錳硅電爐（礦熱爐）爐況控制工藝措施

錳硅電爐（礦熱爐）爐況控制工藝措施錳硅電爐（礦熱爐）爐況控制工藝措施2019.12.281、電極的生成、使用維護(hù)在電爐中依靠電極把經(jīng)過爐用變壓器輸送的低電壓大電流傳到爐內(nèi)，通過電極端部的電弧、爐料電阻及爐內(nèi)熔體把電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行高溫冶煉，形象的被稱為爐體的“心臟”，保持好電極的工作狀態(tài)，減少電極不良變化對(duì)爐況的穩(wěn)定至關(guān)重要。1.1、電極的生成理想自焙電極應(yīng)具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，抗氧化及抗振等性質(zhì)，能最大限度的避免在使用過程中出現(xiàn)“蜂腰”、脫塊、削尖、和軟硬斷事故。1.1.1電極生成送電工藝送電工藝對(duì)電極的生成質(zhì)量起著決定性作用，集中表現(xiàn)在電流的大小和電流的梯度。新開電爐或熱停爐電極在供電的過程中，電極糊隨著焙燒溫度逐漸升高，粘結(jié)劑軟化，煤瀝青分解開始，揮發(fā)份排出，繼續(xù)升溫分解逐漸加快。熱分解在500℃～800℃是發(fā)生碳?xì)浠衔锏目s聚反應(yīng)，是粘結(jié)劑生產(chǎn)瀝青焦，此時(shí)的電極糊的導(dǎo)熱系數(shù)還不高，過快的升溫將造成瀝青分解速度過快，揮發(fā)量過快導(dǎo)致結(jié)焦成碳率下降，使得電極的內(nèi)外溫差增大而引起熱應(yīng)力，是電極的強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)不致密，形成大量的裂紋。熔融的電極糊與電極殼的不良接觸使局部電阻過大，而易將其擊穿，漏糊。當(dāng)溫度升至1500℃～2000℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)增大，線性膨脹系數(shù)減少，揮發(fā)分減少，電極的內(nèi)外溫差度減少。此時(shí)可以逐漸送滿負(fù)荷。建議在可送滿負(fù)荷之后再用一定時(shí)間的低負(fù)荷焙燒，使其均熱充分，減少和釋放各種應(yīng)力。1.1.2電極糊的選擇、使用電極糊的好壞與廠商的配方及工藝有密切的關(guān)系，不同爐臺(tái)或不同品牌的生產(chǎn)都應(yīng)摸索其適合的電極糊成分。應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度的變化控制不同糊柱的高度及糊塊的大小，使電極糊融化產(chǎn)生的氣體順利排出，避免電極糊“夾生”產(chǎn)生氣泡、局部電阻過大、偏析等。1.1.3電極殼作為電極焙燒的模子，在銅瓦以上承受著大部分的電流，根據(jù)電極直徑和爐子負(fù)荷采用不同厚度的鋼板和筋片數(shù)量。實(shí)踐表明電極殼鋼板的厚度、筋片的數(shù)量及其高度對(duì)電極的焙燒有很大影響1.2、合理熱停爐維護(hù)在生產(chǎn)過程中由于受到限電、設(shè)備檢修等因數(shù)常需要熱停爐，而熱停爐電極維護(hù)不當(dāng)，在送電后最易發(fā)生硬斷或送不起負(fù)荷現(xiàn)象。以該公司2010年8月受供電所線路檢修停電3天，301#(15MVA)電極維護(hù)為例:A：停電前倆天由常用電壓級(jí)8級(jí)逐漸調(diào)至5級(jí)，I1由300A調(diào)至220A。當(dāng)天電壓級(jí)由5級(jí)調(diào)至1級(jí)I1降至120～100A，避免了急冷急熱加劇內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。B：電極壓放有原來(lái)的一個(gè)工班(8h)壓放3次每次50mm～60mm，減為壓放1～2次，每次15mm～30mm,保持電極工作在1250mm～1300mm。減少了內(nèi)應(yīng)力發(fā)生體積，又不至使電極過燒打弧。C:銅瓦的冷卻水由大逐漸關(guān)小，降低熱料面，停電后每相電極根部加入一定量焦炭，然后把電極坐死在爐料中，用把電極燜好，松開銅瓦。D:定期活動(dòng)電極，以免被熔渣粘住。將合金成分控制在上限，以免品位出格(主要是Si低)?；謴?fù)生產(chǎn)一個(gè)星期電極沒有出現(xiàn)硬斷、崩塊、蜂腰現(xiàn)象，保持了爐況的穩(wěn)定。1.3、電極長(zhǎng)短的判斷電極的長(zhǎng)短變化在鐵合金生產(chǎn)中比較常見，但如判斷不好，會(huì)使三相電極的坩堝“各自為政”，功率不平衡，惡化爐況。甚至發(fā)生安全事故。特別是電極短時(shí)，電極埋入爐料較淺，料層變薄，通氣性差，弧光空腔內(nèi)積蓄的大量H2、O2、CO2、CO氣體不能順利排出，當(dāng)活動(dòng)電極或出鐵時(shí)機(jī)械力作用破壞了空腔殼，將會(huì)產(chǎn)生噴料、爆炸。難以保證爐況的順利。電極長(zhǎng)短最直接快速的判斷：比較一個(gè)周期內(nèi)三相電極負(fù)荷大小;觀察料面的沉料面積和速度及其表面火焰的顏色、力度、長(zhǎng)短;電極產(chǎn)生的轟響聲等。電極浮、偏短出現(xiàn)刺火翻渣要及時(shí)推料蓋火，降低料面。二、精料入爐合理搭配原料是冶煉的基礎(chǔ)，其物化性的選擇及礦種搭配直接關(guān)系爐況的穩(wěn)定。表1是該公司12.5MVA礦熱爐使用不同原料粒度級(jí)的爐況表現(xiàn)。表112.5MVA使用不同原料粒度級(jí)爐況表現(xiàn)2.1還原劑的合理使用在礦熱爐中理論上由上至下把料層分為：生料層→軟料層→焦炭層(碳熱反應(yīng)區(qū))→熔渣層→合金層。焦炭層的厚薄決定了電弧的位置、溫度的分布。配碳過剩爐料的操作電阻顯著下降，高溫區(qū)上移，料層變薄放熱反應(yīng)(4)(5)式大量發(fā)生，在料面冷凝結(jié)殼，加大了MnO2、SiO2等揮發(fā)量，生成的CO、H2、CO2等氣體來(lái)不及預(yù)熱還原生料則溢出。反之渣多鐵少，熔融的爐渣包裹著電極，此時(shí)電極的升降對(duì)電流的改變作用不明顯。料層缺碳后，Mn、Si的還原不充分，SiO2的還原率降低，爐渣中的2MnO·SiO2熔融體增大，成渣溫度底。大量導(dǎo)電性強(qiáng)的碳化物(Mn·Fe)7C3生成,出現(xiàn)白渣、合金高碳層厚。還原劑的粒度與其比電阻呈反比關(guān)系，粒度過大減少了其比表面積和與礦石接觸的反應(yīng)有效界面使得沉料速度大于還原速度，且包裹著爐渣造成排渣難出鐵時(shí)間久排渣不暢。粒度過小則或相互抱成團(tuán)或大多在料面被燒損影響料面的透氣性，易發(fā)生爐內(nèi)噴料、刺火、翻渣燒壞設(shè)備造成熱停爐。還原劑的粒度是對(duì)爐況影響最敏感之一。通過調(diào)節(jié)還原劑的用量，反應(yīng)性和粒度的大小從而獲得合適的操作電阻，是礦熱錳硅爐爐況控制的重要手段。2.2錳礦石物化性錳礦石物化性包括氧量、高溫比電阻、還原粉率和熔點(diǎn)。(1)含氧量.褐錳礦(Mn2O3)的含氧量低于硬錳礦(4MnO2·H2O)和軟錳礦(MnO2)，1molMn2O3帶入110gMn和48g氧，而2molMnO2帶入110gMn和64g氧，這樣入爐錳礦在帶入同樣含錳量的同時(shí)，軟錳礦多帶入16g氧，多消耗12g碳和電能，因此使用褐錳礦比使用軟錳礦、硬錳礦效果要好。(2)高溫比電阻.盡可能選用比電阻高的礦，有利于增加操作電阻提高入爐有效功率。(3)還原粉化率.粉化率低的礦石爐料透氣性好，整個(gè)爐口均勻冒火，爐料預(yù)熱效果好，帶入下部反應(yīng)區(qū)的顯熱較多，電耗低。(4)熔點(diǎn).熔點(diǎn)高的錳礦成渣晚，爐料能保持良好的透氣性和維持較高的爐溫有利于爐內(nèi)的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)，相應(yīng)減少渣量。2.3錳礦石的搭配在滿足產(chǎn)品Mn/Fe、P/Mn的條件下適當(dāng)提高入爐∑Fe量，增加熔融體(MnO·SiO2)的反應(yīng)活度，破壞生產(chǎn)的高熔點(diǎn)碳化物(nMC+Fe=FeMn+nCT開=1400k)，減少死料區(qū)，擴(kuò)大反應(yīng)坩堝。對(duì)于礦種搭配不應(yīng)只追求高∑Mn，對(duì)其中MgO、CaO、Al2O3、P、S等成分不僅要定性還要定量考慮才有利于減少渣量，穩(wěn)定爐況。該公司較早生產(chǎn)錳硅的渣鐵比一度達(dá)到1.2以上，電耗居高，主要是配入國(guó)內(nèi)礦和自產(chǎn)富錳渣較多，渣中的Al2O3達(dá)到30%，為了順利排渣不得不加大造渣劑配入量,翻渣、刺火、料面結(jié)塊嚴(yán)重。經(jīng)過攻關(guān)適當(dāng)調(diào)整了料批的Al/Mn,提高自然堿度等，基本上取消了造渣劑配入，單臺(tái)產(chǎn)量從開始的不足50t/日提高到現(xiàn)在的78t/日(12.5MVAMn68Si18)。典型爐渣成分：MnO8%～10%,CaO13%～16%,SiO231%～36%,MgO1.5～2.3%,Al2O317%～20%,R(CaO+MgO/SiO2)0.35～0.6.以Al2O3為中心，先渣后鐵。生產(chǎn)表明此渣成分有利于電極深插，化學(xué)反應(yīng)活波，爐況穩(wěn)定。三、爐型參數(shù)的控制爐膛內(nèi)徑和深度的大小通常與變壓器功率、電極極心圓直徑、電極直徑等因數(shù)有關(guān)。爐膛內(nèi)徑和爐膛深度的大小，如果選擇不當(dāng)會(huì)影響爐況，爐膛內(nèi)徑過大，則因爐子表面散熱面積大，將會(huì)造成爐子熱損失增大，死料區(qū)擴(kuò)大，同時(shí)還原劑燒損嚴(yán)重，出鐵口溫度低，出鐵困難而使?fàn)t況惡化。爐膛內(nèi)徑過小，不僅爐膛燒損加快，而且電極、爐料、爐壁回路上通過的電流增加，可能使反應(yīng)區(qū)偏向爐壁，而造成所謂“‘坩堝’轉(zhuǎn)移”現(xiàn)象。爐膛過深時(shí)，雖然可以減少元素的揮發(fā)損失和較充分利用爐氣的熱量預(yù)熱爐料，但因電極工作端部與爐底的距離增大，爐底底，因而會(huì)造成爐底升高，電極插入爐料淺，高溫區(qū)上移而使?fàn)t況更為惡化，此外，也可能影響爐料的透氣性。相反，當(dāng)爐膛淺時(shí)，料層薄，易塌料、刺火，熱量損失大，回收率底。難以維持埋弧操作。在傳統(tǒng)的威氏計(jì)算法和斯特隆基礎(chǔ)上推導(dǎo)出參數(shù)更合實(shí)際的礦熱爐設(shè)計(jì)計(jì)算公式。爐膛深度(PVT:極心圓功率密度T:每爐冶煉時(shí)間SQ:每噸鐵所耗原料總重量kg/tρ:原料平均密度W:每噸鐵耗電量kWh/tCM)（6）PVT:極心圓功率密度T:每爐冶煉時(shí)間SQ:每噸鐵所耗原料總重量kg/tρ:原料平均密度W:每噸鐵耗電量kwh/tP:電爐平均功率kWh（8）Ⅰ2：二次電流δ:電極電流密度另外電氣參數(shù)對(duì)礦熱爐爐況影響同樣富有變化的，應(yīng)根據(jù)爐子冶煉實(shí)際情況選擇合適的二次電壓和入爐功率。特別是選擇最佳的U/I比值，比值過高弧光功率高，弧光拉長(zhǎng)，迫使電極上抬增加了溫度梯度，“坩堝”縮小，爐況變壞。比值過小則入爐功率低不能提供充足的熔料熱，料層變厚?？梢娖渲抵苯佑绊戨姌O在爐料中的插入深度，爐內(nèi)的溫度分布及爐膛內(nèi)各層物相得組成。四、提高爐膛反應(yīng)溫度提高冶煉反應(yīng)溫度，可使反應(yīng)更徹底的向正方向發(fā)生。降低了反應(yīng)物配入的濃度量，提高M(jìn)nO特別是難還原的SiO2的還原率，使?fàn)t渣堿度增大且渣量變小，電能在爐膛中大范圍的均勻分布，減少反應(yīng)的溫度梯度。實(shí)踐證明可通過：提高入爐有效功率、選擇合理的冶煉周期、加大爐襯的保溫能力及留鐵法等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。五、強(qiáng)化出鐵制度爐眼的使用和維護(hù)是穩(wěn)定爐況的促進(jìn)，爐齡尾期或爐眼使用4～5后，爐墻、爐眼處的碳磚由于氧化、熱蝕變薄，缺損。易經(jīng)常出現(xiàn)跑眼、漏渣、塌料爆炸等現(xiàn)象。嚴(yán)重破壞爐膛內(nèi)氣熱相的分布，惡化爐況。5.1強(qiáng)拉眼使渣鐵順利排出，盡量縮短出鐵時(shí)間，便于爐坩回溫和爐況恢復(fù)。5.2堵、封眼前把流槽倆邊的掛渣清空干凈。先用堵耙試探爐眼的大小、深度、形狀，采取什么堵眼方式做到心中有數(shù)，快而準(zhǔn)的把爐眼堵住，減少熱量損失。泥球水分要少，根據(jù)爐眼大小使用不同的泥球配