高产高质低耗能的矿热炉料面应如何合理布料和下料？
合理的料面，能够有效的改善电极周围料层质量结构，大幅度改善炉况(避免在加料嘴外侧形成物料堆积)从而有效地减少热损失，降低料面温度，减少电极裸露部分，降低电极电阻热损失，有助于增加炉料的预热及大坩埚区的形成，保证炉况的良好性，避免塌料、翻料频繁发生，从而有利于电炉的工艺操作控制及高产量高质量低耗能。
随着国家实行行业准入制度，在铁合金、电石等领域，大型的密闭炉已经逐渐取代了开放炉、内燃炉。对于开放炉，工人可以根据料面情况进行加料,灵活调节加料位置及料量,而对于密闭电炉，加料完全由炉顶料仓通过加料管加入炉内，无法进行人工调整。
影响炉内料面分布的基本因索包括下料嘴的形状及数量、下料点位置、炉料的堆角等，这些均与料嘴本身及其加料点布置有着密切的联系，国内目前密闭炉装备正在走大型化道路，如何适应加大的炉膛以形成合理的料面是值得研究的。
料面合理分布的原则
合理的料面可以使下料速度和反应速度相平衡，入炉物料和出炉物料相平衡，三相电参数平衡，炉内三相畅通，电极会处在合适位置，生产稳定。
其中衡量合理料面的关键指标之一是减少电极裸露长度。
根据经验公式可推出每100mm裸露电极可产生的电阻热：
式中，Q-每一根电极电阻热，kWh/h;
K-附加损耗系数，一般取1.3;
I-变压器二次额定电流，A，以40.5MVA电石炉为例，二次额定电流102000A;
ρ-电极电阻率，查资料为79.8;
L-裸露电极长度，m，取100mm，即0.1m;
D-电极直径，mm，取1400mm;
α-温度系数，一般取-0.0005;
T-电极平均温度，℃，一般取1000℃。
代入数值得Q=110.13kWh/h，即每根直径为1400mm的电极每裸露100mm可产生电阻热约为110.13kWh/h。
裸露电极损失的热量通过周围介质散失，其中一部分以辐射方式返回炉料。返回炉内的热量会提高炉面温度，使支路电流增加，电极上抬，引起更多的料面辐射热损失。所以合理的料面应尽量减少电极裸露长度。
由于炉膛内部对物料的消耗速度不一致，通常炉心区域吃料最快，电极相间区域次之，其他区域最慢，不合理的料面会形成料嘴外侧料面高，危及炉盖等通水部件，造成料面温度升高;料嘴内侧即电极侧料面下陷，电极裸露长度增加，增加电阻热损及电耗，电极上抬，影响正常生产等问题。
料面优化途径
2.1 下料点布置
国内最先引起挪威25.5MVA密闭电石炉组合式把持器技术时，电极直径为1250mm，每根电极周围布置4个下料点，共计12个下料点。后来在生产实践摸索过程中，发现炉膛中心区域温度高，吃料多，在原来的12个下料点不变的基础上把炉盖中心防爆孔改为中心下料点。增加中心下料点后，炉况更平稳，可以降低电耗。但增加的中心料管因安装在炉盖中心正上方，与炉盖吊挂干涉，所以在设计、制造、安装过程中遇到一定的困难。
在40.5MVA密闭电石炉系统中，电极直径为1400mm，极心圆直径为3900mm.与25.5MV密闭电石炉相比，40.5MVA电石炉下料点路径圆周加长，每根电极周围4个下料点可改为5个下料点，其中1个下料点靠近炉中心，这样炉中心三角区域耗料快的地方有3个下料点，极心圆上有6个下料点。6个下料点布置在极心圆外，以实现更均匀的布料(下料点布置见图1、图2)。
图1 25.5~30MVA电石炉下料点布置
（25.5~30MVA calcium carbide furnace blanking layout）
图2 40.5MVA电石炉下料点布置
（40.5 MVAcalcium carbide fumace blanking layout）
炉心区域电流路径短且电极之间辐射热密集，不仅熔池电阻小，而且炉料电阻也很小，因而该区域电流密度最大，温度最高，吃料最快;电极相间区域次之，极心圆外电流路径长，熔池电阻和炉料电阻最大，吃料最慢。因此，15根料管的布置可促使整个炉内料面均匀下沉，对稳定炉况起着很大的作用。
2.2料嘴形状及高度
炉盖与料层之间的空间是由下料嘴及炉盖共同决定的，所以料嘴的高度确定也非常关键。实际生产中，料嘴是随着时间消耗的，下料嘴会越来越短，料嘴设计高度应以底环最低限位为依据进行设计，以料面不覆盖底环下缘为原则。料嘴还应保证一定的工作长度，以保证料面与炉盖之间有足够的空间，料嘴在一定后要及时更换，以防止由于料嘴短导致料面上升，影响电极深入和电极自身绝缘，而损坏炉盖及其他设备。
料嘴形式有2种，圆形料嘴和组合式料嘴，组合料嘴的形状由两个半圆及连接它们的弧段组成。
生产实践证明，料嘴易发生烧损的位置不是靠近电极侧，而是相邻两个料嘴相对侧。这是因为传统的料嘴布置设计中，考虑物料对电极的覆盖时，往往忽略了两个料嘴间料面的连贯性。
圆形料嘴由于尺寸较小，要实现均匀布料，就必须使料嘴底端远离料面以实现料堆的连续，该情况较适用于高炉盖，因为矮炉盖中，炉盖顶面距离平台较近，若采用圆形料嘴，形成的料堆将占用炉盖与料面的大部分空间，不利于气体的排除。若降低料嘴高度则会使料面高度下降，从而使电极工作段裸露部分增加，使料面温度升高，导致附加电耗增加，使设备处于恶劣的环境中，以上种种情形都不利于生产，会降低设备寿命。
组合型料嘴相比于圆形料嘴来说，组合式料嘴加长了电极周围的布料长度，可以使物料有效地围绕电极，减少电极工作段裸露部分;堆高低，包围电极物料高度较平均，减少电极周围高料位与低料位之间的落差。因矿热炉为埋弧电炉，炉料在炉底产生剧烈的化学反应，炉内料位差的减少，可避免在料面最低最薄弱处喷火，对稳定炉况起着非常重要的作用。
另外，可通过在料嘴底部朝向电极方向开坡口来调节料嘴内外侧料层高度。开坡口后可使电极周围温度高的区域料面适当增高，可减少热量损失，以便充分利用其热量预热炉料，提高热效率。
图3 料面分布平面图
(Material surface distribution plan)
图3和图4为15个组合式料嘴在极心圆为3900mm，炉膛内径为9000mm的炉内面料的情况，料嘴内侧及外侧下缘分别高出二层平台约400mm、700mm。在图3中，1区表示在二层平台标高上形成的连续料面分布，2区表示低于二层平台标高约300mm处形成的的连续料面分布;
图4 料面分布
(Material surface distribution)
图4为料面分布立面图。从图中可以看到炉膛内大部分区域形成了连续料面，只有在远离反应区的料面略低，此区域恰恰正是反应缓慢，料面低的区域。整个料面高差基本控制在300mm内，物料对电极的覆盖效果较好，电极裸露少，这种布料是比较合理的方式。
总 结
大型密闭矿热炉都是靠物料自重往炉膛内加料。炉内料面均匀合理，可降低炉膛内料面，使炉况更加稳定，对电石炉能起着非常重要的作用。
以上分析表明，为实现合理料面控制，必须要同时满足2个条件：一是加料点的合理布置;二是控制料嘴合理的高底与形状。在30MVA以上容量的电石炉以及相应规格的矿热炉中建议采用15个加料点的布置及合理工作高度的组合式料嘴。
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