解明安

(云南建水錳礦有限責(zé)任公司，云南 建水 654399)

隨著科技的迅猛發(fā)展，大型電爐冶煉技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到鐵合金生產(chǎn)中。50 MV·A電爐冶煉錳系合金，其技術(shù)的先進(jìn)性、大型化、自動(dòng)化程度和顯著的節(jié)能減排效果，是小型電爐不可比擬的。

1 錳系合金生產(chǎn)現(xiàn)狀［1］

目前我國(guó)錳系鐵合金生產(chǎn)呈現(xiàn)大中小企業(yè)、多種容量規(guī)模、多種生產(chǎn)工藝、產(chǎn)業(yè)集中度偏低的行業(yè)格局。隨著國(guó)家加大對(duì)鋼鐵和鐵合金行業(yè)的調(diào)控，提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，鼓勵(lì)建設(shè)發(fā)展25 MV·A以上電爐，替代小型電爐。

目前世界上最大的高碳錳鐵電爐為102 MV·A，最大的錳硅合金電爐為88 MV·A，原料精料入爐技術(shù)、礦熱爐低壓補(bǔ)償技術(shù)等一些新技術(shù)不斷推廣應(yīng)用，加快技術(shù)改造，淘汰落后工藝設(shè)備，推進(jìn)鐵合金電爐大型化、密閉化、自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)工藝裝備升級(jí)的步伐將會(huì)進(jìn)一步加快。

我國(guó)是傳統(tǒng)的鐵合金生產(chǎn)大國(guó)，但不是鐵合金生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。我國(guó)雖然是世界上少數(shù)幾個(gè)錳礦資源儲(chǔ)量較多的國(guó)家，但由于錳礦資源天然稟賦較差，礦石品位低，磷、硫等雜質(zhì)高、含粉率高、水份高，給大型電爐、密閉電爐的應(yīng)用帶來(lái)很大困難。

研究探索大型電爐在錳系合金生產(chǎn)上的應(yīng)用，開發(fā)適應(yīng)我國(guó)錳礦資源特性的50 MV·A礦熱電爐冶煉錳系合金技術(shù)，建成裝備技術(shù)國(guó)際先進(jìn)，生產(chǎn)效率高、指標(biāo)優(yōu)良，資源利用效率高、節(jié)能環(huán)保的大型數(shù)字化電爐，對(duì)鐵合金行業(yè)實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排、綠色發(fā)展、科學(xué)發(fā)展，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的意義。

2 50 MV·A電爐技術(shù)裝備

電爐結(jié)構(gòu)為全密封全液壓電爐。

1)電極把持器［2］

采用波紋管壓力環(huán)把持器，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的徑向頂緊銅瓦和使銅瓦壓緊電極，而不受電極傾斜和表面質(zhì)量的影響，使銅瓦與電極之間壓力均勻，不易產(chǎn)生偏流，提高銅瓦的使用壽命，更有效的維護(hù)和防止電極事故的發(fā)生。充油壓力調(diào)控敏捷并自動(dòng)化，滿足銅瓦與電極之間不同壓力的要求，實(shí)現(xiàn)電極的程序壓放和倒拔。波紋管使用壽命較長(zhǎng)，往復(fù)疲勞次數(shù)＞10 000次。最大限度減少銅瓦損耗量，減少熱停爐時(shí)間，確保爐況穩(wěn)定運(yùn)行。

2)電極升降裝置

電極升降采用液壓升降，通過(guò)液壓調(diào)速回路調(diào)節(jié)，液壓缸為活塞式，有利于功率調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制。

3)電極壓放裝置

電極壓放裝置采用液壓蝶形彈簧抱閘，電極的抱緊力靠蝶形彈簧的彈力，松開電極時(shí)用液壓力克服彈簧的彈力，使電極受力均勻，可靠性提高，壓放電極可使用程序壓放和手動(dòng)壓放形式。

4)煙罩和排煙系統(tǒng)

煙罩采用水冷鋼骨架，側(cè)壁及頂內(nèi)側(cè)搗制高鋁耐火澆注料，延長(zhǎng)使用壽命、減少維修量，煙罩設(shè)置3根煙氣導(dǎo)出管，煙氣通過(guò)垂直煙道進(jìn)入收塵系統(tǒng)。

5)電爐加料系統(tǒng)

電爐頂用旋轉(zhuǎn)帶式輸送機(jī)布料，分別給入爐頂料倉(cāng)，再由爐頂料倉(cāng)通過(guò)料管直接給入爐內(nèi)，加料管進(jìn)入煙罩段通水冷卻，防止高溫?zé)煔狻⒒鹧鏌g料管。

6)電爐短網(wǎng)

電爐短網(wǎng)采用管式，水冷電纜軟連接。與板式短網(wǎng)相比，電流密度提高，減輕短網(wǎng)重量。同時(shí)，短網(wǎng)、電極上的導(dǎo)電銅管以及電極導(dǎo)電元件可組成1個(gè)冷卻水回路，短網(wǎng)及導(dǎo)電元件用水降溫冷卻，控制溫度＜80℃，減少電損失。由于采用內(nèi)部降溫冷卻，即可在短網(wǎng)銅管外壁敷設(shè)絕緣層，極大地防止短網(wǎng)短路事故發(fā)生。

7)系統(tǒng)水冷

電爐水冷系統(tǒng)冷卻水，采用純軟化水處理工藝及設(shè)備，硬度控制在≤ 0.04 mol，pH 值 6～7，溶解氧≤0.1 mg/L。有效控制冷卻部件結(jié)垢和元器件腐蝕，延長(zhǎng)冷卻部件的使用壽命。

8)電爐變壓器

電爐變壓器設(shè)計(jì)有20%的過(guò)載能力，散熱冷卻控制溫升＜80℃。一方面確保正常運(yùn)行安全可靠，同時(shí)降低爐變銅鐵損，提高爐變的電效率。另一方面，合理利用差別電價(jià)政策，調(diào)整峰、平、谷負(fù)荷，大幅度降低電費(fèi)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3 電爐煙氣回收利用［3］

3.1 電爐煙氣參數(shù)

電爐冶煉產(chǎn)生的煙氣，帶有高溫?zé)崛?，在電爐后設(shè)余熱鍋爐，用來(lái)吸收電爐排出的高溫?zé)煔鉄嵩?，同時(shí)降低煙氣溫度便于除塵治理，利用余熱產(chǎn)出蒸汽用于發(fā)電。電爐煙氣產(chǎn)生的余熱資源見表1。

表1 電爐煙氣參數(shù)

針對(duì)電爐煙氣參數(shù)，選配參數(shù)合適的余熱鍋爐1臺(tái)，見表2。

飽和蒸汽汽輪機(jī)選配額定功率5 000 kW，進(jìn)汽溫度300℃，進(jìn)汽壓力1.6 MPa，排汽壓力 0.008 MPa，汽耗量約6.0 kg/kW·h;發(fā)電機(jī)額定功率為5 000 kW，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，額定電壓10 500 V。每年運(yùn)行7 800 h，年最大發(fā)電量為(29 750/6)×7 800≈3 870萬(wàn)kW·h。

3.2 煙塵利用

電爐煙氣除塵及余熱發(fā)電的工藝流程見圖1。

圖1 電爐煙氣除塵及余熱發(fā)電流程

錳系合金冶煉過(guò)程中產(chǎn)生大量煙氣及煙塵，每冶煉1 t錳系合金，排出煙塵量150～300 kg，錳品位25% ～35%，高于國(guó)內(nèi)大多數(shù)精礦品位。該部分資源數(shù)量可觀，必須將其回收利用。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)均采用國(guó)家淘汰的平地吹土法燒結(jié)，煙塵回收存在回收難和利用難問(wèn)題。50 MV·A電爐應(yīng)用中，采用冷壓復(fù)合球團(tuán)工藝，有效解決了煙塵利用難題［4］。

3.3 冶煉渣利用

錳系合金冶煉生產(chǎn)中，產(chǎn)生大量熱熔廢渣，每生產(chǎn)1 t硅錳合金產(chǎn)生1.12 t渣。硅錳渣主要成分:Mn 9.86%，CaO 29.7%，MgO 4.76%，SiO242.01%，Al2O36.03%，其他7.64%。直接利用錳系合金熱熔廢渣生產(chǎn)不燃保溫絕熱材料，即礦棉，礦棉產(chǎn)品有礦棉板、礦棉氈和粒狀棉。礦棉及其制品是由礦渣經(jīng)高溫熔化由高速離心機(jī)甩出的絮狀物，具有質(zhì)輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐久、不燃、不腐、不霉、不受蟲蛀、價(jià)廉、化學(xué)穩(wěn)定性好、吸聲性能好等優(yōu)良特點(diǎn)。礦棉材料廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油化工、輕工、建材等工業(yè)部門的管道，容器保溫工程，以及屋面和墻體保溫隔熱。其無(wú)危害、無(wú)污染，是變廢為寶、有利環(huán)境的綠色建材。礦棉生產(chǎn)流程:錳系合金熱熔渣→調(diào)質(zhì)保濕→離心制絲→加溫固化→定尺加工→包裝。

4 生產(chǎn)實(shí)踐

云南建水錳礦有限責(zé)任公司于2011年引進(jìn)南非50 MV·A電爐關(guān)鍵技術(shù)及核心設(shè)備，采用全密閉電爐的密閉技術(shù)和適用我國(guó)貧、雜錳礦資源特性的半密閉控制工藝相結(jié)合的節(jié)能環(huán)保電爐技術(shù)，配套復(fù)合球團(tuán)、中低壓聯(lián)合補(bǔ)償、余熱發(fā)電、煙氣治理等措施，建成50 MV·A電爐1臺(tái)投產(chǎn)運(yùn)行。2012年生產(chǎn)錳硅合金(Mn65Si17)57 181 t，主要技術(shù)指標(biāo)包括入爐品位33.65%，回收率 81.05%，冶煉電耗4 444.02 kW·h/t，崗位工序噸電耗降低300 kW·h/t，利用煙塵壓制復(fù)合球團(tuán)11 986 t，利用余熱發(fā)電855.81 萬(wàn) kW·h，功率因素 COS∮0.94，煙氣排放濃度42.46 mg/Nm3，水循環(huán)利用率98%。

電爐運(yùn)行后產(chǎn)生了可觀的節(jié)能減排效果，全封閉結(jié)構(gòu)使?fàn)t口散熱減少，軟化水冷卻使冷卻部件不結(jié)垢延長(zhǎng)使用壽命，減少熱停爐損失。同時(shí)，利用電爐高溫?zé)煔庥酂幔a(chǎn)出蒸汽35 t/h用于發(fā)電，年可發(fā)電3 870萬(wàn)kW·h，年節(jié)約標(biāo)煤1.2萬(wàn)t，年減排CO23萬(wàn)t，SO296 t。采用波紋管把持器、3臺(tái)單相變壓器供電、水冷電纜，減低了電抗損失，提高導(dǎo)電效率;采用電子計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)比例積分式調(diào)節(jié)或液壓伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)，大大減少熱停爐時(shí)間;采用110 kV高壓直供電爐，減少變壓器的損耗;采用中低壓聯(lián)合補(bǔ)償［5］，電爐功率因素由 0.56 提高到 0.94。幾項(xiàng)措施產(chǎn)生節(jié)能效果，錳硅合金綜合能耗908.26 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t，比《鐵合金單位產(chǎn)品能源消耗限額》的準(zhǔn)入值990 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤/t，降低81.74 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤/t，比先進(jìn)值950 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t，降低41.74 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t。總體增加產(chǎn)量2%，降低電耗8%。優(yōu)化循環(huán)供水系統(tǒng)，使水循環(huán)利用率達(dá)到98%，達(dá)到節(jié)約用水，降低生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

50 MV·A電爐冶煉錳系合金的應(yīng)用，集成了大型電爐控制、自動(dòng)化、煙氣治理、煙塵回收利用、余熱利用、中低壓補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)了錳系合金的大型化、自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)技術(shù)裝備先進(jìn)，生產(chǎn)效率高，冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良，資源得到充分回收利用，節(jié)能環(huán)保，是鐵合金行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

［1］劉維國(guó).“十二五”中國(guó)鐵合金行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)展望［J］.鐵合金，2012，43(2):46 －48.

［2］曾朝澤.礦熱電爐電極把持器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)探討［J］.鐵合金，2011，42(6):25 －29.

［3］高德云，程珩，邱封清，等.鐵合金電爐煙氣余熱的飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)［J］.鐵合金，2013，44(1):36 －39.

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［5］楊吉生.大型鐵合金礦熱電爐功率因素探討［J］.鐵合金，2012，43(2):26 －29.