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結(jié)合全煤生產(chǎn)工業(yè)硅的工藝要求，選擇合理的幾何參數(shù)和電氣參數(shù)，以便設(shè)計(jì)或改造工業(yè)硅電爐，為適應(yīng)全煤冶煉要求創(chuàng)造條件，以保證正常生產(chǎn)。電爐的幾何參數(shù)包括電極直徑、極心圓直徑、爐膛直徑和爐膛深度等，電氣參數(shù)有熔池電阻、電極電流和工作電壓等多個變量。需要根據(jù)煙煤的性質(zhì)，選擇合理的操作電阻，以便控制適當(dāng)?shù)亩坞妷簷n位下的電流電壓比。礦熱爐的極心圓直徑“d”、爐膛直徑“D”、爐膛深度“H”等幾何參數(shù)通常是用相似計(jì)算得出的：式中，下角標(biāo)1和2分別表示品種相同而容量不同的電爐。礦熱爐的極心圓直徑、爐膛直徑和爐膛深度等幾何參數(shù)通常按照電極直徑的倍數(shù)來設(shè)計(jì)。下表列出了這些經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 電爐幾何參數(shù)與電極直徑的倍數(shù)關(guān)系1、電極直徑(d電極)石墨電極有**標(biāo)準(zhǔn)，而炭素電極目前尚無國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)廠家仍按用戶需求作為“非標(biāo)生產(chǎn)”，所以理化指標(biāo)差異較大。推薦使用電流密度為5~10A/cm2炭素電極，但從各企業(yè)的實(shí)際使用情況來看，以6~7A/cm2炭素電極的居多，可以說是經(jīng)濟(jì)電流密度口。工業(yè)硅電爐的電極直徑也可用下式計(jì)算：上式中，d電極一電極直徑，P a一有功功率，kW;K?-系數(shù)，取1.4。2、極心圓電極極心圓的概念與反應(yīng)區(qū)功率密度有關(guān)，對電爐的工作電壓也有一定影響。極心圓直徑()是一個對冶煉過程有很大影響的設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)，電極極心圓直徑選得適當(dāng)(圖1-1)，三根電極電弧作用區(qū)域相交于爐心(電極反應(yīng)區(qū)的直徑與電爐的極心圓直徑相等)，各電極反應(yīng)區(qū)既相連且重疊部分**小，在這種情況下，爐內(nèi)熱量分配合理，坩堝熔池**大，吃料均勻，爐況穩(wěn)定，爐況也易于調(diào)節(jié)。極心圓過小(圖1?2)，則電極間距離過小，爐料電阻減小，爐料電流增大，電極不易深插;極心圓過大(圖1?3)，三根電極下坩堝不易連通，形成了3個分離的小熔池。爐心熱量不夠，不利于SiO?的充分還原，爐心化料慢或爐心硅石還原不充分沉入爐底，增加爐內(nèi)積渣，同樣會使電極上抬，影響爐況。圖1  極心圓直徑確定電極直徑多用幾何比的辦法，即電極直徑乘以電極同心圓系數(shù)。由于計(jì)算電極直徑時的電流密度范圍很大，容量相同的爐子電極直徑差別也很大，所以確定極心圓直徑主要從電氣和能量角度來考慮：①極心圓的**佳功率密度，功率密度大，則熔池溫度就高，熔池就大，**佳功率密度應(yīng)該是三相熔池相交合適，即三個熔池的圓周交于爐膛中心，既無死角，又不過分集中;②電極之間的電位梯度，即電極之間的電壓與電極之間的距離的比值，反映了電極之間爐料電阻及電流的情況。全煤冶煉工業(yè)硅電極間電位梯度選定為0.145V/mm左右，極心圓平均功率密度為2250-3000kW/m2。用極心圓的單位面積功率密度關(guān)系核算極心圓直徑皿。如下式：公式(6)中Φw—極心圓功率密度，kW/m2;Pa —有功功率，kW;Dw一極心圓直徑，m。3、爐膛直徑按照反應(yīng)區(qū)的理論，電爐極心圓直徑與每支電極反應(yīng)區(qū)直徑相同;電爐反應(yīng)區(qū)為電極直徑的2倍。由于出爐口是爐襯**薄弱的部位，**容易燒穿，爐膛直徑通常比所需要的要稍大一些。經(jīng)驗(yàn)表明，爐膛直徑應(yīng)該大于2倍的極心圓直徑Dw，使熔煉區(qū)不與爐襯相接觸。筆者建議，D爐膛=2.3d電極。常用的計(jì)算公式是：D爐膛=2Dw+d 電極4、爐膛深度爐膛深度的計(jì)算一般采用經(jīng)驗(yàn)式方法，即按照電極直徑的倍數(shù)計(jì)算爐膛深度。爐膛深度要合適，爐膛深些，有利于平頂型料面操作，降低爐口溫度，改進(jìn)生產(chǎn)現(xiàn)場的勞動環(huán)境，有利于減少SiO2的揮發(fā)損失，有利于熱量集中爐內(nèi)，減少熱損失。爐膛過深，操作稍有不慎，即造成料層過厚，料面上升，使?fàn)t內(nèi)高溫區(qū)上移，**終導(dǎo)致電極上抬，爐底溫度降低，使?fàn)t況惡化。爐膛過淺，則使料層變薄，Si()2的揮發(fā)損失增大，影響Si的還原，產(chǎn)量降低，能耗增加，特別使?fàn)t口熱損失增大，爐口溫度過高，生產(chǎn)勞動環(huán)境明顯變差，易產(chǎn)生塌料、刺火，使冶煉過程不能順利進(jìn)行。爐膛工作深度按下式計(jì)算：上式中，大電爐取大值，小電爐取小值。全煤冶煉工業(yè)硅爐膛平均功率密度為200kW/m2左右，與電爐容量的大小沒有對應(yīng)關(guān)系。(1)全煤冶煉工業(yè)硅，爐料的比電阻增大，爐況運(yùn)行平穩(wěn)，具體表現(xiàn)為：①配料比中作為可調(diào)部分的木炭取消，爐前操作人員應(yīng)掌握準(zhǔn)確的配料比。同時，由于爐料配料比穩(wěn)定，避免了爐料出現(xiàn)“料重”、“料輕”等現(xiàn)象。②電極埋入深，料面“刺火”、“塌料”現(xiàn)象少，爐內(nèi)熱量集中，料面只有少量小黏結(jié)塊。爐前操作容易進(jìn)行，勞動強(qiáng)度減輕，搗爐周期延長了15min左右。③全煤冶煉工業(yè)硅，出爐時有大流，伴有少量黏渣排出，這是爐溫提高、坩堝擴(kuò)大所致。此時，出爐燒爐眼時間稍有延長，但精煉時間延長2倍左右不影響產(chǎn)品質(zhì)量。④由于使用大電壓，在出爐前，爐內(nèi)硅液區(qū)聚集了大量的硅液，使電極上抬，電流波動較大，因此要適當(dāng)降低電流，保持爐況平穩(wěn)。(2)加強(qiáng)料面操作，減少SiO的揮發(fā)損失。SiO的揮發(fā)損失將造成：①C與SiO?反應(yīng)平衡受到破壞，還原比例失調(diào);②隨著時間的變化，SiO的損失量將導(dǎo)致爐況波動，需要頻繁調(diào)節(jié)爐況;③爐內(nèi)產(chǎn)生富集難熔的以Sic為主的聚集體，引起電極上抬，爐底上漲。(3)使用煙煤時爐料沉料緩慢，有利于爐口處還原劑中水分和揮發(fā)分的充分排出，處理爐口的勞動量也可減少20%~30%，提高了爐料的透氣性。硅液溫度上升，爐況較穩(wěn)定。但是，由于煙煤揮發(fā)分較高，料面溫度較高，還原劑燒損也較多，因此，爐門不可完全關(guān)閉，底部預(yù)留200mm左右間隙，以控制料面溫度，提高硅的回收率。(4)爐料表面燒結(jié)是工業(yè)硅冶煉中特有的爐況特征。爐料燒結(jié)主要是由SiO氣體的歧化反應(yīng)引起的。一方面SiO的凝聚反應(yīng)生成SiO?和Si，封閉了爐氣外逸通路;另一方面，SiO凝聚反應(yīng)和硅的氧化放出大量熱能使硅石發(fā)生軟熔。爐料表面一旦發(fā)生燒結(jié)，坩堝內(nèi)部的高壓氣體只能沿著電極表面或從少量空隙噴出，形成刺火。電爐刺火造成大量熱能被逸出的SiO氣體帶到煙氣中去。頻繁刺火將導(dǎo)致硅的回收率降低，電耗增加。改進(jìn)原料條件和爐口操作是改善爐料透氣性的必要措施。由于還原劑全部使用煙煤進(jìn)行冶煉，其透氣性不如木炭，因此必須合理地選擇爐料疏松劑一木塊。疏松劑用多了，爐料體積增大，易塌料、刺火，且較浪費(fèi);用量少了，爐料透氣性差，造成熔煉困難。同時，由于煙煤灰分中含雜質(zhì)較多，爐渣也較多，因此必須隨時注意排渣，否則造成爐底積渣過多上漲，爐溫降低，出爐困難。(5)通過搗爐松動燒結(jié)的爐料結(jié)構(gòu)是工業(yè)硅冶煉的重要操作。搗爐操作應(yīng)以松動爐料改善透氣性為主要目的。不適當(dāng)?shù)膿v爐操作會破壞坩堝反應(yīng)區(qū)結(jié)構(gòu)或增大爐口熱損失。

   電爐法是以電能為熱源，焦炭為還原劑，在爐身較矮的還原電爐中生產(chǎn)高碳錳鐵的 一種方法。由于電爐法需要的焦炭量大大少于高爐法對焦炭的需要量，冶煉一噸高碳錳鐵需要的爐料量也少一些，相應(yīng)地帶入產(chǎn)品中的磷含量較低，容易獲得低磷產(chǎn)品。在國外，由于電力工業(yè)發(fā)展迅速，鋼鐵工業(yè)對電爐高碳錳鐵的需求量比較大，高碳錳鐵生產(chǎn)已由高爐逐步轉(zhuǎn)向電爐；某些地區(qū)甚至停止了高爐錳鐵生產(chǎn)，改用電爐生產(chǎn)高碳錳鐵。在我國，由于煤炭資源豐富，目前的電力供應(yīng)還較為緊張，錳礦資源的品位又比較低，使得高爐錳鐵生產(chǎn)仍占有比較大的份額。在今后較長的一段時間里，高爐法仍將是我國生產(chǎn)高碳錳鐵的主要方法之一。一、冶煉原理   高碳錳鐵的冶煉主要是錳的高價氧化物受熱分解成低價氧化物和低價氧化物進(jìn)一 步還原成錳金屬的過程。錳的高價氧化物穩(wěn)定性較差，受熱后極易分解。控制高碳錳鐵冶煉溫度不超過1500℃，可以有效地抑制二氧化硅的還原，實(shí)際允許的高碳錳鐵含硅量不得大于4%，大部分以二氧化硅的形式進(jìn)入爐渣。爐料中的其他氧化物氧化鈣、氧化鎂、三氧化二鋁等，則較氧化錳更為穩(wěn)定，在高碳錳鐵冶煉溫度條件下不可能被碳還原，幾乎全部進(jìn)入爐渣。爐料中的硫主要來自焦炭。有機(jī)硫在高溫下?lián)]發(fā)，硫酸鹽中的硫一般以硫化錳或硫化鈣形態(tài)熔于渣中。通常爐料中的硫只有約1%左右熔入合金。二、冶煉工藝操作1、主要生產(chǎn)方法    電爐高碳錳鐵的冶煉是連續(xù)進(jìn)行的，即連續(xù)加料冶煉，定時出鐵。根據(jù)入爐錳礦品位的不同及爐渣堿度控制的不同，在電爐內(nèi)生產(chǎn)高碳錳鐵有熔劑法、無熔劑法和少熔劑 法三種：熔劑法。采用堿性渣操作，爐料中除錳礦、焦炭外，還配入一定的熔劑（石灰），并且用足還原劑。采用高堿度渣進(jìn)行操作，爐渣堿度控制在1.3-1.4之間，以便盡量降低爐渣中的含錳量，提高錳的回收率。無熔劑法。采用酸性渣操作，爐料中不配加石灰，在還原劑不足的條件下冶煉。用這種方法生產(chǎn)，既可獲得高碳錳鐵，又可得到用于生產(chǎn)錳硅合金和中低碳錳鐵的含錳30%左右的低磷富錳渣，供錳硅合金生產(chǎn)用。無熔劑法冶煉的優(yōu)點(diǎn)是冶煉電耗低，錳的綜合回收率高。不足之處是由于采用酸性渣操作，冶煉過程對碳質(zhì)爐襯侵蝕較嚴(yán)重，爐襯壽命較短。少熔劑法。采用介于熔劑法和無熔劑法之間的“偏酸性渣法”。該法是在配料中加入少量石灰或白云石，將爐渣堿度控制在0.6-0.8之間，在弱碳條件下進(jìn)行冶煉，生產(chǎn)出合格高碳錳鐵和含錳25-40%及適量氧化鈣的低磷、鐵錳渣。此渣用于生產(chǎn)錳硅合金時，既可減少石灰配入量，又可減少因石灰潮解增加的粉塵量而改善爐料的透氣性。國外電爐冶煉高碳錳鐵多采用無熔劑法和少熔劑法。我國鑒于國內(nèi)資源狀況，以熔 劑法生產(chǎn)為主。近年來，隨著國外高品位錳礦的進(jìn)口，為合理利用富礦資源，主要生產(chǎn)廠 家也都采用無熔劑法和少熔劑法生產(chǎn)高碳錳鐵。2、冶煉工藝操作   電爐高碳錳鐵的操作過程主要有配料、加料、爐況維護(hù)及出鐵澆鑄等。配料及加料根據(jù)配料計(jì)算得出配料比后，按錳礦，焦炭、石灰（白云石）的順序進(jìn)行稱量配料，然 后通過輸送系統(tǒng)將配好的料送到加料平臺或爐頂料倉，根據(jù)爐內(nèi)需要分批加入爐內(nèi)。小 型電爐一般采用人工加料，而大中型電爐則是通過爐頂料倉下面的加料管控制加入爐 內(nèi)。對封閉式電爐，其加料管直接伸入爐內(nèi)料面控制位置，加料管內(nèi)隨時充滿爐料。當(dāng) 爐料熔化下沉?xí)r，料管中的料自動落入爐內(nèi)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展、控制水平的提高，新設(shè)計(jì)的大型電爐稱量及加料系統(tǒng)大 都采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，使原料的稱量配料及運(yùn)輸過程實(shí)現(xiàn)了自動化。   爐況維護(hù)。在電爐冶煉過程中，由于原料的波動、電氣及機(jī)械設(shè)備等因素的影響，爐況難以長期保持穩(wěn)定狀態(tài)，總是在波動變化。因此，要對爐況隨時觀察、監(jiān)測，并根據(jù)其變化做出準(zhǔn)確判斷，采取措施及時調(diào)整和處理，使?fàn)t況恢復(fù)到正常狀態(tài)。對爐況的監(jiān)測手段有：爐內(nèi)觀察。對敞口爐和半封閉爐，可對爐內(nèi)情況進(jìn)行觀察了解，如料面分布狀況、爐料的透氣性、電極位置及其插入深度、料面溫度等。出爐觀察。主要觀察出爐時鐵水及渣的溫度、流動性，以及產(chǎn)品及渣的成分析。儀表監(jiān)測。電爐監(jiān)測儀表主要有電流表、電壓表、有功功率表、電極位置指示器、 爐氣溫度、壓力、爐底溫度表等。對封閉電爐來講，由于無法進(jìn)行爐內(nèi)觀察，對以上控制儀表的監(jiān)測就顯得尤為重要。以上觀察和監(jiān)測，是判斷爐況的重要依據(jù)，為保證冶煉的正常進(jìn)行，工藝上還應(yīng)從以 下幾個方面對爐況進(jìn)行控制：操作電壓。高碳錳鐵的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都較低，在溫度高于1500℃時容易蒸發(fā)。因此，在保證使用負(fù)荷的同時，要合理選擇操作電壓及操作電流，使輸入爐內(nèi)的能量分布合理。操作電壓過高，會使反應(yīng)區(qū)爐料過熱，造成錳的大量揮發(fā)；操作電壓過低，會使生產(chǎn)率降低，電耗升高。對不同容量的電爐，其操作電壓應(yīng)有一個合理參數(shù)，具體如下：電極。在礦熱電爐冶煉中，電極的工作狀況是衡量爐況正常與否的一個重要標(biāo) 志。冶煉過程中對電極的要求是：合適的工作端長度及插入深度，而且三相電極在爐料 中的深度盡量保持一致，使其在爐內(nèi)形成一個較為均勻的溫度場。電極插入爐料中的深 度與焦炭的配比、爐渣堿度和操作電壓有關(guān)，插入深度的變化反過來影響爐況。為保證 電極的插入深度，應(yīng)從上述影響因素來進(jìn)行調(diào)整控制。）爐壓及爐氣。對封閉爐，爐況正常時，爐內(nèi)壓力應(yīng)保持在微正壓，爐氣氫含量要小于 8%，氧含量含量要小于3%。爐壓過大會破壞爐子的密封性，使煤氣外泄， 易發(fā)生人身安全事故；爐壓過低（負(fù)壓情況下）會將空氣吸入爐內(nèi)，使煤氣中含氧量增加， 易引起爆鳴甚至爆炸事故。爐壓波動可能是由于粉料多、水分高、爐內(nèi)翻渣、冷卻水 漏、煙道堵塞等原因造成，應(yīng)及時找出原因，進(jìn)行調(diào)整和處理。爐氣中氫含量升高可能 是爐料水分增加或爐內(nèi)冷卻系統(tǒng)漏水造成；氧含量的升高說明爐子密封系統(tǒng)損壞，空氣進(jìn)入爐內(nèi)。出現(xiàn)上述情況時，應(yīng)立即停爐進(jìn)行檢查處理。   爐況判斷及處理 爐況正常的重要標(biāo)志是：操作電流穩(wěn)定，電極插入深度合適，電極壓放速度正常。料面高度合適，冒火均勻，爐料化料均勻，電極周圍刺火及塌料現(xiàn)象少。封閉爐內(nèi)爐氣壓力、成分、溫度正常。爐渣成分較穩(wěn)定，爐渣流動性好，排渣順暢。合金成分穩(wěn)定，產(chǎn)量穩(wěn)定，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。影響爐況穩(wěn)定的因素較多，如原料成分、水分、粒度的波動，電極工作端長度及插入 深度的變化，爐渣成分及堿度的改變以及機(jī)械、電氣事故的影響等。但爐況的變壞大多由還原劑配入過多或不足以及爐渣堿度的過高或過低造成。還原劑過多時，由于爐料電阻率減小，電流上漲，電極上抬，爐內(nèi)化料速度減慢，電極 周圍刺火嚴(yán)重，爐氣壓力、溫度升高，錳的揮發(fā)損失增大，爐底溫度下降，出爐困難，產(chǎn)品 含硅量增高。此時應(yīng)向電極周圍附加適量減碳料，并調(diào)整料批中的焦炭配入量。還原劑不足時，電極下插過深，電極消耗增大；負(fù)荷用不滿，電流不穩(wěn)定；爐口翻渣；爐渣含錳量升高，產(chǎn)品中硅低磷高，渣多鐵少。此時可向電極周圍附加適量焦炭，并在料批中提高焦炭配比。爐渣堿度過高時，在爐內(nèi)表現(xiàn)為電極上抬；料面刺火、翻渣；爐渣流動性差，出鐵量 少，爐渣發(fā)暗且粗糙，斷面多孔，冷卻后很快粉化。爐渣堿度過低時，電極插入深，爐渣 稀，流動性好，渣表面皺紋少，渣中跑錳多。針對以上情況，應(yīng)及時調(diào)整石灰的配入量將 爐渣堿度調(diào)整到正常范圍。此外正文，由于原料中帶入的粉料過多，水分過高，會造成爐內(nèi)透氣性差，刺火、塌料現(xiàn)象 嚴(yán)重，影響冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。對敞口爐，可采用鐵釬在電極周圍爐料扎眼透氣來改善 爐內(nèi)狀況。對封閉爐，則應(yīng)從嚴(yán)格控制入爐原料質(zhì)量入手來防止上述現(xiàn)象發(fā)生。

工業(yè)硅爐冶煉生產(chǎn)爐度上漲的探究29

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  在硅錳冶煉中錳和硅都是從液態(tài)硅酸錳中還原出來的。由于SiO2比MnO難還原得多，當(dāng) SiO2能夠被大量還原時 MnO的還原也是比較充分的。為促使SiO2充分還原，需要提高SiO2的活度系數(shù)，爐渣堿度選擇似乎是應(yīng)該越低越發(fā)好；但是當(dāng)堿度小于 0.5時，雖然SiO2的活度大，但其爐渣的粘度也大.熔液中SiO2的傳質(zhì)速度低；爐渣的導(dǎo)電性變差，爐內(nèi)溫度梯度大，距離電極稍遠(yuǎn)的一些區(qū)域渣液溫度降低；還原 SiO2所需的溫度不夠，SiO2還原困難，硅的回收率降低；粘稠爐渣中的一些高熔點(diǎn)物質(zhì)如碳化硅等在爐內(nèi)積存結(jié)瘤，難以排出爐外。具體表現(xiàn)為：渣液粘稠，出爐排渣困難，排渣不徹底，爐口容易翻渣，電爐常常加不滿負(fù)荷，爐底溫度偏低，熔池縮小，化料速度趨緩，生產(chǎn)效率降低，合金中的［硅］低［碳］高，爐渣跑錳損失增大。向爐料中添加適量的石灰或白云石等堿性物質(zhì)，有利于改善爐渣的流動性和導(dǎo)電性，提高的還原率，改善爐況，提高產(chǎn)品冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。當(dāng)堿度小于 0.75 時，錳的回收率隨堿度的提高而提高，硅的回收率也隨著堿度的提高也有所提高。這說明在規(guī)定的限度范圍內(nèi)提高堿度可以改善爐渣的導(dǎo)電性和流動性，使輸往爐內(nèi)的電能可以在較大的范圍內(nèi)均勻分布，減小爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)的溫度梯度，有利于加快SiO2的傳質(zhì)速度，而不會由于堿度的提高 SiO2活度下降而惡化SiO2還原的熱力學(xué)條件。需要特別指出的是，為了提高爐渣堿度，不能只靠偏加堿性物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，重要的是要提高SiO2的還原率，只有在提高 SiO2還原率的前提下，爐渣跑錳量才低。單憑增加爐料中鈣、鎂的含量來提高爐渣堿度，往往**了SiO2的還原，也不能提高錳的回收率。通過增加爐料中的自然堿度 的比值來提高爐渣堿度，其增加值是有限的，并且在這種情況下不但爐渣跑錳不低，渣量增大，而且由SiO2活度隨著堿度的提高而越來越小，SiO2還原的熱力學(xué)條件嚴(yán)重惡化，導(dǎo)致硅的回收率迅速降低。所以在生產(chǎn)錳硅合金時較高或合適的爐渣堿度是憑借提高SiO2的還原率來達(dá)到的，只有SiO2的還原率得到提高，錳的回收率才能得到真正提高。1、錳回收率與爐渣堿度的關(guān)系：2.、硅回收率與爐渣堿度的關(guān)系：3、爐渣堿度與渣中含錳量的關(guān)系：堿度過高時，成渣溫度降低，爐內(nèi)溫度提不高，加上CaO與 SiO2結(jié)合成硅酸鈣，這些都造成 SiO2還原的困難，合金含硅量上不去。此外，堿度過高，渣液過稀，不僅出爐時帶走的生料多，而且出鐵口容易燒壞，爐眼不好堵。因此，堿度太高不好。生產(chǎn)中常常通過觀察渣量和爐渣的流動性來判斷爐渣堿度；爐況正常時，每爐所出的渣鐵體積比基本一致；如果渣多鐵少，說明堿度偏高；如果渣量少，流不出來，出鐵口掛渣，說明堿度偏低。爐渣的流動性和堿度直接相關(guān)，渣稀，堿度就高；渣稠，堿度就低。顯然，決定爐渣堿度的因素，還有焦炭的用量。由于許多因素的影響，在冶煉過程中爐渣堿度隨時會有變化，同樣的配碳量也會出現(xiàn)碳量不足或過?，F(xiàn)象，需要及時調(diào)整，這些調(diào)整必須**準(zhǔn)確判斷爐況后再進(jìn)行，因?yàn)闋t況的各種變化因素都是互相影響的。如當(dāng)爐渣堿度偏低時，可能是焦炭量不夠 SiO2不能按預(yù)期比例還原，導(dǎo)致爐渣堿度偏低，此時應(yīng)增加焦炭用量；也有可能是由于爐渣堿度的偏低，焦炭顆粒被粘稠的渣液包裹，熔液中的傳質(zhì)速度大大降低，妨礙了 SiO2的還原，此時就應(yīng)副加石灰或白云石。

　長期以來，煉鋼電弧爐一直采用交流三相式電弧爐。但是，交流電弧爐本身存在著一系列難以克服的缺點(diǎn)。20世紀(jì)70年代~80年代，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家紛紛開發(fā)直流煉鋼電弧爐(DCEAF)，并獲得了顯著的進(jìn)展。日本在研制直流電弧爐方面起步較晚，但是發(fā)展**快，是目前投入使用直流電弧爐數(shù)量**多的國家。單臺大容量電弧爐是**近幾年煉鋼業(yè)發(fā)展的趨勢，可以滿足鋼廠對更高生產(chǎn)率的需求。 　　近幾年，由于大功率晶閘管技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，直流電弧爐以其優(yōu)點(diǎn)又重新引起人們的重視。意大利**近制造成功世界上**大的420噸直流電弧爐、420噸鋼包精煉爐和雙真空脫氣系統(tǒng)。該電爐用于生產(chǎn)低碳鋼、超低碳鋼和**脫氧鎮(zhèn)靜鋼，年產(chǎn)量為260萬噸。**臺超高功率雙石墨頂電極直流電弧爐于2010年6月在東京制鋼公司田原工廠成功投產(chǎn)，現(xiàn)在運(yùn)行良好。這臺特大型直流電弧爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)率為360t/h，具有**率、低運(yùn)行成本的特點(diǎn)。這種爐型代表著**新的市場趨勢，即煉鋼者越來越關(guān)注提高鋼廠的生產(chǎn)率和保證鋼的高品質(zhì)。        直流電爐的特點(diǎn) 　　此直流電弧爐的機(jī)械設(shè)備由爐體、爐蓋及其提升與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電極及其升降機(jī)構(gòu)、大電流線路、液壓系統(tǒng)、冷卻水及壓縮空氣系統(tǒng)等組成。它的供電系統(tǒng)不同于交流電弧爐，配有整流器和電抗器，在爐底裝置接電點(diǎn)構(gòu)成電流回路，接電點(diǎn)的維護(hù)和壽命是直流電弧爐操作中的關(guān)鍵問題，一般在爐底鋼板上放銅板，以利于導(dǎo)電，銅板上砌三層鎂碳磚，再在其上打結(jié)耐火材料。 　　東京制鋼田原工廠生產(chǎn)中碳鋼、低碳鋼和超低碳鋼，爐子設(shè)計(jì)為全平臺，對分爐殼，采用連續(xù)廢鋼加料Consteel和雙石墨電極直流技術(shù)。該直流電弧爐的主要技術(shù)參數(shù)見表1。 表1 420t超高功率雙石墨電極直流電弧爐主要技術(shù)參數(shù)　　此直流電弧爐的電源由變壓器、晶閘管、直流電抗器和其他輔助設(shè)備構(gòu)成。直流電弧爐電源的核心在于晶閘管。隨著晶閘管技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，大功率直流電源設(shè)備的制造技術(shù)難題已經(jīng)解決。此臺DCEAF設(shè)計(jì)有2個陰極(雙石墨頂電極直流技術(shù))和4個水冷底陽極，每個陽極的電流為70kA，總電流為280kA。同單個陰極設(shè)計(jì)相比較而言，雙石墨電極技術(shù)能夠提供非常高的功率和較小的電極直徑，對電網(wǎng)干擾少。（歡迎關(guān)注“電爐煉鋼”） 　　直流電弧爐由于消除了電磁感應(yīng)的影響，二次導(dǎo)體上只有直流電阻損失，導(dǎo)體周邊的機(jī)械結(jié)構(gòu)也無需再使用非磁性材料，電極的振動現(xiàn)象也消除了。為防止突變電流并穩(wěn)定電弧，在直流回路中還要裝配直流電抗器。在交流電弧爐中電弧總是以30°~45°角向爐壁傾斜，因而形成熱點(diǎn);直流電弧爐中電弧是以15°~30°角指向熔池，并在電磁力作用下每秒繞中心隨機(jī)旋轉(zhuǎn)幾次。電弧長度是指電極端部到熔池的直線距離，在交流情況下電弧長度為1mm/V弧，由于直流電弧特別穩(wěn)定，預(yù)計(jì)比交流電弧長。 　　通過單獨(dú)控制4個陽極的電流傳導(dǎo)和分布可達(dá)到功率調(diào)節(jié)的**大靈活性。同時，具有特殊設(shè)計(jì)特點(diǎn)的水冷底陽極可以使用普通耐火材料。傾動平臺的設(shè)計(jì)是基于3個搖臂，它在軸承區(qū)域能夠提供更好的運(yùn)行穩(wěn)定性。3個搖臂與爐體匹配，能夠保證爐體安全后傾。 　　特殊噴射器保證電爐性能 　　由于高熔化率、大熔池尺寸，該爐還配套了一種特殊的氧、碳噴射器設(shè)計(jì)。**佳化的噴射器分布和安裝布置能夠保證恰當(dāng)?shù)臄嚢?、鋼水溫度均質(zhì)和快速脫碳。特別是碳噴射器靠近氧氣，增強(qiáng)了碳的反應(yīng)能力，因而提高了造泡沫渣效率，這在平熔池操作時是很重要的，可提高電弧的覆蓋范圍，提高鋼水的熱轉(zhuǎn)換率，保護(hù)爐墻、耐火材料和爐壁塊免受熱應(yīng)力侵蝕。 　　超音速氧槍和碳槍采用機(jī)械手通過爐門進(jìn)入爐內(nèi)，可移動朝向熔池層，主要在初始階段熔池水平面很低時，增強(qiáng)噴射效率。氧噴嘴和碳管安裝在水冷凸出的銅箱內(nèi)，可以很好的保護(hù)噴射器，縮短噴射器頂部和鋼水之間的距離，延長噴射器下部耐火材料的壽命。 （歡迎關(guān)注“電爐煉鋼”） 　　自動化控制系統(tǒng)**節(jié)能 　　此直流電弧爐的自動化系統(tǒng)包括基于****軟、硬件平臺的設(shè)備控制(1級)和過程控制(2級)。電極控制程序軟件包和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠保證非常快的響應(yīng)時間，加強(qiáng)熔化的平均功率。隨后的在線監(jiān)控工藝數(shù)據(jù)和記錄也改進(jìn)了電弧的性能，這一點(diǎn)對超高功率電弧爐非常重要。該系統(tǒng)對所有電能和化學(xué)能參數(shù)全部控制，根據(jù)工藝階段不同，自動變化工作點(diǎn)，保證鋼的品質(zhì)和能源的有效利用。高生產(chǎn)率要求輔助作業(yè)時間**短化，這一點(diǎn)通過安裝可靠的機(jī)電一體化系統(tǒng)達(dá)到。這套系統(tǒng)還可以提高操作者的安全性，避免操作者直接暴露，可從遠(yuǎn)離電弧爐的主控室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 　　此直流電弧爐的另外配套系統(tǒng)還包括機(jī)械裝置，其設(shè)計(jì)牢固，可以在通電期間安全、持續(xù)地保持渣門清潔。自動出鋼系統(tǒng)包括紅外照相機(jī)，可以快速、可靠的遠(yuǎn)程檢測出鋼流，其快速熱圖像反應(yīng)避免了渣**。自動出鋼系統(tǒng)還包括高分辨率照相機(jī)，用于遠(yuǎn)程EBT(偏心爐底出鋼)控制和EBT自動瞬間再裝滿系統(tǒng)。由于具有這些設(shè)備，出鋼過程可由主操作臺控制。除了EBT再裝滿系統(tǒng)，其他操作可自動進(jìn)行。 　　直流電爐與交流電爐對比 　　此直流電弧爐的整體特點(diǎn)為：超高功率供給，沒有對電網(wǎng)干擾，整個工藝過程采用穩(wěn)定的高功率;通過提供化學(xué)能結(jié)構(gòu)的**佳化設(shè)計(jì)和新型、全集成化自動化系統(tǒng)的實(shí)施，達(dá)到了很高的工藝效率;新型機(jī)電一體化程序軟件包縮短了輔助作業(yè)時間，提高了操作的安全性和效率。與傳統(tǒng)的交流電弧爐相比，此直流電弧爐具有以下優(yōu)點(diǎn)：石墨電極消耗量減少1/2~2/3;熔煉單位電能消耗可下降3%~10%;直流電弧燃燒穩(wěn)定，對前級電網(wǎng)造成的電壓閃爍只是相同功率交流電弧爐的30%~50%，不需要用動態(tài)補(bǔ)償裝置;噪音水平可降低10分貝~15分貝;對鋼液的攪拌力增強(qiáng)。 來源：網(wǎng)絡(luò)，電爐煉鋼整理編輯

一、產(chǎn)品質(zhì)量要求   高碳鉻鐵按碳含量的不同分為四個牌號，其化學(xué)成分應(yīng)符合表表中的規(guī)定。種類牌 號化   學(xué)   成   分  (%)Cr CSiPS范圍ⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡ不小于不      大    于高碳鉻鐵FeCr67C6.062.0～72.06.03.00.030.040.06FeCr55C60060.052.06.03.05.00.040.060.040.06FeCr67C9.562.0～72.09.53.00.030.040.06FeCr55C100060.052.010.03.05.00.040.060.040.06備注：① 高碳鉻鐵以50%含鉻量作為基準(zhǔn)量考核單位；② 每批高碳鉻鐵必須測定鉻、硅、碳、磷、硫的含量，在供方能保證符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時，其它元素可不測定；③ 需方對化學(xué)成分有特殊要求時，可由供需雙方另行商定。二、配料要求   爐料主要由鉻礦、焦炭及硅石組成。為了提高回收率，可在料批中配加適量富鉻渣。為了調(diào)整爐況及控制合金硅含量，可在料批中配加適量硅鉻渣。原料配比由爐技術(shù)員計(jì)算，經(jīng)分廠技術(shù)組審核，生產(chǎn)廠長同意后，共同確定實(shí)施。當(dāng)爐料化學(xué)成分、水分、爐渣堿度、爐況等有較大變化時，當(dāng)班冶煉班長對料比可做適當(dāng)調(diào)整，并填寫變料通知單，交配料班長執(zhí)行并保存。在冶煉正常情況下，嚴(yán)禁改動料比。配料工負(fù)責(zé)對稱量器具進(jìn)行使用前的校對，和對配料設(shè)備運(yùn)行時的監(jiān)視，并要隨時觀察原料變化情況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備或原料問題及時向班長反映。要求所用各種原料稱量準(zhǔn)確，根據(jù)所使用稱量器具的不同，每批料中稱量的允許誤差為機(jī)械臺秤批重的±2.5%；電子秤為批重的±1.5%。為使?fàn)t料混合均勻，按焦炭、硅石、鉻礦的順序進(jìn)行配料。對于封閉電爐，為防止煤氣中毒和火災(zāi)事故的發(fā)生，料倉和料管要充滿爐料，爐料不少于8分倉。對于敞口電爐，各料管上方的儲備料倉**多只備兩批料。當(dāng)班原料配比、配料批數(shù)及附加料數(shù)量由冶煉班長準(zhǔn)確記錄在生產(chǎn)記錄卡片上。冶煉班長或技術(shù)員負(fù)責(zé)檢查當(dāng)班配料過程的準(zhǔn)確度，發(fā)現(xiàn)問題立即找有關(guān)人員處理。三、設(shè)備維護(hù)   電爐停電進(jìn)行計(jì)劃檢修或臨時停電處理故障后，當(dāng)班冶煉班長須對維修工作進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后要求維修人員撤離，并對現(xiàn)場人員和電爐設(shè)備進(jìn)行**檢查，在確認(rèn)具備送電條件后，方可指揮操縱工送電。生產(chǎn)過程中冶煉班長應(yīng)經(jīng)常檢查電爐水冷系統(tǒng)運(yùn)行情況，要求所有水路暢通有回水，不產(chǎn)汽(具備測量裝置的要求水溫不超過60 ℃，水壓不低于0.20 MPa)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不回水或產(chǎn)汽問題時立即停電，同時找維修人員到場處理，若發(fā)現(xiàn)往爐內(nèi)進(jìn)水，立即關(guān)閉該水路閥門。每班**前和下班前，冶煉班長和副班長必須認(rèn)真檢查電極升降系統(tǒng)、電極壓放系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、導(dǎo)電系統(tǒng)；配料工負(fù)責(zé)檢查配料系統(tǒng)；爐前班長檢查燒穿器、出爐工具及出爐用包、罐、車和爐前卷揚(yáng)等爐前設(shè)備。嚴(yán)格按交**制度執(zhí)行。爐蓋各部位及水套、料管要封閉嚴(yán)密，防止負(fù)壓時進(jìn)入空氣，在回收煤氣時，任何人不準(zhǔn)打開操作孔。五、熔煉操作1、正常爐況特征   電極穩(wěn)定；電流平衡；爐料均勻下沉；每爐渣鐵均勻；爐膛壓力波動小；不刺火；不塌料；化料快；出鐵、排渣順暢且均衡；爐眼好開好堵。2、創(chuàng)造正常爐況的條件 精料入爐、配料準(zhǔn)確、混料均勻、配比穩(wěn)定。經(jīng)常保持合適的電極工作端長度，一般25000 kVA電爐在2200 mm左右，12500 kVA電爐在1 600～2000 mm，5000 kVA電爐在1700～1 900 mm。合理渣型的爐渣成分：SiO2 28%～30%左右，MgO＞30%，Al2O3 17%～22%。采用合理的二次電壓。詳見變壓器參數(shù)表。制定合理的下放電極制度，少放、勤放，一般每班放60～100 mm。渣中Cr2O3＜5.0%。冶煉班長應(yīng)經(jīng)常檢查料管和電極是否有懸料現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)問題及時處理。電爐操縱工嚴(yán)格按供電制度操作，在保持電流和電壓平穩(wěn)，注意電極升降系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。3、不正常爐況處理?xiàng)l件   爐渣熔點(diǎn)低。特征：渣量大，流動性好，爐墻變薄，爐眼好開不好堵，出爐時電流迅速下降，有時長時間給不滿負(fù)荷，合金含硅低。原因：配碳量低或硅石過量。處理方法：在料批中增加焦碳或減硅石。   爐渣熔點(diǎn)高。特征：電極經(jīng)常處于中上限位置；出爐后電極仍不愛下插；化料慢；渣量??；爐渣流動性差；爐眼收縮；爐墻厚；爐眼難開難堵；出爐時先來鐵后來渣；合金硅高。原因：爐內(nèi)硅石量不足，焦碳過剩。處理方法：在料批中增硅石或減焦碳，必要時加幾批焦碳全減料；翻渣嚴(yán)重時，可直接從操作孔加適量鉻礦進(jìn)行處理。   爐膛翻渣。特征：電流、電壓波動大；爐內(nèi)有明顯的電弧聲；爐膛溫度高；電極四周粘有大量粘料；有時把料管堵死，料倉不下料。原因：爐渣熔點(diǎn)高，爐渣排不出去，是焦碳過剩所致。 處理方法：從料批中減少焦碳配入量，為迅速扭轉(zhuǎn)爐況，可加幾批焦碳全減的爐料。

電爐煉鋼即煉渣，爐渣相關(guān)知識你必須懂！爐渣是參與各種冶金反應(yīng)的重要的相，且有清除鋼中的雜質(zhì)和保護(hù)鋼液的作用。在電爐煉鋼各階段都保持爐渣的狀態(tài)良好，是生產(chǎn)**鋼的重要條件之一。一、爐渣的來源電弧爐煉鋼的各階段，鋼液表面都有爐渣覆蓋，其主要來源有以下四個方面：1)為達(dá)到冶煉目的而故意加入造渣材料，如石灰、石灰石、硅砂、氟石、鐵礦石、炭粉、硅鐵粉、耐火磚碎塊等。2)冶煉過程中的產(chǎn)物，主要是鋼中所含各種元素的氧化物或硫化物，如FeO、MnO、SiO2、Cr2O3等。3)爐襯被侵蝕而進(jìn)入爐渣中的耐火材料，如堿性爐渣中的MgO和酸性爐渣中的SiO2。4)各種原材料帶入的雜質(zhì)。二、爐渣的分類及組成煉鋼時，爐渣是參與各種冶金反應(yīng)的重要的相，所以，用不同的煉鋼工藝、在不同的冶煉階段，所用的爐渣是不同的。1)電弧爐的爐襯有堿性與酸性之分，所用的爐渣也就有堿性與酸性之分。爐渣中堿性氧化物占優(yōu)勢，稱為堿性爐渣;爐渣中酸性氧化物占優(yōu)勢，就稱為酸性爐渣。爐渣中常見的氧化物，按酸、堿屬性的分類見表1。表1 爐渣中常見的氧化物的分類堿度是表征爐渣酸、堿屬性的參數(shù)，理論上應(yīng)該是各種堿性氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和與各種酸性氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和的比值。實(shí)際生產(chǎn)中，常用CaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比表示堿度，堿度大于1者為堿性爐渣，堿度小于1者為酸性爐渣。2)按冶煉階段，爐渣可分為熔化渣、氧化渣和還原渣。堿性電弧爐還原期的爐渣又可分為白渣和電石渣。3)爐渣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是由其組成所決定的。對于煉鋼的爐渣，物理性質(zhì)中，**關(guān)心的是粘度;化學(xué)性質(zhì)中則是堿度和氧化性(或還原性)的強(qiáng)弱。爐渣主要是由各種氧化物組成的，如SiO2、CaO、Al2O3、MgO、FeO、MnO和P2O5等。此外，還有少量硫化物，如CaS、FeS和MnS等，電弧爐煉鋼時各種爐渣的大致組成見表2。表2 各種爐渣的大致組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))三、爐渣的作用煉鋼過程中，爐渣有以下幾方面的作用。1)由爐渣控制鋼液的氧化和還原。煉鋼過程的主要環(huán)節(jié)是氧化和還原，在氧化期，要使鋼液中的某些元素氧化;在還原期，要脫除鋼液中殘留的氧?？刂其撘褐械难鹾?，必須控制爐渣中的FeO含量。2)磷、硫都是鋼中的有害雜質(zhì)，脫除P、S,都要靠成分適當(dāng)、與氧化磷或硫化物結(jié)合能力強(qiáng)的爐渣，使之從鋼液轉(zhuǎn)移到爐渣中。3)電弧柱的溫度很高，可以使氣體離解成離子態(tài)而被鋼液吸收，覆蓋在鋼液表面的爐渣對鋼液有很好的保護(hù)作用，可以減少氣體的侵入。爐渣的溫度高，而且熱導(dǎo)率低，可使鋼液的熱量散失少、溫度穩(wěn)定。4)保護(hù)爐襯。爐渣層可包圍電弧，減少其對爐襯的輻射侵蝕，造泡沫渣時效果更好。5)清除非金屬夾雜物。煉鋼的爐料中往往混有砂土等雜質(zhì)，各種元素氧化生成的氧化物，損壞、剝落的爐襯耐火材料等，如混入鋼中都成為非金屬夾雜物。這類非金屬夾雜物熔點(diǎn)都很高，如SiO2為1710℃、A12O3為2050℃,在煉鋼溫度下都不能熔化，但與爐渣結(jié)合形成的復(fù)合化合物，熔點(diǎn)就下降很多，呈液體狀態(tài)，易于聚集而與鋼液分離。    四、爐渣的粘度粘度是反映液體流動粘性阻力的指標(biāo)。液體在層流運(yùn)動的情況下，各液層之間有摩擦阻力，妨礙液體流動，這種內(nèi)摩擦阻力是液體的特性之一。液體的粘度是與流動性相反的概念，粘度越高，則流動性越差。粘度大體上有三種，即動力粘度、運(yùn)動粘度和條件粘度，通常提到“粘度"，如無特別說明都是指動力粘度。各液層作相對運(yùn)動時所產(chǎn)生的摩擦阻力與各層間的接觸面積和各層間相對運(yùn)動的速度成正比，它們之間的比例常數(shù)就是該液體的動力粘度，常用的符號為η，單位是帕【斯卡】秒(Pa.s)。液體的運(yùn)動粘度是將其動力粘度除以其密度而求得的。條件粘度是用各種標(biāo)定粘度計(jì)測得的粘度，如恩氏粘度、流杯粘度等。粘度是爐渣的重要物理性質(zhì)之一，對鋼液與爐渣間的各種反應(yīng)、鋼中氣體的逸出、熱量的傳遞乃至爐襯的使用壽命都有很大的影響。脫磷、脫硫的效率，氧化、還原反應(yīng)的速度，都取決于反應(yīng)物在爐渣內(nèi)的擴(kuò)散速度。爐渣粘度太高，對鋼液-爐渣間的許多冶金反應(yīng)不利。例如，氧化期脫碳時，CO氣泡通過爐渣排出的阻力很大，就會減緩碳-氧反應(yīng)的進(jìn)行;還原期間，擴(kuò)散脫氧的反應(yīng)也會大受影響。脫磷、脫硫的情況也是如此。爐淹粘度太低也是有害的。如爐渣很稀，就不易吸收電弧柱的熱量，反射到爐蓋和爐墻的部分增多，既不利于鋼液溫度的控制，又會使?fàn)t襯的壽命縮短。同時，粘度低、流動性好的爐渣對爐襯的直接侵蝕和沖涮作用也很強(qiáng)烈。實(shí)際生產(chǎn)中，保持爐渣的粘度穩(wěn)定是非常重要的。堿性爐揸中，加入酸性氧化物可使粘度降低，加入堿性氧化物則會使粘度提高。酸性爐渣的情況則與此相反。但也有例外，F(xiàn)eO雖屬堿性氧化物，卻可使堿性爐渣的粘度降低，這是因?yàn)镕eO本身的熔點(diǎn)低。五、爐渣的導(dǎo)電能力爐渣具有導(dǎo)電能力，是因?yàn)槠渲袔щ姾傻碾x子和自由電子在一定的電壓下能夠流動，這對電弧爐煉鋼有很重要的作用。影響爐渣導(dǎo)電能力主要有以下兩方面因素。1)爐渣中堿性氧化物的含量越高，則導(dǎo)電能力越強(qiáng);酸性氧化物的含螢越高，則導(dǎo)電能力越弱。因此，酸性渣的導(dǎo)電能力不如堿性渣。此外，爐渣中的低價氧化物(如FeO)會使其導(dǎo)電能力增強(qiáng)，所以氧化渣的導(dǎo)電性能比還原渣好。CaO也能提高爐渣的導(dǎo)電能力，在酸性爐渣中，因CaO能使?fàn)t渣的粘度降低，影響導(dǎo)電性的作用更為明顯。2)爐渣的溫度提髙，其中帶電荷的離子和自由電子的活化能增大，導(dǎo)電能力也就隨溫度的提高而增強(qiáng)。來源：電爐煉鋼

 生產(chǎn)中低碳錳鐵的原料有錳硅合金、錳礦石、石灰和螢石等，吹氧脫碳法采用的原料主要是高碳錳鐵。為了生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求的中低碳錳鐵，取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所有的原料必須符合一定的質(zhì)量要求。中低碳錳鐵生產(chǎn)主要方法有電硅熱法、搖爐生產(chǎn)法、吹氧生產(chǎn)法、波倫法、烏達(dá)康轉(zhuǎn)爐法。一、原料要求1、硅錳合金   以電硅熱法和搖爐法為主的中低碳錳鐵生產(chǎn)都需要使用錳硅合金。由于錳硅合金中硅、碳兩種元素的含量具有互成反比的特點(diǎn)，中低碳錳鐵產(chǎn)品中碳元素的主要來源又是作為原料使用的錳硅合金，為了區(qū)別于向煉鋼廠提供的錳硅合金，各中低碳錳鐵生產(chǎn)廠結(jié)合實(shí)際情況，自行組織穩(wěn)定可靠的符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的中間產(chǎn)品錳硅合金貨源。在生產(chǎn)組織平衡過程中，**好將錳硅合金的錳含量控制在上限水平，因?yàn)閱渭円揽?中碳錳鐵的冶煉過程大幅度提高產(chǎn)品錳含量非常困難。比如，組織生產(chǎn)FeMn80C1.5牌號中碳錳鐵，對應(yīng)的中間產(chǎn)品錳硅合金錳含量就應(yīng)控制在69%左右。中間產(chǎn)品錳硅合金以液態(tài)或固態(tài)兩種形式提供給中低碳錳鐵冶煉工序。液態(tài)錳硅合金在熱兌之前要扒凈表面的爐渣，不允許**碳質(zhì)夾雜.固態(tài)錳硅合金宜采用出爐后鎮(zhèn)靜一段時間的底澆鑄 產(chǎn)品，破碎后的粒度應(yīng)不大于50㎜。2、錳礦石   中低碳錳鐵生產(chǎn)對錳礦石提出的要求是錳鐵比要高，磷錳比要低，二氧化硅含量宜低。通常采用兩種或兩種以上的錳礦石相互搭配的方法來滿足各牌號中低碳錳鐵對入爐礦的綜合品質(zhì)要求。單純的中低碳錳鐵生產(chǎn)工序中，礦石中錳元素的入合金率與所執(zhí)行的工藝制度密切相關(guān)，工藝制度不同，礦石中錳元素的入合金率也表現(xiàn)出相應(yīng)的差異。入爐錳礦石的粒度應(yīng)不大于50㎜，水分含量應(yīng)小于6%，特別是直接應(yīng)用在搖爐或 轉(zhuǎn)爐中的錳礦石更必須焙燒、干燥后使用，以避免生產(chǎn)中人身設(shè)備事故的發(fā)生。采取搖爐預(yù)煉工藝，錳礦石的錳鐵比可以降低1.5-2.0。3、石灰 冶煉中低碳錳鐵的石灰要求氧化鈣含量應(yīng)大于85%，入爐粒度 10-60㎜粒度的含有率在80%以上；石灰中不得夾雜煤炭塊等有害雜質(zhì)，生燒與過燒率的總和不得大于10%。在有條件的地方可以使用煅燒白云石代替部分石灰，以便提高渣中氧化鎂的含量， 這樣做有利于提高錳的回收率，降低產(chǎn)品電耗。二、電硅熱法生產(chǎn)工藝及冶煉操作   為了提高錳的回收率，降低冶煉電耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家經(jīng)過不懈努 力，對原有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了大膽改革，取得了顯著的效果，使電硅熱法生產(chǎn)中低碳錳的技術(shù)達(dá)到了一個新水平。1、熱裝法生產(chǎn)中低碳錳鐵   該法由日本新瀉廠**先采用，故又名新瀉法。,采用礦熱爐與旋轉(zhuǎn)式精煉爐相配合，用礦熱爐生產(chǎn)的錳硅合金熱兌入精煉爐生產(chǎn)中低碳錳鐵，副產(chǎn)的中錳渣冷凝后破碎用于錳硅合金生產(chǎn)。實(shí)際操作中為了保護(hù)好爐襯，提高電熱能利用效率，上一爐出鐵完畢爐眼堵實(shí)后，就要旋轉(zhuǎn)爐體，迅速搗除爐墻周邊結(jié)料。然后調(diào)控好轉(zhuǎn)速，開動給料機(jī)向爐內(nèi)布料，布向爐墻邊緣的爐料以石灰為主，布向中心區(qū)域的爐料以錳礦為主。布料結(jié)束后，電極與爐墻之間的料面應(yīng)呈凹形環(huán)。在等待液態(tài)錳硅合金對入的時間里，利用爐體余熱預(yù)熱爐料。待到液態(tài)錳硅合金稱量后，就旋轉(zhuǎn)爐體，對入合金液使合金液在凹形環(huán)中對流均 勻。然后放下電極送電，補(bǔ)加入調(diào)整料，待極心圓附近爐料基本熔清后，再次旋轉(zhuǎn)爐體， 在外加的機(jī)械攪拌作用下加速周邊爐料的熔化，加速脫硅反應(yīng)；待周邊爐料基本熔清后， 取樣判斷合金含硅量，認(rèn)定合格后出爐。中錳渣的爐渣堿度宜控制在1.1-1.3，此時的渣中含錳量在22%左右。   與冷裝法相比，熱裝法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：冶煉時間縮短，冶煉電耗降低。由于錳硅合金以液態(tài)形式對入，省去了重熔錳硅合金所需要的時間，通過預(yù)熱爐料又減少了爐料升溫所需要的電能，熱裝法相比于冷裝法縮短冶煉用電時間 15分鐘以上，降低冶煉電耗50%左右。爐臺日產(chǎn)量提高。采用熱裝法后每一爐的冶煉周期縮短，日出爐次數(shù)增加，日產(chǎn)量可比冷裝法提高 25%左右。采用液態(tài)錳硅合金熱裝入爐，簡化了錳硅合金出爐后的推渣、澆鑄、精整、加工等工序，提高了錳硅合金的金屬收得率，減輕了工人勞動強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本。熱裝法的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，不足之處是不能解決渣中殘錳量高的問題，即使采用高堿度爐渣操作，入渣錳也在12-18左右。通常采用略低的爐渣堿度，副產(chǎn)不粉化的中錳渣應(yīng)用于錳硅合金生產(chǎn)。2、冷裝法生產(chǎn)中低碳錳鐵   冷裝法是生產(chǎn)中低碳錳鐵的傳統(tǒng)方法，它采用的精煉爐多由煉鋼電弧爐改造而成， 即傾動式的石墨電極精煉爐。中低碳錳鐵的冶煉過程分補(bǔ)爐、引弧、加料、精煉和出爐澆 鑄五個環(huán)節(jié)。前一爐鐵出完，堵好出鐵口，補(bǔ)完?duì)t后，借助爐內(nèi)殘留的渣鐵液引弧，然后將混合料加入爐內(nèi)，用滿負(fù)荷熔化爐料。待爐料熔化60-70%后，用工具將爐墻四**熔化的 爐料推到爐心及電極周圍，待爐料基本熔清后，冶煉進(jìn)入精煉期。為了加速脫硅，縮短精煉時間，需要對熔池進(jìn)行攪拌，并定時從熔池中取樣判斷合金含硅量，待合金合格后即可出爐。含硅量的判斷通常憑經(jīng)驗(yàn)依靠肉眼觀察進(jìn)行，當(dāng)含硅量大于2%時，試樣冷凝速度較慢，表面光滑，表皮黑斑易脫落，斷面發(fā)亮，結(jié)晶顆粒粗大呈玻璃狀。當(dāng)含硅量小于2%時，試樣冷凝速度快，表面皺折明顯，黑皮斑塊不脫落，斷面陰暗呈灰白色，結(jié)晶顆粒細(xì)小，含硅量越低，這些特征越明顯。如果對試樣判斷的把握性仍然不大，應(yīng)立即送爐前化 驗(yàn)室做快速分析。出爐接鐵采用容積較大的鐵水包，將爐渣和鐵水一次全部裝入，利用鐵水后倒入鐵 水包時與爐渣沖兌形成的良好動力學(xué)條件進(jìn)一步脫硅，降低產(chǎn)品硅含量。爐內(nèi)渣鐵不要出凈，應(yīng)留一部分，以方便下一爐用電引弧，起到保護(hù)爐底耐火磚襯的作用。剛出爐不久的鐵水液溫度較高，立刻澆鑄容易燒壞錠模，需要鎮(zhèn)靜降溫一段時間后再進(jìn)行澆鑄；由于中低碳錳鐵冷卻過程中有多次的固態(tài)相變和相應(yīng)的真密度變化，為了 減少快速降溫時過大的內(nèi)部熱應(yīng)力造成產(chǎn)品嚴(yán)重碎裂，需要采用蓋渣方式澆鑄；澆鑄用錠模深度不宜超過300㎜，否則中心部位的合金將會因降溫過慢，凝固偏析造成雜質(zhì)富集，嚴(yán)重時造成產(chǎn)品判廢。冶煉用的爐渣堿度多與入爐錳礦的品位相關(guān)。 在每一爐的冶煉前期，化料是主要任務(wù)，為了減少電極對合金的滲碳，在較大的范圍內(nèi)盡快熔化爐料，宜采用較高的二次電壓。隨著熔化料的增多，用電負(fù)荷可以相應(yīng)提高，直至用滿負(fù)荷。當(dāng)爐料基本化清，開始露弧時，宜降低二次電壓，使電極端頭埋入渣中，保持半露弧狀態(tài)，以便提高熔池溫度，減少熱損，減少錳的揮發(fā)損失。冶煉過程用電負(fù)荷變化情況如圖所示。三、搖爐生產(chǎn)工藝的冶煉操作   該法是我國在借鑒國外“新瀉法（”熱裝）和“波倫法（”熱兌）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中低碳錳鐵生產(chǎn)新工藝。國內(nèi)幾個廠家先后進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)，取得了顯著效果。在總結(jié)各廠家試 驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，由北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)了一條搖爐 -電爐法中低碳錳鐵生產(chǎn) 線，并于1990年在遵義鐵合金廠建成投產(chǎn)。1、搖爐預(yù)煉的工藝原理   搖爐爐體坐于一搖架上，搖架搖動時搖爐作偏心圓周運(yùn)動，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，包內(nèi)液體在搖爐的帶動下形成海波浪運(yùn)動，上下翻騰，產(chǎn)生強(qiáng)烈的混合攪拌作用，使渣鐵之間的反應(yīng)界面擴(kuò)大，反應(yīng)物和生成物的擴(kuò)散速度提高，使渣中的氧化錳與合金中的硅之間的還原氧化反應(yīng)得以快速進(jìn)行。搖爐預(yù)煉示意圖   搖爐-電爐法就是將液態(tài)錳硅合金和液態(tài)中錳渣對入搖爐，在搖爐中進(jìn)行強(qiáng)烈的混合、攪拌，使錳硅合金中的硅與渣中的氧化錳發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行脫硅和錳的還原，然后將脫掉部分硅后的液態(tài)錳硅合金再對入精煉爐中與預(yù)熱的錳礦、石灰一起冶煉生產(chǎn)中低碳錳鐵；經(jīng)過搖爐處理的爐渣錳含量大大降低，變成貧渣，可用于錳硅合金冶煉，全部代替白云石、部分代替硅石，或者水淬后用于生產(chǎn)建筑材料。經(jīng)過搖爐預(yù)煉后，合金中的錳含量提高，硅含量降低，這為減輕精煉爐冶煉中的脫硅任務(wù)，縮短冶煉時間，降低產(chǎn)品單位電耗，創(chuàng)造了有利條件。   為了充分發(fā)揮搖爐脫硅效率高的優(yōu)勢，預(yù)煉時還可加入部分干燥錳礦，使合金中的 硅降得更低，這對后續(xù)的精煉爐精煉更加有利。2、搖爐-電爐法冶煉特點(diǎn)    大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，相比于傳統(tǒng)的電硅熱法，搖爐電爐法生產(chǎn)中低碳錳鐵具有如下優(yōu)點(diǎn)：精煉爐內(nèi)脫硅任務(wù)減輕，用電硅熱法生產(chǎn)時，需將錳硅合金中的硅從18%降到2%以下，經(jīng)搖爐預(yù)煉后，在精煉爐中只需將合金中的硅含量從6-12%降到2%以下。由于脫硅量減少，在精煉爐中生成的二氧化硅數(shù)量和配加的錳礦及石灰量相應(yīng)減少， 隨之渣量、電耗及渣中含錳量減少。采用搖爐預(yù)煉配合后，對精煉爐中的爐渣含錳量可以適當(dāng)放寬，可以用過量的錳礦進(jìn)行冶煉，進(jìn)一步加快脫硅速度。搖爐預(yù)煉后的液態(tài)錳硅合金帶有大量的物理顯熱，省去了再次用電熔化的時間及其相應(yīng)的耗電量，爐料中錳元素的揮發(fā)損失也隨之減少。精煉電爐中排出的爐渣通過搖爐預(yù)煉處理，到排棄時，渣中錳含量由12-18%降低6%以下，極大提高了錳的回收率。3、操作要點(diǎn)操作過程為：前一爐鐵出完并堵好眼后，將電極提起，然后轉(zhuǎn)動爐體，同時將錳礦、石灰加入爐 內(nèi)，使?fàn)t料在爐內(nèi)呈雙峰形分布，爐料加完后，停止?fàn)t體轉(zhuǎn)動，讓爐料在爐內(nèi)預(yù)熱。將精煉爐排出的溫度在1350-1400℃的爐渣計(jì)量后對入搖爐。將來自還原爐的約1300℃的液態(tài)錳硅合金扒渣、取樣、稱量后對入搖爐，與爐渣沖混。啟動搖爐旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)逐漸提高轉(zhuǎn)速至55-60轉(zhuǎn)每分，待爐內(nèi)熔液波浪至**大時，可通過加料斗向爐內(nèi)加入適量的干燥錳礦及石灰，并根據(jù)爐內(nèi)溫度條件靈活控制搖動時間。搖爐搖動8分鐘后，用鐵桿插入爐內(nèi)取渣樣觀察，當(dāng)鐵桿上粘渣呈玻璃絲狀，斷面呈淺咖啡色或白色時，即可降低轉(zhuǎn)速直至停止搖動。傾倒搖爐，運(yùn)用過渡流槽分別將液態(tài)渣和鐵水倒入渣包和熱兌，搖后渣作為貧渣處理。預(yù)煉后的液態(tài)錳硅合金扒渣、計(jì)量后運(yùn)至精煉爐熱兌，同時取樣快速分析含硅量，據(jù)此補(bǔ)配入調(diào)整料。液態(tài)錳硅合金往精煉爐熱兌時爐體應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)，使合金熔液沿爐料面的峰谷呈一 環(huán)帶分布。合金熱兌完畢，爐體停止旋轉(zhuǎn)，送電進(jìn)行精煉。當(dāng)爐料熔化至70-80%啟動爐體旋轉(zhuǎn)，并人工將爐墻周圍爐料推至電極周圍及爐心，促使其快速熔化。爐料完全熔化后，停止轉(zhuǎn)動爐體，取樣判硅，合格后即可停電出爐。精煉過程中的爐況控制及出爐澆鑄參見電硅熱法的有關(guān)部分。    搖爐電爐法生產(chǎn)中低碳錳鐵由于其冶煉周期短，生產(chǎn)效率高，電耗低，錳的回收率高等特 點(diǎn)。此法一經(jīng)問世，便迅速在國內(nèi)鐵合金廠推廣，現(xiàn)利用該法生產(chǎn)的中低碳錳鐵產(chǎn)量已占國內(nèi)中低碳錳鐵總產(chǎn)量的一半左右，為充分利用錳礦資源，提高冶煉經(jīng)濟(jì)效益開創(chuàng)了 一條新路。四、吹氧法生產(chǎn)工藝及冶煉操作   吹氧脫碳法生產(chǎn)中低碳錳鐵是以還原電爐或高爐冶煉的液態(tài)高碳錳鐵為原料，熱兌 到轉(zhuǎn)爐中，通過氧槍吹入氧氣，氧化高碳錳鐵中的碳；同時加入適量的造渣劑或冷卻劑， 當(dāng)合金中的碳脫低到符合標(biāo)準(zhǔn)要求時，其合金即為中低碳錳鐵。吹氧脫碳法生產(chǎn)中低碳錳鐵的優(yōu)越性在于可以利用高爐錳鐵，拓寬了中低碳錳鐵生 產(chǎn)的途徑。但由于該法需要的冶煉溫度較高，錳的揮發(fā)損失較大，特別是生產(chǎn)低碳錳鐵， 冶煉溫度需要控制在1900℃以上，錳的揮發(fā)損失更大。因此，如何提高錳的回收率，是解決該法生產(chǎn)的關(guān)鍵。1、操作要點(diǎn)   補(bǔ)爐。吹煉時爐渣對爐襯的侵蝕嚴(yán)重，出完?duì)t后，需要用鎂砂、鹵水拌合料補(bǔ)爐， 補(bǔ)爐要做到高溫快速。堿度控制。吹煉前期堿度控制在（二元堿度）1.1-1.2。中期堿度不超過2.后期堿度不超過 6，加還原劑后，爐渣堿度控制在 1.1-1.2。在保證迅速脫碳的前題下，為減少錳的揮發(fā)損失，吹煉中要盡量避免 1850℃以上的高溫，當(dāng)溫度過高時，可加入適量冷卻劑降溫，常用的冷卻劑有石灰、螢石、中碳錳鐵。終點(diǎn)判斷。準(zhǔn)確的終點(diǎn)判斷是控制產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率的一個重要手段。通常根據(jù)火焰和耗氧量來進(jìn)行判斷：觀察吹氧時爐內(nèi)逸出的煙氣火焰。在一定溫度下，火焰的長度取決于燃燒生成的一氧化碳及二氧化碳的濃度，一氧化碳和二氧化碳的濃度又間接反映合金中碳的剩余量；吹煉后期，合金中的剩余碳已經(jīng)比較低，相應(yīng)地吹氧脫碳效果也降低，爐口火焰顯現(xiàn)得飄搖無力，或縮于爐口以內(nèi)。"氧氣消耗量。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)吹氧的消耗量與高碳錳鐵的鐵水含碳量對應(yīng)關(guān)系很強(qiáng)， 憑借經(jīng)驗(yàn)可以從氧氣的消耗量判斷合金中碳的剩余量，是否已經(jīng)到了吹煉終點(diǎn)。必要時，可以取樣用快速分析方法進(jìn)行碳含量的測定。添加錳硅合金還原劑。待到吹氧結(jié)束，合金中的錳約有20-30%被氧化入渣， 增大了錳元素的損耗，為了提高錳的回收率，需要向爐內(nèi)加入粒度小于20㎜的錳硅合金，以還原渣中的氧化錳。錳硅合金加入量根據(jù)入爐鐵水量、冷卻劑數(shù)量、吹煉品種進(jìn)行計(jì) 算。通常，錳硅合金加入量約為入爐鐵水及補(bǔ)加的錳鐵總量的20%。需要預(yù)熱到400-500℃以后再加入爐內(nèi)。出爐與澆鑄。待作為還原劑加入的錳硅合金全部熔化后出爐。將爐內(nèi)的渣液與鐵液一起傾倒入鐵水包中，利用傾倒時的強(qiáng)烈攪拌作用，還原渣中的氧化錳。合金液在澆鑄包或鎮(zhèn)靜盆中覆渣靜置一段時間降溫后，再進(jìn)行蓋渣澆鑄，以保護(hù)錠模不被高溫鐵水燒壞。五、波倫法  法國電冶金公司吉弗爾鐵合金廠用一臺 "自焙電極還原爐生產(chǎn)的含硅35%錳的液態(tài)高硅錳硅合金；另用經(jīng)過球磨的錳礦與焦粉相配合制取冷球團(tuán)，在900-1000℃的回轉(zhuǎn)窯中焙燒，將燒好的球團(tuán)礦倒入的傾動式電爐中熔化， 待球團(tuán)礦完全熔化后，再將熔渣全部倒入裝有液態(tài)高硅錳硅合金鐵水包中混合，反復(fù)與另一個鐵水包相互倒包沖對攪拌，其間加入適量的石灰造渣，**后獲得的合金即為低碳錳鐵。六、烏達(dá)康轉(zhuǎn)爐法   1973年瑞典某鐵合金廠在其冶煉車間裝設(shè)了一臺容量8噸的烏達(dá)康轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐下部裝有2500KW溶溝式感應(yīng)器。生產(chǎn)時先將還原爐生產(chǎn)的液態(tài)錳硅合金對入爐內(nèi)，以氮?dú)鉃檩d體向合金液中噴吹錳礦和石灰粉劑，待合金中硅含量降到 7%時，倒掉含氧化錳較低的熔渣，繼續(xù)噴吹錳礦和石灰粉劑，待合金中硅含量低于1%時，將金屬液倒出，熔渣仍然留在爐內(nèi)，等待液態(tài)錳硅合金對入繼續(xù)下一爐的冶煉。從轉(zhuǎn)爐倒出的金屬液澆鑄冷凝破碎后即為中低碳錳鐵產(chǎn)品。烏達(dá)康轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)后一直平穩(wěn)運(yùn)行，每生產(chǎn)一噸含錳86%的中碳錳鐵消耗：含硅20%的錳硅合金663㎏，石灰 335㎏，電耗260度、錳回收率85%，硅的利用率在90%以上。

為什么要求電極較深地插入爐料?電極較深的插放爐料，可以提高爐溫和擴(kuò)大坩堝，為冶煉反應(yīng)充分進(jìn)行，創(chuàng)造了必要的熱量條件。因此，使電極較深的插入爐料，是冶煉操作中的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)電極插入爐料較深時，熱量損失少，爐溫高，坩堝大，爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度快，于是出鐵量多，單位電耗低。反之，電極插入爐料較淺時，刺火和塌料現(xiàn)象均較多，熱量損失大，爐溫低，反應(yīng)不能充分進(jìn)行，因此，就不會有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。電極的插入深度，主要與冶煉品種和爐容量大小有關(guān)。據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，冶煉75硅鐵，較大容量爐子的電極插入深度一般為1000—1200毫米，較小容量的礦熱爐，一般為700---1000毫米。冶煉45硅鐵較大容量礦熱爐的電極插入深度，一般為800---1000毫米，較小容量爐子一般為500---800毫米較為合適。影響電極插入深度的因素有哪些?⒈焦碳加入量焦碳的導(dǎo)電性比硅強(qiáng)。如果焦碳加入量過多，會影響電極深插。因此，在滿足硅石中的二氧化碳充分還原的條件下，焦碳加入不要過多，以利于電極插入。⒉焦碳粒度焦碳的粒度小，表面積增大，增加接觸面，爐料的電阻大，則電極插入深;反之，焦碳的粒度大，表面積減少，爐料的電阻小，則電極的插入深度就變淺。⒊焦碳性質(zhì)這里主要是指焦碳本身的電阻。如果焦碳的電阻小，通過爐料的電流大，使電極上升，電極插入深度就淺。反之，焦碳的電阻大，例如使用煤氣焦等，因其電阻大，電極則可深插。⒋二次電壓當(dāng)冶煉采用較高的二次電壓時，電弧較長，電極在爐料內(nèi)插入較淺。反之，采用較低的二次電壓，電極插入爐料就比較深。⒌操作情況如果操作不當(dāng)，諸如混料不均，偏加料，不及時搗爐。爐況發(fā)粘，料面過高或爐內(nèi)缺料等等，都會妨礙電極插入爐料的深度和穩(wěn)定程度。⒍出鐵時間在爐況正常情況下，出鐵間隔時間延長或鐵水出不干凈，爐內(nèi)積存鐵水勢必較多，電極要上升，電極插入爐料內(nèi)較淺。⒎爐內(nèi)積渣量排渣不好，爐內(nèi)積渣過多，爐底上漲，電極的插入深度變淺。⒏電極間的極心圓直徑相同容量的礦熱爐，極心圓的直徑較大時，電極間距離較遠(yuǎn)，爐料的電阻增加，電極插入爐料內(nèi)較深，反之極心圓直徑較小時，電極插入深度變淺。如何判斷電極出入深度?實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可通過以下五個方面，判斷電極出入深度：1. 電弧響聲電爐冶煉過程中，如果電弧的響聲很大，則說明電極插入爐料過淺/。一般來說電極插入深度超過800毫米，電弧響聲較小。2. 塌料和刺火情況正常配料情況下，如果塌料和“刺火”現(xiàn)象頻繁，說明電極插入爐料太淺。3. 坩堝區(qū)域大小正常配料比情況下，如果爐料下降慢，說明電極插的淺，由于電極插的淺，高溫區(qū)則上移，熱量損失大，因此坩堝區(qū)域較小。4. 爐口溫度爐口料表面溫度高，操作條件較差，說明電極插入淺。5. 出鐵情況正常配料比情況下，出鐵口不易打開，鐵水流速慢，溫度較低，爐渣發(fā)粘流動性不好，不易排出，說明電極往料內(nèi)插入較淺。綜上所述，電極插入爐料深度不夠，往往是由于焦炭加入量過多或電極工作斷過短，此時就要相應(yīng)的減少焦炭加入量或酌情下放電極。正常爐況應(yīng)是什么樣的?冶煉工基本任務(wù)之一，應(yīng)當(dāng)善于正確判斷爐況，即使地調(diào)整和處理爐況，使?fàn)t況經(jīng)常處于正常狀態(tài)。正常爐況的特征如下：1. 電極深而穩(wěn)地插入爐料中。此時坩堝較大，料面的透氣性好，料層松軟，爐氣從爐口均勻地送出，火焰呈桔黃色，料面沒有發(fā)暗和燒結(jié)的區(qū)域，沒有大刺火和塌料現(xiàn)象。料面較低并比較平緩，椎體寬大。爐料下降較快，較大容量電爐的爐心料面稍呈下陷。2. 電流比較均衡和穩(wěn)定，并能給足負(fù)荷。3. 出鐵工作比較順利。出鐵口好開，路眼暢通，鐵水流速快，打開出鐵口后電流明顯地下降，鐵水溫度高，爐渣流動性和排渣情況均良好。出鐵的后期，從出鐵口噴出的爐氣壓力不大，爐氣自然地溢出。出鐵完畢，出鐵口好堵。出鐵量正常，成份穩(wěn)定。為什么爐況有時發(fā)粘，怎樣處理?爐內(nèi)還原劑不足，料面透氣性不好的情況，叫爐況發(fā)粘，有的單位將爐況發(fā)粘叫爐況黑，亦即料面光澤較暗。爐況發(fā)粘的特征如下：1. 電極工作不穩(wěn)定，符合波動較大，儀表不好操縱，電流表指針搖擺頻繁，有時還出現(xiàn)給不足負(fù)荷的現(xiàn)象。2. 料面的透氣性不好，一出的爐氣不均勻并且微弱無力。料層較硬。刺火現(xiàn)象嚴(yán)重，局部刺出的是呈灼白色強(qiáng)烈的火焰。大面的火焰很少。3. 搗爐時會掘出粘結(jié)的大塊料，甚至搗完?duì)t之后，大面仍不冒火。4. 電極工作端的根部沾結(jié)較難清除，即使清除了又易沾結(jié)。5. 出鐵工作不順利。出鐵口不易打開，鐵水流速慢，出鐵口不暢通，爐渣粘，不易排出，從出鐵口噴出爐氣的壓力大。鐵水溫度較低，出鐵量較少，硅鐵中含硅量偏低。爐況發(fā)粘的原因如下：1. 配量比不適當(dāng)，還原劑不足，爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)沒能充分進(jìn)行，造成爐內(nèi)硅石過剩，經(jīng)溶化后便形成粘稠的爐渣。

    高碳鉻鐵的冶煉方法有高爐法、電爐法、等離子爐法、熔融還原法等。在高爐內(nèi)只能制得含鉻在30%左右的特種生鐵；等離子爐法和熔融還原法屬于冶煉高碳鉻鐵新工藝，尚未普遍采用。目前，含鉻高的高碳鉻鐵大都采用熔劑法在礦熱爐內(nèi)冶煉。一、電爐法冶煉的基本原理   電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本原理是用碳還原鉻礦中鉻和鐵的氧化物。其主要反應(yīng) 有：  從以上反應(yīng)可以看出，碳還原氧化鉻生成Cr3C2的開始溫度為1373k，生成 Cr7C3的反應(yīng)開始溫度1403K，而還原生成鉻的反應(yīng)開始溫度為1523K，因而在碳還原鉻礦時得到的是鉻的碳化物，而不是金屬鉻。因此只能得到含碳較高的高碳鉻鐵。而且鉻鐵中含碳量的高低取決于反應(yīng)溫度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。實(shí)際生產(chǎn)中，爐料在加熱過程中先有部分鉻礦與焦炭反應(yīng)生成Cr3C2，隨著爐料溫度升高，大部分鉻礦與焦炭反應(yīng)生成 Cr7C3，溫度進(jìn)一步升高，三氧化二鉻對合金起精煉脫碳作用。這些反應(yīng)是：   氧化鐵還原反應(yīng)開始溫度比三氧化二鉻還原反應(yīng)開始溫度低，因而鉻礦中的氧化鐵在較低的溫度下就充分地被還原出來，并與碳化鉻互溶，組成復(fù)合碳化物， 降低了合金的熔點(diǎn)。同時由于鉻與鐵互相溶解，使還原反應(yīng)更易進(jìn)行。二、高碳鉻鐵的冶煉工藝操作   電爐熔劑法生產(chǎn)高碳鉻鐵采用連續(xù)式操作方法。原料按焦炭、硅石、鉻礦順序進(jìn)行配料，以利混合均勻。敞口爐通過給料槽把料加到電極周圍，料面呈大錐體。封閉爐由 下料管直接把料加入爐內(nèi)。無論是敞口爐還是封閉爐，均應(yīng)隨著爐內(nèi)爐料的下沉而及時 補(bǔ)充新料，以保持一定的料面高度。爐況正常時，三相電流平衡，電極穩(wěn)定，透氣好，不刺火，爐料能均勻下沉；渣鐵溫度正常，合金和爐渣的成分穩(wěn)定，并能順利地從爐內(nèi)放出；全封閉爐的爐膛壓力穩(wěn)定，爐氣量和爐氣成分變化不大，在原料干燥的情況下料管內(nèi)不產(chǎn)生爆鳴。出鐵次數(shù)根據(jù)電爐容量大小而定，鐵與渣同時從出鐵 口放出。在出鐵后期和出渣不順利時，應(yīng)用圓鋼通暢爐眼，以幫助排渣。根據(jù)爐襯的沖刷程度確定堵眼深度。碳磚內(nèi)襯用耐火粘土泥球堵眼，鎂磚內(nèi)襯用一定比例的鎂砂粉和耐火粘土泥球堵眼。   爐況不正常的特征為：1、還原劑用量不足時，電極下插深，電流波動，負(fù)荷送不足，電極消耗快；爐口火焰發(fā)暗；合金含硅、碳量低，鐵硬，表皮泡多，渣中Cr3C2含量增高，爐渣粘度增加。2、還原劑過剩時，電極下插淺，電流波動，刺火，噴渣，電極消耗慢；爐底溫度低，出鐵口不易打開，爐渣不易排出；合金含碳、硅升高，渣中 Cr3C2含量降低。3、硅石過多時，電極下插深，火焰發(fā)暗，渣的流動性好，渣中Cr3C2含量升高，凝固的渣子發(fā)黑，爐墻侵蝕嚴(yán)重，合金中含碳量升高，合金過熱度小，不易從爐內(nèi)排出。4、硅石過少時，電極下插淺，爐口溫度高，電極周圍有粘稠的渣子，易翻渣，爐渣粘 度大，不易從爐內(nèi)放出，由于爐溫過高，鐵水溫度高，含碳量下降，渣鐵數(shù)量均少。5、硅石和焦炭量都不足時，爐渣中Cr3C2含量低，很粘稠，含有許多未被還原的鉻礦 和小金屬粒，不易從爐內(nèi)流出，合金中硅和碳的含量均有降低。6、焦炭量不足、硅石量過剩時，爐渣溫度低，易熔而粘稠，含有大量的二氧化硅、Cr3C2和氧化鐵，合金中硅含量下降碳含量上升；電極下插深，消耗增加。7、硅石和焦炭過剩時，爐渣易熔，從出鐵口排出一些掛渣的焦炭；合金中硅和碳量都高；電極下插不穩(wěn)。8、焦炭過剩、硅石不足時，電極上抬，出現(xiàn)刺火，焦炭自坩堝里噴出；爐渣熔點(diǎn)高，渣的溫度也高，渣中Cr3C2含量低，爐渣粘稠，不易從爐內(nèi)放出。合金中的鉻含量取決于鉻礦中的鉻鐵比和鉻的回收率。合金中的碳含量主要與鉻礦的物理性能有關(guān)。當(dāng)鉻礦熔化性好、塊度小時，化料速度快，爐溫低，合金含碳量高；反之，若礦石難熔，塊度大，化料速度慢，爐溫高，由于塊礦中 Cr3C2對鉻的碳化物有精煉作用，合金含碳量低。合金中的硅含量主要與還原劑用量、爐渣中二氧化硅含量和爐溫有關(guān)。若還原劑用量多，爐溫較高，而渣中二氧化硅含量比較高時，合金中的硅含量也高；反之，合金中含硅量則低。生產(chǎn)中合金含硅量波動在 0.1-5%之間。合金中的硫80%左右來自焦炭，因此要降低合金硫含量，必須采用低硫焦炭。高碳鉻鐵冶煉過程中，熔劑的用量直接影響爐渣的成分。由于爐渣的成分決定爐渣的熔點(diǎn)，爐渣的熔點(diǎn)又決定爐內(nèi)的溫度，因而選擇和控制爐渣的成分是冶煉鉻鐵的一個重要問題。合適的爐渣成分能使?fàn)t內(nèi)達(dá)到足夠的溫度，保證還原反應(yīng)順利進(jìn)行和還原產(chǎn) 物順利排出。高碳鉻鐵的熔點(diǎn)高達(dá)  1773K以上，為了保證有高的反應(yīng)速度并使生成的合金順利地 從爐內(nèi)放出和渣鐵分離，必須將爐溫控制在鉻鐵熔點(diǎn)以上的 1923-1973K。因此，爐渣的熔點(diǎn)應(yīng)控制在此范圍內(nèi)。否則，若渣的熔點(diǎn)偏低，爐內(nèi)溫度也低，出爐時，雖然爐渣能順利流出，但鐵水由于過熱度小而不能暢流，就會出現(xiàn)出渣多出鐵少的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會出現(xiàn)只出渣不出鐵；若渣的熔點(diǎn)偏高，爐內(nèi)溫度也高，爐渣由于熔點(diǎn)高過熱度不夠而不能暢 流，但鐵水能暢流，就會出現(xiàn)出渣少出鐵多的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會出現(xiàn)只出鐵不出渣。    當(dāng)鉻礦中的Cr3C2和FeO被還原后，剩下的主要氧化物為氧化鎂和三氧化二鋁。這兩種氧化物的熔點(diǎn)都很高，必須加熔劑（硅石）以降低其熔點(diǎn)，才能從爐內(nèi)流出。因此，熔劑的用量就直接影響爐渣的成分。硅石的加入量是根據(jù) 鋁-鎂-硅三元相圖確定的。由于爐渣中氧化鎂和三氧化二鋁的比值在1左右，因而可以通過二氧化硅頂點(diǎn)劃一線垂直于底。線上的點(diǎn)就代表爐渣的熔點(diǎn)，它隨著二氧化硅量的增加而下降。當(dāng)氧化鎂/三氧化二鋁比值發(fā)生變化時對爐渣的熔點(diǎn)影響不大，這是因?yàn)榈热鄱染€基本上平行于底線的緣故。查三元相圖時，必須把爐渣中的二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鎂的含量之和換算為100%。爐渣中三氧化二鋁含量對爐渣粘度有影響，若渣中三氧化二鋁含量過高，爐渣粘度增加，不利于排渣。但三氧化二鋁能增加爐渣的電阻率，有利于電極深插，所以需要一定的含量。

為了了解電弧爐對電能質(zhì)量和電能效率影響的產(chǎn)生原因，需要對電弧爐設(shè)備的特殊性做一下簡單介紹。1、電弧爐分類和工作原理電弧爐是利用電弧能來冶煉金屬的一種電爐。工業(yè)上應(yīng)用的電弧爐可分為三類：**類是直接加熱式，電弧發(fā)生在專用電極棒和被熔煉的爐料之間，爐料直接受到電弧熱。主要用于煉鋼，其次也用于熔煉鐵、銅、耐火材料、精煉鋼液等。第二類是間接加熱式，電弧發(fā)生在兩根專用電極棒之間，爐料受到電弧的輻射熱，用于熔煉銅、銅合金等。這種爐子噪聲大，熔煉質(zhì)量差，已逐漸被其它爐類所取代。第三類稱為礦熱爐，是以高電阻率的礦石為原料，在工作過程中電極的下部一般是埋在爐料里面的。其加熱原理是：既利用電流通過爐料時，爐料電阻產(chǎn)生的熱量，同時也利用了電極和爐料間的電弧產(chǎn)生的熱量。所以又稱為電弧電阻爐。2、電弧爐的組成設(shè)備爐用變壓器電弧煉鋼用變壓器應(yīng)能按冶煉要求單獨(dú)進(jìn)行電壓電流的調(diào)節(jié)，并能承受工作短路電流的沖擊。電爐變壓器額定電壓的選擇要考慮許多因素。若一次側(cè)電壓取高些，則系統(tǒng)電抗小，短路容量大，可減少閃變，但須增加配電裝置費(fèi)用。若二次電壓高些，則功率因素較高，電效率較高，但電弧長，爐墻損耗快，綜合效率變低。一般電爐變壓器二次側(cè)均為低電壓（幾十至幾百伏），大電流（幾千至幾萬安）。為保證各個熔煉階段對電功率的不同需要，變壓器二次電壓要能在50%~70%的范圍內(nèi)調(diào)整，因此都設(shè)計(jì)成多級可調(diào)形式。調(diào)整方法有變換、有載調(diào)壓分接開關(guān)等。變壓器容量小于10MVA者，可進(jìn)行無載切換；容量在10MVA以上者，一般應(yīng)是有載調(diào)壓方式。也有三相分別設(shè)置分接頭裝置，各相分別進(jìn)行調(diào)整，可以保障爐內(nèi)三相熱能平衡。與普通電力變壓器相比，電爐專用變壓器有以下特點(diǎn)：a.有較大的過負(fù)荷能力；b.有較高的機(jī)械強(qiáng)度；c.有較大的短路阻抗；d.有幾個二次電壓等級；e.有較大的變壓比；f.二次電壓低而電流大。電爐變壓器和電弧爐的容量比一般為0.4~1.2MVA/t。電弧爐的電流控制，是由電弧爐變壓器高壓側(cè)繞組分接頭的切換和電極的升降來達(dá)到的。電抗器為了穩(wěn)定電弧和**短路電流，需要約等于變壓器容量35%的電抗容量，串入變壓器主回路中。大型電弧爐變壓器，本身具有滿足需要的電抗值，不需外加電抗器；而小于10MVA的變壓器，電抗不滿足要求，需在一次側(cè)外加電抗器。電抗器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：既使通過短路電流，鐵芯也不發(fā)生磁飽和。電抗器可裝在電爐變壓器的內(nèi)部，稱為內(nèi)附式；也可做成裝在變壓器外部的獨(dú)立電抗器，稱為外附式。電爐變壓器一般要串聯(lián)電抗器，使得變壓器短路阻抗和電抗器電抗之和達(dá)到0.33~0.5標(biāo)準(zhǔn)值（以電爐變壓器額定容量為基準(zhǔn)）。容量小于10MVA的電爐變壓器，有時在其高壓側(cè)裝有串聯(lián)電抗器，以降低短路電流和穩(wěn)定電弧。對于較大容量的電爐變壓器，它本身的漏電抗已足夠大，不需再串聯(lián)電抗器。高壓斷路器煉鋼電弧爐對高壓斷路器的要求是：斷流容量大；允許頻繁動作；便于維修和使用壽命長。電弧電阻爐負(fù)載平穩(wěn)，連續(xù)運(yùn)行，常用多油或少油式高壓斷路器，煉鋼電弧爐斷路器經(jīng)常跳閘，多選用六氟化硫斷路器、電磁式空氣斷路器、真空斷路器等。電流互感器大型煉鋼電弧爐的二次電流很大，無法配用電流互感器。因此，低壓側(cè)儀表，電極升降自動調(diào)節(jié)電流信號，都接到高壓側(cè)電流互感器上，或接在電爐變壓器的第三繞組上（可變變比）。電磁攪拌器為了強(qiáng)化鋼液與熔渣反應(yīng)，使鋼液溫度和成分均勻，在煉鋼電弧爐爐底部，加裝電磁攪拌器。攪拌器由繞有兩組線圈的鐵芯構(gòu)成。它本身相當(dāng)于電機(jī)的定子，溶池中的鋼液相當(dāng)轉(zhuǎn)子。攪拌器線圈中通以可產(chǎn)生移相磁場的兩相低頻電流，磁場使鋼液中產(chǎn)生感應(yīng)電流，移動磁場與感應(yīng)電流相互作用，使鋼液在電動力的推動下，順著移動磁場移動的方向流動，從而使鋼液得到了攪拌。采用電磁攪拌的電弧爐，其爐底要用非磁性鋼板制成。為了改變電磁攪拌器的攪拌力，要求采用可調(diào)頻率的低頻電源，其頻率在0.3~0.5HZ內(nèi)調(diào)節(jié)。一般采用晶闡管變頻電源。需加裝電容器以提高功率因素，并加裝電抗器防止產(chǎn)生諧振。通過對電弧爐設(shè)備的電氣特性的分析，可以得出以下結(jié)論：a) 為使電弧爐工作中不發(fā)生斷弧現(xiàn)象，當(dāng)電流瞬時為零時，電弧電壓Uh必須大于引燃電壓。b) 為**短路電流，變壓器二次回路必須有一定的電抗值，功率因素不能過于接近1。對于普通電弧爐回路工作點(diǎn)的功率因素范圍在0.8~0.85之間；對于高功率的電弧爐，在0.7~0.8之間。c) 電壓閃變問題：用電負(fù)荷劇烈波動，造成供電系統(tǒng)瞬時電壓驟升驟降。3、電弧爐對電能質(zhì)量的影響電弧爐的冶煉過程分兩個階段，即熔化期和精煉期。在熔化期，相當(dāng)多的爐內(nèi)填料尚未熔化而呈塊狀固體，電弧阻抗不穩(wěn)定。有時因電極都插入熔化金屬中而在電極間形成金屬性短路，并且依靠電爐變壓器和所串電抗器的的總電抗來**短路電流，使之不超過電爐變壓器額定電流的2~3倍。不穩(wěn)定的短路狀態(tài)使得熔化期電流的波形變化極快，實(shí)際上每半個工頻周期的波形都不相同。在熔化初期以及熔化的不穩(wěn)定階段，電流波形不規(guī)律，故諧波含量大，主要是第2、3、4、5、6、7次諧波電流。據(jù)西北電研院實(shí)測，第2、3、5次諧波電流含有率常達(dá)5%~6%及以上，嚴(yán)重時可達(dá)20%以上。但當(dāng)某一次諧波電流達(dá)到很大值時，其他次諧波電流一般會是較小值。電弧爐電極間電壓的典型值在100~600V范圍，其中電極壓降約為40伏，電弧壓降約為12V/cm、電弧越長壓降越大。在熔化期電弧爐的電壓變化大，**高和**低電壓可相差2~5倍。由于電弧爐負(fù)荷的隨機(jī)性變化和非線性特征，尤其在熔化期產(chǎn)生隨機(jī)變化的諧波電流，除了離散頻譜外、還含有連續(xù)頻譜分量。含偶次諧波，表明電弧電流的正、負(fù)半周期不對稱；含連續(xù)頻譜和間諧波，表明電弧電流的變化帶有非周期的隨機(jī)性。在熔化期三相不平衡電流含有較大的負(fù)序分量。當(dāng)一相熄弧另兩相短路時，電流的基波負(fù)序分量與諧波的等值負(fù)序電流可達(dá)正序的50%~70%。這將引起公共供電點(diǎn)的電壓不平衡，對電機(jī)的安全運(yùn)行影響較大，尤其對大電機(jī)的影響更為嚴(yán)重。實(shí)際上電弧爐**重要的影響還不是諧波問題，而是電壓波動和閃變。大型電弧爐會引起對電網(wǎng)的劇烈擾動，有的大型爐的有功負(fù)荷波動，能夠激起鄰近的大型汽輪發(fā)電機(jī)的扭轉(zhuǎn)振蕩和電力系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線上的低頻振蕩。此類沖擊性負(fù)荷會引起電網(wǎng)電壓波動。頻率在6~12HZ范圍內(nèi)的電壓波動，即使只有1%，其引起的白熾燈照明的閃光，已足以使人感到不舒服，甚至有的人會感到難以忍受。尤其是電弧爐在接入短路容量相對較小的電網(wǎng)時，它所引起的電壓波動（有時還包括頻率波動）和三相電壓不平衡，會危害連接在其公共供電點(diǎn)的其他用戶的正常用電。電弧爐的基波負(fù)序電流也較大，熔化期平均負(fù)序電流為基波正序電流的20%左右。**大負(fù)序電流都發(fā)生在兩極短路時，但這時諧波電流含量不大。必須指出，電弧爐的電壓波形變化是隨機(jī)性的，所以當(dāng)數(shù)臺電弧爐同時運(yùn)轉(zhuǎn)時，它們引起的各種擾動不會和電弧爐的臺數(shù)成正比，而是要小一定數(shù)值，一臺30t的電弧爐的電能擾動影響比6臺5t電弧爐的影響要大得多。從閃變影響來講，6臺5t的電弧爐尚不及一臺10t爐的影響大。電弧爐的諧波影響也是主要取決于**大一臺爐的容量，而較少信賴多臺爐的總?cè)萘俊鴥?nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，"超高功率"電弧爐有時成為當(dāng)?shù)?*重要諧波源和多種擾動源。但對于短路容量很小的電網(wǎng)，小電弧爐也能成為重要的諧波源。以下是某電弧爐在熔化期的閃變和諧波的數(shù)據(jù)。被測設(shè)備：三相交流電弧爐，額定工作電壓：260V，額定電流：12000A，功率：5500Kw1）電弧煉鋼過程閃變測試上圖表示電弧開始熔化煉鋼時的電壓中含有大量的瞬態(tài)電壓浪涌，**大尖峰值達(dá)到448V，平均每小時的發(fā)生頻率達(dá)到633600次。上圖顯示即使在熔清狀態(tài)，電壓中仍然含有大量的閃變，達(dá)到168400次，尖峰值達(dá)到352V。2）電弧煉鋼過程諧波總畸變率測試通過對熔化期電壓諧波總畸變率進(jìn)行連續(xù)測試，得到如下數(shù)據(jù)：加料后熔化期初始的電壓諧波總畸變率27.4%加料后熔化期末期的電壓諧波總畸變率7.0%連續(xù)測試的電壓諧波總畸變率數(shù)據(jù)及變化如下圖表：爐號：1-4069Date：2003-12-14TimeTHDr9:54:4027.40%9:54:4423.00%9:54:4822.60%9:54:5319.00%9:54:5618.30%10:09:357.30%10:09:407.80%10:09:448.70%10:09:4811.30%10:09:538.40%10:09:577.00%