炉内电流资料.doc

1.1 电热法生产铁合金的原理及设备 电热法是铁合金生产的主要方法。在还原电炉内将电能转变成热能，用碳作还原剂，还原矿石生产铁合金。 占铁合金总产量90％以上的硅铁、铬铁、锰铁等铁合金主导产品及钨铁，钒铁等特殊铁合金产品都是用电炉冶炼的[4]。 1.1.1 碳热还原冶金 碳热还原工艺是生产铁合金的最主要工艺。采用碳热还原生产方法时，氧化矿石与碳起反应。碳还原过程，如果不考虑冶炼含碳合金时产生的炉渣，可以最一般地用式（1.1）的化学方程式表示： （1.1） 在反应温度低时，碳还原冶炼可在高炉中进行。但在大多数情况下，由于铁合金生产中所需还原温度很高，因此多采用电炉来进行冶炼。对于电炉冶炼过程中，大多是靠炉料的电阻热来提供还原反热所需的能量。在冶炼过程中碳质还原剂即要还原矿石中金属氧化物，同时它作为导电相又是电流的载体。因此，碳质还原剂的导电性质对碳热还原冶金过程有着重要的影响。 按照矿石形态的转变和反应机制，碳热还原过程可以分成三种：还原在矿石呈固态时进行，如高碳铬铁生产过程；矿石熔体和碳质还原剂之间进行的熔态还原，如高碳锰铁和锰硅合金、钨铁等；还原过程经过气相中间产物阶段，如硅铁、金属硅、硅钙的冶炼过程。在铁合金生产中，固体碳、溶质碳和气相CO都起着还原剂的作用[2,4]。 1.1.2 铁合金电炉分类 电炉通常是按其加热方式来分类的。在实际应用中也常按照其结构、用途、电源特点、加热元件等特点来命名。具体种类如下： 1）矿热炉 矿热炉是从矿石中提取有用元素的电炉。矿热炉的还原剂主要是焦炭，它将矿石内有益氧化物还原成金属，用它生产的铁合金占铁合金总产量的60％左右。矿热炉的热能来自于电弧、炉料和炉渣的电阻以及化学反应放出的热量。按照其结构形式，矿热炉可以分为敞口炉、矮烟罩电炉、封闭炉和半封闭炉等。按照冶炼工艺方法，矿热炉又可分成埋弧电炉和精炼电炉。 2）电阻炉 电阻炉是以电阻热直接加热或间接加热炉料的电炉。如冶炼真空铬铁的电阻炉，其以石墨棒为加热元件，热能通过辐射作用传递给炉料。 3）感应炉 感应炉是利用感应电流在金属炉料中产生的电阻热来加热熔化金属的。氮化铁合金和许多复合合金是在感应炉中熔炼的。 4）直流电炉、等离子炉、低频交流电炉 这些是近些年来发展起来的新型电炉，具有功率密度高、电极消耗少、冶炼电耗低、功率因数高等优点。使用中空电极加料的直流等离子电炉可以利用廉价的粉矿来生产铁合金，使元素回收率得到提高[4]。 1.1.3 矿热炉的设备参数 矿热炉一般用炭质材料作内衬，采用自焙电极。有文献[5]表明，对于特定几何参数的矿热炉，存在一个理想的操作范围，输入过大或过小的功率都会使产品电耗增加。因此，要想搞好铁合金的生产，就必须熟悉矿热炉的设备参数。 1）变压器功率。 选择变压器视在功率时应满足冶炼工艺要求，炉子容量是由变压器功率决定的。 变压器功率计算公式见式（1.2）： （1.2） 式中， ―变压器额定功率，kVA； ―产品年产量，t/年； ―产品电耗，kWh/t； ―电炉功率因数； ―电源波动系数； ―变压器功率利用系数； ―变压器时间利用系数； ―年工作日。 2）确定工作电压和工作电流。 对已确定的矿热炉所用变压器而言，提高二次电压，可提高矿热炉功率，但会造成热损失增加，炉温下降，炉内坩埚缩小，炉况变坏；若在一定前提条件下，二次电压过低，则使得输入功率降低，坩埚变小。因此二次电压的选择十分重要。 二次电压计算公式见式（1.3）： （1.3） 式中， ―电压系数，取6.0~7.5。 选多级工作电压，最高为1.05~1.10 ，最低电压为0.75~0.85 ，每一级为上一级的0.95倍。一般中小电炉变压器可选5~8级电压，计算后可确定事实上等差电压降，一般选正数值。 工作电流可根据功率、二次电压由（1.4）式确定： （1.4） 在选择变压器时，要注意选择多级电压值，如1800 kVA变压器，可选6级电压，即前三级恒功率，后三级恒电流。这种变压器工作效率高，适应性强。 3）炉子几何参数计算及选择 （1）电极直径 电极直径是炉子几何参数中的最基本参数。电极直径对炉子操作电阻影响较大，因而影响电极插入深度和热分布。电极直径过大，会使炉温降低；而电极直径过小，电极可深插料中，电极消耗快，电极难充分烧结，易出电极事故。