1、30000KVA 矿热炉采用混合法生产硅钙合金的实践万勇 丰镇市同盛合金有限公司 内蒙张烽 中钢钢研科技集团有限公司 北京 10081前言：硅钙合金不仅对氧和硫的亲和力强，而且还可以降低氧和硫在钢液中的溶解度。钢中氧化物和硫化物，当存在有含钙合金时，在很高的钢水温度下，就可以析出,而且析出过程进行得很迅速，因而在钢中不留残渣。我国硅钙合金的工业性生产开始于二十世纪五十年代，原吉林铁合金厂，原上海铁合金厂，原重庆铁合金厂是国内早期冶炼硅钙合金的企业，为我国硅钙合金生产做出了重要贡献。原北京铁合金厂 1964 年 10 月创新成功“分层加料法”冶炼硅钙合金工艺。 “分层加料法”冶炼硅钙合金工艺一直
2、以来指导着我国的硅钙生产，但是该工艺适用于 1500KVA 及以下的矿热炉上使用。大炉生产硅钙被推上了议事日程，先后出现了山西黎城的 12500KVA 矿热炉，宁夏石嘴山 6300KVA 矿热炉，陕西神木 10000KVA，宁夏平罗12500KVA 矿热炉等的硅钙生产，进行了大电炉冶炼硅钙合金的实践。直到 2009 年陕西洋县 30000KVA 采用混合法成为第一个大电炉成功冶炼硅钙合金的先例，以后相继建设了几台相似的大电炉。本文把30000KVA 矿热炉采用混合法生产硅钙合金的实践做一简单介绍：一 电炉的技术参数1. 电炉的电气参数变压器容量： 310000KVA一次电压： 35KV二次电压
3、： 220-170-110V接线方式： Ddo(一次侧带星角转换)常用电压： 175V常用电流： 88KA变压器二次分接开关：37 档有载调压冷却方式： 油循环强迫水冷却 2. 电炉的几何参数炉壳直径： 8460 mm炉膛直径： 6000 mm炉壳高度： 5000 mm炉膛深度： 2900 mm电极直径： 1200 mm极心圆直径： 3300 mm电极最大行程： 2000 mm工作行程： 1200 mm出铁口数量： 5 个炉体旋转速度： 24140 h/r 二 电炉的其他配套1. 电炉的炉衬砌筑硅钙冶炼由于炉温高，钙有较强的活性，所以必须用碳素炉衬。小炉冶炼硅钙炉衬用的是电极糊打结的。由于大炉
4、面积大，电极糊打结后炉衬收缩严重，故大炉炉衬使用微膨胀糊整体打结，或者是预焙碳砖进行无缝砌筑。炉衬碳素层厚度一般炉底 1.2m,炉墙 1.0m。由于硅钙铁水温度高，出铁时对出铁口冲刷严重，一般采用渗氮碳化硅砖作为出铁口。2. 电炉的炉体旋转机构采用辐射梁式结构、多级减速传动、变频控制，具有结构牢固，运行操作方便的特点。3. 铁水包的砌筑铁水包采用和硅铁生产一样的圆柱型包，但是包的内衬采用石墨砖进行无缝砌筑。石墨砖内衬和包的铁壳之间用碳化硅浇铸料填实。三 冶炼的工艺技术1. 原材料条件1 硅石SiO297% 灼烧失重 产生裂纹温度温度400-1500时,不发生玻璃化粒度：mm石灰石CaO53%
5、MgO2% SiO21.5%粒度：mm3.烟煤58-62% 32% 8% 1%粒度：1020mm4.蓝碳C82% V 5-7% A8% 粒度 5-10mm2. 混合法冶炼硅钙合金的热化学过程混合法冶炼硅钙合金是一个比较复杂的冶炼物化反应过程，但是其主要有以下两个反应：CaO+2SiO2+5CCaSi 2（合金）+5CO （1）同时避免生产炉渣的反应发生：2CaO+SiO22CaO.SiO 2（炉渣） （2）从热力学讲，反应“2”在低熔体温度下都可生产，而反应“1”必须在 1600以上才可能发生。为了使反应“1”比反应“2”更得到支持，熔体温度应该在 1800以上。3. 抑制炉底上涨的技术要点原
6、料 .选择活性较好和比电阻较高的还原剂。 .硅石抗暴性能的检测，选择熔点较高的硬硅石，减少成渣反应的进行。设备. 变压器的多级有载调压。保证有较多的二次电压选择。可以较容易的改变熔池体积。. 炉体旋转机构的使用，保证了炉内熔池温度的均匀性，减少了由于炉内某处温度降低，析出碳化物，炉底上涨的可能。利用运算放大器组成的矢量求和运算，计算电极电流。保证熔池大小一致，温度一致。工艺参数相对较小的炉膛直径，增加炉底功率密度，从而提高熔池温度。冶炼操作 .利用较小的操作电阻控制操作。使得硅钙炉中的熔池功率密度较大，熔池温度高，没有低温区，防止硅钙渣中高熔点的碳化物在炉内的低温区结晶出来，造成炉底上涨，炉瘤
7、蔓生，堵塞出铁口，造成炉子出不了铁从而停炉。. 配料用微机配料，保证称量的准确性，每 2 小时对还原剂的水分进行检测，保证原料的常温电阻稳定，从而保持电极插入深度，炉温稳定，碳化物析出少。. 热停功率恢复：由于设备故障，外网检修等原因进行停电。停电后，炉温降低，坩埚区缩小，炉底上涨，一般热停超过 8 小时，就是一件很严重的事，就有碳化物析出，炉底就上涨。如果没有严格的功率恢复制度，热停后该炉就不能正常运行了。混合法硅钙生产热停后恢复功率：I.功率恢复所用时间=热停时间/2(尽快恢复功率，避免坩埚区进一步缩小)。II.从星接最低档（即最低电压）开始逐步提升电压，提升功率。目的：先让电极深插，插到
8、炉底，熔化因热停而凝固的熔融体，扩大坩埚，随着坩埚的扩大，功率随着升高，始终保持熔池具有足够的功率密度。当凝固的熔融体熔化到一定程度，功率到了一定的程度才开始化料进行冶炼。如果不从低电压开始恢复功率，直接进行熔炼，那么生产过程中形成的低熔点炉渣，使炉温更进一步升高，熔化由于热停而凝固下来的熔融体就很难了。四 冶炼工艺流程中各工序描述1. 工艺流程图硅 石配 料除 尘1 台 3 0 0 0 0 K V A矿 热 炉外 销精 整 入 库浇 注排 空炉 渣石 灰 石 还 原 剂 炉 渣电 网2. 各工序描述1硅石，石灰石是硅钙合金产品的主要原料，是自然界广泛存在的两种矿石，它们的主要化学成分：硅石为
9、 SiO2,石灰石为：CaCO 32.还原剂：是在高温下把硅石和石灰石中的氧化硅和氧化钙分别还原成金属的物质。硅钙产品工艺中的还原剂主要由煤，兰炭，木炭组成。3.炉渣：冶炼过程中的中间产品，主要由：氧化硅，氧化钙，金属硅和钙，还有一部分硅酸钙组成。4.配料：就是把硅石，石灰石，煤，兰炭，木炭，炉渣按一定的比例称量出来，并把其进行混匀的过程。配料过程采用的 PLC 进行控制的。5.电网：从上级变电站引出的 35000V 的高压线入厂，通过3 台 10000KVA 的单相变压器，变成 200V 左右的低压和80000A 左右的大电流通过短网把电能供给一台 30000KVA 的矿热炉作为冶炼所需的能
10、源。6.矿热炉：形成硅钙合金的地方。通过一定比例配好的原材料，通过炉内下料管进入炉内进行冶炼。冶炼是连续进行的，炉料间断的送入炉膛内，电极端被炉料所掩埋。反应区主要集中在电极周围的高温带，在高温的情况下碳还原氧化硅和氧化钙形成硅钙合金和炉渣。硅钙合金和炉渣定期通过出铁口从炉内排出。矿热炉的热能主要来自于电能，它是由电弧，炉料和炉渣的电阻热。7.浇注：就是把通过出铁口排出的铁水倒入沙坑，让铁水冷凝成型的过程。同时把渣留在铁水包内，也是渣铁分离的过程。五 主要经济技术指标冶炼电耗 10500-11500kwh/t日产量 36 t硅回收率 70%钙回收率 65%炉渣再利用率 100%合金含 Ca 30.5%Si 60.5%Al 1.0%Fe 4.5%C 0.4%S 0.04%结束语：30000KVA 矿热炉采用混合法生产硅钙合金的工艺已经基本成熟，它把我国的硅钙生产工艺推上了一个新的高度。作者：万勇，1975 年生，1999 年毕业于辽宁本溪冶金高等专科学校；现任总工艺师职务。
