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高碳锰铁-铁合金生产技术的发展趋向!

近年来,随着钢铁工业的发展和科学技术的进步,高碳锰铁世界铁合金工业生产在品 种、冶炼工艺、技术装备、节能降耗、环境保护、能量回收和资源综合利用等技术方面都有迅速的发展和突破。整体基本呈以下几个趋势发展:铁合金产品发生结构型的变化,品种面向多元化,总发展趋势可谓:增加品种,充分利用合金元素;合理利用资源,产品向复合或多元化方向发展;降低合金中有害杂质物,向纯净化方向发展;缩短工艺流程,降低能耗,提高 生产效率,进而降低生产消耗和成本。炼钢中连铸生产比例越来越大,导致锰硅复合合金的消耗量不断地增多;氩氧炼钢设备增多,使得低碳铬铁在铬铁消耗中的比例逐年下降,高碳铬铁比例上升;由于钙有优异的脱氧和脱硫作用,以及它能改变钢中夹杂物的形态,故硅钙合金的用量不断增加,含钙和含钡的多元硅系合金的应用也日益广泛;不锈钢与低合金高强度钢的需要量将会不断增长,因此对铬、镍、钒、铌、钼、钛和稀土等类合金需求量的增长将超过普通钢的增长 速度;除传统产品外,人们又研制出不少新的铁合金品种,如含有钡、镁、锶、稀土的硅系 复合脱氧剂、孕育剂与铸铁球化剂,以及作为合金元素添加用的氧化物、碳化物、氮化物 等;为满足钢包合金化和喷射冶金的需要,近年来已生产出各种粒状、粉状铁合金、包芯 线产品以及含多种成分的压块铁合金与发热铁合金等。

精料技术,精料是电炉铁合金增产节电的重要环节。近10多年来,铁合金电炉生产采用精料的水平有了明显的提高,各国都在重视并相应采取了许多行之有效的措施。采用优质组合碳质还原剂 采用优质组合碳质还原剂,搭配气煤焦和烟煤,代替一部分冶金焦,这是国内外的一 项成熟操作技术。近年来,我国大中型硅铁电炉已普遍地使用以冶金焦为主,适量搭配气煤焦、蓝炭、半焦及烟煤等组合型碳质还原剂冶炼75硅铁,获得了优质高产节电的经济效果,一般每吨硅铁产品可节电约700-1000度。

改善入炉矿石的制备技术 。铁合金电炉正常操作,尤其是大、中型还原电炉,要求炉料具有合适的块度以确保良好的透气性。当前优质块状锰矿和铬矿的供应日趋减少,为适应这一情况,国内外已应用了多种造块技术,以有效地利用粉矿和精矿,并获得较好的冶炼指标。例如:采用带式烧结机对锰矿进行烧结成块,已较普遍地应用于许多锰铁生产厂家。锰矿的烧结球团也逐渐地被一些厂家所采用。为节省燃料,现多数的工厂应用冷粘结球 团和冷压块(含冷压球)。基于铬矿的熔点较高,使用烧结法有一定困难。因此目前多采用球团法。有些厂家使用预还原后的金属化热球团,可以大幅度地降低高碳铬铁冶炼电耗。近10多年来,使用铬矿冷压块料冶炼高碳铬铁和硅铬合金都获得了很好的技术和经济效果, 如铬回收率、电耗和矿耗等方面都好于或等同于块状铬矿。

硅铁生产的原料制备,主要是选用优质组合碳质还原剂。同时越来越多地对硅石和含铁材料的化学与物理性能给予重视,其中优选高品位、热稳定性能及还原性能好的硅石,并应做到入炉前进行水洗筛分及预焙烧处理。对含铁料,除普遍应用碳素钢屑 外,人们越来越关注铁精矿球团、铁鳞及铁鳞球团的使用。尤其是大型硅铁电炉为实现 机械化原料输送和自动化加料操作必须优先选用。

采用高效率的大型还原电炉,提高技术装备水平,还原电炉的大型化、连续作业 ,国外新建的用于生产硅铁、高碳锰铁、锰硅合金及高碳铬铁“四种大宗 产品”的电炉容量普遍增大。60年代兴建投产的大电炉容量在20000-40000KVA。70年代以来建设的大电炉一般在40000-75000KVA,个别炉容还大。目前世界上大的硅铁和高碳铬铁电炉容量分别为96000KVA/105000KVA。

采用全封闭式还原电炉并回收煤气。冶炼高碳锰铁、锰硅合金和高碳铬铁的大、中型还原电炉大都应选用全封闭式电炉 或将敞口炉改造为全封闭式电炉,回收煤气并对污水进行处理。将回收的煤气用于干燥或用来预热 和预还原矿石,致使冶炼电耗下降,并实现二次能源的综合利用。目前,世界上冶炼高碳锰铁和锰硅合金全封闭式电炉的大容量分别为 81000KVA和 88000KVA。我国自60年代开始先后自主开发了 9000、12500、16500及 25000KVA 全封闭式电炉技术,其中大都设置了煤气回收和污水处理设施,高碳锰铁价格回收煤气已用于焙烧、干燥矿石等。

应用电子计算机控制电炉冶炼过程,国外应用计算机控制电炉生产全过程,如配料、上料及加料,电炉电极压放、功率调节,冷却水及烟气(煤气)净化系统等控制功能,可提高电炉工作负荷和作业率,避免操作失误所引起的炉况波动和设备事故。采用连续法冶炼硅钙合金的新技术,目前,世界上生产硅钙合金的先进工艺是连续冶炼技术,法国波兹尔电冶 · 金公司和意大利公司的硅钙合金生产均属于此法。这种工艺是选用石灰石、焦炭及烟煤为炉料,在较大型还原电炉内进行连续冶炼,其冶炼周期(炉役寿命)达5年以上, 产品含钙>30%,产品电耗11000度。比我国现行的硅钙合金生产工艺可节电2000-3000度。

采用一步法冶炼硅铬合金,一步法生产硅铬合金,即采用铬矿、硅石及还原剂为炉料在还原电炉内直接生产硅 铬合金。此工艺技术的突出优点在于简化了工艺流程(原电硅热工艺为二步法),不需炉外降碳处理,提高了铬回收率,因此国外较普遍地采用一步法生产硅铬合金。但由于对原料要求严格及操作技术有一定难度,所以我国有条件的企业已采用这一较为先进的工艺技术,而多数厂仍沿用电硅热法生产硅铬合金。 

采用热兑法(波伦法)生产中低碳锰铁,国外采用优质锰矿和液态锰硅合金在摇炉中热兑生产中低碳锰铁,在提高锰回收率和节电方面取得了良好效果,是值得推广应用的节能工艺技术。我国吉林、上海、锦州及遵义铁合金厂等先后采用热兑法生产中碳锰铁,其工艺稳定可靠,同传统的电硅热法相比每吨产品节省300-500度。锰回收率达 80%以上。 采用热兑法(波伦法)生产微碳铬铁,国外普遍采用以铬矿-石灰熔体与液态或固态硅铬合金进行热装热兑生产微碳铬铁的工艺技术,其主要优点是产品质量好、铬回收率高、电耗低。近年来,我国几家铁合金厂先后建成了热兑法微碳铬铁车间,经几年的试产取得了 较好的技术经济效果。 

铁合金直流还原电炉技术(含中空电极技术),直流还原电炉冶炼铁合金是近几年来发展起来的一项新技术。它采用单电极、双电极、三电极及其以上顶电极和无底电极的直流电炉技术。它与交流还原炉相比具有可直接利用粉矿15-20%、每吨产品节电 5-8%。功率因数高、线路上的电损耗较低、运行噪声较小等优点。近年来,我国铁合金直流电炉冶炼技术有较大发展。铁合金熔融还原新技术,熔融还原是用碳或以碳为主的还原剂进行还原金属氧化物熔体的工艺,铁合金生产可以从消费巨额电能转变成以煤为主要能源的一项新技术。目前国外应用此项技术冶 炼高碳锰铁及高碳铬铁,其主要特点是工艺流程短、可直接使用粉矿和煤粉作炉料,并可 提高产品主元素回收率。

等离子炉冶炼新技术,等离子炉冶炼是一项铁合金生产的高新技术,其主要技术特点是采用粉矿、粉焦、粉煤以及熔剂为炉料进行还原冶炼。国外已应用此技术生产铬铁、硅铁及工业硅等产品。低频供电设备技术的开发与应用,在传统的铁合金电炉变压器二次侧与短网之间加装低频供电装置,将工频(50HZ)变为低频(0.05-12.5HZ)输电。该设备技术有效地提高电炉系统功率因数>0.9, 并降低有功损耗,起到节电增产的显著效果。

环境保护及综合利用,铁合金企业的环境保护主要是对“三废”及噪声的治理,消除对环境的污染。工业发达国家中铁合金生产对环境的污染问题已基本解决。其主要措施: 半封闭式电炉的废气的利用和除尘工艺的实现,尤其是在硅铁和工业硅生产进 行了消烟除尘,回收的硅粉在建材、化工等行业应用; 锰铁和铬铁电炉全封闭式电炉,煤气被净化后用于化工生 产和用于干燥、烧结及造球。铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘的处理。 废水的净化。软水闭路循环系统。工业废物(含废渣)的有效利用等。

就总体而言,我国铁合金企业的环保及综合利用是比较落后的,硅铁电炉绝大部分 还是敞口炉,锰铁和铬铁电炉已封闭的尚属少数,这样不仅炉气中的热能未能回收,还大量散发烟尘。就吉林、上海、湖南、遵义等几家铁合金厂已实施封闭的电炉而言,其煤 回收及利用、污水处理也未彻底解决。原料、产品输送和加工过程中的粉尘,出铁、浇铸 过程中的烟尘也未妥善处理和加以回收利用。高炉锰铁虽已在减少荒煤气放散、煤气的洗涤净化与利用以及污水处理、炉渣利用等方面取得一些成果,但离有关要求差距甚大。高碳锰铁其他铁合金产品,如铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘也未得到彻底根治

高碳锰铁