一种用炉变容量直接设计矿热炉（电炉）和炉变二次侧电压的结构和方法，用于冶炼电石、工业硅、硅铁、锰系、铬系、钛系、黄磷等多种金属或铁合金矿热炉、铁合金精炼炉及电弧炉；用于开放或密闭式矿热炉；本发明专利技术确保了上述电炉的熔池（或坩埚）圆、炉膛、极心圆、电极、炉膛深度和炉变二次侧电压的和谐数字化关系，并提出巴氏四环矿热炉，使矿热炉（电炉）具有较高的功率因数和电极入料深度，降低矿热炉（电炉）电耗和矿耗，提高矿热炉的产量，实现矿热炉低品位原料的冶炼，可用于中、大型矿热炉及其炉变的设计和改造。
【技术实现步骤摘要】
一种用炉变容量直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构与方法
：一种用炉变容量直接设计矿热炉（电炉）和炉变（矿热炉变压器简称）二次侧电压的结构与方法，可应用于密闭、半密闭、内燃或开放式矿热炉，用于工业硅、电石，硅铁、黄磷、硅系(硅铁、高纯硅、硅钙、硅钡、硅铝、硅铝钡等)、锰系（硅锰、锰铁等），铬系（硅铬、铬铁等）、镍系、钼铁、钨铁、钛铁等多种矿热炉、精炼电炉或电弧炉。
技术介绍
：传统矿热炉设计是先通过电极功率和电极载流强度与电极电压计算电极直径，然后用通过电极直径的倍数关系计算矿热炉几何参数，这种传统矿热炉设计方法当炉变二次侧电压设计和判断错误时、或矿热炉大型化后会导致一系列矿热炉设计错误，出现变压器档位不够或炉变二次侧电压过低，炉变容量与矿热炉需求的功率不匹配，导致矿热炉（电炉）电耗高，产量低，电极入炉不好，功率因数低，甚至衍生出烧变压器和其它烧毁矿热炉炉墙的生产安全事故。传统矿热炉（电炉）的设计一直采用熔池（坩埚）圆交叠于炉心或交叠过炉心设计，炉膛参数也是随意设计，矿热炉设计长期缺乏一种能保持矿热炉内在冶炼自然和谐关系的设计方法，缺乏矿热炉与变压器匹配联动的数字化设计，缺少颠覆性的矿热炉结构和方法创新，致使多数矿热炉（电炉）违背冶炼自然规律发生设计错误，尤其是矿热炉大型化后，设计更是千奇百怪，因不同专业履历和从业经验对矿热炉理解存在巨大差异和错误，导致在同原料下的矿热炉运行指标差距大，多数矿热炉运行电耗高、炉龄短、污染大，难以长周期安全稳定运行、对矿热炉原料品位要求比较苛刻，无法体现矿热炉大型化规模优势。
技术实现思路
：专利技术目的（解决的问题）本专利技术是一种用炉变容量直接设计矿热炉（电炉）和炉变二次侧电压的结构与方法，是通过与矿热炉配套的变压器容量直接入手设计矿热炉的结构、炉膛参数和炉变二次侧电压，根据矿热炉熔池（坩埚）圆或炉膛参数来倒推电极直径，或用炉变容量直接计算电极直径，或以此专利技术炉变二次侧工作电压推算精确的电极直径后设计矿热炉，并且提出巴氏四环矿热炉（中心一环周边三环）设计结构和方法，及采用熔池（坩埚）圆相切不交叠于炉心的矿热炉设计新方法，专利技术所述四环矿热炉结构和方法是单炉膛三电极矿热炉大型化的唯一出路；专利技术引入熔池（坩埚）圆、同心圆、极心圆、炉膛、电极直径联动的矿热炉数字化设计结构与方法，消除了传统矿热炉（电炉）设计的随意性，保持了矿热炉应有的内在冶炼自然和谐关系，建立了矿热炉设计与炉变二次侧电压匹配的全数字化设计模式；保证了矿热炉设计的准确性、实用性和安全性；提高矿热炉电能效率和热能利用率，并通过精确匹配矿热炉变压器二次侧电压和电极与矿热炉结构和参数，提高矿热炉变压器自身的功率因数和电极插深、降低短网损耗和压降，同时改善了矿热炉对低品位原料的适用性。技术方案1.一种用炉变容量直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构与方法，其特征是：单炉膛三电极非直线排列矿热炉（或电炉），以三个单相变压器之单相变压器容量P（单位kVA，视在功率，下同）或三相变压器容量3P（kVA）的三分之一之容量P（kVA）的幂及其系数设计矿热炉和炉变二次侧电压，熔池（或坩埚）圆直径、极心圆直径、同心圆直径、炉膛直径等采用公式D=xmPy±k，（D单位为：毫米mm），炉变二次侧电压U=nNPz（单位为V伏特）直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法；这种用P（或用3P）的幂及其系数（x，y，z，N，m，n为系数，k为常数）设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法有多种数学公式等效，公式采用P和3P有一个3y系数关系，本专利技术仅列举采用P和下述：x=249.0473，y=0.278，z=0.444，N=3，4，5；n=0.85-2.2时专利技术所述矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法炉；炉墙厚度按冶炼种类最薄处在400-1400（毫米mm）设计矿热炉炉壳；a、矿热炉采用巴氏四环矿热炉设计，熔池（或坩埚）直径Drg=249.0473mrP0.278（毫米mm），熔池（或坩埚）圆直径Dr＝Drg+kr（毫米mm），Dr，Drg公式中系数mr=0.85~1.25，常数kr=600~700（毫米mm），式中mr,kr按冶炼种类、炉变容量和矿热炉原料选择；以Dr为直径做三个熔池（坩埚）圆两两外切（每个熔池（坩埚）圆与其它两个外切），以三个熔池（或坩埚）的圆心之外接圆心为炉心；b、以上述炉心为圆心，以Dt＝1.1547mtDr+kt（毫米mm）（式中系数mt=0.85~1.0，常数kt＝-0.111Dr~+0.999Dr）为直径做同心圆，同心圆之在三个熔池（或坩埚）圆外部分的三段弧与在同心圆外之三个熔池（或坩埚）圆的三段弧围成封闭曲线为矿热炉炉膛水平截面；c、Dj=1.1547mjDr-kj（毫米mm），mj=0.87~1.0常数kj=+0.222Dr~-100（毫米mm），以Dj为直径过炉心做矿热炉的极心圆，三个熔池（或坩埚）圆心与炉心的连线（或其延长线）与极心圆之交点为电极几何中心；这种熔池（坩埚）圆相切和电极向炉心内外移动的设计方式，提高了所述矿热炉炉膛极心圆调整范围和功率分布方式，增加了炉墙保护距离，保证了炉膛和炉墙安全和电极插深。d、电极直径dd＝md(249.0473mrP0.278+kr)/3或dd＝mdDr/3（毫米mm）（系数md=0.90~1.30），石墨或碳素电极md取小值，自焙烧电极md取大值，有渣冶炼md取大值，无渣冶炼md取小值；e、炉膛深度Hh=mh(249.0473mrP0.278+kr)或Hh=mhDr（毫米mm）（系数mh=0.72~0.95），mh根据原料品位和粒度及给料方式选择；f、矿热炉炉膛水平截面同心圆之炉膛部分的弧AB，CD，EF可用分别过弧AB，CD，EF端点的直线段替代，或分别过AB，CD，EF端点与两熔池（或坩埚）圆同时外切之圆弧在同心圆内之部分弧替代；g、上述a~e可先通过dd＝md83.01577mrP0.278+kr/3（式中系数和常数同上述a~e）计算dd后按a~e中公式推算出Dr、Dj、Hh后设计所述矿热炉；h、上述巴氏四环矿热炉炉壳采用圆形也可采用四环形，炉墙最薄处厚度400-1400（mm）根据矿热炉需要设计，烟罩（炉盖）高度按矿热炉需要与传统相同或略矮，炉壳高度按炉底厚度加炉膛深度计算；i、上述a~e中公式内的系数mr，mt，mj，mh，md，常数kr，kt，kj根据冶炼电极类型和冶炼种类、原料与变压器容量选择，并具有联动关系，这些系数、常数取值还有放宽的空间，考虑矿热炉运行安全建议不宜超出此范围，矿热炉参数的计算结果可以适度取整。2.技术方案1所述，一种用炉变容量直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构与方法，其特征是：当技术方案1.b、中当系数mt=1.0，常数kt的取值等于或大于Dr时，即为巴氏四环矿热炉水平（横）截面圆形矿热炉；a、炉膛直径DT=BSDR+kT（毫米mm），熔池（坩埚）直径DRG=xmRPy（毫米mm），熔池（坩埚）圆直径DR=DRG+kR，DT，DRG式中x=249.0473，y=0.278，kR=600~700(毫米mm)，kT=0~700(毫米mm)，系数mR=0.85~1.25，巴氏炉膛系数BS=2.1547~2.3094；b、极心圆直径DJ=本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用炉变容量直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构与方法，其特征是：单炉膛三电极非直线排列矿热炉（或电炉），以三个单相变压器之单相变压器容量P（单位kVA，视在功率，下同）或三相变压器容量3P（kVA）的三分之一之容量P（kVA）的幂及其系数设计矿热炉和炉变二次侧电压，熔池（或坩埚）圆直径、极心圆直径、同心圆直径、炉膛直径等采用公式D=x m Py± k，（D单位为：毫米mm），炉变二次侧电压U=nNPz（单位为V伏特）直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法；这种用P(或用3P）的幂及其系数（x，y，z，N，n为系数，k为常数）设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法有多种数学公式等效，本专利技术仅列举采用P和下述：x=249.0473，y=0.278，z=0.444，N=3，4，5；n=0.85‑2.2时专利技术所述矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法炉；炉墙厚度按冶炼种类最薄处在400‑1400（毫米mm）设计矿热炉炉壳；a、矿热炉采用巴氏四环矿热炉设计，熔池（或坩埚）直径Drg=249.0473mrP0.278（毫米mm），熔池（或坩埚）圆直径Dr＝Drg+kr（毫米mm）， Dr，Drg公式中系数mr=0.85~1.25，常数kr=600~700（毫米mm），式中mr, kr按冶炼种类、炉变容量和矿热炉原料选择；以Dr为直径做三个熔池（坩埚）圆两两外切（每个熔池（坩埚）圆与其它两个外切），以三个熔池（或坩埚）的圆心之外接圆心为炉心；b、以上述炉心为圆心，以Dt＝1.1547mtDr+kt（毫米mm）（式中系数mt =0.85~1.0，常数kt＝‑0.111Dr~+0.999Dr）为直径做同心圆，同心圆之在三个熔池（或坩埚）圆外部分的三段弧与在同心圆外之三个熔池（或坩埚）圆的三段弧围成封闭曲线为矿热炉炉膛水平截面；c、Dj= 1.1547mjDr ‑kj（毫米mm），mj =0.87~1.0，常数kj= +0.222Dr ~‑100（毫米mm），以Dj为直径过炉心做矿热炉的极心圆，三个熔池（或坩埚）圆心与炉心的连线（或其延长线）与极心圆之交点为电极几何中心；d、电极直径dd＝md(249.0473mrP0.278+kr)/3或dd＝mdDr/3（毫米mm）（系数md =0.90~1.30）；e、炉膛深度Hh=mh(249.0473mr P0.278+ kr )或Hh=mh Dr（毫米mm）（系数mh=0.72~0.95）；f、矿热炉炉膛水平截面同心圆之炉膛部分的弧AB，CD，EF可用分别过弧AB，CD，EF端点的直线段替代，或分别过AB，CD，EF端点与两熔池（或坩埚）圆同时外切之圆弧在同心圆内之部分弧替代；g、上述a~e可先通过dd＝md83.01577mr P0.278+ kr /3（式中系数和常数同上述a~e）计算dd后按a~e中公式推算出Dr、Dj、Hh后设计所述矿热炉；h、上述巴氏四环矿热炉炉壳采用圆形也可采用四环形，炉墙最薄处厚度400‑1400（mm）根据矿热炉需要设计，烟罩（炉盖）高度按矿热炉需要与传统相同或略矮，炉壳高度按炉底厚度加炉膛深度计算；i、a~e中公式内的系数mr，mj ，mt，md，mh，常数kr，kt，kj根据冶炼电极类型和冶炼种类选择及变压器容量选择，并有联动关系，矿热炉参数的计算结果可以适度取整。...
【技术特征摘要】
1.一种用炉变容量直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构与方法，其特征是：单炉膛三电极非直线排列矿热炉（或电炉），以三个单相变压器之单相变压器容量P（单位kVA，视在功率，下同）或三相变压器容量3P（kVA）的三分之一之容量P（kVA）的幂及其系数设计矿热炉和炉变二次侧电压，熔池（或坩埚）圆直径、极心圆直径、同心圆直径、炉膛直径等采用公式D=xmPy±k，（D单位为：毫米mm），炉变二次侧电压U=nNPz（单位为V伏特）直接设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法；这种用P(或用3P）的幂及其系数（x，y，z，N，n为系数，k为常数）设计矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法有多种数学公式等效，本发明仅列举采用P和下述：x=249.0473，y=0.278，z=0.444，N=3，4，5；n=0.85-2.2时发明所述矿热炉和炉变二次侧电压的结构和方法炉；炉墙厚度按冶炼种类最薄处在400-1400（毫米mm）设计矿热炉炉壳；a、矿热炉采用巴氏四环矿热炉设计，熔池（或坩埚）直径Drg=249.0473mrP0.278（毫米mm），熔池（或坩埚）圆直径Dr＝Drg+kr（毫米mm），Dr，Drg公式中系数mr=0.85~1.25，常数kr=600~700（毫米mm），式中mr,kr按冶炼种类、炉变容量和矿热炉原料选择；以Dr为直径做三个熔池（坩埚）圆两两外切（每个熔池（坩埚）圆与其它两个外切），以三个熔池（或坩埚）的圆心之外接圆心为炉心；b、以上述炉心为圆心，以Dt＝1.1547mtDr+kt（毫米mm）（式中系数mt=0.85~1.0，常数kt＝-0.111Dr~+0.999Dr）为直径做同心圆，同心圆之在三个熔池（或坩埚）圆外部分的三段弧与在同心圆外之三个熔池（或坩埚）圆的三段弧围成封闭曲线为矿热炉炉膛水平截面；c、Dj=1.1547mjDr-kj（毫米mm），mj=0.87~1.0，常数kj=+0.222Dr~-100（毫米mm），以Dj为直径过炉心做矿热炉的极心圆，三个熔池（或坩埚）圆心与炉心的连线（或其延长线）与极心圆之交点为电极几何中心；d、电极直径dd＝md(249.0473mrP0.278+kr)/3或dd＝mdDr/3（毫米mm）（系数md=0.90~1.30）；e、炉膛深度Hh=mh(249.0473mrP0.278+kr)或Hh=mhDr（毫米mm）（系数mh=0.72~0.95）；f、矿热炉炉膛水平截面同心圆之炉膛部分的弧AB，CD，EF可用分别过弧AB，CD，EF端点的直线段替代，或分别过AB，CD，EF端点与两熔池（或坩埚）圆同时外切之圆弧在同心圆内之部分弧替代；g、上述a~e可先通过dd＝md83.01577mrP0.278+kr/3（式中系数和常数同上述a~e）计算dd后按a~e中公式推算出Dr、Dj、Hh后设计所述矿热炉；h、上述巴氏四环矿热炉炉壳采用圆形也可采用四环形，炉墙最薄处厚度400-1400（mm）根据矿热炉需要设...
【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：巴涌，
类型：发明
国别省市：山东,37
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