高碳錳鐵冶煉生產節(jié)能減排技術改進

謝志紅，段光斗

(云南省鶴慶錳業(yè)有限責任公司，云南 鶴慶 671500)

云南省鶴慶錳業(yè)有限責任公司(以下簡稱為：我公司)鐵合金生產開始于1983年，經2003－2004年2次技改后，建成投產1臺9 000 kV·A及1臺6 300 kV·A的錳鐵冶煉爐，形成年產20 000 t碳素錳鐵的規(guī)模。年耗電量超過8 000萬kW·h，耗焦近10 000 t。鐵合金生產過程中節(jié)能降耗具有十分重要的意義。節(jié)約能源與提高經濟技術指標是一致的，降低能耗就是直接降低生產成本。所以鐵合合金生產節(jié)能，要以提高單位能耗效益值為目的。

1 設備與節(jié)能

1)設備參數的選擇

在原材料和操作工藝相同的條件下，不同的設備參數就會出現不同的冶煉效果，高碳錳鐵的還原溫度較低。爐渣的流動性能較好，一般認為大直徑電極，大極心圓、大爐膛和深爐膛是冶煉高碳錳鐵爐型的特點。我公司冶煉廠超9 000 kV·A電爐采用矮煙罩半封閉式爐型，主要生產錳硅合金和高碳錳鐵，電極直徑900 mm，電極極心圓2 300～2 400 mm，爐膛深度2 300 mm，爐膛直徑5 200 mm，爐殼直徑6 800 mm，爐殼高度4 000 mm，電極升降行程1 200 mm。

2)水冷設備

電極水冷系統(tǒng)運轉正常十分重要。電極大套、銅瓦、導電銅管都采用水冷卻。冷卻水進口溫度要盡量低些，出水溫度不宜過高。冶煉廠冷卻水的水質硬度大，水中泥沙容易沉積在大套底部，嚴重影響大套冷卻效果，可考慮采用磁水器軟化處理。

應加強備品備件的管理，爭取縮短熱停時間。采用石棉高壓橡膠水管，相比于以前使用普通膠管，大大減少了普通膠管燒壞而漏水故障，每年至少比使用普通膠管減少熱停100 h。再如1號爐爐罩水冷立柱，由于結構不盡合理，剛投產時因上部缺水而頻繁漏水，在2012年和2013年改為磚包柱后問題便得以解決，大大減少了熱停時間。

3)爐襯

爐襯是爐體重要的部分，因為在使用過程中要承受1 400～1 800℃高溫，還要承受爐料、高溫爐氣和熔融鐵水的機械沖刷和爐渣的物理化學侵蝕，因而易被熔化、軟化、熔蝕甚至崩裂。若絕熱性能不好，還會增加電能消耗。所以爐襯要用特殊耐火材料和絕緣材料來砌筑。

4)自焙電極

自焙電極的質量取決于電極殼制作、電極糊和電極焙燒。當這3方面質量不能保證時便會發(fā)生各種電極事故，如電極欠燒、漏糊、硬斷、軟斷等。輕則降低負荷，重則造成熱停。不僅影響冶煉時間和生產作業(yè)率，更重要的是爐底溫度降低。產量明顯下降而電耗上升。因此電極是電爐設備節(jié)能的重要方面，必須引起足夠重視。

2 生產工藝與節(jié)能

電爐生產高碳錳鐵可分為有熔劑法和少(無)熔劑法，2種方法的不同點在于料批的配比不同，而工藝流程基本相同。各廠由于所處的地理位置及原料來源不同，應根據自身的具體條件來選擇合適的生產工藝［1］。為指導生產工藝，在實際生產中對單爐指標進行了實測和計算，得到高碳錳鐵物料平衡及熱平衡，見表1～2。

表1 高碳錳鐵冶煉物料平衡

表2 9 000 kV·A高碳錳鐵生產熱平衡 %

分析高碳錳鐵的熱平衡表可知，節(jié)電的主要途徑有2條：a增加反應過程放熱，減少吸熱;b減少熱損失。從節(jié)能的角度，可以綜合回收利用熱能。

2.1 精料入爐

采用少熔劑法或無熔劑法生產，首要是提高入爐錳礦品位，使入爐品位不低于38.5%。入爐錳鐵含錳量越高，隨礦石帶入的雜質元素越少，在錳回收率相同的情況下，渣量少，單位能耗就會大幅降低。我公司自產錳礦石，具有低鐵低磷高品位的特點，見表3。

表3 錳礦石成分對比 %

2.2 技術改造

為合理利用錳礦石資源，我公司借鑒峨眉華瑞鐵合金廠成功的生產經驗，對冶煉廠6 300 kV·A電爐擴容技改后，可進行二步法生產。我們從2009年開始嘗試無熔劑法生產高純錳鐵合金，專供寶鋼集團有限公司，寶鋼要求FeMn 78C 8.0A牌號碳素錳鐵中［Mn］≥76.0%、［Si］≤1.5%、［P］≤0.15。采用熔劑法生產，即入爐品位控制在33%左右時，達標率不足65%。進行無熔劑法生產后，達標率可達85% ～90%;Mn的分配為73% ～75%入合金，15%～20%入渣，5%揮發(fā)，其他損失1%，渣中Mn能得到最大程度的富集，使鐵渣比降低到1∶0.8左右，渣量減少使熱量耗費也減少了［2］。

確保足夠高的入爐品位才能使渣中含錳達到平衡。為了合金產品中含錳合格，要保證有一定的Mn/Fe比。入爐品位45%時，錳回收率控制在70%，生產FeMn 78C 7.0牌號時，Mn/Fe要在6～7，即入爐Fe成份至少要在6.0% ～8.0%。所以需要進口含錳較高且含鐵適中的錳礦石。

我公司從2009年開始引進少量進口高品位錳礦石，搭配少量麗江大東礦及本地自產礦進行雙產品生產。在1號爐9 000 kV·A電爐上進行碳錳和富渣的冶煉，再在2號6 300 kV·A上進行錳硅合金冶煉，硅錳渣水淬后出售周邊的水泥廠，同時也解決了廢棄碳錳干渣的堆存問題。近幾年來采用無熔劑法生產取得了良好的節(jié)能效果，我公司冶煉廠2012年用無熔劑生產FeMn 78C 8.0A碳素錳鐵主要生產指標見表4。

2.3 爐料粒度與水份控制

錳礦石和焦炭中的含水量大，不僅增加電耗，同時會導致配料不準。故要求礦石和焦炭含水過不超過5%;尤其在雨季配料時要考慮水份，今后可逐步現在已經建設料棚，將來發(fā)展煙氣余熱烘干來降低原料水份。

日常生產工藝控制中，各種原料成分達到要求，同時嚴格控制破碎粒度，粉末過多會嚴重影響爐料透氣性，并導致電極周圍強烈噴火、翻渣等不正常爐況發(fā)生，使電耗上升。

2.4 加料和成分控制

目前冶煉廠采用厚料層操作法，間歇加料。電極端部是熱能的主要源點，是各種反應的集中處，大量的反應氣體易于沿著電極周邊上升。為增加電極周圍的氣體阻力則應在電極周圍采取局部增加料層的辦法，即堆成錐體，使爐料最大限度地沿電極周圍下沉，保證電極深插、穩(wěn)插、爐況順行，但一定要注意穩(wěn)定正確控制配料，努力改善爐料透氣性，使料層均勻下沉，避免產生大的棚料和塌料;在不超負荷的前提下送足電流并保持三相平衡，提高功率因數和熱效率。

為了提高錳回收率，需要控制爐渣成分和流動性。冶煉廠采用熔劑法生產高碳錳鐵時，將爐渣中的(CaO+MgO)/SiO2一般控制在1.3 ～1.6，爐渣中含Mn量為10% ～12%，錳的回收率約80%左右。

2.5 回收利用

經收塵系統(tǒng)處理后，煙氣中粉塵平均排放濃度為46 mg/m3。冶煉廠每天收集含錳粉塵約10 t，平均含錳30% ～40%，如果對其進行燒結處理，會產生二次污染，建議今后進行錳粉塵冷壓球團或自燒性含碳球團的試驗。

冶煉廠現有2臺矮煙罩電爐。目前僅有效地解決了爐氣凈化和嘗試余熱回收利用技術。采用低壓脈沖離線清灰干式布袋除塵器。在煙氣導流管或空氣表冷器可設置冷壓球團的烘干鍋爐，待條件成熟時可利用余熱進行發(fā)電等。

3 展望

為了達到節(jié)能減排的目的，冶煉廠加強設備管理，對爐襯、自焙電極等進行精心維護。采用無熔劑生產工藝進行錳鐵生產，同時努力做到精料入爐，控制爐料粒度及水份。在節(jié)能降耗方面取得了長足進步。除此之外，我們還在積極進行技改擴容，探索先進的留渣法冶煉工藝，同時在條件成熟時實現鐵合金生產自動化控制，開展余熱回收利用，對錳粉塵、爐渣、變壓器低壓側無功補償等先進技術進行探索，提高生產效率、降低成本的同時，更好的落實節(jié)能減排降耗的方針政策。

［1］徐慧，王樹蕃，徐鹿鳴，等.電爐鐵合金生產與節(jié)能［G］.北京：中國金屬學會，1986：195－224.

［2］周進華，于忠(譯).鐵合金冶煉［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1981：108－160.