锰硅合金冶炼降低吨铁电耗方法浅析

12500KV A矿热炉生产锰硅合金降低冶炼电耗措施浅析

摘要分析了影响锰硅矿热炉吨铁冶炼电耗升高的原因，结合实际生产情况，指出了降低吨铁冶炼电耗所采取的措施，取得了良好的经济效益。

关健词锰硅合金矿热炉冶炼电耗避峰生产

前言

公司两台（12.5MV A）矿热炉自2004年9月份生产锰硅合金以来，受当地电价影响，一直采取避电价高峰期生产方式，避峰时间较长，送电后炉温提升缓慢，技术经济指标较差，锰收得率低，吨铁冶炼电耗较高。为降低吨铁冶炼电耗，进一步降低成本，经过对影响冶炼电耗升高的因素全面分析，有针对性地改进了冶炼工艺，并加强了工艺及操作管理。通过努力，在2006~2008年，进一步提高了电炉的生产能力，冶炼电耗较大辐度的逐年降低（参见表1），取得了良好的经济效益。

表1：我公司2005~2008年平均吨铁冶炼电耗

1 影响吨铁冶炼电耗的因素

1.1 综合料入炉品位

综合料入炉品位是指按理论计算配好的入炉料中的含锰量。一般来说，随着矿石含锰量的升高，单位炉料合金产出率就会越高，从而单位电耗就会越低。反之，综合料含锰量较低时，综合锰矿中脉石（无用和有害杂质）含量所占比例就会越大，导致冶炼中渣量增加，渣铁比升高，锰的回收率降低，单炉产量降低，吨铁电耗升高。

1.2 还原剂质量

焦炭作为冶炼锰硅合金的还原剂固定碳要高，灰分低，粒度均衡，电阻率高，化学活性好，才能提高矿热炉的电效率和热效率，取得优异的技术经济指

标，并为强化冶炼打下基础。还原剂粒度较小时，一方面入炉后烧损增大，吨铁焦耗升高；另一方面易造成炉内上层料多碳，下层料缺碳，电极较难下插，炉底温度低，恶化炉况，炉膛内反应区化学反应不充分，元素收得率低，产量降低，吨铁电耗升高。

2007年12月份，我公司焦丁粒度小于5mm量大于40%时与搭配炼铁厂供粒度焦丁10~25mm的量＞60%，影响产量指标情况对比情况见表2：

表2：不同焦丁粒度对冶炼指标的影响

1.3 单炉用电量

矿热炉生产锰硅合金冶炼周期通常是根据每炉用电量来确定的（理论上以不“翻渣”为界，而实际生产中又受铁水包容积、天车起重量等因素限制），简单地说，每炉冶炼锰硅合金时炉内物理化学反应状态过程大致分为冶炼前期、中期和后期这么三个阶段。冶炼前期送电后，三相电极下插，电能通过电极弧光热和炉料电阻热转化为内能，逐渐加热炉料，随着炉温升高炉料熔化形成液态熔渣时，开始伴随着一部分的还原反应，当温度升高到约1700K时，还原出来的铁、锰和硅元素结合形成合金积聚在炉膛底部，冶炼前期和中期熔化速度要远大于还原速度，冶炼后期随着电能的不断输入，炉温不断升高，炉料熔化较多，成渣较多时，还原速度会越来越快，在单炉用电量较充足的情况下，还原剂与炉渣间的还原反应相对充分，渣量一定情况下，渣中含锰较少时停电出铁，能有效提高单炉产量，降低吨铁电耗。当单炉用电量不足时，冶炼后期会直接影响还原速度，导致元素还原不充分，渣中含锰高，渣量大，元素收得率低，单炉产量低，吨铁冶炼电耗升高。

1.4 炉渣碱度

炉渣碱度对实际生产中影响较大，炉渣碱度太低时，熔渣中二氧化硅传质

速度降低，炉渣的导电性变差，炉内温度梯度增大，距离电极稍远的一些区域渣液温度降低，具体表现为：渣液粘稠，出炉排渣困难，排渣不彻底，炉口易翻渣，电炉常常跟不满负荷，炉底温度偏低，熔池坩埚缩小，化料慢。合适的炉渣碱度，有利于改善炉渣的流动性和导电性，因为（MnO）属碱性氧化物，渣中碱性物增多可提高MnO 在渣中的活度系数。根据我公司投产以来累积经验，冶炼锰硅合金炉渣三元碱度控制在0.8~1.0为佳。

1.5 原料粒度

入炉原料的粒度不均匀，粉末和大块料入炉，无法保证炉内透气性的良好和还原反应的正常进行，根据还原反应原理可知，大块炉料参与反应的比表面积较小，不易还原；粉状料粒度太小，入炉后会严重影响炉料的透气性，导致炉膛内产生的高温燃气不能够充分预热上层炉料，且易造成“剌火”、翻渣等现象，恶化炉况，从而造成冶炼电耗升高。

1.6 配碳量

合理的配碳量也是影响班组冶炼吨铁电耗升高或降低的主要原因，工艺要求，冶炼锰硅合金为多碳操作，有些厂家为追求较低的冶炼电耗而对收得率要求较低情况下，一般是在理论配碳基础上适当减少入炉总配碳的1~5%，以便于三相电极更好的下插，炉口热损失减少，炉底温度高，从而吨铁电耗相对较低，但因料批中碳量相对减少，还原反应不充分，渣中氧化锰也会升高，锰元素收得率相对降低。

1.7 料批结构

矿石的冶金性能包括物理特性和化学特性，如自身的熔点、密度、粒度、最低还原温度、主要化学成份和有用元素的成矿形态等等。各种矿石的冶金性能不同，在炉内的熔化和还原程度就不同，配料时配入熔点较高、较难还原的矿石较多时，势必会造成冶炼电耗升高。一般情况下，我公司现使用的朝阳矿品位低，碳酸盐所占比例高些，熔点高些，锰存在形态为MnO和MnCO3；而富锰渣中锰的存在形态多为硅酸锰，熔点相对低些，进口矿（巴西、南非矿）多为硬锰矿（mMnO.MnO2.nH2O），熔点较高。我公司08年5月份更换配比时，配入了38%的富锰渣和15%的青海矿，两者占总数的53%，青海矿含二氧化硅

约为40%左右，由MnO-SiO2二元相图可知，青海矿中锰的存在形态多数为硅酸锰，熔点低，且含二氧化硅量为40%时该硅酸盐的熔点仅为1251℃，富锰渣中锰主要存在形态也多为硅酸锰，较多低熔点含锰原料的配入，炉温提升快，冶炼过程中化料较快，料面均匀下沉，无“剌火”和翻渣现象，炉况良好，元素收得率升高，单炉产量高，冶炼电耗降低。

1.8 炉前操作

在出炉的一个周期内，如何使化料速度与还原速度相适应，是提高锰收得率降低冶炼电耗的一个重要环节。而关键是是炉前操作制度的合理性，主要反映在以下两个方面：

（1）、保持电极在炉料中有足够的埋入深度单位时间内输入炉内的有功功率转变的热能，主要用于维持熔池反应区的高温，有助于提高Mn还原反应速度和还原程度，三相电极插入炉料的深度不够，熔池反应区温度就会降低，不利于锰元素的还原，造成单产低，冶炼电耗升高。

（2）、炉长判断炉况和处理炉况能力。由于我公司还原剂露天存放，雨天焦丁水份较大，入炉后易造成炉内缺碳，炉长判断和处理炉况不及时，三相电流跟不负荷，用电量降低，元素还原不充分，冶炼电耗升高。

1.9 电极工作端

合适的电极工作端是维持良好炉况的先决条件。电极工作端过短时，单位时间向炉内输入功率减小，且易形成“刺火”和翻渣现象，影响正常冶炼的进行；电极工作端过长时，电极难以下插，暴露于料面以上空气中电极较多，加快了电极的氧化消耗，炉口热损失大，且在送电过程中电极震动，易出现裂纹发生电极硬断现象，电极硬断后，焙烧电极时冶炼电耗升高。

2.0 炉眼寿命

矿热炉炉眼为可修复重复性使用的碳质炉眼，在使用过程中氧化较大时，可使用电极糊炒热后填充，等其烧结有一定的强度后使用。炉眼前期，炉眼小，好开易堵，堵眼时不用停电，大大减少工艺停炉，产量指标良好。炉眼后期氧化较大，出铁渣铁流量较大，有时必须停电堵眼，影响生产。我公司目前避峰生产方式，谷期生产3炉，冶炼时间为8小时，中途出铁过程中炉眼后期不好

堵眼时，必须停电堵眼，势必会造成单炉用电量降低，冶炼电耗升高。

2、降低吨铁冶炼电耗的措施

2.1 适当提高综合料入炉品位

根据国标GB21341-2008铁合金产品能源消耗限额规定，冶炼锰硅合金在入炉品位34%上下，品位每升高或降低1%，吨铁电耗降低或升高100kwh，在实际生产中，入炉品位超出36%，吨铁电耗降低幅度和收得率提高幅度就不是很大了，况且入炉料中含锰量提高了，矿石中CaO、MgO、Al2O3等杂质含量也相应增加了，综合料的入炉品位反而降低了。在冶炼锰硅合金牌号一定的情况下，最高入炉品位也就一定了（一般Mn≤34.5%），所以说在冶炼条件一定的情况下，适当提高综合料的入炉品位，有利于降低吨铁冶炼电耗。根据我公司2007年配料比与产量指标统计分析，生产FeMn64Si18产品，入炉品位控制在32.5~34.5%时产量指标良好。

2.2 保证还原剂质量

根据生产实践经验，合适的焦丁粒度对产量指标至关重要，经营科应按照原材料技术要求标准，严格控制焦丁进货质量，原料场对焦丁及时进行晾晒、筛分，达到入炉粒度要求。入炉焦丁粒度合适，才能维持反应区内焦炭层的一定厚度，有利于元素回收，提高单炉产量，降低冶炼电耗。

2.3 增加单炉用电量

影响单炉用电量的因素主要有：

（1）、配碳量

入炉料配碳量不足时，炉膛内反应区焦碳层变薄，炉料电阻增加，电极下插较深，电流却跟不满负荷，小时用电量减少；配碳量过剩时，炉料升温后电阻减小，三相电极难以下插，炉口热损失增加，送入炉内的电功值减小，冶炼电耗升高，所以，配料时一定要根据实际情况，配入合适的焦丁量。

（2）、一、二次电压（送电制度）

要提高夜班单炉用电量，必须提高单位时间内输入炉内的有功功率，即小时有功值，而实际生产中小时有功值与进线电压(一次侧电压)和二次侧电压有关，二次侧电压一定情况下，一次侧电压越高，小时有功值越大；一次侧电压

一定情况下，二次侧电压越高，小时有功值将越大，所以在进线电压较低的情况下，我们可以提高电压等级来提高二次侧电压，增加小时有功值，提高入炉电能的有效功率，进而提高反应温度，促进化学反应速率的加快。

（3）、炉眼维护

A、严格按照工艺技术操作规程维修炉眼，提高修眼质量，控制合适的开、修眼时间，采取新旧炉眼轮流出铁方式，即夜班第1、2炉使用好开易堵的新炉眼，第3炉使用流量较大的旧炉眼，可减少夜班工艺停炉，增加用电量，降低冶炼电耗。

B、采用开堵眼机进行开、堵眼操作，可有效提高炉眼寿命，做到生产中炉眼好开易堵，减小工艺停炉时间，增加用电量，降低冶炼电耗。

（4）、电极硬断

避峰期间和冶炼中都要加强电极维护，避免电极急冷急热，内部产生应力后出现裂纹，引起电极硬断。电极硬断后，电极较难下插，炉口热损失增加，影响用电量。

（5）、设备、工艺停炉。

改进设备，改善工艺，加强管理，减少设备和工艺停机，增加用电量。2.4 控制合适的炉渣碱度

在生产过程中，炉渣碱度低，粘度大，流动性差，排渣不畅，不利于MnO 的还原，Mn回收率低；因此，控制适当的炉渣碱度，改善炉渣流动性，以提高元素回收率，降低冶炼电耗至关重要。近年来立足理论，深入生产中总结，影响炉渣碱度高低的主要因素有：

(1)、配碳量

配碳量不足时，硅元素回收率低，炉渣中SiO2含量增加，使炉渣碱度降低。

(2)、料批结构

综合锰矿中含碱性氧化物量少时会造成炉渣碱度偏低，这种情况需配加一部份碱性氧化物来调节炉渣碱度。如白云石，碱性烧结矿或含GaO+MgO较高的转炉钢渣。

(3)、电极工作端

电极工作端合适，插入炉料深度合适，炉内温度高，反应充分进行，元素回收率高，炉渣碱度高。

2.5 精料入炉

精料对锰硅合金生产而言至关重要，是取得好的技术经济指标的前提条件。

原料的粒度均匀，杜绝粉末和大块料入炉，才能保证炉内透气性良好，炉况顺行。单位时间内输入炉内的有功功率转变的热能，主要用于维持熔池反应区的高温，炉料粒度合适，反应所产生高温燃气能很好地预热上层冷炉料，减少冷料在反应区的吸热，维持反应区的高温状态，提高元素回收率，降低冶炼电耗。

2.6 正确的炉前操作

加料必须勤加、少加，保持电极周围成200～300mm高的锥体。边缘低于炉口平均100～200mm，中心料面高于炉口平台500mm左右，禁止炉料和料管连在一起。每炉中心附加料应在上一炉出铁前20分钟下到炉膛中心，每炉东、西附加料应在冶炼开始后均匀加到三相电极根部。

2.7 加回炉渣冶炼

加回炉渣冶炼是指生产中所产生的含锰量较高的炉渣再回炉重熔的过程，如一、二次扒渣产物。回炉渣在送电前加到三极电极根部，相对增加了电极周围的炉料电阻，冶炼过程中有利于三相电极的下插。回炉渣熔点较低，可在送电后不久熔化后沿电极下到炉膛反应区内，迅速造渣，加快了冶炼前期的造渣速度，化学反应提前进行，入炉后能有效促进各种化学反应充分进行，有利于元素收得率的提高，降低冶炼电耗。

2.8 留渣法操作

在料批配比、回收率一定的情况下，根据每个料批的渣量变化，确定每炉留渣量，进行冶炼操作。留渣法操作特点在于它是利用炉渣电阻热代替常规的电弧热，促使炉内反应区扩大，达到降低电耗，提高元素回收率和生产能力的目的。具体表现为：

1、在渣层中能量转换率稳定。

2、在出铁操作中放出的液体温度稳定。

3、扩大了反应区，气体分布均匀，热量利用率高。

4、炉渣与合金分离较彻底。

2.9 电极工作端的维护

冶炼过程中加强电极工作端的维护，制定完善合理的电极压放制度，减少和避免电极硬断和软断现象对降低吨铁电耗也是十分重要的。我公司工艺要求，电极硬断长度达800mm时必须取出，小于800mm可直接压入炉内，炉内存有电极断头后，直接影响到电极的下插，增加炉口的热损失，炉底温度低，不利于降低单位电耗。

3、结论

我公司两台矿热炉生产实践表明，通过采取上述措施以后，稳定了炉况，降低了吨铁冶炼电耗，进一步降低了成本，获得了良好的经济效益，可在锰硅炉上参考及推广应用。