矿热炉内镍铁还原过程电流密度分布与温度场的有限元分析
工业硅冶炼矿热炉内起弧过程数值模拟
3.云南省硅工业工程研究中心，昆明650093)
摘 要：为研究工业硅矿热炉起弧过程的传热特性，通过建立矿热炉内热一流动一电磁耦合的磁流体动力学模型，利用COMSOL
第11卷第7期 2 0 2 1年7月
有色金属工程 Nonferrous MetalsEngineering
doi：10. 3969/j・ issn. 2095-1744. 2021. 07. 010
Vol. 11, No. 7 July #0#1
工业硅冶炼矿热炉内起弧过程数值模拟
姜文婷魏奎先，吕国强13,马文会，太劲松
电弧应用广泛，在电弧焊接领域，一些学者对电 弧的起弧阶段做了研究。在冶金工业领域，近 年来，众多学者对电弧炉进行了模拟研究。如孙亚 娟等⑷通过计算不同弧长、电流条件下电弧的温度、 速度以及熔池表平面的热通量组成，确定工业硅的 生产采用长电弧低电流高电压的冶炼模式较为适 宜；NEDOPEKIN等曰通过对直流矿热炉不同电极 位置的电涡流及对流流动进行数值模拟 ，得出电磁、 温度和流体动力学分布参数;THOMAS等旧通过 对矿热炉内气相辐射模拟，得出了气相的吸收率、透 射率以及矿热炉内部壁面热流；ALEXSEY等⑴研 究了多电极矿热炉熔体对流换热的特性 ，分析了电 弧区和炉底区形成方位流的特点；PAUNA等间通 过图像分析和测试数据中电弧长度与电压的关系确 定了电弧长度，估计了电弧等离子体的电导率与电 弧长度的关系;HANS-JURGEN等［9］对氧气喷射 引起轻微的震动及熔池内的搅动进行数值模拟研
： ! Abstract Inordertostudytheheattransfercharacteristicsofthearcstartingprocessinindustrialsilicon via ( ! 0 establishingamagneto-hydrodynamic Magneto-hydrodynamic MHD modelofheat-flow-electromagneticcouplingin ! ! theelectricarcfurnace simulatedthearcdischarge thegasflow andthefurnacetemperatureofthearcstarting
矿热炉(电炉)冶炼中炉内电热分布、构成及控制方法和影响电能因数分析
矿热炉（电炉）冶炼中炉内电热分布、构成及控制方法和影响电能因数分析日常电炉生产运行中，电能关系的合理匹配（电效率和热效率的最优化是指标优化的关键）。
以下主要从电炉中炉料电阻分布、构成、控制及影响电能关系的因数及料面控制及偏加料对电能关系的影响。
一、矿热炉的电热反应多为吸热反应：热能的取得主要来自电炉的有效功率。
从不同角度研究电炉时不难发现，运行良好的电炉其操作电阻与有效功率之间存在着一定关系既：1、操作电阻随着电炉有功增大而降低。
这就说明为什么大功率电炉的功率因数常常偏低，而小功率电炉功率因数偏高的缘故。
2、在炉料一定的情况下，一定的有效功率，必有一定的操作电阻值与相适应，而得到良好的热能分配。
3、想要提高操作电阻，即想要运行较高的操作电阻而不影响电炉良好的热能分配，必须首先提高产品的电阻常数，即炉料比电阻。
二、电炉内电能电阻的构成及控制：R1~R3，R4~R6相同的条件：1、料面高度一致；2、炉料绝对均匀；3、电极工作长度一致；4、电极电气运行参数相同；5、炉料透气性相同；6、炉底工况相同；R4~R6的电阻是料面中的电极对电炉四周碳砖墙形成的料面预热电阻，从电路结构上也是星型结构。
对其阻值的控制可以调节电极外侧物料的熔化与衬料速度。
当外围物料配碳量增加时外围吃料速度会加快，但是受冲刷炉墙限制。
三、影响电能关系分配的因数：1、极心园大小：极心园大R1~R3增大，有利于电极深插，但是炉料加热功率分配变小。
2、炉墙碳砖高度与厚度：碳砖高度增加， R4~R6变小，有利于提高电炉周边沉料速度。
3、料层厚度：厚度越大，料面电阻越小，电能加热物料电能分配比例越高。
4、电炉温度：电炉温度越高，碳材石墨化程度越高，料面电阻越小，因此需要合理控制电弧深度。
5、炉料透气性：料面透气性差，物料接触紧密，炉料电阻小，尾气也难以排出。
6、堆料形状：电极附近料堆越低，电极附近电压梯度越大。
7、电气操作参数：料面高度相同时，电极入炉功率大的电极，炉内反应区体积大，料层薄，料面电阻大，炉料预热不充分，需要调整料堆。
回转窑-矿热炉(RKEF)冶炼镍铁工艺的烟气处理技术探讨
DOI ：10．19392/j．cnki．1671-7341．201919144回转窑-矿热炉（ＲKEF ）冶炼镍铁工艺的烟气处理技术探讨黄浩才广西北海诚德金属压延有限公司广西北海536000摘要：本文对回转窑-矿热炉（ＲKEF ）冶炼镍铁过程中产生的烟气进行全面论述，分析了烟气的化学成分和利用价值，提出了烟气的回收方法及回用途径，从而达到节能减排降耗的目的，增加企业的经济效益和社会效益，为钢铁行业的建设发展提供参考。
关键词：回转窑-矿热炉（ＲKEF ）；节能降耗减排；烟气回收；冶炼镍铁；净化除尘目前工业生产和环境污染的矛盾日益突出，冶炼行业已成为主要的污染源之一，为了改善人们的生存环境，冶炼行业需要遵从“既要金山银山也要绿水青山”的可持续性发展要求，对生产过程中的污染物进行处理，包括对废水、废气和固体废弃物回收利用及无害化处理，达到节能降耗减排的目的，并确保符合国家和地方的环保要求。
回转窑-矿热炉（ＲKEF ）冶炼生产工艺于20世纪50年代开始使用，利用该法以相对廉价的红土镍矿为原料冶炼镍铁合金，与高炉冶炼工艺相比，产品品质更好、效率更高，更加节能环保。
随着钢铁冶炼技术的不断发展，ＲKEF 生产技术的设计、制造、安装和自动化控制水平不断提高，逐渐成为生产各类铁合金的主流技术。
全流程基本生产工艺为：原料场→筛分、破碎和混匀配料→烘干窑→回转窑→矿热炉→铁包脱硫→精炼（AOD 、LF 炉）→连铸→热轧→退火酸洗→冷轧。
1回转窑-矿热炉（ＲKEF ）冶炼镍铁工艺的设备构成及工艺流程该工艺法的主要设备有干燥窑、回转窑、矿热炉、铸铁机和公辅系统。
红土镍矿经汽车、皮带等运输工具转运进干燥窑进行烘干，经进一步破碎筛分后送到配料站，在配料站经计量称重配比后送到回转窑。
配料进一步升温脱去自由水和结晶水且部分发生预还原反应。
在封闭隔热的状态下，经过预还原的焙烧原料通过不同位置的下料管道分配到矿热炉，在全封闭式的矿热炉中，经过电极的电弧放电加热，镍铁和炉渣发生熔化、还原和分层，完成冶炼过程。
电炉(矿热炉)冶炼生产中炉内电能分配关系与影响因素及解决方法
电炉（矿热炉）冶炼生产中炉内电能分配关系与影响因素及解决方法电炉（矿热炉）冶炼生产中炉内电能分配关系与影响因素及解决方法矿热炉的冶炼它涉及电学、热学、物化学三者，只有这三者能够有机统一结合才能优化冶炼生产指标，而电学在冶炼中的它提供冶炼还原主要热能，所以对它的研究至关重要。
以下主要从电炉炉膛内部导电方式、电炉回路分析、操作电阻的影响因素、电炉电抗和谐波对冶炼工况的影响几个方面分析。
一、炉膛内部的导电方式有渣埋弧电炉内部同时存在电弧导电和电阻导电可以认为, 通过炉料、金属和熔渣以及炉衬的电流是由无数个串联和并联的电路构成的。
碳质还原剂是炉料的主要导电成分。
由于炉料之间存在接触电阻，增大还原剂的粒度会减少还原剂与矿石颗粒之间的间隙，从而减少炉料电阻，增加料层电流分布的比例。
通过熔池，炉渣和金属的电流焦耳热是维持合金和炉渣过热的热源。
炉料的导电性随温度和炉料的熔化性变化很大。
提高温度会使炉料比电阻显著减少，使导电性增加。
炉温升高时炉料膨胀增加了炉料的之间的接触压力和接触面积，也导致接触电阻减少。
炉料中电阻导电和电弧导电交叉在一起。
炉料颗粒之间出现电弧的电压为炉料电弧临界电压，炉料电弧临界电压与炉料性质和温度有关。
料层下部则主要是电阻导电。
不同电炉电弧导电和电阻导电的比例不一样。
同一座电炉炉况变化时，电弧导电比例也经常发生变化。
电极端部的电弧性质差别很大。
稳定的电弧导电截面相当大，波形畸变小。
它表明冶炼区熔池形状良好，温度分布合理。
这种电弧导电可以看成是电阻模式。
不稳定的电弧电压波形畸变很大，降低了输入炉膛的功率。
二、电炉内部电路回路分析矿热炉炉内电流分布状况对炉内热分布、熔池结构和炉内各部位进行的化学反应影响很大。
炉内电流分布可以用以下回路来描述：(1)电流通过电极端部、电弧和熔池构成的星形回路；(2)电流通过电极侧面、流经炉料与另外两支电极构成的角形回路；(3)电流通过电极侧面流经炉料与碳砖构成的星形回路。
矿热炉生产镍铁的节能与实践pdf
矿热炉生产镍铁的节能与实践李成武各位代表、女士们、先生们：大家好!含镍生铁是生产不锈钢的重要原料之一，近年来在我国的大小不锈钢厂得到了广泛的应用和推广，在生产过程中降低了成本。
由于该产品适应不锈钢的生产，因此受到了各生产厂家的欢迎。
随着不锈钢需求量的逐年上升，其产量也在不断增加，生产厂家随之一哄而上，但大多为中小型矿热炉生产，设备配套率低，生产工艺、技术水平参差不齐，产品消耗较高，节能效率低，甚至在电炉改造和冶炼过程中受到了困扰，这个新品种给我们出了一些难题。
但只要我们认真分析，大胆创新，勇于实践，就能找出它的冶炼特点，使一些难题迎刃而解。
现将我公司在生产过程中得到的经验和大家共同交流，请各位代表提出宝贵意见。
一、镍矿的预处理：1、我国矿热炉冶炼含镍生铁的原矿大部分来自印度尼西亚、菲律宾、新喀里多尼亚等地。
原矿石大部分属粉矿，附着水份一般在30%左右，结晶水在10%左右，所以该矿要进行烧结以后才能入炉冶炼。
烧结是冶炼的第一部工序，它不仅关系着冶炼能否正常进行，而且也影响着产品的技术经济指标，与此同时烧结过程中还要消耗较高的能量。
如：煤气、焦粉、煤炭、谷壳等，这些都是烧结成本较高的一部分，所以大家一直在探讨到底该用什么方法来烧结矿石才更节能。
土烧、机烧、窑烧，形形色色，不过从实践上来看，应以节能及环保为着重点。
我们认为土烧不如机烧，机烧不如窑烧。
而土烧和机烧在我国有很丰富的生产实践经验，但土烧资源浪费大，烧结率低，无组织排放，在很短的时间内就会遭到淘汰和取缔。
而机烧一次性投资较大，热量损失较高，所以采用竖窑烧结和回转窑烧结是我们的最佳选择。
目前上述两种烧结方法在矿热炉冶炼过程中正在逐步实践、推广和应用。
虽然热料入炉的成功经验仍比较少，但大家现在正积极试验。
我们也看过国外的很多工厂，像印尼、菲律宾、新喀里多尼亚的回转窑烧结技术还是比较成功的，若是控制的好，粘窑的问题也可以得到解决，热料入炉也能得到很好的应用，电耗将大幅度下降。
浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺
浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺中冶华天南京工程技术有限公司王刚摘要：本文介绍了从红土镍矿提炼镍铁几种不同的冶炼工艺，并着重分析了矿热炉冶炼镍铁工艺RKEF法，此工艺成为当前我国红土镍矿处理的主要方法。
研究开发高效、流程短、低耗能、环保等镍铁冶炼新工艺已经成为未来开发的趋势。
关键词：镍铁；矿热炉；RKEF法1 前言金属镍具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性，耐腐蚀，能磁化等一系列特性，广泛用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，在国民经济的发展中具有极其重要的地位。
全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。
镍原料多数源自红土镍矿，红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化―淋滤―沉积形成的地表风化壳性矿床，世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家。
我国镍矿资源储量中70％集中在甘肃。
红土型镍矿可以生产出氧化镍、硫镍、铁镍等中间产品，其中硫镍，氧化镍可供镍精炼厂使用，以解决硫化镍原料不足的问题。
至于镍铁更是便于用于制造不锈钢，降低不锈钢的生产成本。
2 镍铁火法冶炼工艺分类含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。
氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。
氧化矿的火法处理是镍铁法。
2.1 高炉法高炉生产生铁历史悠久，但普遍使用高炉生产镍铁还是中国人发明（刘光火）和研究的结果。
高炉生产镍铁的流程主要是：矿石干燥筛分（大块破碎）——配料——烧结——烧结矿加焦炭块及熔剂入高炉熔炼——镍铁水铸锭和熔渣水淬——产出镍铁锭和水淬渣。
工艺流程当中的高炉熔炼有很大的缺点：（1）要用优质的焦炭作为熔炼的燃料，焦炭的耗能量很大，能耗高；（2）产品镍含量通常在2~8％，大多在5％以下，镍品位低，杂质含量高，一般用于200系的不锈钢生产。
（3）在冶炼的过程中有害气体的排放量大，比如为了增加炉渣的流动性而添加萤石，萤石加入量占炉料总量的8~15％，然而在国内，镍铁小高炉没有设置脱氟设备，全部放散，从而导致排放的高炉烟气中含有大量有害的含氟气体。
红土镍矿电炉还原熔炼镍铁合金的研究
2、碱浸法
碱浸法是一种在较低温度下进行湿法冶金的方法，主要用于提取红土镍矿中 的镍、钴等金属元素。该方法是在一定温度和压力条件下，将红土镍矿与碱溶液 反应，使金属元素溶解于溶液中，然后通过固液分离得到金属元素。常用的碱有 氢氧化钠、氢氧化钾等。碱浸法具有能源消耗低、环境污染小等优点，但同时也 存在处理时间较长、提取金属纯度不高等问题。
结果与分析
通过对实验结果的分析，本研究发现低镍铁合金在强度、硬度和耐腐蚀性等 方面均表现出较好的性能。与传统的镍铁合金相比，低镍铁合金具有更低的成本 和更好的环保性能。同时，本研究还优化了制备工艺，提高了生产效率，为实际 工业生产提供了指导。
结论与展望
本次演示通过对红土镍矿预富集-还原熔炼制取低镍铁合金的研究，发现该 工艺具有降低成本、提高环保性能等优势，为解决镍资源短缺问题提供了有效途 径。然而，本研究仍存在一定的不足之处，例如红土镍矿来源的局限性、还原熔 炼过程中能源消耗较大等问题。因此，未来研究可从以下几个方面展开：
材料和方法
实验材料为红土镍矿、焦炭、石灰石和纯镍。实验设备包括电炉、熔炼炉、 浇铸机等。实验流程如下：
1、将红土镍矿破碎至一定粒度； 2、将破碎的红土镍矿与焦炭和石灰石按一定比例混合；
3、将混合物加入电炉中，通电加热并保持一定时间；
4、熔炼完成后，将镍铁合金浇 铸成样品。
实验过程中，记录各阶段的现象和数据，并采用X射线衍射仪（XRD）、扫描 电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等手段对样品进行表征。
处理工艺的不足和改进：
目前，红土镍矿处理工艺仍存在一些不足之处，如能源消耗大、环保问题突 出、处理效率低等。针对这些问题，未来的研究方向和可能的改进措施包括：
1、降低能源消耗：通过优化工艺流程和设备升级等手段，降低能源消耗， 提高能源利用效率。
镍铁冶炼节能技术及工艺分析
镍铁冶炼节能技术及工艺分析摘要：为了减少镍铁冶炼过程中的能耗，降低镍铁冶炼的成本，本文对镍铁冶炼工艺的节能优化措施进行研究，针对矿热炉、回转窑、热风炉、除尘输灰等工序提出节能优化建议。
文章还介绍了不同类型的红土镍矿火法冶炼工艺，包括回转炉—矿热炉（RK-EF）法、转底炉预还原—电炉熔分工艺、高炉法回转窑直接还原—磁选工艺、高炉法、还原硫化熔炼镍锍工艺，后四种方法存在一定缺陷，第一种冶炼工艺存在较多优势，主要围绕该工艺探讨节能技术的应用要点，提出节能优化措施。
关键词：镍铁；冶炼工艺；节能技术前言：对红土镍矿进行冶炼，主要会采用红土镍矿火法冶炼工艺，该工艺包含多种冶炼方法，其中，回转炉—矿热炉（RK-EF）法最为常用。
在镍铁冶炼过程中，需要消耗较多的能源和资源，生产成本较高，生产工艺比较复杂，实际操作具有较高的难度，需要对镍铁冶炼工艺进行优化，以节能降耗为目标，合理运用节能技术，达到节能降耗的目的。
1镍铁冶炼工艺的节能优化措施1.1矿热炉的优化措施以回转炉—矿热炉工艺为例，探讨镍铁冶炼节能技术的应用要点。
为了达到节能的目的，需要对矿热炉进行优化，应用热管换热器，利用烟气中的氧气，可以将烟气转移到窑头罩中，使燃烧更加充分。
热管的导热性能较强，能够提高传热效率，减少流体损失，还能够防止烟气泄露，降低热炉运行和维护的成本。
对烟气回用管道进行优化，可以引入高温耐材，避免设备受到腐蚀，保证镍铁冶炼过程的可靠性，还能够延长热炉的使用寿命。
按照该方法进行优化，回转窑喷煤量逐渐减少，整体的耗煤量降低，而且该方法还能够高效回收热量，减少能源消耗，实现了节能的目标[1]。
1.2回转窑的优化措施为了降低回转窑的能耗，可以增加投料量，适当提升物料填充率，这种处理方式能够让煤粉充分燃烧，还能够降低灰尘中的含碳量，降低了燃料的成本，节省了大量的煤炭。
在节能设计中，还可以应用多通道燃烧器，代替原本的燃烧器，该设备能够快速升温，还可以随意调整火焰，满足不同类型红土镍矿的生产需求，利用先进的设备减少能源消耗。
红土镍矿电炉还原熔炼条件的研究
红土镍矿电炉还原熔炼条件的研究作者：薛婷洪淑翠来源：《商情》2014年第39期【摘要】本法运用电炉冶炼镍铁，解决了高炉冶炼的产品杂质含量高、镍含量低的技术问题，大大提高了原矿中的镍、铁回收率。
本文主要通过试验不同熔炼温度和熔炼碱度下得到的镍铁中的镍和铁含量的高低，从而得到镍铁熔炼时的最佳熔炼温度和最佳熔炼碱度。
【关键词】电炉冶炼，镍矿，镍铁冶炼，烧结，碱度近年来，世界各国不锈钢产业发展态势迅猛，全球对镍的需求量日益增加。
目前国内主要采用硫化镍矿冶炼得到金属镍，全世界范围内红土矿在储量上大大优于硫化矿，，这使得红土矿冶炼镍铁有了较大的发展空间。
目前国内外冶炼镍铁最常用的火法流程是回转窑一电炉（RKEF）流程，采用电炉选择性还原熔炼红土镍矿是一种成熟的冶炼工艺，该工艺使得绝大部分金属镍还原并富集，在电炉中和炉渣分离，得到镍铁。
火法冶炼镍铁是在高温条件下，以C（或Si）作还原剂，对氧化镍矿中的NiO及其他氧化物（如FeO）进行还原而得。
同时采用选择性还原工艺，合理使用还原剂，按还原顺序NiO、FeO、Cr2O3、SiO2进行还原反应。
本文研究得出镍铁熔炼时的最佳熔炼温度和最佳熔炼碱度，大大提高了原矿中镍、铁回收率，具有重大的社会意义和显著的经济效益。
1实验部分1.1实验设备。
干燥窑；回转窑；镍铁冶炼炉；镍铁冶炼炉除尘设备（主要由输气管道、除尘器、排灰装置、风机、电机和排气筒组成）；矿热电炉；石墨电极；变压器；压球机。
1.2 实验原料。
红土镍矿（主要包含镍、铁、硫、碳、二氧化硅、氧化镁等化学成分）；焦粉；石灰石；焦炭；石灰。
1.3 实验方法。
硅酸氧化矿可以用火冶法熔炼，经还原、熔化和精炼得到镍。
还原时要争取使氧化镍完全变为金属镍。
熔化时镍铁将同较轻的渣分开。
镍铁的含镍量取决于部分还原过程的选择能力。
采用焦炭作还原剂，也可采用硅铁作还原剂。
为了除去粗镍铁中的杂质碳、硫、磷和铬，必须进行精炼，然后在电炉中用碳直接部分还原炼制镍铁。
镍铁矿热炉熔炼过程中的多物理场耦合
镍铁矿热炉熔炼过程中的多物理场耦合
孙昊;刘鹏;李茂生;栗亚奇;战洪仁
【期刊名称】《材料与冶金学报》
【年(卷),期】2024(23)2
【摘要】建立了一个三维多物理场耦合模型,揭示矿热炉运行过程中电磁、温度、化学反应间的相互作用机理该模型不仅将电磁理论、多相流动、传热、还原反应整合到统一的计算框架中,还通过用户自定义函数(UDFs)将电弧热、焦耳热和化学反应热加入到能量方程源项中研究了不同电极插入深度下的熔池温度分布,并分析了熔池不同位置处的还原反应量结果表明:随着电极插入深度的增加,熔池温度不断升高在磁场作用下,熔池底部温度分布均匀熔池区内氧化镍比铁氧化物还原更彻底,而坩埚区内镍铁氧化物均被彻底还原当电极插入深度为21m和22m时,有助于提高炉料温度,适用于升温阶段当电极插入深度为20m时,炉料温度和铁氧化物的还原量更为均衡,适用于稳定熔炼阶段。
【总页数】10页(P118-126)
【作者】孙昊;刘鹏;李茂生;栗亚奇;战洪仁
【作者单位】沈阳化工大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TF33
【相关文献】
1.矿热炉内镍铁还原过程电流密度分布与温度场的有限元分析
2.钢基表面热喷镍冷却过程中热力耦合场的三维有限元分析
3.直流锰硅合金矿热炉电极特性多物理场耦合分析
4.矿热炉电/磁/热多物理场耦合多相流温度场分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
矿热炉(电炉)炉内电流分布及使用环境、炉况和计算机中控监测系统分析与控制方法
矿热炉（电炉）炉内电流分布及使用环境、炉况与计算机中控监测系统分析控制方法一、电炉电压情况与使用环境条件要求：从上图测得的波形可见，电弧的非线性电阻，受炉膛的温度、压力、料层构成电化或电冶过程，电极在増根料层内以马蹄形或白炽灯状埋弧所产生的谐和波，其电压畸变率约占1.1%或2.7%或6%不等，谐波电流分量约占13%~35%不等。
因此，矿热低补应对炉内主要特征谐波频率和高幅值谐波应采取必要的滤波补偿回路及隔离增补了对这些不具备规律性，无法事先预知的电质变量须设监测项目。
在相补能有效地解决无功功率不平衡的同时，宜利用电抗器接电容器的电感、容抗串联，可以在相间转移有功电流的基本原理，适当搭配有利调整三相不平衡有功电流，不但能有效的减少炉变铜铁损，而且可以多减点炉变至短网的线路损耗，还可以解决谐波的干扰源影响电压、电流信号正弦波中产生歪波及引起炉内碳氧化物含量的失衡。
低补装置一般设在炉膛周边，补偿铜管都尽可能接到短网终端的附近。
烟气侵蚀、烟灰积聚，热源辐射、长期微振等，对装置的内部电气元件要求很高，现行的电气行业标准，按矿热炉工况要求是有跨行业差异，与矿热电况需要的电容器，要具备耐热、抗谐、防涡流等的功能尚缺。
简言之，低补主要是用电容器的无功换入炉有功，能解决低压绕组超载、增大熔池功率兼消谐、实现炉变经济运行，是在现有技术条件背景下，原理成熟可靠，配套见效最快的选择。
其质量可靠的重要性等同生产工艺参数。
为此，对低补单支路补偿容量偏大，存在辐射热和自身温升较高的运行温度条件有所限制，沿用传统的熔断器或空开保护方式，已不适合大支路补偿的保护要求。
根据GB50227-2015和电力保护规程规定，增补了设过流、过压的整定值自动保护，包括容量、容值监测显示功能，便于监视容值的正常运行状态和自然衰减状态，兼应有的预知、预防作用，使之达到免维护目的符合入炉功率持续稳定和电炉长周期运行的要求。
并按矿热的电况要求修改了电抗、电容的温度条件及降温措施。
镍电解槽电流分布检测方法的仿真研究
第31 卷第8 期计算机仿真2014 年8 月文章编号: 1006 －9348( 2014) 08 －0245 －05镍电解槽电流分布检测方法的仿真研究王洪茂 1 ，铁军2 ，薛济来1 ，赵仁涛2( 1．北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083;2．北方工业大学，北京，100144)摘要: 研究镍电解槽电流分布可为判断电解是否正常提供有力依据。
传统人工检测镍电解槽电流方法耗时耗力、判断短路/断路效果不佳，且镍电解车间存在温度较高、环境恶劣、实际测量困难等问题。
针对上述问题以某镍厂镍电解槽阴极导电棒为研究对象，利用多物理场仿真软件CO MSOL Multiphysics 4. 3a 中的传热模块，建立合理的物理模型并进行有限元的计算分析。
通过数值仿真和现场测试相结合的方法，研究在镍电解中通电稳定情况下导电棒温度与电流分布之间的关系。
通过图像处理方法分析现场拍摄采集的图像，得到与温度成一定线性关系的像素值的分布图，并与仿真图像作对比。
仿真结果可为镍电解电流分布和准确判断极板短路/ 断路提供模型参考和理论依据。
关键词: 镍电解; 仿真; 传热; 电流分布中图分类号: TP391. 9文献标识码: BInvestigation of Detection Method for CurrentDistribution in Ni －electrolyzerWANG Hong － mao1 ，TIE Jun2 ，XUE Ji － lai1 ，ZHAO Ｒen － tao2( 1．S ch oo l of M etallur g ic al and Ec o l og ical En g ineerin g，Uni v ersit y O f S cienceand Techn o l ogy Beijin g，Beijin g 100083，China;2． N o rth China Uni v ersit y of Te chn o l ogy，Beijin g 100144，China)ABS TＲA CT: The cath o de ele ctr o de r o d of Ni － electr o l yz er f r o m a certain industr y is in v esti g a ted w ith establishin gHeat Tran s f er Mo dule b y appl y in g multi － ph y sic s － ba sed simulati o n s of t w are，CO M S OL M ultiph y sic s 4. 3a．Mo redetailed descripti o n o f h ow t o crea te a c o rrec t and reas o nable ph y sical m o del and Finite Element Calculati o n are a ls oad o pted fo r the anal y sis of the m o del． B o th numerical simulati o n and f ie ld testin g are u sed fo r stud y in g the relati o n- ship bet w een current distributi o n and temperature of electr o de r o d of Ni － electr o l y sis w hen o ther c o nditi o n parametersof m o del are stable． The simulati o n and f ie ld testin g results v eri fy the e ff ecti v eness of the pr o p o sed meth o d．K E Y WO ＲDS: Nickel electr o l y sis;S imulati o n; Heat trans f er; Current distributi o n1 引言电解工艺是湿法冶炼的主要流程［1］。
矿热炉炉衬内应力场的数值模拟
质的耐火材料砌筑而成，炉衬模型如图 １ 所示 ［８］ 。
收稿日期：２０２１－１０－１０
基金项目：博士启动基金（２０１９－ＢＳ－１８９）
作者简介：张新杰，硕士研究生在读。
通信作者：刘鹏，博士，讲师，研究方向：矿热炉内多物理场的研究。
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｒｅｓｓ Ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｉｎｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ａｒｃ Ｆｕｒｎａｃｅ
Ｚｈａｎｇ Ｘｉｎｊｉｅ，Ｌｉｕ Ｐｅｎｇ ∗ ，Ｓｕｎ Ｈａｏ，Ｚｈａｎｇ Ｙｕｅ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉａｎｚｈｅｎ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１４２，Ｃｈｉｎａ）
炉衬结构的三维有限元模型，并用仿真软件对炉衬内温度场进
行了数值模拟分析。 探究了炉内温度和对流换热系数对炉衬
温度场的影响。 付晓燕等 ［５］ 建立了炉衬稳态传热模型，并对炉
衬内温度场分布进行了数值研究，为炉衬砌筑方案提供了理论
基础。 杜钢等 ［６］ 利用数值模拟方法研究了高炉炉衬内温度场
和应力场的分布情况Biblioteka 研究发现：不同材质的耐火材料物理性
将电极插入深度提高，但电极插入深度过深也会影响矿热炉的
冶炼效率，因此，应该综合考虑各种因素，选择合理的插入深
度。
３．４ 冷却水流速对炉衬热应力的影响
冷却水流速的大小影响着炉壳上的对流换热状态，当冷却
水流速发生改变时，炉壳以及炉衬的冷却效果也会随之改变，
进而影响着炉衬内温度场和应力场的分布情况。 图 ５ 为不同
RKEF回转窑矿热炉
RKEF回转窑矿热炉RKEF回转窑矿热炉，是一种常用于镍铁矿的冶炼设备，通过高温炉内的回转运动，将矿石和还原剂在氧化还原环境中进行反应，从而实现镍铁的冶炼。
RKEF回转窑矿热炉主要由回转窑、燃烧室、预处理装置、气体净化装置、冷却系统等部分组成。
首先，将矿石和还原剂混合后，通过预处理装置进行烘干和预热的处理，以提高炉内反应速率和冶炼效率。
然后，将预处理后的矿石和还原剂送入回转窑中，炉内的回转运动使料层均匀受热，促进物料的氧化和还原反应。
在燃烧室中，使用天然气或煤炭作为燃料，通过燃烧产生的高温气体，提供足够的热量给回转窑内的物料。
在整个冶炼过程中，需要控制炉温、进料、出料、燃料等参数，以保证冶炼的顺利进行。
此外，还需要使用氧气或空气进入冶炼过程，以促进反应的进行。
矿热炉内的气体净化装置能够收集和处理炉内产生的尾气，减少对环境的污染。
冶炼完成后，通过冷却系统将冶炼产物进行冷却，并进行后续处理，得到所需的镍铁产品。
RKEF回转窑矿热炉具有以下优势：1.工艺灵活：可适应不同种类和性质的矿石，根据需要进行调整和改进。
2.能源利用率高：通过燃烧气体提供的高温能量，使矿石得到很好的加热和还原。
3.冶炼效率高：回转窑的回转运动使矿石得到充分的混合和接触，提高反应速率和冶炼效率。
4.产品质量稳定：通过合理控制冶炼参数，可以得到稳定的产品质量，满足不同应用的需求。
5.环境友好：通过气体净化装置对产生的尾气进行处理，减少对环境的污染。
然而，RKEF回转窑矿热炉也存在一些问题和挑战。
首先，炉内的高温环境和复杂的反应过程对设备的耐温性、耐腐蚀性提出了较高的要求。
其次，冶炼过程中产生的尾气中含有一定的有害物质，需要通过气体净化装置进行处理，增加了设备和运行成本。
总的来说，RKEF回转窑矿热炉是一种常用的镍铁矿冶炼设备，具有灵活的工艺、高效的冶炼过程和环境友好的特点。
与传统的冶炼方法相比，RKEF技术在镍铁冶炼领域具有较大的优势和应用前景，但也需要进一步改进和完善，以满足不断增长的市场需求。
电炉(矿热炉)炉膛温度、功率密度、三相电极功率分布特性与电极插入深度分析及控制措施
电炉（矿热炉）炉膛温度、功率密度、三相电极功率分布特性与电极插入深度分析及控制措施一、电炉三相电极功率分布特性1、电炉功率分布对个冶炼区的作用：(1)通过炉料的电流主要用于炉料的预热。
(2)通过电弧、焦炭层的电流用于炉料加热和还原反应。
(3)通过熔池的电流用于炉渣和金属的过热。
2、炉膛内部的功率分布与操作电阻和炉料电阻率有关。
2.1炉膛内部功率主要分为电阻功率和弧阻功率。
2.2在操作电阻为定值时，炉料电阻越大，电弧区功率比例越高。
2.3正常的冶炼过程中功率分配系数为一个定值。
它的意义是炉料稳定地在不同区域吸收相应的热能，经历预热、加热、熔化和还原过程。
2.4炉料电阻决定了功率分布。
炉料电阻率越小，炉料内部导电比例越大，料层消耗的功率比例越大，反之亦然。
这也就是电炉运行中弧阻分配的意义所在！控制电炉的操作电阻和炉料电阻对保证电炉功率分布有重大意义。
2.5还原剂过剩时，炉料电阻会变小，功率分布系数随之变小。
这时，过多的热量用于加热和熔化炉料，使高温区上移，热效率降低。
2.6炉料电阻过大会使功率分布系数变大，电极埋入深度增加。
2.7由此产生的后果是：上层炉料得不到充分预热就进入反应区，正常冶炼物料的融化、还原平衡破坏。
同时电弧对炉底侵蚀严重，影响电炉寿命。
二、电极插入深度1、电极工作端长度是指底环下沿到电极顶端的电极长度。
2、电极下插深度是指埋人炉料内部的电极长度。
3、电极插深度反映了炉膛反应区在竖直方向上的位置，是判断炉况的重要特征之一。
4、随着铁水在炉膛中的积聚和排出，熔炼区的位置和电极下插深度会发生一定改变。
5、影响电极插入深度主要因素：5.1正常熔炼过程中，电极端部距炉底的距离为一定值，它与冶炼品种，电极直径和电炉的电气参数有关。
距离为电极直径的0.6~1倍。
5.2正常冶炼过程中电极位置的波动比较小。
5.3当炉况变化时电极插入深度变化较大。
5.4电极插入过深通常表明炉膛电阻增大，这多是由于还原剂不足或炉渣碱度过低引起的。
矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法[发明专利]
![矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/aff205f409a1284ac850ad02de80d4d8d15a0108.png)
[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]发明专利申请公布说明书[11]公开号CN 101104904A [43]公开日2008年1月16日[21]申请号200710062548.9[22]申请日2007.08.08[21]申请号200710062548.9[71]申请人张美焦地址064200河北省遵化市石人沟铁矿[72]发明人张美焦 [74]专利代理机构唐山永和专利商标事务所代理人张云和[51]Int.CI.C22C 33/04 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 2 页[54]发明名称矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法[57]摘要本发明涉及镍铁合金冶炼技术，尤其是一种矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法。
该方法是：矿热炉冶炼镍铁时还原剂中的含碳量与氧化镍矿中的含镍量之比为1.5－4，还原剂中的含碳量包括镍烧结矿中残留的含碳量，还原剂可以是各种含碳物质。
相比现有技术，本发明的优点是：通过增加还原剂的用量，镍含量在达到不锈钢使用要求的前提下，尽可能多回收铁，减少或避免资源浪费；降低镍铁含镍量后，冶炼过程的镍回收率可以显著提高，大大降低镍铁成本；不无喂追求过高的含镍量，使镍铁含镍适中，冶炼不锈钢时可不加或少加废钢铁，降低了不锈钢成本；综合考虑了镍铁与不锈钢两个工序的特点，使其有机统一，两个工序都能产生较大效益。
200710062548.9权 利 要 求 书第1/1页 1.一种矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法，其特征在于：矿热炉冶炼镍铁时还原剂中的含碳量与氧化镍矿中的含镍量之比为1.5-4，还原剂中的含碳量包括镍烧结矿中残留的含碳量，还原剂可以是各种含碳物质。
200710062548.9说 明 书第1/2页矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法技术领域：本发明涉及镍铁合金冶炼技术，尤其是一种矿热炉冶炼镍铁还原剂用量的确定方法。
背景技术：镍铁是生产不锈钢的原料，其生产主要以氧化镍矿为原料用矿热炉冶炼。
Monel-400合金焊接温度场的数值模拟
Monel-400合金焊接温度场的数值模拟
刘轶暄;李慧琴;麻永林;邢淑清;陈重毅
【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》
【年(卷),期】2010(029)002
【摘要】对Monel-400合金圆桶轴向焊接的温度场进行有限元分析,采用ANSYS 大型通用有限元分析软件,利用APDL语言进行数值模拟计算.从焊接温度场方面,对圆桶轴向焊接过程的数值模拟进行了分析讨论.为以后焊接应力应变的模拟计算及分析奠定了基础.
【总页数】4页(P188-191)
【作者】刘轶暄;李慧琴;麻永林;邢淑清;陈重毅
【作者单位】内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010;内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010
【正文语种】中文
【中图分类】TG457.19
【相关文献】
1.Monel-400合金板焊接温度场有限元分析 [J], 王文君;陈重毅
2.基于ANSYS的MONEL-400合金中厚板CMT数值模拟 [J], 马魁;麻永林;李美玲;陈重毅;陆恒昌
3.Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟 [J], 刘轶暄;李慧琴;麻永林;邢淑清
4.7A52铝合金双丝MIG焊接温度场及残余应力场数值模拟 [J], 高健;陈芙蓉;范文学
5.铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟 [J], 李陈峰;金腾龙;刘德怀;张一凡;刘涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Abstract： Submerged Arc Furnace is a critical part in reduction of nickel oxide mine by “rotary kiln —submerged arc furnace” （ Ｒ KEF） process． A 3D multi － physics field model w as developed for submerged smelting of ferronickel by using M axw ell equation ， Joule law combined w ith energy equation ． A finite element analysis （ FEA ） for the electromagnetic behavior and the heat transfer process，burden ，slag and molten ferronickel w as conducted． O w ing to the significant influence of crucible zone below the electrode，a bow l shaped crucible zone model w ith structured grid w as established instead of the simple cylinder model． It w as more close to the actual production． C urrent density distribution w as emphasized in the furnace，and influences of electrode diameter，electrode center diameter and furnace height on temperature field w ere researched． T he result show ed that w hen the current flow s through the arc，the current density w as higher w ith a spreading status，w hile it enters the slag layer，the current density decreases and redistributes； the interface zone betw een burden and slag w as the main heat － producing area； High － temperature zone w as at the electrode bottom and the crucible zone，a large temperature gradient could be seen in the burden layer； slag temperature distribution w as layered，the longitudinal temperature gradient w as larger than the radial one； in the ferronickel layer the temperature distribution w as uniform． A declined electrode diameter made temperature high ，but the electrode could not be too small； w ith a low furnace height ， the temperature w ould be high ， but it w as also limited by the yield factors． Key words： submerged arc furnace； current density field； temperature field
中的关键环节． 本文建立了矿热炉熔炼镍铁过程中三维多物理场的数学模型，模型中采用 Maxwell 方程、 Joule 定律结合能量方程，对矿热炉内料层、渣层和产品层的一体化系统进行电磁行为和传热过程有限元分 析． 由于料层中电极下方坩埚区对熔炼过程有重要影响，在炉体建模时，建立比圆柱形更复杂的碗型坩埚区 模型，采用结构化网格，使计算结果更接近生产实际 ． 本研究着重分析了炉内电流密度分布规律，并且考查 了电极直径、极心圆直径和炉膛高度对温度场分布的影响 ． 结果表明： 流经电弧时电流密度较高，成发散 状，进入渣层后电流密度减小并重新分布； 渣层和料层的交界区域为主要的产热区域； 高温区集中在电极底 端与坩埚区，料层内温度梯度大； 渣内温度呈分层分布，纵向温度梯度大于径向温度梯度； 镍铁层温度分布 较为均匀； 减小电极直径可以使炉内温度升高，但制约电极直径无限减小的因素是电极承载电流能力； 减小 炉体高度可以使炉内温度升高，但炉体高度也要受产量因素制约 ． 关键词： 矿热炉； 电流密度分布； 温度分布 中图分类号： TF 632 ； TF 644 文献标识码： A 6620 （ 2013 ） 03017708 文章编号： 1671-
用有限元的热电耦合计算得到系统内的温度分 布． 通过改变矿热炉炉体设计中的经验系数 ， 控制 原始模型的单一几何尺寸作为变量， 分别改变电 极直径、 电极中心距以及炉膛高度等参数 ， 研究不 同炉体参数对系统内温度场分布的影响 ．
1
1. 1
模型建立
数学模型
使用磁矢量法， 麦克斯韦基本方程组与导出 方程是电磁场的基本点也是出发点 ． 电磁场满足 Maxwell 方程组： → → → dD （ 1） ×H= J + dt → → dB （ 2） ×E = － dt → ·B = 0 （ 3） → ·D = ρ （ 4） → → → → J = σ（ E + v × B ） （ 5） 其中 → → B =× A （ 6） → → → dA E= － － V （ 7） dt → → H 为磁场强度向量； J 为总电流 以上各式中， → → 密度向量； t 为时间； D 为电通密度向量； E 为电 → 场强度向量； B 为磁通密度向量； ρ 为电荷密度； → v 为速度． 由于矿热炉生产过程中铁水运动产生的电流 因此忽略速度效应，则 要远小于加载的源电流， → → 公式（ 5 ） 可简化为 J = σE ． 热功率密度表达式为 → → → Q （ J 2 / σ） t w= = = σ E2 （ 8） t t 式中： Q 为焦耳热； σ 为电导率； ε 为介电常数； → μ 为磁导率； w 为热功率密度．
［3 ～ 4 ］
， 然
而只建立了出铁口的三维模型， 并未对炉内过程 ［5 ］ 建立三维有限元模型； Kadkhodabeigi 等 采用多 相流模型研究了硅铁矿热炉的出铁过程， 温度为 常数作为已知条件， 并没有分析炉内温度场分布． 王振等使用有限元模型研究了矿热炉制备单晶氧 ［6 ］ 着重研究了电极、电弧、料 化镁炉内温度场 ， 层及产品区域，但完全没有考虑渣层的影响，没 有研究交流电的行为． Scheepers 等建立 CFD 模型 全面分析了矿热炉生产磷铁的温度场与还原 ，但电弧与坩埚区域仅当作圆柱处理，关 键部位建模过于简化，并且也没有研究炉内交流 率 电行为． 本文基于电磁场和传热学的基本理论， 建立 镍铁矿热炉炉体内部电磁场和温度场的数学模 以镍铁矿热炉中料层、 渣层、 坩埚层和液态镍 型， 铁合金整体系统为研究对象， 进行一体化有限元 分析． 鉴于料层中的坩埚区对熔炼过程有重要影 响， 在炉体建模时， 建立比圆柱形更复杂的碗型坩 埚区模型， 采用结构化网格， 使计算结果更接近生 产实际． 先计算矿热炉系统中电流密度和焦耳热 的分布， 并着重分析炉内电流密度分布规律 ， 再利
第 12 卷第 3 期 2013 年 9 月
材 料 与 冶 金 学 报 Journal of Materials and Metallurgy
Vol. 12 No. 3 Sept． 2013
矿热炉内镍铁还原过程电流密度分布 与温度场的有限元分析
1 2 1 王子坤 ，李拓文 ，李宝宽
（ 1． 东北大学 材料与冶金学院，沈阳 110819 ； 2． 沈阳市民营科技机构协调服务中心，沈阳 110003 ） 摘 要： 矿热电炉埋弧还原焙烧渣过程是利用 “回转窑焙烧—电炉熔炼法 ” （ ＲKEF 法） 冶炼镍铁合金工艺
［7 ～ 9 ］
定电极与熔池各层的相对磁导率均为 1． （ 2 ） 假设料层及金属等有关物性参数可视为 常数， 且具有均匀性和各向同性． （ 3 ） 忽略电炉系统内的接触电阻． （ 4 ） 假设电极与料层、 渣层和镍铁层保持相 对静止． 根据导热微分方程整理， 可得到柱坐标下热 传导控制方程表示为 dT 1 d dT 1 d dT = （ λr ） + 2 （λ ） + ρ（ c p + ξ） dt r dr dr dφ r dφ d dT （λ ） +q dz dz （ 9）
An analysis of current density and temperature field for the ferronickel submerged arc furnace
W ang Z ikun 1 ，Li T uow en 2 ，Li Baokuan 1
（ 1． School of M aterials and M etallurgy ，N ortheastern U niversity ，Shenyang 110819 ，C hina； 2． Shenyang N on － governmental Scientific and T echnological Enterprise C oordination and Service C enter，Shenyang 110003 ，C hina）