論文
電爐法生產(chǎn)高碳錳鐵的工藝及操作
更新時(shí)間：2022-03-08 關(guān)注：1612
電爐法是以電能為熱源，焦炭為還原劑，在爐身較矮的還原電爐中生產(chǎn)高碳錳鐵的 一種方法。由于電爐法需要的焦炭量大大少于高爐法對(duì)焦炭的需要量，冶煉一噸高碳錳鐵需要的爐料量也少一些，相應(yīng)地帶入產(chǎn)品中的磷含量較低，容易獲得低磷產(chǎn)品。在國(guó)外，由于電力工業(yè)發(fā)展迅速，鋼鐵工業(yè)對(duì)電爐高碳錳鐵的需求量比較大，高碳錳鐵生產(chǎn)已由高爐逐步轉(zhuǎn)向電爐；某些地區(qū)甚至停止了高爐錳鐵生產(chǎn)，改用電爐生產(chǎn)高碳錳鐵。在我國(guó)，由于煤炭資源豐富，目前的電力供應(yīng)還較為緊張，錳礦資源的品位又比較低，使得高爐錳鐵生產(chǎn)仍占有比較大的份額。在今后較長(zhǎng)的一段時(shí)間里，高爐法仍將是我國(guó)生產(chǎn)高碳錳鐵的主要方法之一。
一、冶煉原理
高碳錳鐵的冶煉主要是錳的高價(jià)氧化物受熱分解成低價(jià)氧化物和低價(jià)氧化物進(jìn)一 步還原成錳金屬的過(guò)程。錳的高價(jià)氧化物穩(wěn)定性較差，受熱后極易分解?？刂聘咛煎i鐵冶煉溫度不超過(guò)1500℃，可以有效地抑制二氧化硅的還原，實(shí)際允許的高碳錳鐵含硅量不得大于4%，大部分以二氧化硅的形式進(jìn)入爐渣。爐料中的其他氧化物氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁等，則較氧化錳更為穩(wěn)定，在高碳錳鐵冶煉溫度條件下不可能被碳還原，幾乎全部進(jìn)入爐渣。爐料中的硫主要來(lái)自焦炭。有機(jī)硫在高溫下?lián)]發(fā)，硫酸鹽中的硫一般以硫化錳或硫化鈣形態(tài)熔于渣中。通常爐料中的硫只有約1%左右熔入合金。
二、冶煉工藝操作
1、主要生產(chǎn)方法
電爐高碳錳鐵的冶煉是連續(xù)進(jìn)行的，即連續(xù)加料冶煉，定時(shí)出鐵。根據(jù)入爐錳礦品位的不同及爐渣堿度控制的不同，在電爐內(nèi)生產(chǎn)高碳錳鐵有熔劑法、無(wú)熔劑法和少熔劑 法三種：熔劑法。采用堿性渣操作，爐料中除錳礦、焦炭外，還配入一定的熔劑（石灰），并且用足還原劑。采用高堿度渣進(jìn)行操作，爐渣堿度控制在1.3-1.4之間，以便盡量降低爐渣中的含錳量，提高錳的回收率。無(wú)熔劑法。采用酸性渣操作，爐料中不配加石灰，在還原劑不足的條件下冶煉。用這種方法生產(chǎn)，既可獲得高碳錳鐵，又可得到用于生產(chǎn)錳硅合金和中低碳錳鐵的含錳30%左右的低磷富錳渣，供錳硅合金生產(chǎn)用。無(wú)熔劑法冶煉的優(yōu)點(diǎn)是冶煉電耗低，錳的綜合回收率高。不足之處是由于采用酸性渣操作，冶煉過(guò)程對(duì)碳質(zhì)爐襯侵蝕較嚴(yán)重，爐襯壽命較短。少熔劑法。采用介于熔劑法和無(wú)熔劑法之間的“偏酸性渣法”。該法是在配料中加入少量石灰或白云石，將爐渣堿度控制在0.6-0.8之間，在弱碳條件下進(jìn)行冶煉，生產(chǎn)出合格高碳錳鐵和含錳25-40%及適量氧化鈣的低磷、鐵錳渣。此渣用于生產(chǎn)錳硅合金時(shí)，既可減少石灰配入量，又可減少因石灰潮解增加的粉塵量而改善爐料的透氣性。國(guó)外電爐冶煉高碳錳鐵多采用無(wú)熔劑法和少熔劑法。我國(guó)鑒于國(guó)內(nèi)資源狀況，以熔 劑法生產(chǎn)為主。近年來(lái)，隨著國(guó)外高品位錳礦的進(jìn)口，為合理利用富礦資源，主要生產(chǎn)廠 家也都采用無(wú)熔劑法和少熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵。
2、冶煉工藝操作
電爐高碳錳鐵的操作過(guò)程主要有配料、加料、爐況維護(hù)及出鐵澆鑄等。配料及加料根據(jù)配料計(jì)算得出配料比后，按錳礦，焦炭、石灰（白云石）的順序進(jìn)行稱量配料，然 后通過(guò)輸送系統(tǒng)將配好的料送到加料平臺(tái)或爐頂料倉(cāng)，根據(jù)爐內(nèi)需要分批加入爐內(nèi)。小 型電爐一般采用人工加料，而大中型電爐則是通過(guò)爐頂料倉(cāng)下面的加料管控制加入爐 內(nèi)。對(duì)封閉式電爐，其加料管直接伸入爐內(nèi)料面控制位置，加料管內(nèi)隨時(shí)充滿爐料。當(dāng) 爐料熔化下沉?xí)r，料管中的料自動(dòng)落入爐內(nèi)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展、控制水平的提高，新設(shè)計(jì)的大型電爐稱量及加料系統(tǒng)大 都采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使原料的稱量配料及運(yùn)輸過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
爐況維護(hù)。在電爐冶煉過(guò)程中，由于原料的波動(dòng)、電氣及機(jī)械設(shè)備等因素的影響，爐況難以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定狀態(tài)，總是在波動(dòng)變化。因此，要對(duì)爐況隨時(shí)觀察、監(jiān)測(cè)，并根據(jù)其變化做出準(zhǔn)確判斷，采取措施及時(shí)調(diào)整和處理，使?fàn)t況恢復(fù)到正常狀態(tài)。對(duì)爐況的監(jiān)測(cè)手段有：爐內(nèi)觀察。對(duì)敞口爐和半封閉爐，可對(duì)爐內(nèi)情況進(jìn)行觀察了解，如料面分布狀況、爐料的透氣性、電極位置及其插入深度、料面溫度等。出爐觀察。主要觀察出爐時(shí)鐵水及渣的溫度、流動(dòng)性，以及產(chǎn)品及渣的成分析。儀表監(jiān)測(cè)。電爐監(jiān)測(cè)儀表主要有電流表、電壓表、有功功率表、電極位置指示器、 爐氣溫度、壓力、爐底溫度表等。對(duì)封閉電爐來(lái)講，由于無(wú)法進(jìn)行爐內(nèi)觀察，對(duì)以上控制儀表的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。以上觀察和監(jiān)測(cè)，是判斷爐況的重要依據(jù)，為保證冶煉的正常進(jìn)行，工藝上還應(yīng)從以 下幾個(gè)方面對(duì)爐況進(jìn)行控制：操作電壓。高碳錳鐵的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都較低，在溫度高于1500℃時(shí)容易蒸發(fā)。因此，在保證使用負(fù)荷的同時(shí)，要合理選擇操作電壓及操作電流，使輸入爐內(nèi)的能量分布合理。操作電壓過(guò)高，會(huì)使反應(yīng)區(qū)爐料過(guò)熱，造成錳的大量揮發(fā)；操作電壓過(guò)低，會(huì)使生產(chǎn)率降低，電耗升高。對(duì)不同容量的電爐，其操作電壓應(yīng)有一個(gè)合理參數(shù)，具體如下：
電極。在礦熱電爐冶煉中，電極的工作狀況是衡量爐況正常與否的一個(gè)重要標(biāo) 志。冶煉過(guò)程中對(duì)電極的要求是：合適的工作端長(zhǎng)度及插入深度，而且三相電極在爐料 中的深度盡量保持一致，使其在爐內(nèi)形成一個(gè)較為均勻的溫度場(chǎng)。電極插入爐料中的深 度與焦炭的配比、爐渣堿度和操作電壓有關(guān)，插入深度的變化反過(guò)來(lái)影響爐況。為保證 電極的插入深度，應(yīng)從上述影響因素來(lái)進(jìn)行調(diào)整控制。）爐壓及爐氣。對(duì)封閉爐，爐況正常時(shí)，爐內(nèi)壓力應(yīng)保持在微正壓，爐氣氫含量要小于 8%，氧含量含量要小于3%。爐壓過(guò)大會(huì)破壞爐子的密封性，使煤氣外泄， 易發(fā)生人身安全事故；爐壓過(guò)低（負(fù)壓情況下）會(huì)將空氣吸入爐內(nèi)，使煤氣中含氧量增加， 易引起爆鳴甚至爆炸事故。爐壓波動(dòng)可能是由于粉料多、水分高、爐內(nèi)翻渣、冷卻水 漏、煙道堵塞等原因造成，應(yīng)及時(shí)找出原因，進(jìn)行調(diào)整和處理。爐氣中氫含量升高可能 是爐料水分增加或爐內(nèi)冷卻系統(tǒng)漏水造成；氧含量的升高說(shuō)明爐子密封系統(tǒng)損壞，空氣進(jìn)入爐內(nèi)。出現(xiàn)上述情況時(shí)，應(yīng)立即停爐進(jìn)行檢查處理。
爐況判斷及處理 爐況正常的重要標(biāo)志是：操作電流穩(wěn)定，電極插入深度合適，電極壓放速度正常。料面高度合適，冒火均勻，爐料化料均勻，電極周圍刺火及塌料現(xiàn)象少。封閉爐內(nèi)爐氣壓力、成分、溫度正常。爐渣成分較穩(wěn)定，爐渣流動(dòng)性好，排渣順暢。合金成分穩(wěn)定，產(chǎn)量穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。影響爐況穩(wěn)定的因素較多，如原料成分、水分、粒度的波動(dòng)，電極工作端長(zhǎng)度及插入 深度的變化，爐渣成分及堿度的改變以及機(jī)械、電氣事故的影響等。但爐況的變壞大多由還原劑配入過(guò)多或不足以及爐渣堿度的過(guò)高或過(guò)低造成。還原劑過(guò)多時(shí)，由于爐料電阻率減小，電流上漲，電極上抬，爐內(nèi)化料速度減慢，電極 周圍刺火嚴(yán)重，爐氣壓力、溫度升高，錳的揮發(fā)損失增大，爐底溫度下降，出爐困難，產(chǎn)品 含硅量增高。此時(shí)應(yīng)向電極周圍附加適量減碳料，并調(diào)整料批中的焦炭配入量。還原劑不足時(shí)，電極下插過(guò)深，電極消耗增大；負(fù)荷用不滿，電流不穩(wěn)定；爐口翻渣；爐渣含錳量升高，產(chǎn)品中硅低磷高，渣多鐵少。此時(shí)可向電極周圍附加適量焦炭，并在料批中提高焦炭配比。爐渣堿度過(guò)高時(shí)，在爐內(nèi)表現(xiàn)為電極上抬；料面刺火、翻渣；爐渣流動(dòng)性差，出鐵量 少，爐渣發(fā)暗且粗糙，斷面多孔，冷卻后很快粉化。爐渣堿度過(guò)低時(shí)，電極插入深，爐渣 稀，流動(dòng)性好，渣表面皺紋少，渣中跑錳多。針對(duì)以上情況，應(yīng)及時(shí)調(diào)整石灰的配入量將 爐渣堿度調(diào)整到正常范圍。此外正文，由于原料中帶入的粉料過(guò)多，水分過(guò)高，會(huì)造成爐內(nèi)透氣性差，刺火、塌料現(xiàn)象 嚴(yán)重，影響冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對(duì)敞口爐，可采用鐵釬在電極周圍爐料扎眼透氣來(lái)改善 爐內(nèi)狀況。對(duì)封閉爐，則應(yīng)從嚴(yán)格控制入爐原料質(zhì)量入手來(lái)防止上述現(xiàn)象發(fā)生。
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