锰硅电炉（矿热炉）炉况控制工艺措施

锰硅电炉（矿热炉）炉况控制工艺措施锰硅电炉（矿热炉）炉况控制工艺措施2019.12.281、电极的生成、使用维护在电炉中依靠电极把经过炉用变压器输送的低电压大电流传到炉内，通过电极端部的电弧、炉料电阻及炉内熔体把电能转化为热能进行高温冶炼，形象的被称为炉体的“心脏”，保持好电极的工作状态，减少电极不良变化对炉况的稳定至关重要。1.1、电极的生成理想自焙电极应具有良好的导电、导热性，抗氧化及抗振等性质，能最大限度的避免在使用过程中出现“蜂腰”、脱块、削尖、和软硬断事故。1.1.1电极生成送电工艺送电工艺对电极的生成质量起着决定性作用，集中表现在电流的大小和电流的梯度。新开电炉或热停炉电极在供电的过程中，电极糊随着焙烧温度逐渐升高，粘结剂软化，煤沥青分解开始，挥发份排出，继续升温分解逐渐加快。热分解在500℃～800℃是发生碳氢化合物的缩聚反应，是粘结剂生产沥青焦，此时的电极糊的导热系数还不高，过快的升温将造成沥青分解速度过快，挥发量过快导致结焦成碳率下降，使得电极的内外温差增大而引起热应力，是电极的强度降低，结构不致密，形成大量的裂纹。熔融的电极糊与电极壳的不良接触使局部电阻过大，而易将其击穿，漏糊。当温度升至1500℃～2000℃时导热系数增大，线性膨胀系数减少，挥发分减少，电极的内外温差度减少。此时可以逐渐送满负荷。建议在可送满负荷之后再用一定时间的低负荷焙烧，使其均热充分，减少和释放各种应力。1.1.2电极糊的选择、使用电极糊的好坏与厂商的配方及工艺有密切的关系，不同炉台或不同品牌的生产都应摸索其适合的电极糊成分。应根据环境温度的变化控制不同糊柱的高度及糊块的大小，使电极糊融化产生的气体顺利排出，避免电极糊“夹生”产生气泡、局部电阻过大、偏析等。1.1.3电极壳作为电极焙烧的模子，在铜瓦以上承受着大部分的电流，根据电极直径和炉子负荷采用不同厚度的钢板和筋片数量。实践表明电极壳钢板的厚度、筋片的数量及其高度对电极的焙烧有很大影响1.2、合理热停炉维护在生产过程中由于受到限电、设备检修等因数常需要热停炉，而热停炉电极维护不当，在送电后最易发生硬断或送不起负荷现象。以该公司2010年8月受供电所线路检修停电3天，301#(15MVA)电极维护为例:A：停电前俩天由常用电压级8级逐渐调至5级，I1由300A调至220A。当天电压级由5级调至1级I1降至120～100A，避免了急冷急热加剧内应力的产生。B：电极压放有原来的一个工班(8h)压放3次每次50mm～60mm，减为压放1～2次，每次15mm～30mm,保持电极工作在1250mm～1300mm。减少了内应力发生体积，又不至使电极过烧打弧。C:铜瓦的冷却水由大逐渐关小，降低热料面，停电后每相电极根部加入一定量焦炭，然后把电极坐死在炉料中，用把电极焖好，松开铜瓦。D:定期活动电极，以免被熔渣粘住。将合金成分控制在上限，以免品位出格(主要是Si低)。恢复生产一个星期电极没有出现硬断、崩块、蜂腰现象，保持了炉况的稳定。1.3、电极长短的判断电极的长短变化在铁合金生产中比较常见，但如判断不好，会使三相电极的坩埚“各自为政”，功率不平衡，恶化炉况。甚至发生安全事故。特别是电极短时，电极埋入炉料较浅，料层变薄，通气性差，弧光空腔内积蓄的大量H2、O2、CO2、CO气体不能顺利排出，当活动电极或出铁时机械力作用破坏了空腔壳，将会产生喷料、爆炸。难以保证炉况的顺利。电极长短最直接快速的判断：比较一个周期内三相电极负荷大小;观察料面的沉料面积和速度及其表面火焰的颜色、力度、长短;电极产生的轰响声等。电极浮、偏短出现刺火翻渣要及时推料盖火，降低料面。二、精料入炉合理搭配原料是冶炼的基础，其物化性的选择及矿种搭配直接关系炉况的稳定。表1是该公司12.5MVA矿热炉使用不同原料粒度级的炉况表现。表112.5MVA使用不同原料粒度级炉况表现2.1还原剂的合理使用在矿热炉中理论上由上至下把料层分为：生料层→软料层→焦炭层(碳热反应区)→熔渣层→合金层。焦炭层的厚薄决定了电弧的位置、温度的分布。配碳过剩炉料的操作电阻显著下降，高温区上移，料层变薄放热反应(4)(5)式大量发生，在料面冷凝结壳，加大了MnO2、SiO2等挥发量，生成的CO、H2、CO2等气体来不及预热还原生料则溢出。反之渣多铁少，熔融的炉渣包裹着电极，此时电极的升降对电流的改变作用不明显。料层缺碳后，Mn、Si的还原不充分，SiO2的还原率降低，炉渣中的2MnO·SiO2熔融体增大，成渣温度底。大量导电性强的碳化物(Mn·Fe)7C3生成,出现白渣、合金高碳层厚。还原剂的粒度与其比电阻呈反比关系，粒度过大减少了其比表面积和与矿石接触的反应有效界面使得沉料速度大于还原速度，且包裹着炉渣造成排渣难出铁时间久排渣不畅。粒度过小则或相互抱成团或大多在料面被烧损影响料面的透气性，易发生炉内喷料、刺火、翻渣烧坏设备造成热停炉。还原剂的粒度是对炉况影响最敏感之一。通过调节还原剂的用量，反应性和粒度的大小从而获得合适的操作电阻，是矿热锰硅炉炉况控制的重要手段。2.2锰矿石物化性锰矿石物化性包括氧量、高温比电阻、还原粉率和熔点。(1)含氧量.褐锰矿(Mn2O3)的含氧量低于硬锰矿(4MnO2·H2O)和软锰矿(MnO2)，1molMn2O3带入110gMn和48g氧，而2molMnO2带入110gMn和64g氧，这样入炉锰矿在带入同样含锰量的同时，软锰矿多带入16g氧，多消耗12g碳和电能，因此使用褐锰矿比使用软锰矿、硬锰矿效果要好。(2)高温比电阻.尽可能选用比电阻高的矿，有利于增加操作电阻提高入炉有效功率。(3)还原粉化率.粉化率低的矿石炉料透气性好，整个炉口均匀冒火，炉料预热效果好，带入下部反应区的显热较多，电耗低。(4)熔点.熔点高的锰矿成渣晚，炉料能保持良好的透气性和维持较高的炉温有利于炉内的有关化学反应，相应减少渣量。2.3锰矿石的搭配在满足产品Mn/Fe、P/Mn的条件下适当提高入炉∑Fe量，增加熔融体(MnO·SiO2)的反应活度，破坏生产的高熔点碳化物(nMC+Fe=FeMn+nCT开=1400k)，减少死料区，扩大反应坩埚。对于矿种搭配不应只追求高∑Mn，对其中MgO、CaO、Al2O3、P、S等成分不仅要定性还要定量考虑才有利于减少渣量，稳定炉况。该公司较早生产锰硅的渣铁比一度达到1.2以上，电耗居高，主要是配入国内矿和自产富锰渣较多，渣中的Al2O3达到30%，为了顺利排渣不得不加大造渣剂配入量,翻渣、刺火、料面结块严重。经过攻关适当调整了料批的Al/Mn,提高自然碱度等，基本上取消了造渣剂配入，单台产量从开始的不足50t/日提高到现在的78t/日(12.5MVAMn68Si18)。典型炉渣成分：MnO8%～10%,CaO13%～16%,SiO231%～36%,MgO1.5～2.3%,Al2O317%～20%,R(CaO+MgO/SiO2)0.35～0.6.以Al2O3为中心，先渣后铁。生产表明此渣成分有利于电极深插，化学反应活波，炉况稳定。三、炉型参数的控制炉膛内径和深度的大小通常与变压器功率、电极极心圆直径、电极直径等因数有关。炉膛内径和炉膛深度的大小，如果选择不当会影响炉况，炉膛内径过大，则因炉子表面散热面积大，将会造成炉子热损失增大，死料区扩大，同时还原剂烧损严重，出铁口温度低，出铁困难而使炉况恶化。炉膛内径过小，不仅炉膛烧损加快，而且电极、炉料、炉壁回路上通过的电流增加，可能使反应区偏向炉壁，而造成所谓“‘坩埚’转移”现象。炉膛过深时，虽然可以减少元素的挥发损失和较充分利用炉气的热量预热炉料，但因电极工作端部与炉底的距离增大，炉底底，因而会造成炉底升高，电极插入炉料浅，高温区上移而使炉况更为恶化，此外，也可能影响炉料的透气性。相反，当炉膛浅时，料层薄，易塌料、刺火，热量损失大，回收率底。难以维持埋弧操作。在传统的威氏计算法和斯特隆基础上推导出参数更合实际的矿热炉设计计算公式。炉膛深度(PVT:极心圆功率密度T:每炉冶炼时间SQ:每吨铁所耗原料总重量kg/tρ:原料平均密度W:每吨铁耗电量kWh/tCM)（6）PVT:极心圆功率密度T:每炉冶炼时间SQ:每吨铁所耗原料总重量kg/tρ:原料平均密度W:每吨铁耗电量kwh/tP:电炉平均功率kWh（8）Ⅰ2：二次电流δ:电极电流密度另外电气参数对矿热炉炉况影响同样富有变化的，应根据炉子冶炼实际情况选择合适的二次电压和入炉功率。特别是选择最佳的U/I比值，比值过高弧光功率高，弧光拉长，迫使电极上抬增加了温度梯度，“坩埚”缩小，炉况变坏。比值过小则入炉功率低不能提供充足的熔料热，料层变厚。可见其值直接影响电极在炉料中的插入深度，炉内的温度分布及炉膛内各层物相得组成。四、提高炉膛反应温度提高冶炼反应温度，可使反应更彻底的向正方向发生。降低了反应物配入的浓度量，提高MnO特别是难还原的SiO2的还原率，使炉渣碱度增大且渣量变小，电能在炉膛中大范围的均匀分布，减少反应的温度梯度。实践证明可通过：提高入炉有效功率、选择合理的冶炼周期、加大炉衬的保温能力及留铁法等操作来实现。五、强化出铁制度炉眼的使用和维护是稳定炉况的促进，炉龄尾期或炉眼使用4～5后，炉墙、炉眼处的碳砖由于氧化、热蚀变薄，缺损。易经常出现跑眼、漏渣、塌料爆炸等现象。严重破坏炉膛内气热相的分布，恶化炉况。5.1强拉眼使渣铁顺利排出，尽量缩短出铁时间，便于炉坩回温和炉况恢复。5.2堵、封眼前把流槽俩边的挂渣清空干净。先用堵耙试探炉眼的大小、深度、形状，采取什么堵眼方式做到心中有数，快而准的把炉眼堵住，减少热量损失。泥球水分要少，根据炉眼大小使用不同的泥球配