張紅星

(酒鋼集團(tuán)宏電鐵合金有限責(zé)任公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

摘 要: 介紹了高碳鉻鐵爐在改煉硅錳的生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的問題及解決途徑。通過對工藝原理、設(shè)備改造、原料要求以及生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)和控制要點(diǎn)的分析，闡述了高碳鉻鐵礦熱爐轉(zhuǎn)煉硅錳的可行性，并對遇到的問題提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞: 高碳鉻鐵；硅錳合金；轉(zhuǎn)煉；爐襯

0 引言

隨著合金市場需求的變化，企業(yè)也需要進(jìn)行產(chǎn)品的轉(zhuǎn)煉工作。酒鋼集團(tuán)宏電鐵合金有限責(zé)任公司現(xiàn)有 25 MVA 高碳鉻鐵礦熱爐兩臺，隨著高碳鉻鐵合金市場價(jià)格的下跌，加上該公司原料運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，成本嚴(yán)重倒掛，高碳鉻鐵礦熱爐階段性停產(chǎn)。經(jīng)公司研判后決定將其中一臺高碳鉻鐵礦熱爐改造轉(zhuǎn)煉硅錳。通過公司對礦熱爐爐型、除塵系統(tǒng)、上配料系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施的改造以及操作工藝的調(diào)整，成功轉(zhuǎn)煉硅錳合金，適應(yīng)市場變化，提高了企業(yè)的競爭力。

1 工藝原理

硅錳冶煉的基本原理是利用礦熱爐內(nèi)的高溫還原條件，將錳礦和硅石中的 Mn 和 Si 還原出來，生產(chǎn)硅錳合金。其主要化學(xué)反應(yīng)式如下^［1］:

MnO₂+SiO₂+C =MnSi+2CO

MnO+SiO₂+C =MnSi+2CO

2 轉(zhuǎn)煉存在的問題

2．1 礦熱爐爐型參數(shù)不匹配

原高碳鉻鐵礦熱爐的電極 Φ1 300 mm，采用自焙電極。在不改變電極直徑和電極材質(zhì)的情況下轉(zhuǎn)煉硅錳時(shí)，存在原爐膛直徑過大，爐膛深度較淺，極心圓尺寸過小的問題。

2．2 變壓器容量不夠

原高碳鉻鐵礦熱爐采用 110 kV 進(jìn)線，變壓器容量 8 500 kVA，操作檔位 35 級。轉(zhuǎn)煉硅錳時(shí)，變壓器容量和爐型參數(shù)不匹配，存在小馬拉大車的問題。

2．3 冶煉操作工藝不同

原高碳鉻鐵冶煉功率因數(shù)控制在 0．7 ～ 0．9，二次電壓控制在 220 ～ 245 V。轉(zhuǎn)煉硅錳時(shí)，其冶煉功率因數(shù)需要降低，二次電壓也需要下調(diào)。

2．4 除塵灰除灰系統(tǒng)不夠

兩臺礦熱爐原共用 1 套除塵灰輸灰系統(tǒng)，因冶煉品種不同，需對除塵系統(tǒng)的共用輸灰系統(tǒng)進(jìn)行分離，其他設(shè)備進(jìn)行不同程度的改造。

3 礦熱爐爐型參數(shù)調(diào)整

經(jīng)研究討論，以保持電極直徑尺寸不變?yōu)榍疤幔罱K確定對爐型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整最經(jīng)濟(jì)的改造。原爐膛直徑過大，冶煉硅錳時(shí)極墻距過大，容易形成死料區(qū)。需要將爐膛直徑縮小，爐膛深度增大。由于爐殼整體完好，為減少投資，爐殼直徑未進(jìn)行縮小，對保溫層厚度進(jìn)行了增加。硅錳冶煉渣型為酸性渣，高碳鉻鐵冶煉渣型為堿性渣，轉(zhuǎn)煉硅錳后，需對原鎂質(zhì)爐襯進(jìn)行更換，重新砌筑為抗酸性爐渣侵蝕能力 較好的碳質(zhì)爐襯^［2］。

轉(zhuǎn)煉前后礦熱爐爐型基本參數(shù)，見表 1。

由表 1 可知，此次爐型方面的改造重點(diǎn)是將爐膛直徑縮小 260 mm，減少爐內(nèi)死料區(qū)，有利于爐眼出鐵。另外，將爐膛深度增加 200 mm，將冶煉高溫區(qū)下降，降低爐口溫度，減少熱損失，降低冶煉電耗 和生產(chǎn)成本。

4 變壓器擴(kuò)容改造

針對變壓器容量不夠，調(diào)整后的爐型和變壓器容量存在爐膛大、變壓器小的問題，對變壓器進(jìn)行返廠擴(kuò)容改造，將其容量進(jìn)行了增大，由 8 500 kVA 增容至 13 000 kVA，對二次電壓進(jìn)行了提升，從最高219 V 提升到 245 V，便于提高電極線電壓，解決生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)重超負(fù)荷的問題。

5 冶煉工藝控制改進(jìn)

5．1 原料、燃料的改進(jìn)

針對原料、燃料使用上，將還原劑 85%冶金焦和 15%蘭炭的配比使用調(diào)整為 100%的冶金焦，粒度上進(jìn)行降低，減少出鐵排碳。硅石粒度從原 10 ～ 80 mm調(diào)整為 15～80 mm，化學(xué)指標(biāo)較之前有更高的 要求，其中 Al₂O₃≤1．0%，P2O5≤0．02%，減少渣量。

5．2 冶煉參數(shù)調(diào)整

針對高碳鉻鐵冶煉和硅錳冶煉其還原溫度不同，其冶煉操作工藝不同，轉(zhuǎn)煉硅錳時(shí)，其冶煉功率因數(shù)需要降低，二次電壓也需要下調(diào)，冶煉參數(shù)方面的變化見表 3。

由表 3 可知，硅錳合金冶煉出鐵爐次方面較高碳鉻鐵每天多 1 爐次。因兩個(gè)合金品種冶煉還原溫度不同，硅錳合金的還原溫度比高碳鉻鐵的低，其變壓器檔位控制較高碳鉻鐵低 4 級( 變壓器檔位從 35到 1 為升級) ，冶煉功率因數(shù)較高碳鉻鐵相對低一點(diǎn)。

5．3 冶煉渣型控制

針對高碳鉻鐵和硅錳冶煉其冶煉渣型不一樣，其爐渣堿度的調(diào)整控制也有變化^［3］。高碳鉻鐵冶煉渣型為堿性渣，主要控制鎂鋁比兼顧三元堿度，鎂鋁比( 1．25±1) %，三元堿度 1．2% ～ 1．4%; 硅錳冶煉渣型為酸性渣，主要控制三元堿度，堿度控制 0．55% ～0．75%。

5．4 冶煉操作采取的措施

⑴硅錳冶煉要求冶煉前期負(fù)荷低，因出鐵過程溫度降低，需要提升溫度階段，中期爐內(nèi)溫度上升后熔化一定渣量時(shí)開始化料和還原階段，后期精煉階段也是有功功率最高，利用率最好階段。

⑵硅錳冶煉出鐵過程中須留渣，防止?fàn)t溫降低過多影響下一爐次正常冶煉，造成爐況波動。

⑶料面控制爐口平齊，爐膛大，減少爐內(nèi)死料區(qū)。

⑷因爐型極墻距大，日常對爐殼一圈死料區(qū)定期撒焦炭，料面維護(hù)重點(diǎn)對此區(qū)域進(jìn)行搗爐置換，防止死料區(qū)物料不循環(huán)。

⑸焦炭量適當(dāng)增加，硅石適當(dāng)減少，電壓級適當(dāng)增加。增加焦炭量提高 Mn 回收率進(jìn)而提高產(chǎn)量，防止 Mn 入渣，提高硅利用率，降低硅石用量，降低渣鐵比，以上將降低爐料比電阻，增強(qiáng)導(dǎo)電性，但爐次增加后殘?zhí)繉酉陆担欣陔姌O下插，從而保證入爐功率、還原強(qiáng)度，便于還原。

6 設(shè)備系統(tǒng)改造

高碳鉻鐵兩臺礦熱爐主除塵器共用 1 套輸灰系統(tǒng)及儲灰罐，爐前排煙除塵也共用 1 套除塵器。其中 1 臺礦熱爐轉(zhuǎn)煉硅錳時(shí)，其產(chǎn)生的硅錳除塵灰和另外 1 臺礦熱爐產(chǎn)生的高碳鉻鐵除塵灰危廢屬性不同，按照相關(guān)法規(guī)管理要求，須對這兩種除塵灰分開進(jìn)行處置。設(shè)備方面對原主除塵器、空冷器的輸灰匯總管分開，新建的儲灰罐進(jìn)行解決。上配料系統(tǒng)、下料系統(tǒng)做了不同程度的改造^［4］。

7 轉(zhuǎn)煉后生產(chǎn)指標(biāo)情況

在設(shè)備改造后，通過實(shí)際冶煉工藝的探索總結(jié)，硅錳生產(chǎn)逐步趨 于 穩(wěn) 定，最大平均產(chǎn)量可以達(dá)到143 t/d，回收率達(dá)到 85% ，平均冶煉電耗4 050 kWh/t，成分滿足《錳硅合金》( GB /T4008－2008) 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容 要求。

由圖 1 可知，轉(zhuǎn)煉硅錳合金后，生產(chǎn)指標(biāo)產(chǎn)量方面最大平均產(chǎn)量 143.7 t /d，平均冶煉電耗達(dá)到4 050 kWh /t，實(shí)現(xiàn)了高碳鉻鐵轉(zhuǎn)煉硅錳合金的預(yù)期效果。

8 結(jié)語

⑴實(shí)踐證明高特鉻鐵礦熱爐轉(zhuǎn)煉硅錳是可行的，須對礦熱爐爐襯、上配料、除塵系統(tǒng)進(jìn)行不同程度的改造。

⑵轉(zhuǎn)煉后要重點(diǎn)關(guān)注冶煉工藝操作的變化，強(qiáng)化工藝紀(jì)律的管控，將有利于硅錳冶煉生產(chǎn)指標(biāo)的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn):

［1］ 趙乃成，張啟軒．鐵合金生產(chǎn)使用技術(shù)手冊［M］．北京: 冶金出版社，2008．

［2］ 戴 維，舒 莉．鐵合金工程技術(shù)［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，2015．

［3］ 許傳才．鐵合金冶煉工藝學(xué)［M］．北京: 冶金出版社，2008．

［4］ 崔先云．錳硅爐轉(zhuǎn)煉高碳鉻鐵的工藝探討［J］．鐵合金，2000( 05) : 1－4．