等离子体熔炼冲天炉及其熔铁方法技术

本发明专利技术涉及铸铁的冶炼设备领域，具体涉及一种等离子体熔炼冲天炉，包括炉体和加热源，炉体内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体上设置有加料口和至少一个出铁口，加料口和出铁口通过所述空腔结构连通，其中空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料的高碳球的填充区段，加热源为等离子枪，等离子枪设于炉体上，且位于高碳球的填充区段。本发明专利技术选择等离子枪作为加热源，利用等离子枪向炉内喷射高温氮气等离子体，对金属炉料进行加热熔化，更加环保、操作简单、无碳排放和无硫排放，尤其适用于电力充足、电价便宜的地区，能够更好的适应绿色铸造产业的发展需求。

Plasma melting cupola and its molten iron method

The invention relates to the field of smelting equipment for cast iron, in particular to a plasma smelting cupola, including a furnace body and a heating source. The inner whole of the furnace body is an empty cavity structure through and through, and a feeding mouth and at least one iron outlet are arranged on the furnace body, and the feeding mouth and the iron outlet are connected through the cavity structure. The cavity structure is in the cavity structure. The hearth area and the melting zone are all set up for the filling section of the high carbon ball for supporting the support furnace. The heating source is a plasma gun, the plasma gun is placed on the furnace body, and it is located in the filling section of the high carbon ball. The plasma gun is chosen as the heating source. The plasma gun is used to spray the high temperature nitrogen plasma into the furnace, and the metal furnace is heated and melted. It is more environmentally friendly, easy to operate, carbon free and sulfur free. It is especially suitable for areas where electricity is sufficient and the price of electricity is cheap, and it can be better adapted to the green casting industry. Developing demand.

【技术实现步骤摘要】
等离子体熔炼冲天炉及其熔铁方法
本专利技术涉及铸铁的冶炼设备领域，更具体地，涉及一种等离子体熔炼冲天炉及其熔铁方法。
技术介绍
冲天炉以其热效率高、冶金效果好、对炉料要求较低、可长时间连续出铁、生产效率高、可满足大批量连续生产等优点，成为大中型铸造企业普遍使用的主要熔化设备。但随着各国对碳排放的限制日益严格，绿色铸造逐渐成为铸造业的发展目标，冲天炉的除尘脱硫设备的投入和运营成本不断加大，以及优质炼焦煤资源的消耗和减少致使铸造焦炭价格不断上涨，从而提高了冲天炉的生产运营成本。为了达到节能减排目的，现有技术中逐渐以电力替代传统化学能源，但目前新能源在冲天炉上的应用，还是一片空白。而近年来以水电、风电、太阳能发电等可再生能源的快速发展及电力价格的趋稳、趋降，设想如果采用电力作为冲天炉的热源(而非直接使用电弧炉、无芯感应电炉等电热效率和生产率相对较低的熔化设备)，成为一种新型的无碳排放、无硫排放的电力无焦冲天炉，将在经济上、环保上、技术上、操作上都更加合算和方便。因此，研发出一种用新能源取代传统化学能源的无焦冲天炉，已成为业内亟待突破的新技术课题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种等离子体熔炼冲天炉，以解决上述技术问题的至少一个。一种等离子体熔炼冲天炉，包括炉体和加热源，炉体内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体上设置有加料口和至少一个出铁口，加料口和出铁口通过空腔结构连通，其中，空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料的高碳球的填充区段，加热源为等离子枪，等离子枪设于炉体上，且位于高碳球的填充区段。由此，本专利技术所提供的装置采用等离子枪作为热源，替代了现有冲天炉中的传统化学能源，实现了通过电力能源为冲天炉供热，且达到了碳和硫的“零排放”，在保留了冲天炉优势的同时，又改变了传统冲天炉高污染、高排放的弊病，节能环保，适应了绿色铸造业的发展需求。这种采用电力能源供热的冲天炉，在水电、风电、太阳能等再生电力能源丰富且价格便宜的地区，在节约能源和降低成本等方面尤其能带来突出的贡献和效果。其次，以大功率等离子枪作为冲天炉的热源，比焦炭的燃烧温度可高出1000～1700℃(例如从2000K提高到3000～3700K)，使铁液在冲天炉内的过热(系辐射热传导)的热效率提高5倍到10倍以上，即：(3000～3700K/2000K)4＝5.06～11.71(倍)使冲天炉过热热效率偏低的问题明显改善，能够大幅提高铁液的出铁温度，使出铁温度轻松达到1550℃以上，从而减少了铁液保温升温电炉的能耗，更加环保、熔化成本更低、无碳和无硫的排放。且这样高的熔炼温度将使得铁液中的砷、锑、铋、碲等气化点较低的微量有害元素挥发，提高铁液纯净度，更适用于对铁液质量要求较高的生产场合。再者，炉体内部填充高碳球作为炉料的支撑，不仅对铁液起过热作用，还能够对过热的铁液进行增碳，使得可以大量采用废钢作为炉料，降低铁液成本；而且，由于等离子枪喷出的热源为氮气，不含氧，也避免了因高温气体中含有氧气而与高碳球发生反应，减少了高碳球的损耗；加之高碳球诸如碳素球、废石墨电极切块不存在焦炭那样的孔隙，反应性低，消耗速度慢，支撑料柱的高度稳定不容易波动，因此不用再顾忌“风焦平衡”问题，也不会再发生“底焦高度降低”、“落生”、“黑渣、发渣”、铁液氧化等冲天炉的常见事故，所以炉况更稳定，保证了正常的生产秩序和铸件质量；由于铁液在冲天炉内既不会氧化，也增硫很少，因此铁液的纯净度比较高，适宜生产高质量的球墨铸铁原铁液。在一些实施方式中，炉料直接置于高碳球上，炉料为金属炉料，包括生铁、回炉料及废钢等。由此，在炉料熔化为铁液时，铁液滴顺着高碳球滴落过程中，高碳球还起着过热作用，大大提升铁液出液的温度，使得该装置更节能省料。在一些实施方式中，填充的高碳球为碳素球和/或石墨电极切块。由此，当高碳球为碳素球时，由于碳素球致密无孔且表面覆盖有铁液，与炉内高温气体反应性低，可以大大减少碳素球烧损率和减少废渣量，还具有增碳作用，使得工艺优化、操作更简便。由于高碳球顶面到等离子枪的高度会影响铁液的温度和熔化率，因而在具体实践中，优选将高碳球顶面与等离子枪之间的距离设置为400～700mm，高碳球顶面到等离子枪的高度越高，出来的铁液温度高，但熔化率将会有所下降；反之，高度越低，熔化率有所提升，但出来的铁液温度较低；此值范围内，结合大量实践和总结，保证了熔化率和铁液温度的最佳平衡。在一些实施方式中，填充的高碳球直径需根据炉体需求设定，大小适用即可，一般情况下可以设为150～300mm。由此，能够使高碳球大小保证一致性，且处于较大时，保证了良好的透气性和热效率；但过大，烧不透，热效率低，因此经过大量实践和总结，本专利技术实施例优选高碳球直径为150～300mm，以达到炉缸内透气性好、热效率高的效果。在一些实施方式中，还包括至少一个渣铁分离器和至少一个过桥，每个出铁口均分别经由过桥与一个渣铁分离器相连通。由此，熔炼完毕的铁液和废渣由出铁口流出炉体后，经过过桥直接流向渣铁分离器，铁液不断流出，同时渣铁分离器也不断过滤废渣，使得最终流出的铁液纯净、无渣，实现连续性出铁。并且，当设置的出铁口和渣铁分离器有两个及以上时，可以方便维修、更换耐火材料，实现长期连续生产。在一些实施方式中，加热源等离子枪环绕炉体设置，且设于炉体同一水平截面上，单只等离子枪的功率不低于1MW，加热源等离子枪绕炉体至少设有一排，一排均匀排布有至少一只，优选3-6只等离子枪；当设有两排等离子枪时，每排之间可以正置、倒置或等置方式布置。由此，加热源采用环形排布方式设于炉体上，便于对炉内全方位输入高温氮气等离子体对炉内进行均匀加热，且在炉体上设置两排加热源时，可以提高冲天炉熔炼的热效率。具体地，当在炉体上设置两排加热源时，正置是指总功率最大的一排等离子枪置于下排且总功率最大的一排热源占全部热源总功率的70％～90％；等置是指各排等离子枪的总功率相等，倒置是指总功率最大的一排等离子枪置于上排且总功率最大的一排热源占全部热源总功率的70％～90％；其中，正置时，上排等离子枪距离高碳球顶面200～400mm；倒置时，上排等离子枪距离高碳球顶面400～700mm；等置时，上排等离子枪距离高碳球顶面400～600mm。在一些实施方式中，加热源通过等离子枪向炉内提供的是氮气等离子体热源，喷出的氮气等离子体温度为2500～3500℃(2773～3773K)。由此，等离子枪向炉内喷入是氮气等离子体，保证了炉内所需的高温要求，而且由于没有氧气等氧化性气体存在，减小了高碳球的损耗，此外，当炉料熔化后顺着高碳球之间的间隙向出铁口流动时，等离子体流和高碳球对铁液起到过热作用，使得最终流出的铁液温度可以轻松达到1550℃以上，甚至可以不再配置有芯工频感应电炉作为铁液保温升温用前炉。在一些实施方式中，还包括用于判断高碳球高度位置变化的测量系统，其中，所述测量系统为根据物料配比、出铁温度、熔化率与高碳球高度变化之间的关系所建立的数学计算模型，或安装于炉体上的炉料熔化位置测量仪器，其中，测量系统可根据现有技术进行建模计算或直接购买使用。由此，可以通过测量系统实时监控高碳球的剩余高度，通过计算和物料分析计算出高碳球的损耗量，便于及时了解和掌控高碳球的补充量和补充本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.等离子体熔炼冲天炉，其特征在于，包括炉体(1)和加热源(2)，所述炉体(1)内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体(1)上设置有加料口(6)和至少一个出铁口(7)，所述加料口(6)和出铁口(7)通过所述空腔结构连通，其中所述空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料(8)的高碳球(5)的填充区段(11)，所述加热源(2)为等离子枪，等离子枪(21)设于炉体(1)上，且位于高碳球(5)的填充区段(11)。

【技术特征摘要】
1.等离子体熔炼冲天炉，其特征在于，包括炉体(1)和加热源(2)，所述炉体(1)内部整体为上下贯通的空腔结构，炉体(1)上设置有加料口(6)和至少一个出铁口(7)，所述加料口(6)和出铁口(7)通过所述空腔结构连通，其中所述空腔结构的炉缸区和熔化带均设置成用于容置支撑炉料(8)的高碳球(5)的填充区段(11)，所述加热源(2)为等离子枪，等离子枪(21)设于炉体(1)上，且位于高碳球(5)的填充区段(11)。2.根据权利要求1所述的等离子体熔炼冲天炉，其特征在于，填充的高碳球(5)的顶面与等离子枪(21)之间的距离为400mm～700mm。3.根据权利要求2所述的等离子体熔炼冲天炉，其特征在于，填充的高碳球(5)为碳素球和/或石墨电极切块。4.根据权利要求1所述的等离子体熔炼冲天炉，其特征在于，所述等离子枪(21)向炉内提供氮气等离子体热源，喷出的氮气等离子体温度为2500～3500℃。5.根据权利要求1所述的等离子体熔炼冲天炉，其特征在于，还包括至少一个渣铁分离器(3)和至少一个过桥(4)，每个出铁口(7)均分别经由过桥(4)与一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇新，赵秉福，吴世华，
申请(专利权)人：广东北晟益通实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44