矿热炉理想熔炼模型初探

《矿热炉理想熔炼模型初探》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、矿热炉理想熔炼模型初探摘　要　从铁合金矿热炉内的等效电路及其热分布出发，提出冶炼过程中炉内反应区和炉料区之间存在着一个最佳的配热关系，由此而建立起铁合金矿热炉简单的熔炼模型。这个熔炼模型是由底面为金属液面（或导电炉底）的半球形反应区和长为电极间距、炉料有效截面积为S′的炉料区构成的。文章简要地论述了此熔炼模型的合理性，并由此导出了极心圆直径、二次电流、炉膛有效深度、电极直径、操作电阻等模型参数的数学表达式。通过对该模型参数表达式的简化，从而得出威斯特里经验计算法中电炉参数系数与炉料物理化学性能的关系式；通过对模型参数表达式的进一步推导，即可比

2、较具体、准确地反应出工艺相似法中相似数的物理意义。文中还介绍了该熔炼模型在实际生产中的指导作用。关键词　反应模型　矿热炉　参数中图分类号　TF611　　　由电工原理可推导出：　　　　R=C1R料（2）式中，　　R——操作电阻；　　R料——未熔化炉料区域的炉料电阻。　　对应每一个产品的冶炼工艺的每一种炉料组成，都存在一个最佳的炉料配热系数，此时炉料的熔化速度与其还原反应速度相匹配。如果输入的电能过多地消耗在熔化炉料上，熔料速度过快，反应区温度低，渣多而产品少，炉内结瘤，电极上抬，料面堆高，还原反应不彻底，渣中主元素含量高。如果炉料熔化过慢，则产

3、品过热，有用元素挥发损失增大，单位电耗升高，产量少，反应区过小，炉底过热，侵蚀快。　　　　所以，（6）式可以被认定是极心圆的表达式。322　二次电流数学表达式的推导　　三电极电炉炉料区功率密度表达式为：　　（7）　　其中，PV为炉料区功率密度；P料为炉料区所占功率，即　　P料=C1·PR（8）V为炉料区构成角形电阻部分的体积，即　　V=S′·L（9）　　炉料区两电极之间的炉料电阻为　　（10）式中，ρ′——炉料区有效比电阻。　　通过（7）～（10）式可推导出（11）式：　　（11）　　是角形回路电阻，将其换成星形电阻，则R料=。　　R=C

4、1R料，,结合（11）式可推导得出（12）式：　　（12）　　由于D·=L＋d，则上式可变为，　　（13）323　炉膛有效深度数学表达式的推导　　PR=反应区体积×PVT＋炉料区体积×PV（14）　　对于三电极电炉在忽略电极尺寸的影响时，从（3）、（6）式可得VT=　　　　将此两式及（4）式代入（14）式，可推导出表达式（15）：　　324　电极直径数学表达式的推导　　半球状装置插入的导电系数恒定，且尺寸无限大的均一介质的电阻可用公式[8]来表述：　　式中，ρ为这一均匀介质的比电阻；d为半球装置的直径。　　矿热熔炼炉的反应区电阻也可以

5、用上述公式表示。考虑到反应区尺寸有限，且并非均匀介质，只是插入反应区的电极端头近似为半球体，所以可引用修正系数k[9]，即结合，可得：　　（16）325　操作电阻数学表达式的推导　　由及（12）式可推导出下述操作电阻的表达式。　　（17）4　讨　论41　模型参数数学表达式与经验公式的关系411　威斯特里经验式中电炉参数系数的数学表达式　　从模型极心圆的数学式（6）中可见，当插入反应区的电极体积忽略不计时，极心圆的表达式可简化为：　　D=[4(1－C1)/πPVT]1/3PR1/3（18）　　在忽略电极半径对电极表面间距的影响，即·D

6、=L时，二次电流的表达式可简化为：　　（19）　　电极直径及操作电阻的简化式分别为：　　（20）　　（21）　　通过（19）、（20）式可推导出　　（22）　　从上述简化了的表达式中可以分别得出，威斯特里经验式中各参数系数与炉料物化性能的关系。412　工艺相似法中相似数的物理意义　　从（12）式及可推导出下式：　　（23）式中，ρ'与炉料中导电物的数量、粒度及温度分布有关，这与相似数和炉内固定碳量与金属之比有关是同一概念，并更为全面。所以说，（23）式比较具体和准确地反映了相似数的物理意义。42　模型对生产实际现象的解释　　埃肯公司对5

7、6台75％硅铁电炉的电流系数C流进行了统计[10]，发现其平均值为1080，而最大值为1360，最小值约为820。并发现使用木炭和大量木块的炉子C流值最小，使用硬焦冶炼的C流值最大。同时还发现，使用的硅石纯度高则C流小，使用含氧化铝和氧化钙高的硅石时C流大。　　对此可利用本文简化模型的电流计算式（19）得到的电流系数的表达式进行分析。　　（24）　　从式（24）可见，当操作处于最佳状态时，C1是一定的，PVT与所炼合金品种有关，因此C流∝，即C流与炉料比电阻的二分之一次方成反比。而高纯度硅石的熔化温度高于含氧化铝和氧化钙高的硅石，即高纯

8、硅石的PV大，反之则PV小。这个分析结果与埃肯公司的统计结果相符。　　某厂125MVA电炉冶炼炭素铬铁，极心圆由25m改为265m后，有关参数的调整及指标对比