中低碳锰铁技术方案

6300KVA中低碳锰铁精炼炉技术方案兰州西铁机械制造有限责任公司2010年10月总述1中低碳锰铁生产，国内成熟的工艺为电硅热法。电硅热法生产中低碳锰铁是在精炼电炉中用锰矿对锰硅合金精炼脱硅（即用锰硅合金还原锰矿）而得到中低碳锰铁，这是目前冶炼中低碳锰铁的主要方法。所炼中低碳锰铁的含碳量取决于锰硅合金的含碳量，电极和原料进入合金的碳极少。由于炉料的状态不同，分为热装、冷装两种形式。热装方式为：上一车间生产的硅锰铁水，不用浇铸，使用牵引车直接进入本项目精炼车间，然后用天车将铁水浇入精炼电炉即开始生产中低碳锰铁。冷装方式为：将已浇铸好的成品块状硅锰产品破碎后，加入本项目精炼电炉后先融化后冶炼。若业主已经建设了锰硅电炉，建议按热装方式生产，中低碳锰铁产品冶炼电耗低于580KWH/T；若无锰硅电炉，只能采用冷装方式，中碳锰铁产品电耗在1800KWH/T左右。两种生产方式均采用电硅热法精炼电炉。精炼电炉为间歇式生产，冶炼过程分补炉、引弧、加料、熔化、精炼和出铁几个时期。根据国内冶炼中低碳锰铁先进经验，本项目采用两台6300KVA精炼炉，单台电炉日产55～60吨，两台电炉日产110～120吨；两台电炉年产量大于36000吨，与年产36000吨锰硅项目匹配。一工艺说明2（一）原料电硅热法生产中低碳锰铁的原料有锰矿、锰硅合金和石灰。锰矿：要求使用含Mn40%，Mn/Fe7,P0.1,SiO215%的富锰氧化矿。如果使用含锰低、含SiO2高的贫矿，不但锰的回收率低、脱硅慢、渣量大，而且很难炼出低碳锰铁冶炼中低碳锰铁不宜采用烧结矿和富锰渣。锰矿的粒度应不大于50mm，水分应小于6%。锰矿水分对各项技术经济指标有一定的影响，例如用含水10.%～20%的锰矿与含水小于3%的同种锰矿相比，前者比后者锰的回收率低4～6%，产量低10%~20%，单位电耗高15%~20%。锰硅合金：中低碳锰铁的含碳量基本上取决于锰硅合金的含碳量，根据冶炼不同牌号的中低碳锰铁来确定所用锰硅合金的含碳量和与其相应的含硅量，生产上可通过不同含碳量的硅锰合金搭配，使其含碳量满足要求。要求锰硅合金含锰越高越好。在所炼产品含锰一定的条件下，所用锰硅合金含锰越高，锰矿的允许含铁量也越高，使用含铁高的锰矿，对加速脱硅、减少渣量和降低电耗是有益的。实践证明锰硅合金含锰每提高1%，所用锰矿含铁量允许提高0.7%~1%。我国用于生产中低碳锰铁的锰硅合金含锰通常为67~69%。采用冷装时，锰硅合金的粒度小于30mm，并去掉高碳层。采3用液态锰硅合金兑入法，热兑时将渣扒干净。石灰：生产中低碳锰铁所用的石灰，要求含CaO85%,P0.02%,SiO23%，粒度8～40mm。不得带有碳质夹杂物，不应使用粉状、未烧透的石灰。（二）冶炼原理炉料中的锰矿石在受热过程中，锰的高价氧化物随着温度的升高逐步分解，变成低价氧化物。锰矿受热分解生成Mn3O4,以后，在继续升温的同时，部分高价氧化物直接与硅反应生成低价氧化物或锰金属，其反应如下：2Mn3O4+Si=6MnO+SiO2Mn3O4+2Si=3Mn+2SiO2未被还原的Mn3O4受热分解成MnO，熔化进入炉渣中，继续被合金溶液中的硅还原，其反应式为：2MnO+Si=2Mn+SiO2CaO由于反应生成物MnO与SiO2结合成硅酸盐（MnO·SiO2），造成反应物MnO的活度降低，正向反应变得困难。为了提高MnO的还原效果，提高锰的回收率，需要在炉料中配入一定量的石灰，将MnO从硅酸锰盐中置换出来。其反应式为：MnO·SiO2+CaO=MnO+CaOSiO2富锰渣或锰矿是锰的氧化物的来源。使用富锰渣时能得到较低磷含量的中低碳锰铁，但是富锰渣中的SiO2较高,MnO以42MnO·SiO2状态存在，MnO的还原较困难，而锰矿中的锰多以MnO2的形式存在，MnO2在炉内受热分解成Mn3O4根据熔炼进行的反应来看，加入石灰对提高炉渣碱度是有利的。但是碱度不宜过高，因为碱度过高，会增加渣量使炉渣变稠，反应不活跃，同时还会使炉温升高，电耗增加，锰的挥发损失也增加。因此实际生产中通常把炉渣碱度CaOMgOSiO2控制在1.3～1.7的范围内。（三）冶炼工艺生产中低碳锰铁的传统方法，采用的精炼炉多为倾动式的石墨电极精炼炉。中低碳锰铁的冶炼过程分补炉、引弧、加料、熔化、精炼和出铁几个时期。补炉：炉衬用镁质材料筑成（镁砖或镁质捣打料）。由于炉衬经常处于高温下工作，即要承受炉渣和金属的侵蚀，又受到电弧高温的作用，因而炉底和炉膛随着冶炼时间的延长而逐渐变薄，尤其是出铁口更易损坏。为了保护炉衬，在上一炉出完铁后，要立即进行堵出铁口和补炉。引弧、加料和熔化：补炉结束后加入石灰，随之加部分锰硅合金引弧，再将其余混合料一次加入炉内。炉料加完后，电力可给至满负荷。为减少热损并缩短熔化期，要及时将炉膛边缘的炉料推向电极附近和炉心，但要防止翻渣和喷溅。待炉料基本熔清后（此时合金含硅已降至3~6%，炉渣碱度和含锰量也5接近终渣），便进入精炼期。精炼：由于在熔化末期炉渣温度已达到1500~1600℃，脱硅反应已基本结束，故精炼期脱硅速度减慢。为加速脱硅，缩短精炼时间，应对熔池进行多次搅拌，并定时取样判断合金含硅量，确定出铁时间。合金含硅量一般控制在1.5～2.0%的范围内。合金含硅量可通过肉眼观察合金试样在冷凝过程中的表面和断面特征来判断：当合金含硅量小于0.8%，液体试样黏稠，流动性不好，试样表面皱纹多，断面暗，结晶细，易打碎；当合金含硅在1.5～2.0%时，试样表面黑皮部分剥落，结晶细密，断口呈灰白色，有光泽，不易碎；当合金含硅量大于2.0%时，液体试样流动性好，试样表面光滑，没有皱纹，试样表面黑皮几乎全部剥落，断口呈玻璃状，无结晶，不易打碎，此时应继续精炼。当精炼一段时间后，合金含硅量还高，可往炉内加入一些锰矿和石灰，继续精炼至含硅量合格后方可出炉。延长精炼时间，能使渣中含锰量降低，但会导致锰的挥发损失和电能消耗的增加。因此不宜过分强调渣中含锰量。出铁：当合金含硅量基本达到要求时，即可停电进行镇静，使渣中金属粒充分沉降，然后出铁。出铁时，合金和炉渣一起流入铁水包，由于出铁时炉渣和合金间产生混冲作用，所以在炉外还可脱去0.2~1%的硅。与高碳锰铁相同，使用的铁水包必须定期挂渣并轮换使用。由于合金性脆，冷却越快就越脆，6且不致密，因而小型电炉常采用盖渣保温浇注。从炉内流出的合金与炉渣同时流至用镁砂盐卤拍实的砂包中，多余的炉渣流入与之串联的渣包内，合金在砂包中渣的覆盖下凝固冷却。熔炼中低碳锰铁时，CaOMgOSiO2控制在1.3～1.7范围内。如碱度过高，电弧长，响声大，化料速度慢，炉墙挂渣多，炉口冒棕色浓烟，渣稠，渣铁难分离，炉渣冷却后易粉化；如碱度过低，电极不露弧，响声小，化料速度快，渣稀、流动性好，炉衬侵蚀严重，渣铁易分离，冷却后炉渣基本不粉化。冶炼中低碳锰铁要根据熔化期和精炼期的特点来供给电炉的电力负荷。为了加速炉料熔化，熔化期应给满负荷；为了减少热量和锰的挥发损失，精炼期应降低负荷。电力负荷大小可通过改变电流或电压值来实现。为了降低电耗，提高生产率和减少锰的挥发损失，建议本项目采用热装法生产中低碳锰铁。锰硅热装法是把从矿热炉出炉的液态锰硅合金直接加入已装有锰矿和石灰的精炼电炉中，然后通电熔化。由于利用液态锰硅合金的热能，预先装好的锰矿和石灰以固体状态悬浮于熔融锰硅合金中，使锰矿与硅锰合金急速反应，这样不仅进行主要的脱硅反应，而且也促进脱磷、脱碳反应的进行，提高了脱碳率和脱磷率。该方法要求锰矿含水量小于5%，否则当液态锰硅合金注入时，由于水分的急剧蒸发，会产生喷溅，7以至出现爆炸性沸腾，带来操作上的危险，同时增加了炉衬的侵蚀及二设备技术方案本项目铁合金精炼炉采用炉盖固定式顶部加料，出铁槽出铁，连体式地坑安装结构型式的电弧炉。电炉操作方式为左右操作各一台。1电炉设备主要技术参数如下：1.1炉体炉壳内径φ5600mm炉壳高度3600mm1.2倾动装置出钢/出渣倾角（最大）45°/15°倾动速度1°/s1.3电极升降装置石墨电极直径φ500mm石墨电极分布圆直径φ1550mm±100（待定）电极最大行程2000mm电极上升速度1.6m/min电极下降速度1m/min电极升降调节方式比例阀控制1.4液压系统8系统工作压力8Mpa系统工作介质水-乙二醇1.5电炉变压器变压器额定容量6300KVA一次电压35KV二次电压350～200V10-15级（全恒功率）调压方式有载调压变压器二次额定电流10393～18187A变压器二次端子出线方式顶出线冷却方式油水冷却器1.6短网三相不平衡系数≤4%1.7冷却水系统冷却水进水压力开环0.4Mpa冷却水进水温度≤35℃冷却水出水温度≤55℃冷却水耗量～200m3/h冷却水质一般工业净化水项目一般工业用水PH值6～8悬浮性固体＜10mg/L9总硬度＜10度氯离子平均＜60mg/L可溶性固体＜100mg/L电导率＜μ500s/cm2电炉主要设备及技术指标2.1、机械设备说明2.1.1炉体炉体由炉壳、前观察口机构、出铁槽等组成。炉壳由25mm厚的16Mn钢板组焊而成。采用耐火材料炉衬。炉壳与倾动平台通过斜销连接固定。炉壳顶部设有沙封槽。前观察口机构由炉门及其启闭机构组成，采用手动方式驱动。出铁槽有法兰与炉体相联，拆装维护方便。2.1.2炉盖炉盖为水冷管式结构，由大炉盖和三电极孔小炉盖构成。大炉盖为整体式结构，采用管壁厚为8mm以上的无缝管制成，小炉盖为不锈钢管制作的全管式结构，采用硬管与大炉盖连接（可拆卸式）；炉盖共分为6路进出水，各路水量分别控制，出水温度监测。炉盖内表面有挂渣钉。大盖上设有受料孔，受料孔上装有翻板阀封闭烟气。炉盖与炉体通过斜销连接固定。2.1.3倾炉装置倾炉装置由倾动轨道、倾炉油缸、倾动平台及其水平支撑机10构和炉盖旋开支撑机构组成。倾动轨道为钢板组焊结构，其底面与基础固定，上平面设置啮合孔。倾动平台由钢板组焊而成，用于支撑炉体和电炉上部结构。倾动平台下方的弧形轨道上的齿销与倾动轨道上的啮合孔相配合，实现炉体滚动前倾、后倾动作。倾动油缸为驱动倾动平台提供驱动力。其下端与基础固定，上端与倾动平台联结。水平支撑机构由油缸和支撑柱组成。水平支撑机构用于电炉正常冶炼状态下水平稳定支撑。2.1.4电极升降装置该装置由电极升降油缸、升降立柱、及其导向滚轮组、电极横臂、绝缘构件等组成。升降油缸安装于升降立柱内部，一端与升降立柱相联，通过液压驱动立柱，带动电极臂升降。其产品为山西榆次或西飞厂产品。升降立柱由无缝钢管与立柱轨道焊接而成。升降立柱通过上下两组导向滚轮牢牢垂直定位于旋转架上，使其只能沿垂直方向运动。导向滚轮由滚轮、轴承、轴承座等组成。用于升降立柱的垂直定位。11电极横臂由铜钢复合板制造的导电横臂，内通水冷却，电流密度为3.5A/平方毫米。导电横臂的前端装有电极把持机构，把持器油缸置于导电横臂前端的内部。电极抱环由非磁性耐热钢制造（1Cr18Ni9Ti），且为水冷结构。横臂前端装有自动吹灰装置。电极夹头采用铬青铜材质锻造,2.1.5电极导向架电极导向架作为电极升降装置的支撑结构，由钢板和型钢组焊而成，分上下两层平台，整体安装于倾动平台上。导向架下部设有安装升降油缸的托梁。托梁设计成可拆式结构，便于安装与运输。2.1.6液压系统液压系统设计考虑到系统和设备的安全性和可靠性，其介质采用水乙二醇。系统配置相当数量的蓄能器，以保证事故状态的应急操作。电极升降系统采用电液比例阀，三用一备，比例阀采用进口产品（美国派克牌）。液压装置由泵站、阀站、蓄能器、液压控制柜等组成。液压源采用进口恒压变量泵，两用一备。油箱采用不锈钢油箱（液压件厂家为上海704厂，阀件采用集成块式），具备过滤、加热、冷却等全部功能。液压系统工作压力10Mpa，介质为水—乙二醇。122.1.7冷却水系统冷却水系统供给炉盖圈、炉门、导电横臂、电极夹头、短网系统等，各路用水点均采用无压回水，总进水管设有温度及压力仪表。系统包括水分配器、阀门、管线