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电炉法生产高碳锰铁的工艺及操作

更新时间:2022-03-08 关注:460


   电炉法是以电能为热源,焦炭为还原剂,在炉身较矮的还原电炉中生产高碳锰铁的 一种方法。由于电炉法需要的焦炭量大大少于高炉法对焦炭的需要量,冶炼一吨高碳锰铁需要的炉料量也少一些,相应地带入产品中的磷含量较低,容易获得低磷产品。在国外,由于电力工业发展迅速,钢铁工业对电炉高碳锰铁的需求量比较大,高碳锰铁生产已由高炉逐步转向电炉;某些地区甚至停止了高炉锰铁生产,改用电炉生产高碳锰铁。在我国,由于煤炭资源丰富,目前的电力供应还较为紧张,锰矿资源的品位又比较低,使得高炉锰铁生产仍占有比较大的份额。在今后较长的一段时间里,高炉法仍将是我国生产高碳锰铁的主要方法之一。


一、冶炼原理

   高碳锰铁的冶炼主要是锰的高价氧化物受热分解成低价氧化物和低价氧化物进一 步还原成锰金属的过程。锰的高价氧化物稳定性较差,受热后极易分解。控制高碳锰铁冶炼温度不超过1500℃,可以有效地抑制二氧化硅的还原,实际允许的高碳锰铁含硅量不得大于4%,大部分以二氧化硅的形式进入炉渣。炉料中的其他氧化物氧化钙、氧化镁、三氧化二铝等,则较氧化锰更为稳定,在高碳锰铁冶炼温度条件下不可能被碳还原,几乎全部进入炉渣。炉料中的硫主要来自焦炭。有机硫在高温下挥发,硫酸盐中的硫一般以硫化锰或硫化钙形态熔于渣中。通常炉料中的硫只有约1%左右熔入合金。

二、冶炼工艺操作

1、主要生产方法 

   电炉高碳锰铁的冶炼是连续进行的,即连续加料冶炼,定时出铁。根据入炉锰矿品位的不同及炉渣碱度控制的不同,在电炉内生产高碳锰铁有熔剂法、无熔剂法和少熔剂 法三种:熔剂法。采用碱性渣操作,炉料中除锰矿、焦炭外,还配入一定的熔剂(石灰),并且用足还原剂。采用高碱度渣进行操作,炉渣碱度控制在1.3-1.4之间,以便尽量降低炉渣中的含锰量,提高锰的回收率。无熔剂法。采用酸性渣操作,炉料中不配加石灰,在还原剂不足的条件下冶炼。用这种方法生产,既可获得高碳锰铁,又可得到用于生产锰硅合金和中低碳锰铁的含锰30%左右的低磷富锰渣,供锰硅合金生产用。无熔剂法冶炼的优点是冶炼电耗低,锰的综合回收率高。不足之处是由于采用酸性渣操作,冶炼过程对碳质炉衬侵蚀较严重,炉衬寿命较短。少熔剂法。采用介于熔剂法和无熔剂法之间的“偏酸性渣法”。该法是在配料中加入少量石灰或白云石,将炉渣碱度控制在0.6-0.8之间,在弱碳条件下进行冶炼,生产出合格高碳锰铁和含锰25-40%及适量氧化钙的低磷、铁锰渣。此渣用于生产锰硅合金时,既可减少石灰配入量,又可减少因石灰潮解增加的粉尘量而改善炉料的透气性。国外电炉冶炼高碳锰铁多采用无熔剂法和少熔剂法。我国鉴于国内资源状况,以熔 剂法生产为主。近年来,随着国外高品位锰矿的进口,为合理利用富矿资源,主要生产厂 家也都采用无熔剂法和少熔剂法生产高碳锰铁。

2、冶炼工艺操作

   电炉高碳锰铁的操作过程主要有配料、加料、炉况维护及出铁浇铸等。配料及加料根据配料计算得出配料比后,按锰矿,焦炭、石灰(白云石)的顺序进行称量配料,然 后通过输送系统将配好的料送到加料平台或炉顶料仓,根据炉内需要分批加入炉内。小 型电炉一般采用人工加料,而大中型电炉则是通过炉顶料仓下面的加料管控制加入炉 内。对封闭式电炉,其加料管直接伸入炉内料面控制位置,加料管内随时充满炉料。当 炉料熔化下沉时,料管中的料自动落入炉内。随着科学技术的迅速发展、控制水平的提高,新设计的大型电炉称量及加料系统大 都采用了计算机控制技术,使原料的称量配料及运输过程实现了自动化。

   炉况维护。在电炉冶炼过程中,由于原料的波动、电气及机械设备等因素的影响,炉况难以长期保持稳定状态,总是在波动变化。因此,要对炉况随时观察、监测,并根据其变化做出准确判断,采取措施及时调整和处理,使炉况恢复到正常状态。对炉况的监测手段有:炉内观察。对敞口炉和半封闭炉,可对炉内情况进行观察了解,如料面分布状况、炉料的透气性、电极位置及其插入深度、料面温度等。出炉观察。主要观察出炉时铁水及渣的温度、流动性,以及产品及渣的成分析。仪表监测。电炉监测仪表主要有电流表、电压表、有功功率表、电极位置指示器、 炉气温度、压力、炉底温度表等。对封闭电炉来讲,由于无法进行炉内观察,对以上控制仪表的监测就显得尤为重要。以上观察和监测,是判断炉况的重要依据,为保证冶炼的正常进行,工艺上还应从以 下几个方面对炉况进行控制:操作电压。高碳锰铁的熔点和沸点都较低,在温度高于1500℃时容易蒸发。因此,在保证使用负荷的同时,要合理选择操作电压及操作电流,使输入炉内的能量分布合理。操作电压过高,会使反应区炉料过热,造成锰的大量挥发;操作电压过低,会使生产率降低,电耗升高。对不同容量的电炉,其操作电压应有一个合理参数,具体如下:

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电极。在矿热电炉冶炼中,电极的工作状况是衡量炉况正常与否的一个重要标 志。冶炼过程中对电极的要求是:合适的工作端长度及插入深度,而且三相电极在炉料 中的深度尽量保持一致,使其在炉内形成一个较为均匀的温度场。电极插入炉料中的深 度与焦炭的配比、炉渣碱度和操作电压有关,插入深度的变化反过来影响炉况。为保证 电极的插入深度,应从上述影响因素来进行调整控制。)炉压及炉气。对封闭炉,炉况正常时,炉内压力应保持在微正压,炉气氢含量要小于 8%,氧含量含量要小于3%。炉压过大会破坏炉子的密封性,使煤气外泄, 易发生人身安全事故;炉压过低(负压情况下)会将空气吸入炉内,使煤气中含氧量增加, 易引起爆鸣甚至爆炸事故。炉压波动可能是由于粉料多、水分高、炉内翻渣、冷却水 漏、烟道堵塞等原因造成,应及时找出原因,进行调整和处理。炉气中氢含量升高可能 是炉料水分增加或炉内冷却系统漏水造成;氧含量的升高说明炉子密封系统损坏,空气进入炉内。出现上述情况时,应立即停炉进行检查处理。

   炉况判断及处理 炉况正常的重要标志是:操作电流稳定,电极插入深度合适,电极压放速度正常。料面高度合适,冒火均匀,炉料化料均匀,电极周围刺火及塌料现象少。封闭炉内炉气压力、成分、温度正常。炉渣成分较稳定,炉渣流动性好,排渣顺畅。合金成分稳定,产量稳定,各项技术经济指标良好。影响炉况稳定的因素较多,如原料成分、水分、粒度的波动,电极工作端长度及插入 深度的变化,炉渣成分及碱度的改变以及机械、电气事故的影响等。但炉况的变坏大多由还原剂配入过多或不足以及炉渣碱度的过高或过低造成。还原剂过多时,由于炉料电阻率减小,电流上涨,电极上抬,炉内化料速度减慢,电极 周围刺火严重,炉气压力、温度升高,锰的挥发损失增大,炉底温度下降,出炉困难,产品 含硅量增高。此时应向电极周围附加适量减碳料,并调整料批中的焦炭配入量。还原剂不足时,电极下插过深,电极消耗增大;负荷用不满,电流不稳定;炉口翻渣;炉渣含锰量升高,产品中硅低磷高,渣多铁少。此时可向电极周围附加适量焦炭,并在料批中提高焦炭配比。炉渣碱度过高时,在炉内表现为电极上抬;料面刺火、翻渣;炉渣流动性差,出铁量 少,炉渣发暗且粗糙,断面多孔,冷却后很快粉化。炉渣碱度过低时,电极插入深,炉渣 稀,流动性好,渣表面皱纹少,渣中跑锰多。针对以上情况,应及时调整石灰的配入量将 炉渣碱度调整到正常范围。此外正文,由于原料中带入的粉料过多,水分过高,会造成炉内透气性差,刺火、塌料现象 严重,影响冶炼技术经济指标。对敞口炉,可采用铁钎在电极周围炉料扎眼透气来改善 炉内状况。对封闭炉,则应从严格控制入炉原料质量入手来防止上述现象发生。


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