，每天的最大生产量按160t/d（日加热时间6~10.7小时），正常生产量96t/d。
4.4 原材料技术条件
4.4.1电源
电炉可采用35KV或10KV电源，安装容量为2500KVA，为便于控制在电炉操作台上安装电炉分合闸控制及信号。
动力用电采用0.4KV电源，电源容量按照岩棉生产线的用电设备总体考虑，电炉配套的动力用电设备主要为25/5t双梁行车、电极加接单梁吊、电极升降等液压站和炉体移动卷扬机，该部分总容量约140KW。
电炉停送电控制电源从现有的220V直流电源引出一路。
4.4.2炉渣
从现生产工艺环节中收取部分液态渣，要保证渣液中无大颗粒耐火材料等，以免影响续流出炉，每小时需量为4吨左右。
加入的炉渣温度不得过低，否则直接影响添加溜槽的畅通。
4.5电炉主要参数（见表4）
电炉主要参数表4
序号
名称
单位
数量
备注
1
电炉变压器容量
KVA
2500
2
一次侧电压
KV
35（10）
3
一次侧电流
A
41.24（144.3）
4
二次电压
V
130－150－180
11级（5）
5
二次常用电压
V
150
6
二次常用电流
A
9622.8
7
调压方式
无载电动调压
8
电源频率
Hz
50
9
电炉功率因数
CosФ
0.92
10
电极直径
㎜
350
石墨
11
电极电流密度
A/㎝2
10
12
电极极心圆直径
㎜
1000
13
炉膛直径
㎜
3600
14
炉膛深度
㎜
1600
15
炉壳直径
㎜
4000
16
炉壳高度
㎜
2200
17
电极工作行程
㎜
1200
5车间组成及布置
车间平面布置见附图。
经济的方法，可考虑1台电炉与两条成棉生产线构为一个车间，车间长度和宽度主要依据岩棉生产线部分。
电炉的具体布置见附图。
变压器跨布置。
共设2层平台，即±0.0m、+5.0m，二层平台的高度要结合岩棉生产线的情况来做最后决定。
在电炉旁分别布置有炉变室、电炉控制室、液压站等。
6车间主要生产设备
6.1渣包运输系统
6.1.1过跨轨道小车
一般来说，岩棉生产线要建在出电炉车间的另一个车间，所以从镍铁冶炼电炉里出来的液态渣最好是通过保温渣包运输到岩棉生产线的车间，再用专用行车提起渣包将液态渣从加热炉的顶部加料口加入炉内（为安全起见加低温渣时需停炉）。
6.1.2低温渣加入专用行车
行车为25/5tA6级（具体根据渣包的重量配置），主要是将低温液态渣加入加热炉内。
6.1.3电极加接电动单梁吊。
在电炉顶部设置2t单梁吊，以起吊电极、下放电极和加接电极。
6.2电炉的主要系统和构件
6.2.1水冷电缆
是将电炉变压器出线角形连接铜排到电炉铜瓦的导电通水软电缆，其作用是将电能通过水冷电缆由变压器角形连接铜排送到铜瓦上。
每相的水冷电缆选用2200mm2，平均电流密度约2.18A/mm2。
6.2.2铜瓦
每相电极铜瓦有两块，碟簧压力环抱紧。
铜瓦高度630mm，铜瓦弧长530mm，整体为铸造结构，通水电缆直接连接到铜瓦耳连接板上。
铜瓦与石墨电极的连界面平均电流密度为1.5A/cm2。
6.2.3压力环。
压力环采用两半的半开合结构，抱紧由碟簧抱紧，打开由油缸可碟簧的压力打开下放电极。
压力环的两端和电极升降油缸做球形连接，油缸直接吊装在上部平台上。
电极下放。
电极下放和加接必须是电炉处于停电状态，并有可靠的安全措施，方可下放。
电极加接电动葫芦夹紧上部，然后升起导电横臂。
加接电极时，用电极加接导电葫芦提起欲加接的电极，缓缓起升到短电极上部，点动慢速下降将电极连接丝头对接好点动下降的同时旋动电极，旋转的力矩依据电极厂家标准。
6.2.4液压系统
电极升降及松开电极均采用液压系统。
液压系统主要包括液压站、蓄能器组、控制回路。
液压站包括：
油泵、电机、调压阀、单向阀、过滤器、油箱、温度计、压力表、液位计、滤油器、加热器、冷却器、蓄能器组。
液压站设两套泵组，一用，一备。
油泵采用恒压变量柱塞泵，可靠、耐用、节能。
油箱：
有效容积0.6m³。
系统工作压力12—14Mpa,蓄能器充气压力8-12Mpa。
液压介质为46#抗磨液压油。
6.3烟罩及炉体
烟罩是收集并排除电炉冶炼过程中产生的大量烟气和炉尘的装置，也是炉料加入的地方。
烟罩采用封闭矮烟罩，烟罩盖板可分瓣制作，运输到现场后进行安装。
它由水冷钢骨架、水冷盖板、侧壁等组成。
从电极极心圆外400mm向圆心内的部分采用无磁不锈钢，外部和侧圈采用普通钢材质。
骨架和顶盖均为水冷，其上也喷涂高铝耐火浇注料。
烟罩高620mm，设置三个观察小门。
烟罩顶部设置三个电极和加料口及除尘烟管开孔。
烟罩为圆形结构，烟罩顶部极心圆外400mm以内全部采用无磁不锈钢制作水冷板，外圈采用普通钢水冷板，下部打结耐火浇注料。
炉体主要由耐火材料砌衬、钢制炉壳和出铁口组成。
采用圆形炉壳，其钢度大、结构紧凑，容易制作。
炉壳由厚度为18mm的厚钢板和纵横向的加劲板分数瓣焊接而成，炉底板为水平板，采用厚度为20mm的钢板，安装在混凝土基础上的48a工字钢排架上，通过工字钢排架可形成良好的空气通道以冷却炉底。
炉体设两个出铁口，一个维护或备用，另一个出炉。
7 电炉辅助配套部分
7.1电源及供电
电炉车间的主要电气设备有电炉变压器、低压配电柜及操作台等。
生产车间主要动力设备为电炉控制液压泵、双梁桥式吊车、电动单梁吊车及检修电源等，动力用电和照明用电采用三相四线制供电。
双梁桥式吊车、电炉控制、电炉冷却水供水应按2级负荷的双回路设计。
电炉高压停送电操作、保护系统及事故照明采用220V直流电源系统。
电炉变压器用电由开关站35KV高压电缆送至电炉变压器，保护系统加装避雷器和阻容吸收装置可防止过电压损坏电炉变压器。
馈出柜保护选用微机保护装置。
馈出柜的控制为本地和远程两地控制，正常在操作台操作，运行状态信号和保护回路送至电炉控制室信号屏和开关站，便于操作和监视设备运行状态，并有效保护电炉在事故状态下能够瞬时跳闸，以保证事故范围不再扩大。
7.2装机容量
电炉供电由1台2500KVA变压器供电，35（10）KV进线；根据工艺要求，三台单相电炉变压器组合连接为Dd-0接线方式、强油水冷却、无载电动调压共11级，可有效节能和防止谐波的产生，并有较强的过负荷能力，并满足电炉直接用电烘炉和正常生产。
7.3供水部分
7.3.1水量水压
每台电炉小时耗冷却水约100立方米，炉台分水器水压0.25~0.3Mpa。
每台电炉变压器小时耗冷却水约50立方米，炉台水压0.15Mpa。
7.3.2水质要求
要求冷却水必须进行软化处理，水质要求：
PH7-8.5
悬浮性固体＜10mg/L
碱性＜60mg/L
氯离子平均：
＜60mg/L
最大：
＜220mg/L
硫酸离子＜100mg/L
全铁＜2mg/L
可溶性Si02＜6mg/L
溶解性固体＜300mg/L
电导率＜500us/cm
总硬度Ca0mg当量＜10
江苏德诚冶金电炉设备有限公司
2015-7-15
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