12．5MVA工业硅矿热炉的结构设计[1] 睾 加热设备 工业加热 第35卷2006年第5期 12．5 MVA工业硅矿热炉的结构设计 邹学柏 ，李江涛2， (1．上海广济硅材料有限公司，上海 201203；2 彭 达 ，刘大顺 中国科学院 理化技术研究所，北京 100083) 摘要：大容量矿热炉具有热稳定性好、原料适应性好、能耗少、产量高、单耗低同时也有助于提升产品质量，是中国工业硅冶炼行 业矿热炉的发展的新趋势。根据相关设计理论和日常工作经验设计了适合我国国情的 12．5MVA工业硅矿热炉，该炉采用机械化上料、 PLC自动控制、全液压捣...

  睾 加热设备 工业加热 第35卷2006年第5期 12．5 MVA工业硅矿热炉的结构设计 邹学柏 ，李江涛2， (1．上海广济硅材料有限公司，上海 201203；2 彭 达 ，刘大顺 中国科学院 理化技术研究所，北京 100083) 摘要：大容量矿热炉具有热稳定性好、原料适应性好、能耗少、产量高、单耗低同时也有助于提升产品质量，是中国工业硅冶炼行 业矿热炉的发展的新趋势。根据相关设计理论和日常工作经验设计了适合我国国情的 12．5MVA工业硅矿热炉，该炉采用机械化上料、 PLC自动控制、全液压捣炉、封闭式冶炼以及最新隔热技术，是在集成了国内外 目前较新冶炼技术后的基础上完成的研究项 目，这 里主要介绍 1 2．5MVA矿热炉的结构设计。 关键词 ：矿热炉 ；结构设计 ；工业硅 中图分类号 ：TF806．7 文献标识码 ：A 文章编号：l 002一l 639(2006)05—004 l—o3 Structure Design of 12．5MVA Submerged Arc Furnace Smelting Industrial Silicon ZOU Xue-bai ， LI Jiang—tao ，PENG Da ， LIU Da—shun (1．Shanghai Guangji Silicon material Co．Ltd．，Shanghai 20 1 203，China； 2．Technical institute ofphysics and chemistry ofChinese Academy ofSciences，Beijing 100083，China) Abstract：The large-capacity submerged arC furnace with many featmes such as good thermal stability,raw materials adaptability,and high—output with less energy consumption which also helps to improve the product quality becomes a fashion type of fumace in industrial Silicon-smelting field in China．Based on related design theories and daily work experiences，a 1 2．5MVA submerged arC furnace smelting industrial silicon Was design ed inthispaper．Thefumaceis suitableforthe situationofourcountry．Andthefurnaceisintegrated withworldwidelatestSilicon-smeltingtechnology including of automatic loading crude material， PLC control， full hydraulic mashing, close smelting and new heat insulation． Here the slructure design ofthefurnaceismainlyintroduced ． Key words：subme~ed arc furnace， structure design ， Industry silicon 我国是工业硅生产大国，年产工业硅 120万t，出口 量居世界首位，但我国工业硅行业的突出特点是电炉 容量小、台数多、自动化水平低、80％产品是冶金级工 业硅⋯。造成此现状的原因是多方面的。我公司在多 年工业硅建设项目经验的基础上，大胆创新，集众之智 与运用最新科研成果设计了基本能适应大规模化生产的 12．5 MVA工业硅矿热炉，获得了广西兴和硅业有限公司 项目投资方的认可，即将在融水县推广使用。 收稿日期：2006—06·07 作者简介：邹学柏(1977一 )，男，湖南人，博士，浦东新区企业博 士后工作站工作，主要是做工业硅冶炼与提纯研究． 1 设计依据 本工程采用如下设计规范： 中国节能技术政策大纲))(2005)； 冶金企业安全 卫生设计暂行规定))(1988)；《建筑规划设计防火规范))(GBJ16 — 87)；(江业炉窑大气污染排放标准))(GB9078—1996)； (江业炉砌筑工程项目施工及检验收取规范))(GB502 1 l一2004)。 2 设计内容 2．1 变压器选型 大容量矿热炉具有单炉产量大、能量供应均衡性好、 便于实现机械化、便于余热综合利用、耐热性好便于 操作等一系列优点，是业界一致认可的矿热炉发展趋势。 8 ： ： 8 目前热管换热器在烟气余热回收中的应用大多分布在 在中低温余热资源的余热回收利用，进一步的工作要完 善高温热管，降低其成本，提高其可靠性，以拓宽热管 换热器在高温佘热资源中的应用，提高热管换热器与其 它型式高效热交换器的竞争力。 参考文献： ⋯ 顾维藻，马重芳．强化传热 [M】．北京：科学技术出版社， l990． 学工业出版社，2000． [3】林宗虎．强化传热技术及其工业应用 [M】．北京：机械工 业出版社，1987． [4]4 杨世铭，陶文铨．传热学 (第 3版)[M】．北京：高等教育 出版社，l999． [5】5 沈维道，蒋敏智，童钧耕．工程热力学 (第 3版)[M】．北 京：高等教育出版社，2001． [6】姚寿广，屠传经，’朱德书．管内强化换热元件综合热力性 [21庄 骏，张 红．热管技术及其工程应用 [MI．北京：化 [7】 能分析及评价 [J】．动力工程，2002，22(3)：l798．1803． 山本格 [Et】．Et本的热管技术及其应用 [J]．能源工程， 1996(3)：39241． 41 维普资讯 加热设备 为促进国内工业硅行业冶炼水平的提高和设备装备的 现代化，因此此次设计采用 l2．5 MVA容量的矿热炉变压 器，其具体技术参数如下： 型号：HKSSPZ20—12500／35壳式强油水冷矿热炉变 压器 额定容量／MVA 12．5，可超载30％ 冷却方式 OFWF 一 次电压／kV 35 二次额定电压／V 151 二次电压／V 175，172，169，166，163，160，157，154，151， 148，145，142，139，136，133共 15档 阻抗电压 (短路电压)／V 4％～6％。 2．2 矿热炉电气参数的确定 在工业硅冶炼过程中矿热炉的状态与电气参数的变 化紧密关联，控制最佳的供电

  对保证取得好的经济 技术指标十分重要。 一 般而言，在功率一定情况下提高矿热炉的二次电压， 电流就可以降下来，这有利于提高线路功率因数和减少电 损失，但是过分提高矿热炉电压，电极就不能深插，炉膛 料面就会过热，热损失增加，硅回收率降低，因此每台电 炉都有其适宜的二次电压值。在设计电炉时往往利用米古 林斯基公式[ 来确定矿热炉正常工作时的二次电压 u2=KP 式中： ，为电压系数，取6．0～7．5；P是变压器额定功率，kVA。 因此这次设计时取二次电压U2=6．5×12 500“ = 150．85 151V D 二次电流，2= =47 795．2 A 、／-)u 2 2．3 矿热炉结构设计 正确设计矿热炉的结构是保障矿热炉工作性能的先 决条件，是设计工作者面临的最大困难。好的矿热炉结 构设计不仅有利于炉子保障高产、优质、低能耗、少故 障的生产，而且有利于节约筑炉成本、方便其它设备布 置、保证操作顺畅。 (1)电极直径的选取：在确定矿热炉其它结构尺寸 之前，必须先确定电极直径，它决定着矿热炉其它结构 尺寸的大小。电极直径有许多计算方式，一般根据电极 电流和电极电流密度确定 2√ 1 024 mill 式中：12为电极电流，A； 为电极电流密度5．5～6．1A／cm2， 取 5．8计算。 根据国内厂家生产炭素电极的标准，取电极直径为 1 050 mm。 (2)极心圆直径计算：极心圆直径是一个对冶炼过 程有特别大的影响的设备结构参数，电极极心圆直径选得适 42 工业加热 第35卷2006年第 5期 当 (图 1a)，三根电极电弧作用区域部分刚好相交于炉 心，各电极反应区既相互相连又重叠部分最小，在这种 情况下，炉内热量分配合理，坩埚熔池最大，吃料均匀， 炉况稳定，炉况也易于调节。如果设计不当，热量不是 过分集中 (图 1b)就是热量分散 (图 1c)，这都会造成 炉况调节频繁或根本没办法调节的严重错误。 (a)极心圆适当 【b)极心圆过小 【c)极心圆过大 图 1 极心圆直径 设计中极心圆直径可按下式计算 =ad=2．3×1 050=2 415 mm 式中：口为极心圆倍数，a=2．2～2．3，这里取 2_3计算。 结合矿热炉容量、可调极心圆范围、实际电气参数 调节空间这里取极心圆直径为2 500 mm。 (3)炉膛内径计算：在选择炉膛内径时，要保证电 流流过电极一炉料一炉壁时所受的阻力大于经过电极一炉料一 电极或炉底时所受的阻力。否则，炉膛内径选择尺寸过 大，矿热炉

  面散热面积大，还原剂烧损严重，出硅口 温度低，出硅困难，炉况会恶化；炉膛内径选择过小，电 极一炉料一炉壁回路上通过的电流增加，反应区偏向炉壁， 将使炉内热量分散，炉心反应区温度低，炉壁腐蚀严重， 炉况也会恶化。 炉膛内径可按下面经验公式计算 D =rd=5．8×1 050=6 090mm 式中：r为炉膛内径倍数，r=5．8～6．0，这里取 5．8。 炉膛内径这次设计中取为6 200 mm。 (4)炉膛深度计算：在选择炉膛深度时，要保证电 极端部与炉底之间有一定的距离、电极有效插入的深度 和料层有一定的厚度。炉膛深度若过深，电极与炉底距 离远，电极不能深插，高温区上移，炉底温度低，炉底 SiC会沉积，炉底上抬，堵塞出硅口，炉况变差；炉膛深 度若太浅，料层厚度将很薄，炉口温度上升，硅挥发损 失增加，容易露弧操作，能耗增大。 合适的炉膛深度可按下面经验公式计算 h= =2．5×1 050=2 625 mm 式中： 为炉膛深度倍数， =2．5～2．8，这里取2．5。 炉膛深度这次设计中取为2 700 mm。 (5)炉衬与炉底的结构、尺寸及材料选择：一般而 言，炉衬、炉底结构包含了工作层、保温层、隔热层、绝 热层、钢板层 5个主要层次，但是每个层次的具体尺寸 却是很有技术上的含金量的，因为这涉及到筑炉成本、炉子性 维普资讯 加燕设备 能、炉子寿命等许多经济因素。 炉衬厚度过厚，引起筑炉成本上升，占地面积扩大， 炉衬表面积增加，散热面积也增大；炉衬厚度过薄，抑 或炉衬强度不够，抑或无法保温。炉底厚度亦是如此。 国内外对炉衬、炉底散热强度计算表明，保持炉衬 与炉底热损失为 2％～4％是在合理的范围内_4J，或者保 持炉衬表面温度在70～ 120℃是允许的，因此按照这一个 条件以及结合所选择材料的使用温度，根据传热学知识可 确定炉衬与炉底工作层、保温层、隔热层、绝热层的厚 度，钢板层的厚度根据强度需要而定。 我们在这次设计中，工作层都使用自焙碳砖、保温 层选用新型隔热耐火粘土砖 (热导率

  是炉缘距离炉心远，上料困难， 国内特别强调以人工精细加料来取得好质量与低能耗产 品，一致认为大容量炉子在国内不如6 300kVA炉子的性 能。我们在这次设计中设计了3个机械加料炉门，3个捣 料炉门。3个机械加料炉门取代了炉顶上料，因为从炉顶 上料，必须建造一个高的加料台或皮带上料系统，同时 用机械加料炉门也解决了大容量矿热炉上料困难的问题。 考虑到德国DDS公司生产的加料捣炉机比较昂贵，因此 将加料捣炉功能分开，加料从 3个密封加料炉门通过摇 动料桥 (可伸缩深入到炉心)将料布放在料面各处，捣 炉功能通过窥视孔根据需要打开捣料炉门进行捣炉操作。 加料炉门位于离炉沿400ram高度处，其门槛长500ram， 高400mm，普通钢材质。捣炉炉门门槛下部与炉沿等高， 门槛长 1 200mm，高 1 500mlTl，使用单独水冷结构。 (8)烟罩结构、尺寸与材料选择 大容量矿热炉炉膛尺寸跨度大，烟罩设计较困难，同 时从烟罩通过的电流大，处理不好涡流损失大。为了解 决烟罩结构强度与防止涡流损失，我们采取用水冷钢管 (防磁)做骨架并起吊，上下盖采用石板与水泥构筑，用 细钢筋做支撑，既减轻了烟罩整体重量又防止了筑砌或 制作上的不便。烟罩高度离炉沿2 300 mm，直径与炉壳 直径等同，厚度 160 mffl，上下盖间通水冷却。 3 技术指标 设计完成 后有关该炉的技术参数与性能如下： 电极直径／mm 1 050；极心圆直径／mm 2 500 炉膛直径／mm 6 200；炉膛深度／mm 2 700 炉壳直径／mm 8 000；炉壳高度／mm 4 618 烟罩高度／mm 2 300；理论 日产量／20t 理论电单耗量／kW ·h·t 13 000 4 结 论 通过研究设计 12．5 MVA大容量工业硅矿热炉，开拓 了工业硅冶炼行业别人不敢涉及的领域，为国内工业硅 冶炼水平的上升做出了积极的探索。设计的大容量工业 硅矿热炉结构符合常理、用材科学，性能优良，包含了许多 新的技术如出硅口设计、炉门设计、烟罩设计等。新技 术的运用节约了筑炉成本和提高了矿热炉的装备水平，说 明了依靠我国自己科研力量完全能设计符合时代趋势 的大容量工业硅矿热炉。 参考文献： 【1】李圣华．中国工业硅发展概况及 2005～ 2010年炭质电极 需求量预测 【J】．炭素技术，2005，4 (3)：1-3． 【2】李景春．矿热熔炼炉参数计算方式浅析 【J】．铁合金，1996， (5)：1．5． 【3】SLOBODYANOV A Technical-economic Analysis of Sub- merged Arc Furnace in Hull【J】_Metal Science and Heat Treat— ment，1995，13：933-938． 【4】BORODULYA V A，NOGOTOV E F．Thermal Calculation of Lining for Submerged Arc Furnace【J】．Journal of Engineering Physics and Thermophysics，1987，13(6)：1156-1165． 43 维普资讯

  本文档为【12．5MVA工业硅矿热炉的结构设计[1]】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑， 图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。

  [版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件，我们尽快处理。

  本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。

  网站提供的党政主题相关联的内容(国旗、国徽、党徽..)目的是配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。

  天津市滨海新区名校2022-2023学年八年级物理第一学期期末达标检测试题含解析

  天津市滨海新区名校2022-2023学年八年级物理第一学期期末达标检测试题含解析

  2015—2016江苏高考招生计划与录取分数（艺术本科第3小批（校考）汇总）（专业）

  成都中医药大学 2016年春季学期期末考试计算机基础试卷-成教(答案)

  成都中医药大学 2016年春季学期期末考试计算机基础试卷-成教(答案)