12500KVA工业硅矿热炉的设计解答.doc

第五章 工业硅冶炼能源节约技术的研究能源安全已构成我国整体战略安全的一个极大隐患，成为经济社会发展的瓶颈我国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60％、10％和5％。我国已成为世界第二大能源消费国和第二大石油消费国，能源供应紧张局面日趋严重。，我国也存在严重能源利用效率低的问题。近年来的快速增长在很大程度上是靠消耗大量物质资源实现的。我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，如火电供煤消耗高达22.5％，吨钢可比能耗高21％，水泥综合能耗高达45％。据测算，我国每创造一美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率仅为美国的26.9％，日本的11.5％。能源利用效率低工业硅冶炼能源节约技术%=4-6%。 5.2.2.2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密切相关，控制最佳的供电制度对保证取得好的经济技术指标十分重要。 一般而言，提高矿热炉的二次电压在功率一定情况下电流就可以降下来，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[68、83]来确定矿热炉正常工作时的二次电压： V2=KP1/3 式中：K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V2=6.5×125001/3=150.85≈151V， 二次电流I2==47795.2A。 5.2.2.3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法，一般根据电极电流和电极电流密度确定： d==102.4cm=1024mm， 式中I2为电极电流，A，△I为电极电流密度 5.5-6.1A/cm2，取5.8计算。 根据国内厂家生产碳素电极的标准，取电极直径为1050mm。 2、极心圆直径计算 极心圆直径是一个对冶炼过程有很大影响的设备结构参数，电极极心圆直径选得适当（图5-1），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。如果一设计就不适当，则热量不是过分集中（图5-2）就是热量分散（图5-3），这都会造成炉况调节频繁或根本无法调节的严重错误。 设计中极心圆直径可按下式计算： Dg=ad=2.3×1050=2415mm 式中a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2500mm。 图5-1 极心圆适当 图5-2 极心圆过小 图5-3 极心圆过大 3、炉膛内径计算 在选择炉膛内径时，要保证电流流过电极—炉料—炉壁时所受的阻力大于经过电极—炉料—电极或炉底时所受的阻力。否则，炉膛内径选择尺寸过大，矿热炉表面散热面积大，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—炉料—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： Dn=rd=5.8×1050=6090mm 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6200mm。 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，炉口温度升高，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=βd=2.5×1050=2625mm 式中β为炉膛深度倍数，β=2.5-2.8，这里取2.5。 炉膛深度这次设计中取为2700mm。 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含量的，因为这涉及到筑炉成本、炉子性能、