电炉

    有色金属冶炼中的电炉熔炼是将电能通过电极与炉料所产生的电弧或直接通过熔融炉渣作电阻所产生的高温来熔化物料的。并可控制熔体温度在1200～ 1600℃ 范围内的任何温度。熔炼电炉主要用于熔炼含有大量难熔脉石成分的物料，在电力资源充足的地区，也用于熔炼一般矿石。

    电炉熔炼的主要优点是：熔池温度容易调节并能达到较高温度；理论烟气量低；热效率高，可达60％～80％；渣量少，熔炼金属总回收率高等。

    电炉粉炼的主要缺点是：电能消耗大，加工费和较反射炉熔炼高；炉料含水分一般不超过3％；基建投资略高国。

    我国在铜、镍、锌、锡等的冶炼，熔融炉渣的保温及贫化等方面均使用电炉。

铜精矿主镍精矿熔炼电炉

    一、熔炼电炉的炉型

    熔炼硫化铜精矿和硫化铜镍矿的电炉可具有长方形、椭圆形和圆形等形状。

    在有色金属冶炼中，大型熔炼电炉一般采用固定式长方形密闭电炉。长方形电炉允许有较大的炉床面积和功率，对变压器的配置较为适宜，并有利于冰铜和炉渣的分离，炉体砌筑方便等。

    矩形电炉的尺寸，长10～ 35.66m ，宽4.5～ 10.67m 。熔渣温度为1200～ 1380℃ ，熔炼最终产物是铜镍锍（它是镍、铜和铁的合金）或铜锍，温度约为1050～ 1250℃ ，生产连续进行。

    二、炉体结构

    炉体由耐火砌体、钢结构及基础礅组成。

    炉底与基础之间由基础礅支撑，构成架空结构。

    由于熔炼电炉炉底温度较熔炼反射炉炉底温度高，为保护炉底

    耐火砌体由炉底、炉墙、炉顶组成。

    （一）炉底

    熔炼电炉炉底结构为砖砌反拱式炉底，反拱砖层数为2～3层，炉底总厚度一般为1250～ 1300mm 。由下往上依次为炉底钢板（ 40mm ）、耐火烧注料（95～ 150mm ）、粘土砖（230～ 300mm ）、镁砖（ 760mm ）、也有不用耐火注料，直接砌粘土砖（ 500mm ）、其上用镁砖（ 760mm ）、砌成反拱式炉底，矿热电炉使用的筑炉材料见表1

表1 矿热电炉使用的筑炉材料

    在生产实践中发现，炉底的结构形式不好，其主要缺点是：（1）炉底下部做成反拱状式状整体式耐火浇注料底座，两边高、中间底、中间处厚仅150～ 200mm ，这种厚薄相差悬殊的整体式底座，不仅不能承受1000～2000t炉体重量，而且不以适应不同的热膨胀与不均匀下沉，招致耐火浇注料底座碎裂，造成漏炉；（2）侧墙与炉底连接处为直缝，在生产中常出现条状裂缝，造成漏炉。

    将炉底的结构形式改进后，用耐火粘土砖砌成反拱形底座，代替的原来的耐火浇注料底座，反拱拱脚与炉境况 交接处用错 台压砌代替原来的直缝。而且，湿砌的粘土砖必须烘干后方可砌镁砖反拱；若粘土砖层与镁砖反拱砌好后一起烘，将会因底座的湿气上升，使上层镁砖粉化。

    （二）炉墙

    熔炼铜精矿或铜镍精矿的电炉炉墙高度在 8.7m 以内，侧墙主端墙的内壁、渣线以下用镁砖砌筑，渣线以上的内壁及全部外壁采用粘土砖砌筑。侧墙厚度：镁砖 690mm ，粘土砖 114mm 。端墙厚度：镁砖 920mm ,粘土砖 114mm .大型长方形电炉外壳采用分场围板（钢板厚20～ 40mm ）和骨架配合起来固定砌体，近年来一些大型电炉为提高渣线部位炉衬寿命，采用水套围板，既起围板作用，又起水冷炉墙的作用，见表1。

    （三）炉顶

    电炉进行熔炼作业时，电极浸没在炉渣内，炉渣内通过电流而加热，并以炉渣作为熔炼的热源。因此，从熔体内只析出不多的反应气体和水蒸气。此外，炉渣表面大部分被炉料所覆盖，因而熔炼时炉顶的温度不超过 600℃ 。用粘土砖砌筑的炉顶使用情况非常良好。

    炉顶一般采用粘土砖砌筑。大型电炉炉面厚度通常为300～ 400mm (见表1)，有时为了减少热量损失，在炉顶上砌一层隔热砖，炉顶跨度约为5.3～ 6.2m ；小型电炉炉顶厚度为 230mm 。若炉顶上留设较大的孔洞时，其周围采用耐火浇注料浇注成整体。也有采用耐火浇注料捣制或埋设水冷铜管的预制耐火浇注料炉顶，它比砌砖炉顶具有更好的整体性和密封性。

锡精矿熔炼电炉

    锡冶金最普遍的锡矿物锡厂，即二氧化锡（SnO₂）。冶炼用的锡精矿一般含有达到90％SnO₂,熔炼的目的是使氧化锡还原成金属并使金属与炉渣澄清分离，得到高的回收率，弃渣尽可能少。

    锡精矿还原熔炼可在圆形或圆形三相电炉内进行，采用多批进料，一次放渣的间断操作，400kV·A电炉冶炼时间为20～22h，进料8～9t，约10～12h进完。进料完后约8～12h炉料已全部熔化。采用多次放锡一次放渣的间断操作。放出的粗锡在锡锅降温到 400℃ 左右、捞去面渣（即乙锡），剩下的即为甲锡。甲锡含锡98.7％，乙锡含锡93.9％，分别送业炼处理。炉渣放出后经前床保温沉清分离锡，然后炉渣放入渣池，冷却后送烟炉处理。

    一、炼锡电炉的应用

   锡精矿熔炼电炉适用于熔炼低锡精矿还原锡、熔炼回炉渣、熔炼含硅富锡渣成硅锡。

   电炉是利用电极与炉料所产生的电弧和直接利用熔融炉渣作电阻而通以强电流的方法，将电能转化为冶炼过程所需的热能，易于达到很高的炉温（1450～ 1600℃ ）。因此，电炉熔炼可以不需要大量熔剂而成功地处理难熔精矿。

   电炉基本上是密封的，炉内可保持较高的一氧化碳浓度，故可熔炼熔点较高的炉料，得到含锡低的炉渣。因此，电炉一般适于处理含铁低的锡精矿。

   电炉熔炼时，炉气基本上是还原反应所产生的一氧化碳和二氧化碳，其数量比反射炉少得多。（反射炉炉气约大部分为燃料燃烧烟气），因此，锡及其化合物挥发到炉气中的量较少，所用收尘设备也较小。

   电炉熔炼有很高的生产率，在电炉中经过一次熔炼可以得到贫锡炉渣。

   电炉熔炼的缺点是：调整炉渣和炉气成分比较困难。同进，在高温下锡化合物的挥发损失激烈增加。此外，电能消耗比较多，电炉及其附属设备投资比和反射炉大得多。目前在用电方便的地区，或者精矿含难熔成分高、含铁低的情况下较适合采用。

   二、炉体构造

    现在炼锡和电炉都是圆形三相电炉，功率为400～1400kV·A，石墨电极直径为220～ 400mm ，个别厂和自焙电极，真径达 600mm 。

   电炉安设在作为炉底基础的工字钢架上，炉底是悬空的，使炉底得到空气的对流冷却，同时也便于收回从炉底渗漏出的锡。

    （一）炉底

   炉底材质是影响电炉寿命的关键，炉底总厚度约 800mm ，炉底结构由下往上依次为：金属外壳16～ 20mm ，石棉板10～ 20mm ，耐火粘土砖、填打料层、石墨化碳砖 400mm 。其中粘土砖和填打料层预先做成向放锡口倾斜的炉底形状，其上采用大块石墨化碳砖（规格为1800mmX400mmX 400mm ）砌筑成平底或反拱型炉底，灰缝小于 1mm ，以防锡液渗透，造成炉底砖漂浮，损坏炉底。碳砖砌筑的炉子在还原性气氛中能较好地抵抗炉渣主金属的侵蚀，而且碳砖的耐火度也很高（ 3000℃ ），所以炉子寿命一般可达6～8个月，也有使用期达1年以下。其缺点是，当粉炼的物料含铁高时，炉子的寿命将受到影响，而且碳砖的价格也高。

   也有和镁质耐火材料砌筑炉底工作面，镁砖的耐火度也较高（1690～ 1710℃ ），适用于锡冶炼温度（ 1500℃ 以下），在还原气氛中亦能较好地抵抗碱性熔剂的侵蚀，而且镁质耐火材料对高铁物料的抗腐蚀能力比碳砖强。况且镁砖价格约为碳砖的1/4，因此，有的工厂全部采用镁砖砌筑。但是镁质耐火材料抗热震性能较差，对操作时开时停的炉子，炉衬容易损坏。为了防止电炉炉底砖漂浮，有采用镁砂整体捣固烧结炉底。

    （二）炉墙

  炼锡电炉炉墙总厚度为400～ 450mm ，熔池渣线以下的内墙用大块石墨化碳砖砌筑，碳砖与钢外壳之间衬以耐火粘土砖和石棉板绝热，碳砖墙厚 200mm ，在靠近炉底处设一个放锡口。渣线以下的炉墙均用耐火粘土砖砌筑，在靠近渣线上方设有工作门，以便取出损坏的电极。据比较试验确定，市铝砖抗炉料、矿尘侵蚀性能较其他砖好，所以熔池线以上的炉墙最好使用高铝砖。

    （三）炉顶

   炉顶全部采用粘土质耐火材料砌筑成球拱型炉顶，厚度 230mm 。炉顶开设有3个电极孔、3个加料孔和一个排气孔。

    炉顶的损坏是由于砖体吸收矿尘（即各种氧化物），在高温和长时间的作用下，使砖体产生侵蚀，高铝砖搞矿尘侵蚀性能较好，所以炉顶最好使用高铝砖砌筑。

贫化电炉及电热前床

    贫化电炉是矿热电炉的一种，它是熔炼铜锍时产生的炉渣再处理设备，如闪速炉炉渣，含铜量在2％～4％之间，达不到弃渣的要求，将其加入贫化电炉内加硫化剂、还原剂、熔剂，使渣中的大部分铜生成铜锍而回收，贫化后的炉渣含铜0.5％以下可以弃掉。贫化电炉炉型与熔炼电炉相似，只是一向容量较小，通常不超过10000kV·A。因此，一般只和3根电极。炉内工作条件比熔炼电炉恶劣，进入炉内的物料都是炉渣。渣线带内衬长期处于高温熔融炉渣和一些添加固体物料的冲刷摩擦下，要求内衬材料的抗高温、抗渣、抗冲刷性能很好。目前，采用镁铬质的直接结合砖甚至用镁铬质电铸砖，同时砌砖体的外部还要设冷却水套或喷淋加以冷却，以提高炉墙的寿命。炉顶多采用耐火注料。可塑料等不定形耐火材料捣筑。炉底一般用镁砖砌成反拱，下部有粘土砖和捣筑料，整个炉底架空并有冷却设施。

    电热前床也是矿热电炉的一种，它主要是将鼓风炉产出的渣或渣和金属物料的混合物，在前床内沉淀分离再分别放出，它的洒线是波动的，因而腐蚀较快，是设备的薄弱环节，但比贫化电炉的条件要好。铅镁鼓风炉电热前床渣线和铬渣制成的铝铬砖使用效果不错。

感应电炉

    感应电炉是利用电磁感应原理，熔化金属的一种热工设备，按工作电流频率不同可分为不频、中频、高频等。中、高频感应电炉容量较小，变频设备投资高，只和于一些特殊金属或合金的熔炼，在此不予详述。按感应线圈内是否有铁芯可分为有芯及无芯感应电炉两种，无芯感应电炉一般容量较小，主要用于中、高频感应电炉，它的耐火材料主要是盛被熔化物料的容器（一般为坩埚），依不同被熔物料可用。氧化铝质、石英质、石墨质、刚玉质等材料的坩埚。按炉型可分为立式和卧式两种，立式炉熔沟在底部，卧式炉熔沟在侧部。

    本节主要介绍工频（50Hz）有芯感应电炉。工频有芯感应电炉普遍用于熔化铜、锌、铝、铁等金属及合金。湿法炼锌所产的阴要匀片几乎都在是工频有芯感应电炉内熔化后铸成锌锭而作为最后的成品出售。

    工频有芯感应电炉主要由感应器和炉本体组成，感应器是由感应线圈导磁体（芯术和磁轭）、保护套筒组成，炉本体的熔沟套在芯柱外并与炉体内金属相连，熔沟和感应线圈之间有耐火材料充填，它的寿命是整个炉子寿命的关键，而炉本体的寿命是相当长的。

    熔铜工频有芯感应电炉，现在主要是立式炉，炉体耐火材料有砖砌和捣打两种，现以捣打式居多，材料以石英砂加硼酸或硼砂为多，感应器室的耐火材料现在都是和石英砂加硼酸捣打。

    熔铝工频有芯感应电炉炉衬用高铝砖，感应器室和高铝质捣打料或浇铸料筑成。

    熔锌式频有芯感应电炉基本上都是卧式炉，炉衬用粘土砖砌筑，耐火材料与炉壳间有保温材料，在粘土砖内部接触锌液的炉底和炉墙捣筑一层水玻璃粘土质耐火浇注料，以防止锌液的渗漏。感应器室的耐火材料，现主要采用水玻璃粘土质或水高铝质捣打料捣制而成，也有用水玻璃高铝质浇注料的。和预烧结成型 的方法代替捣打料或浇铸料是根本的解决感应器室材料 寿命短的方法之一，现已有人研究，但尚示见到应用于工业实践报道。