1、 年第 期总第 期铁 合 金.:./.项目来源 内蒙古自治区“科技兴蒙”行动重点专项()作者简介 邸俊明 男 年出生教授级高工:.通讯作者 牛强 男 年出生博士:.收稿日期 大型高硅合金电炉开炉工艺及其关键技术邸俊明袁平戴国强颜艺专宋永宏牛强(鄂尔多斯市西金矿冶有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯)(内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司 内蒙古鄂尔多斯)(内蒙古低碳铁合金科技有限公司 内蒙古鄂尔多斯)摘 要 针对大型高硅合金电炉开炉的工艺控制问题结合电炉内部炉料结构及电极焙烧机理分析了三种典型电炉开炉方式指出了开炉过程中炉衬与电极焙烧控制、电炉负荷、投料控制之间的内在要求对于大型高硅合金电炉开炉的生
2、产操作具有重要的意义关键词 高硅合金 电炉 开炉工艺 电极焙烧中图分类号 文献标识码 文章编号()(.)(.)(.).前言近年来随着技术的进步铁合金电炉容量不断增大硅铁 电炉已经不再建设之列 国内目前建设的主力炉型大部分在.现在已建成投产的硅铁电炉有中卫茂烨 、电极直径 鄂尔多斯西金矿冶 、电极直径 鄂尔多斯君正实业 、电极直径 这三种炉型的电炉容量目前占据前三位投产初期都经历了比较艰辛的过程 尽管各项生产指标与目前国内.电炉存在着一些差距从设备的运行、电炉操作理念、参数的选择都对我国硅铁电炉大型化的发展起到了引领作用提供了宝贵的实践经验 随着时间的推移、技术进步和经验的积累相信生产经济指标在
3、不久的将来有突破性地进步电炉容量的增大随之而来的电极直径、炉膛直径、炉膛深度与过去的小电炉相比已不可同日而语这对电炉的开炉带来了挑战 如何选择开炉方法使电炉在最短的时间内达到正常运行是迫切需要解决的问题 新建大型电炉开炉经历的三个阶段通常新建电炉开炉都要经历电极焙烧、炉衬升温焙烧、电炉加料升负荷与炉前第一炉出铁 在新开炉时有必要重新了解一下高硅合金电炉正常运行的内部结构和电极焙烧机理.高硅合金电炉正常运行的内部结构 生产中高硅合金电炉剖视图炉料形成了不同的区域如图 所示坩埚区坩埚壁软化和熔融区硬壳形成区死料区图 高硅合金电炉剖视图.图 中坩埚区是在电极端头部大部分电能通过电弧转化为热能与其他区
4、域相比靠近电极头位置区域的温度非常高在硅铁冶炼过程中硅铁电炉周期性的加入混合料硅石的粒度比较大()还原剂粒度()和球团矿粒度()比较小受工艺的限制炉内装满炉料粒度之间存在空隙具有一定透气性硅铁生产炉中不同区域电炉挖炉分析结果如图 所示图 中显示不同区域各种物料的物理特性不同对硅铁电炉的新开炉和正常运行有着重要的意义在一定条件下电炉内输入的功率决定炉内活动料区和死料区的大小靠近电极炉料功率密度大、温度高融化速度快 随着与电极距离逐渐增大功率密度相应减小温度降低逐步形成死料区当温度达到一定时形成坩埚壁图 硅铁生产炉不同区域挖炉结果.高硅合金生产中矿热炉内活料区和死料区如图 所示图 高硅合金生产中矿
5、热炉内活料区和死料区示意图.电极焙烧在了解了电炉运行结构后电极焙烧就是新开炉的第一个问题 电极直径的焙烧与 电极焙烧不只是直径增大 的问题大电极直径在新开炉的电极焙烧与正常生产情况下完全不同 焙烧过程中速度与温度的有机结合是电极质量的重要保证两者结合出现偏差就会在加料升负荷时发生电极消耗快、掉块甚至出现硬断事故当电极糊从固态变化到液态温度达 时机械强度降低到最低点从 开始到 机械强度急剧上升温度与电极强度的关系如图 所示电极糊中的挥发物从 起开始大量逸出 左右时最为激烈当电极焙烧进入第三阶段 左右时剩余的挥发物再次挥发温度变化与气体逸出量关系如图 所示 温度达到 时电极糊黏结剂开始碳化温铁 合
6、 金 年 图 温度与电极强度的关系.图 温度变化与气体逸出量关系.度达 时电极焙烧结束后电极达到最终强度此后即使电极温度达到 电极的强度也不会发生太大地变化从图、图 可知温度在 时电极焙烧的速度决定着最终的电极质量电极焙烧速度与质量关系如表 所示表 电极烧结质量与升温速度关系.加热速度/(/)假密度/(/)孔隙率/比电阻/(/)挤压强度/(/).大型电炉新开炉电极焙烧方式大型电炉开炉目前国内有三种常用方式焦炭焙烧、导电柱直接电热焙烧、满料导电层电热焙烧三种焙烧电极开炉示意图如图 所示.焦焙工艺焙烧电极期间热量较少且集中在电极上需要图 新开炉电极焙烧示意图.补充焦炭经常吹灰助燃不易控制火势焙烧温
7、度不均匀不易观察判断电极焙烧进程电极焙烧的均匀性差对于更大直径电极中心部位有可能没有完全焙烧好需要倒拔电极 炉内清灰劳动强度大电极温度下降梯度大 后期电烘时间不宜过长(电极消耗快)负荷不易控制上升速度快电能大多以弧光形式转化电极温升突然加快且均匀性非常差 另一方面大量热从炉衬挥发炉衬热量收入相对较少炉衬温升不理想.导电柱直接电热焙烧电极焙烧期间电流流过炉底导电柱全部以电阻热形式转换对炉底加热效果好负荷上升稳定可控用电时间长电极、炉底温升均匀电极质量好 无需其他操作劳动强度低焙烧过程容易观察电极焙烧进程确保电极焙烧良好.满料导电层电热焙烧炉内满料的电极焙烧方式利用电阻热对炉底进行加热的同时可以最
8、大程度利用电能产生的热量对炉料进行加热电极焙烧速度快 尤其是在电 第 期邸俊明等 大型高硅合金电炉开炉工艺及其关键技术 极糊 以下时电极的导电全靠电极壳及筋片进行 热量集中在电极壳及筋片周围对于电极直径超过 大型电炉不能很好把控电极烧结速度即在 以下不能很好地控制电极电流产生的电阻热以及炉料的热量导致电极壳及筋片周围电极糊过早烧结而远离电极壳及筋片范围内电极糊有可能没有完全液化流动 容易产生空洞 焦焙电极同样也会产生这种现象造成电极中心部位强度较差.电极焙烧期间的控制电极焙烧的热源最主要是电流产生的电阻热当电极电流密度为./电极直径为 时焙烧带产生的热量为/或/电极直径为 时焙烧带产生热量为
9、/或 /对于电加热直接焙烧电极可以参考确定电极的焙烧速度和时间电极糊 的速度是决定电极焙烧质量的重要阶段过快严重影响电极质量过慢则延长开炉时间根据电极观察孔火强度与电极壳表面温度结合起来判断电极烧结速度而对于焦焙工艺、满料送电焙烧做到准确判断电极烧结速度相对比较困难 加料出铁.电极焙烧后清灰作业焦焙在完成电极焙烧后根据炉体内焦炭的多少要进行清灰作业 目前由于劳动强度大环境恶劣基本上已经不再进行清灰作业 直接倒把电极进行送电烘炉电极的有效工作端也根据炉内焦炭高度来决定不会达到离炉底最佳位置 烘炉时间基于电极二次焙烧和消耗确定一般是 消耗电能基于电炉的大小在 万 炉内剩余焙烧时焦炭量过多电极工作端
10、与炉底距离比较远炉底的升温效果较差电炉初始料批很难达到 化学平衡导致炉底形成大量 同时由于大粒度的焦炭存在严重影响初始电极插入深度导致电极焙烧质量在电炉投料后充分体现出来 随着电炉负荷提升电极消耗幅度增加甚至会出现掉块现象电极端头与炉底距离进一步加大迫使电炉在较低负荷下运行 为加强电极压放维持电极二次电流加强电极烧结速度势必增加料批中配碳量 致使炉底升温条件变差 过剩碳沉积在炉底 在适当温度下生成 尽管第一炉铁可以顺利出炉但会给后期电炉顺利运行留下巨大的隐患大部分电炉出现炉眼不通畅出铁不顺利电炉恢复到正常运行需要很长时间更为严重的是如果遇到较长时间电炉设备故障或限电就会造成铁水上涨翻过炉墙炭砖
11、烧穿炉墙电炉几个月都不能正常运行.电加热直接焙烧电加热直接焙烧准备工作见图 电极焙烧时间根据电极直径确定 直径一般为 天 焙烧结束时电极端头与炉底距离可以得到很好的控制一般控制在电极直径.倍加料后电炉功率很容易控制 开始加料电炉功率为 电炉功率增加电极开始消耗功率达到第一炉出铁时电极位置最佳值.内功率达到 累计耗电量(包括焙烧电极)达到设计功率日耗电.倍出第一炉铁第一炉铁单耗约 /电炉加料第一次配料可根据经验判断炉底剩余碳量适当减碳第一次料批总量达到炉膛深度的/第二次料批配碳量达到正常料批 第三次料批达到正常料批第一炉铁出完料批恢复正常开始正常压放电极利用一天时间电炉升至满负荷运行 由于电极端
12、头始终保持在最佳位置炉底升温很快炉眼畅通炉况很快顺行.电加热满料开炉电炉满料开炉见图 炉底铺有一层炭在电极底部装有导电炭柱电炉送电进行电极焙烧的同时对炉料进行加热电极焙烧的速度无法很好控制电极焙烧的质量在电炉升负荷得到体现(如同焦焙后的电焙)消耗很快甚至有掉块现象电极焙烧过程中的热量都是以电阻热的形式产生高硅合金生产 是一个必须经历的中间反应(见图)的生成是在 电阻炉内通过 反应进行的 当温度升到 时开始生成 开始转化为 全部转化为 形成稳定的 对硅铁生产非常不利纯 的分解温度为 理论上正常生产时 可以通过料批减碳增加 来处理也可以加铁制品进行处理 但由于焙烧的电极质量引起的电极工作端较短不能
13、达到最佳的电极工作位置迫使电炉增加碳量低负荷大电流加快电极烧结抢放铁 合 金 年 反应 温度 新开炉初期炉底温度相对较低升负荷电极消耗过快负荷低料批碳过剩严重影响到上述反应的顺利进行造成出铁不畅、时间过长炉况恢复缓慢 如遇到设备故障、限电、电极事故等较长时间的停炉或低负荷很大概率上会引起炉底上涨炉况恢复正常需要较长的时间 讨论三种新建电炉开炉方式分析结果其主要是能否在最短时间内电炉达到满负荷稳定运行问题的中心是电极的焙烧 铁合金电炉大型化趋势是不可逆的电极直径、炉体几何参数必将随着电炉的大型化、超大型化越来越大 不论是正常生产时的电极焙烧还是新开炉电极焙烧都是不可回避的这对电极糊也提出了更高的
14、要求 新开炉电极焙烧不仅仅是焙烧电极也是对新炉衬的升温焙烧炉衬加热焙烧也是一个考验不以只追求第一炉铁的时间来衡量开炉是否成功而是以电炉达到稳定运行开炉周期来评价 过去几年的时间里行业中矿热炉炉衬在新开炉后短时间发生多次漏炉事故与只重视电极焙烧和开炉时间而缺乏对炉衬焙烧的认知有直接关系行业中对如何筑炉探讨研究的比较多几乎没有看到新开炉电极焙烧与炉衬加热和漏炉之间关系的研究这一课题值得去关注 结语新建电炉的投产不仅仅是焙烧电极独立事件而是一个系统工程电极焙烧、炉衬升温、设备磨合都要在有限的时间内完成电极直径越大更适合采用电加热无料开炉法 特别是高硅合金电炉这一点尤为重要()是高硅合金生产中无法避免
15、的没有 生成 就不可能还原出来 电加热无料开炉最大程度的避免过剩 在炉底沉积()焙烧出高质量电极必须严格执行电极焙烧曲线新电极焙烧除必要观察孔外尽可能在电极上少打孔()在遵守电极焙烧原则的基础上最大可能兼顾炉衬焙烧和加热不能只追求第一炉出铁时间的最短化()投料升负荷一定要坚持电极端头与炉底之间距离最佳值范围 升负荷速度在满足电极承受能力前提下可适当快一点()以料批配比稳定电极为主尽可能不以牺牲电炉负荷稳定电极尽快实现电炉满负荷运行参考文献 ./.:.自焙电极操作.铁合金():.斯特隆斯基.矿热熔炼炉.北京:冶金工业出版社.许传才.铁合金冶金工艺学.北京:冶金工业出版社.邸俊明.硅铁电炉新焙烧电极硬断事故的探讨.铁合金():.陈劲松.大型矿热炉烘炉新工艺.铁合金():.邸俊明.大容量硅铁电炉电加热直接开炉法.铁合金():.自焙电极工艺趋势.铁合金():.曹培峰.电极糊的流动性对电极烧结的影响.铁合金().碳化硅冶炼工艺学.国家机械委机床局.第 期邸俊明等 大型高硅合金电炉开炉工艺及其关键技术
