電熔鎂爐的設(shè)備特點及發(fā)展

張大方，陳 平

(西安星源爐業(yè)科技有限公司，陜西 西安 710061)

電熔鎂砂既是一種熔點高、結(jié)晶粒大、結(jié)構(gòu)致密、抗渣性強、化學(xué)性能穩(wěn)定的堿性鎂質(zhì)耐火材料，又是一種優(yōu)質(zhì)的高溫電氣絕緣材料，被廣泛應(yīng)用于冶金、建材、玻璃、石化、水泥、光學(xué)元件、國防、航天等領(lǐng)域。我國是鎂質(zhì)資源大國，也是目前全球最大的電熔鎂砂生產(chǎn)國。而我國的電熔鎂產(chǎn)業(yè)“能耗高”“污染高”、產(chǎn)品“品位低”，已成為制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題，大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)節(jié)能減排新工藝及設(shè)備的研發(fā)勢在必行。

本文就遼寧某廠新上電熔鎂爐的使用效果和結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行了對比研究，并對一些現(xiàn)場存在的實際問題進(jìn)行了分析，最后提出一些對未來電熔鎂爐發(fā)展方向的思考。

1 新型設(shè)備的對比研究

新型設(shè)備的生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 遼寧某新廠的部分生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)

設(shè)備參數(shù)：變壓器功率6 300 kVA，工作電壓251 V，電極525 mm，爐殼直徑2 800 mm，爐殼高度5 500 mm。

其中第6爐加入15%的返燒料，可以看到單耗大幅降低。

該廠新型設(shè)備與其他廠家指標(biāo)對比見表2。

表2 與其他廠家的指標(biāo)對比

通過以上對比，某新廠在單爐產(chǎn)量及節(jié)能方面有非常大的提高，而且在產(chǎn)品質(zhì)量方面也有較大提高，其98率在37%～46%，一般廠家的98率在30%左右。按照目前國內(nèi)的鎂砂市場行情，96砂賠錢、97砂微利、98砂掙錢，對于電熔鎂廠家來說設(shè)備冶煉的單耗和98品率將成為市場生存的關(guān)鍵因素。

該新廠的設(shè)備與其他工廠對比見表3。

通過表3可以看出，某新廠的設(shè)備有了非常多的改變，主要區(qū)別在爐蓋、短網(wǎng)、電極升降系統(tǒng)、調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)等方面。

表3 新廠與其他工廠設(shè)備對比

該新廠設(shè)備在實際運行當(dāng)中，可以看到其功率因素和電效率均較高，對電網(wǎng)的沖擊和影響較小。變壓器的選擇應(yīng)盡量降低短路阻抗，二次壓降設(shè)定為8～10 V較合理。優(yōu)化設(shè)計短網(wǎng)系統(tǒng)對于降低能耗尤為重要，不僅要降低系統(tǒng)阻抗，還要盡量降低三相阻抗不平衡系數(shù)。

關(guān)于電極升降系統(tǒng)，目前大多數(shù)工廠都不太重視，整個系統(tǒng)都比較簡陋，做得比較好的單位，也就是采用齒條升降加變頻器控制。新廠采用了新型短網(wǎng)、導(dǎo)電橫臂、復(fù)銅卡籠等新結(jié)構(gòu)，極大地減小了短網(wǎng)阻抗和三相不平衡度，起到了明顯的節(jié)電效果。電極升降控制采用了液壓比例閥加PLC控制，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和反應(yīng)靈敏度大幅提高，這樣有利于電弧的穩(wěn)定，并提高功率因數(shù)和電效率，對于爐子節(jié)能也非常重要。

2 設(shè)備特點分析

(1)關(guān)于使用再生電極的問題，目前用戶從降低成本的角度考慮是有道理，因為高功率石墨電極目前的國內(nèi)價格是再生電極的3倍以上，而消耗量僅能節(jié)省大約35%左右。但它對于提高鎂砂產(chǎn)品質(zhì)量有制約，而且它限制了電熔鎂爐的大型化發(fā)展。目前最大的再生電極是525 mm，今后是追求更大直徑的再生電極，還是用普通功率的石墨電極，或者采用石墨化電極，這個問題有待相關(guān)廠家進(jìn)行綜合成本及效益的對比研究。

(2)對于爐蓋的采用，其收塵效果非常理想，但因視線受影響對于習(xí)慣無爐蓋操作的爐工來說常感到不方便。如何解決既要保留爐蓋，又要方便觀察和加料均勻，希望能推出更加合理的結(jié)構(gòu)方案。

(3)關(guān)于冶煉工藝的討論，是采用全埋弧冶煉還是采用半埋弧冶煉，這決定了爐體的尺寸和熔坨的形狀。目前國內(nèi)這兩種工藝都有使用。全埋弧適用于塊料和壓球料，爐體瘦高，熔坨呈三角柱狀，電極和短網(wǎng)長、電損失大、熱損失小；而半埋弧適用于小顆粒料和粉料，爐體矮胖，熔坨呈豐滿圓柱狀，電極和短網(wǎng)短、電損失小、熱損失大。這兩種工藝從設(shè)備特性上說各有優(yōu)劣，總體說半埋弧冶煉的單位電耗肯定偏高，但目前尚沒有對這兩種工藝的鎂砂產(chǎn)品品質(zhì)方面的對比數(shù)據(jù)，因此還需要有興趣的同行繼續(xù)研究。

(4)關(guān)于工頻電源、低頻電源和直流電源三種供電方式的探討：①三相工頻電源功率易大型化，設(shè)備簡單投資小，電壓閃變對電網(wǎng)的沖擊最大，熔坨三角區(qū)雜質(zhì)多。②三相低頻電源設(shè)備投資加大，可減小電壓閃變對電網(wǎng)的沖擊，熔坨質(zhì)量無改善。③直流電源設(shè)備投資最大，無閃變影響，熔坨質(zhì)量最好。

從以上比較看出三種電源各有利弊。從電熔鎂爐的冶煉特性來看，它的電流短路沖擊較小，所以采用低頻電源來改善電網(wǎng)狀況的作用不明顯，其使用價值不大。直流電源有利于雜質(zhì)向外側(cè)析出，可以明顯改善熔坨質(zhì)量，且有降低電耗和降低電極消耗的作用，因此很值得推廣。但因其設(shè)備投資加大、維護(hù)成本高，建議在生產(chǎn)高純氧化鎂或氧化鎂單晶等高附加值產(chǎn)品時考慮采用。

(5)爐體升降的作用和價值。目前電熔鎂爐基本都采用全埋弧冶煉，爐體均為瘦高型，因為要保證單爐冶煉周期達(dá)到10 h，爐體高度大多采用5.5～6 m高，這樣造成電極行程很大，短網(wǎng)長度加大，短網(wǎng)上的有功損耗加大。如果采用爐體升降架將爐體和爐車一起抬升，可以大幅減小電極行程和短網(wǎng)長度，有利于降低電耗。假設(shè)爐殼采用4 m加2 m高的結(jié)構(gòu)，電極行程縮短2 m，那么短網(wǎng)阻抗將可減小約15%，這是非常有價值的。但是這樣做就必須將爐殼，在冶煉過程當(dāng)中進(jìn)行2～3次接長，這個工作在無爐蓋狀態(tài)下容易完成，而在配置爐蓋以后，再想接長爐體就很困難了。

3 電熔鎂爐設(shè)備的發(fā)展方向

(1)在電熔鎂爐配置爐蓋后，將冶煉煙氣經(jīng)過兩級除塵，再將凈化和冷卻后的煙氣接入CO2回收系統(tǒng)。

(2)采用可自動夾緊的電極卡籠。

(3)解決自動加料的問題，實現(xiàn)無爐前工操作。

(4)解決電極調(diào)節(jié)器在起熔階段的自動控制問題，實現(xiàn)多爐集中控制，減少控制臺操作工數(shù)量。

(5)解決爐內(nèi)熱成像問題，實現(xiàn)在控制室對爐內(nèi)狀況的實時觀察。

(6)采用全自動控制的爐車步進(jìn)機系統(tǒng)。

(7)實現(xiàn)整個流程的全密閉無塵化。

(8)采用余熱鍋爐最大限度地回收利用熔坨余熱。

4 總 結(jié)

通過對遼寧某廠新上6 300 kVA電熔鎂爐的實踐摸索，總結(jié)出電熔鎂爐設(shè)備的發(fā)展，還有很多要研究和改的課題，主要包括CO2回收、節(jié)能降耗、設(shè)備大型化、全密閉無塵化、提高自動化水平、余熱回收六個大方向，由于篇幅所限，很多具體細(xì)節(jié)這里不再詳述。

本文由于作者的水平有限，論述錯誤在所難免，但希望通過本文的發(fā)表，作為拋磚引玉能引起行業(yè)共鳴和專家們的重視，通過各方有識之士的共同努力，使我國的電熔鎂行業(yè)裝備水平更上一層樓。