中低碳锰铁技术方案汇编.docx
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中低碳锰铁技术方案汇编
6300KVA中低碳锰铁精炼炉
技术方案
兰州西铁机械制造有限责任公司
2010年10月
总述
中低碳锰铁生产，国内成熟的工艺为电硅热法。
电硅热法生产中低碳锰铁是在精炼电炉中用锰矿对锰硅合金精炼脱硅（即用锰硅合金还原锰矿）而得到中低碳锰铁，这是目前冶炼中低碳锰铁的主要方法。
所炼中低碳锰铁的含碳量取决于锰硅合金的含碳量，电极和原料进入合金的碳极少。
由于炉料的状态不同，分为热装、冷装两种形式。
热装方式为：
上一车间生产的硅锰铁水，不用浇铸，使用牵引车直接进入本项目精炼车间，然后用天车将铁水浇入精炼电炉即开始生产中低碳锰铁。
冷装方式为：
将已浇铸好的成品块状硅锰产品破碎后，加入本项目精炼电炉后先融化后冶炼。
若业主已经建设了锰硅电炉，建议按热装方式生产，中低碳锰铁产品冶炼电耗低于580KWH/T；若无锰硅电炉，只能采用冷装方式，中碳锰铁产品电耗在1800KWH/T左右。
两种生产方式均采用电硅热法精炼电炉。
精炼电炉为间歇式生产，冶炼过程分补炉、引弧、加料、熔化、精炼和出铁几个时期。
根据国内冶炼中低碳锰铁先进经验，本项目采用两台6300KVA精炼炉，单台电炉日产55～60吨，两台电炉日产110～120吨；两台电炉年产量大于36000吨，与年产36000吨锰硅项目匹配。
一工艺说明
（一）原料
电硅热法生产中低碳锰铁的原料有锰矿、锰硅合金和石灰。
锰矿：
要求使用含Mn>40%，Mn/Fe>7,P<0.1,SiO2<15%的富锰氧化矿。
如果使用含锰低、含SiO2高的贫矿，不但锰的回收率低、脱硅慢、渣量大，而且很难炼出低碳锰铁
冶炼中低碳锰铁不宜采用烧结矿和富锰渣。
锰矿的粒度应不大于50mm，水分应小于6%。
锰矿水分对各项技术经济指标有一定的影响，例如用含水10.%～20%的锰矿与含水小于3%的同种锰矿相比，前者比后者锰的回收率低4～6%，产量低10%~20%，单位电耗高15%~20%。
锰硅合金：
中低碳锰铁的含碳量基本上取决于锰硅合金的含碳量，根据冶炼不同牌号的中低碳锰铁来确定所用锰硅合金的含碳量和与其相应的含硅量，生产上可通过不同含碳量的硅锰合金搭配，使其含碳量满足要求。
要求锰硅合金含锰越高越好。
在所炼产品含锰一定的条件下，所用锰硅合金含锰越高，锰矿的允许含铁量也越高，使用含铁高的锰矿，对加速脱硅、减少渣量和降低电耗是有
益的。
实践证明锰硅合金含锰每提高1%，所用锰矿含铁量允许提高0.7%~1%。
我国用于生产中低碳锰铁的锰硅合金含锰通常为67~69%。
采用冷装时，锰硅合金的粒度小于30mm，并去掉高碳层。
采用液态锰硅合金兑入法，热兑时将渣扒干净。
石灰：
生产中低碳锰铁所用的石灰，要求含CaO>85%,P<0.02%,SiO2<3%，粒度8～40mm。
不得带有碳质夹杂物，不应使用粉状、未烧透的石灰。
（二）冶炼原理
炉料中的锰矿石在受热过程中，锰的高价氧化物随着温度的升高逐步分解，变成低价氧化物。
锰矿受热分解生成Mn3O4,以后，在继续升温的同时，部分高价氧化物直接与硅反应生成低价氧化物或锰金属，其反应如下：
2Mn3O4+Si=6MnO+SiO2
Mn3O4+2Si=3Mn+2SiO2
未被还原的Mn3O4受热分解成MnO，熔化进入炉渣中，继续被合金溶液中的硅还原，其反应式为：
2MnO+Si=2Mn+SiO2CaO
由于反应生成物MnO与SiO2结合成硅酸盐（MnO·SiO2），造成反应物MnO的活度降低，正向反应变得困难。
为了提高MnO的还原效果，提高锰的回收率，需要在炉料中配入一定量的石灰，将MnO从硅酸锰盐中置换出来。
其反应式为：
MnO·SiO2+CaO=MnO+CaOSiO2
富锰渣或锰矿是锰的氧化物的来源。
使用富锰渣时能得到较低磷含量的中低碳锰铁，但是富锰渣中的SiO2较高,MnO以2MnO·SiO2状态存在，MnO的还原较困难，而锰矿中的锰多以MnO2的形式存在，MnO2在炉内受热分解成Mn3O4
根据熔炼进行的反应来看，加入石灰对提高炉渣碱度是有利的。
但是碱度不宜过高，因为碱度过高，会增加渣量使炉渣变稠，反应不活跃，同时还会使炉温升高，电耗增加，锰的挥发损失也增加。
因此实际生产中通常把炉渣碱度
（CaO+MgO）/SiO2控制在1.3～1.7的范围内。
（三）冶炼工艺
生产中低碳锰铁的传统方法，采用的精炼炉多为倾动式的石墨电极精炼炉。
中低碳锰铁的冶炼过程分补炉、引弧、加料、熔化、精炼和出铁几个时期。
补炉：
炉衬用镁质材料筑成（镁砖或镁质捣打料）。
由于炉衬经常处于高温下工作，即要承受炉渣和金属的侵蚀，又受到电弧高温的作用，因而炉底和炉膛随着冶炼时间的延长而逐渐变薄，尤其是出铁口更易损坏。
为了保护炉衬，在上一炉出完铁后，要立即进行堵出铁口和补炉。
引弧、加料和熔化：
补炉结束后加入石灰，随之加部分锰硅合金引弧，再将其余混合料一次加入炉内。
炉料加完后，电力可给至满负荷。
为减少热损并缩短熔化期，要及时将炉
膛边缘的炉料推向电极附近和炉心，但要防止翻渣和喷溅。
待炉料基本熔清后（此时合金含硅已降至3~6%，炉渣碱度和含锰量也接近终渣），便进入精炼期。
精炼：
由于在熔化末期炉渣温度已达到1500~1600℃，脱硅反应已基本结束，故精炼期脱硅速度减慢。
为加速脱硅，缩短精炼时间，应对熔池进行多次搅拌，并定时取样判断合金含硅量，确定出铁时间。
合金含硅量一般控制在1.5～2.0%的范围内。
合金含硅量可通过肉眼观察合金试样在冷凝过程中的表面和断面特征来判断：
当合金含硅量小于0.8%，液体试样黏稠，流动性不好，试样表面皱纹多，断面暗，结晶细，易打碎；当合金含硅在1.5～2.0%时，试样表面黑皮部分剥落，结晶细密，断口呈灰白色，有光泽，不易碎；当合金含硅量大于2.0%时，液体试样流动性好，试样表面光滑，没有皱纹，试样表面黑皮几乎全部剥落，断口呈玻璃状，无结晶，不易打碎，此时应继续精炼。
当精炼一段时间后，合金含硅量还高，可往炉内加入一些锰矿和石灰，继续精炼至含硅量合格后方可出炉。
延长精炼时间，能使渣中含锰量降低，但会导致锰的挥发损失和电能消耗的增加。
因此不宜过分强调渣中含锰量。
出铁：
当合金含硅量基本达到要求时，即可停电进行镇静，使渣中金属粒充分沉降，然后出铁。
出铁时，合金和炉渣一起流入铁水包，由于出铁时炉渣和合金间产生混冲作用，
所以在炉外还可脱去0.2~1%的硅。
与高碳锰铁相同，使用的铁水包必须定期挂渣并轮换使用。
由于合金性脆，冷却越快就越脆，且不致密，因而小型电炉常采用盖渣保温浇注。
从炉内流出的合金与炉渣同时流至用镁砂盐卤拍实的砂包中，多余的炉渣流入与之串联的渣包内，合金在砂包中渣的覆盖下凝固冷却。
熔炼中低碳锰铁时，（CaO+MgO）/SiO2控制在1.3～1.7范围内。
如碱度过高，电弧长，响声大，化料速度慢，炉墙挂渣多，炉口冒棕色浓烟，渣稠，渣铁难分离，炉渣冷却
后易粉化；如碱度过低，电极不露弧，响声小，化料速度快，渣稀、流动性好，炉衬侵蚀严重，渣铁易分离，冷却后炉渣基本不粉化。
冶炼中低碳锰铁要根据熔化期和精炼期的特点来供给电炉的电力负荷。
为了加速炉料熔化，熔化期应给满负荷；为了减少热量和锰的挥发损失，精炼期应降低负荷。
电力负荷大小可通过改变电流或电压值来实现。
为了降低电耗，提高生产率和减少锰的挥发损失，建议本项目采用热装法生产中低碳锰铁。
锰硅热装法是把从矿热炉出炉的液态锰硅合金直接加入已装有锰矿和石灰的精炼电炉中，然后通电熔化。
由于利用液态锰硅合金的热能，预先装好的锰矿和石灰以固体状态悬浮于熔融锰硅合金中，使锰矿与硅锰合金急速反应，这样不仅进行主要的脱硅反应，而且也促进脱磷、脱碳反应的进行，提高了脱碳率和脱磷率。
该方法要求锰矿含水量小于5%，否则当液态锰硅合金注入时，由于水分的急剧蒸发，会产生喷溅，
以至出现爆炸性沸腾，带来操作上的危险，同时增加了炉衬的侵蚀及
二设备技术方案
本项目铁合金精炼炉采用炉盖固定式顶部加料，出铁槽出铁，连体式地坑安装结构型式的电弧炉。
电炉操作方式为左右操作各一台。
1电炉设备主要技术参数如下：
1.1炉体
炉壳内径φ5600mm
炉壳高度3600mm
1.2倾动装置
出钢/出渣倾角（最大）45°/15°
倾动速度1°/s
1.3电极升降装置
石墨电极直径φ500mm
石墨电极分布圆直径φ1550mm±100（待定）
电极最大行程2000mm
电极上升速度1.6m/min
电极下降速度1m/min
电极升降调节方式比例阀控制
1.4液压系统
系统工作压力8Mpa
系统工作介质水-乙二醇
1.5电炉变压器
变压器额定容量6300KVA
一次电压35KV
二次电压350～200V10-15级（全恒功率）
调压方式有载调压
变压器二次额定电流10393～18187A
变压器二次端子出线方式顶出线
冷却方式油水冷却器
1.6短网三相不平衡系数≤4%
1.7冷却水系统
冷却水进水压力开环0.4Mpa
冷却水进水温度≤35℃
冷却水出水温度≤55℃
冷却水耗量～200m3/h
冷却水质一般工业净化水
项目一般工业用水
PH值 6～8
悬浮性固体＜10mg/L
总硬度＜10度
氯离子平均＜60mg/L
可溶性固体＜100mg/L
电导率＜μ500s/cm
2电炉主要设备及技术指标
2.1、机械设备说明
2.1.1炉体
炉体由炉壳、前观察口机构、出铁槽等组成。
炉壳由25mm厚的16Mn钢板组焊而成。
采用耐火材料炉衬。
炉壳与倾动平台通过斜销连接固定。
炉壳顶部设有沙封槽。
前观察口机构由炉门及其启闭机构组成，采用手动方式驱动。
出铁槽有法兰与炉体相联，拆装维护方便。
2.1.2炉盖
炉盖为水冷管式结构，由大炉盖和三电极孔小炉盖构成。
大炉盖为整体式结构，采用管壁厚为8mm以上的无缝管制成，小炉盖为不锈钢管制作的全管式结构，采用硬管与大炉盖连接（可拆卸式）；炉盖共分为6路进出水，各路水量分别控制，出水温度监测。
炉盖内表面有挂渣钉。
大盖上设有受料孔，受料孔上装有翻板阀封闭烟气。
炉盖与炉体通过斜销连接固定。
2.1.3倾炉装置
倾炉装置由倾动轨道、倾炉油缸、倾动平台及其水平支撑机构和炉盖旋开支撑机构组成。
倾动轨道为钢板组焊结构，其底面与基础固定，上平面设置啮合孔。
倾动平台由钢板组焊而成，用于支撑炉体和电炉上部结构。
倾动平台下方的弧形轨道上的齿销与倾动轨道上的啮合孔相配合，实现炉体滚动前倾、后倾动作。
倾动油缸为驱动倾动平台提供驱动力。
其下端与基础固定，上端与倾动平台联结。
水平支撑机构由油缸和支撑柱组成。
水平支撑机构用于电炉正常冶炼状态下水平稳定支撑。
2.1.4电极升降装置
该装置由电极升降油缸、升降立柱、及其导向滚轮组、电极横臂、绝缘构件等组成。
升降油缸安装于升降立柱内部，一端与升降立柱相联，通过液压驱动立柱，带动电极臂升降。
其产品为山西榆次或西飞厂产品。
升降立柱由无缝钢管与立柱轨道焊接而成。
升降立柱通过上下两组导向滚轮牢牢垂直定位于旋转架上，使其只能沿垂直方向运动。
导向滚轮由滚轮、轴承、轴承座等组成。
用于升降立柱的垂直定位。
电极横臂由铜钢复合板制造的导电横臂，内通水冷却，电流密度为3.5A/平方毫米。
导电横臂的前端装有电极把持机构，把持器油缸置于导电横臂前端的内部。
电极抱环由非磁性耐热钢制造（1Cr18Ni9Ti），且为水冷结构。
横臂前端装有自动吹灰装置。
电极夹头采用铬青铜材质锻造,
2.1.5电极导向架
电极导向架作为电极升降装置的支撑结构，由钢板和型钢组焊而成，分上下两层平台，整体安装于倾动平台上。
导向架下部设有安装升降油缸的托梁。
托梁设计成可拆式结构，便于安装与运输。
2.1.6液压系统
液压系统设计考虑到系统和设备的安全性和可靠性，其介质采用水乙二醇。
系统配置相当数量的蓄能器，以保证事故状态的应急操作。
电极升降系统采用电液比例阀，三用一备，比例阀采用进口产品（美国派克牌）。
液压装置由泵站、阀站、蓄能器、液压控制柜等组成。
液压源采用进口恒压变量泵，两用一备。
油箱采用不锈钢油箱（液压件厂家为上海704厂，阀件采用集成块式），具备过滤、加热、冷却等全部功能。
液压系统工作压力10Mpa，介质为水—乙二醇。
2.1.7冷却水系统
冷却水系统供给炉盖圈、炉门、导电横臂、电极夹头、短网系统等，各路用水点均采用无压回水，总进水管设有温度及压力仪表。
系统包括水分配器、阀门、管线及相关仪表。
2.1.8短网装置
该装置由补偿器、铜管及其非磁性支撑架、绝缘件及水冷软电缆组成。
该装置构成变压器二次大电流输电通路，通过导电横臂和石墨电极完成电能输送功能。
水冷电缆电流密度不超过3.5A/平方毫米,其它铜件电流密度不超过1.7A/mm2。
三相阻抗不平衡度：
＜5%
2.1.9炉顶加料系统
炉顶设置三个加料仓、两个6立方米、一个3立方米，每个料仓设一个气动插板阀，料仓下设两个气动旋转料管，可将炉料加入到炉内。
具有气动阀门，可开、闭完成炉料的加入。
2.2、电气设备说明
2.2.135KV高压供电系统
高压供电系统由隔离开关、电压互感器、高压真空断路器、电流互感器、氧化锌避雷器、放电计数器、永磁式操作机构等组成。
高压室安装高压开关柜。
高压系统向电炉提供35KV主电源，并可进行主回路短路保护，在高压回路设置吸收装置吸收操作过电压及浪涌电压，以保护变压器。
氧化锌避雷器能够进行防雷击保护。
2.2.2电炉变压器
包括变压器本体、有载调压开关及油水冷却器。
调压开关选用上海华明产品。
变压器具有一下特点：
①有一定的过载能力。
②有足够的机械强度，保护能承受经常的工作短路的冲击。
③恒电流输出的能力。
2.2.3低压控制装置
低压供电系统由低压供电、低压电气控制、电极调节器三部分组成。
其中低压供电主要包括低压动力柜、液压操作台；低压电气控制主要包括炉体控制、炉前操作台、炉后操作台、液压操作箱等设备。
①低压供电：
低压动力柜由低压断路器、交流接触器、硅整流柜、电压、电流表及其它相关电气元件等组成。
液压控制台由低压断路器、交流接触器、电源及其他相关元件组成。
②低压控制系统：
变压器运行及保护的继电器保护柜；变压器手动调压；炉体动作控制及连锁保护；系统故障报警；液压泵站运行控制。
炉前操作台包括炉体出铁、出渣倾动、炉盖旋转、水平支撑打开/关闭、水平锁定打开/关闭、三相电极夹紧/放松等，部分功能主操作台也能控制。
现场操作箱包括炉后操作箱、液压站操作箱；炉后操作箱能够现场操作，炉体出铁/出渣倾动可实现现场手动启动停液压泵和循环以及加热器。
③仪器仪表主要包括各台柜电量计量仪表和现场仪表。
④电极调节器：
电极调节器采用PLC调节器系统，PLC调节器安装于电极调节器控制柜内。
主要由PLC、中间继电器、过流继电器、电阻、熔断器、低压断路器及其他相关电气元件组成。
（PLC为西门子产品）。
调节器将主操作台的电极升降控制信号；灵敏度增减信号；炉前台的炉盖升降信号以及低压侧弧流；弧压信号；变压器档位信号；三相电极上、下限信号；炉盖上、下限信号等送入调节器PLC输入模块，经PLC软件程序处理后，模拟量控制输出通过模块送给液压系统的放大板，开关量输出经中间继电器再由中间继电器控制电气执行元件电磁阀，最终控制横臂升降的目的。
PLC电极升降调节系统，按照最佳功率曲线进行控制，完成冶炼过程自动化。
电极升降调节系统采用人工优先的控制方式。
PLC调节器主要技术指标：
电极最大升降速度：
上升速度1.6m/min
下降速度1m/min
电极升降响应时间：
启动时间≤0.15S
制动时间≤0.1S
电弧电流整顶范围在额定电流的30%—130%连续可调
参数整定范围非灵敏区5—10%自适应
⑤主操作台
完成高压真空开关分和闸；手动/自动操作电极升级；操作变压器（有载开关）远程换档；故障复位；灵敏度调节；功率给定调节等。
⑥计算机操作站
电炉计算机操作站主要对电炉系统的运行状态进行监控，通过网络总线采集电极升降自动调节系统，电炉本体等各种模拟量、开关量信号、采集的数据经计算机处理后，在大屏幕显示器上实时显示各种工况画面、参数、曲线，故障报警并可生成和打印生产报表及其它信息。
操作站可对电炉进行操作和控制，并通过以太网与服务器进行通讯。
操作站模拟的工况主要如下：
·电极升降位置
·供电系统状态
·液压系统状态
·冷却水系统报警
·报警及事故记录
·历史趋势
·打印报表
3电炉主要设备明细
3.1电炉设备明细表
序号
名称
规格型号
数量
备注
1
电炉变压器
6300kVA/35kV
一套
有载调压
2
高压控制系统
35kV
一套
3
低压控制系统
一套
4
WPL-Y-YCI调节器
一套
5
工控机
一套
研华
6
短网
一套
7
大截面水冷电缆
一套
6根
8
tkeiteasy轻松；不紧张；从容铜钢复合导电横臂
infavourof赞成；支持
一套
△axen.斧；斧子
9
frequentadj.频繁的；常见的炉体
一套
△immigrantn.（从外国移入的）移民
10
电极升降系统
一套
11
电极导向架
anumberof若干；许多
pregnantadj.怀孕的一套
accountfor导致；做出解释
12
过失；责备倾炉机构
△livelihoodn.生计；谋生一套
13
液压系统
一套
进口比例阀
14
炉盖
一套
管式
三角区炉盖
不锈钢管式
15
水冷装置
一套
16
炉顶加料系统
一套
3.2电炉本体辅助设备明细
a）石墨电极及接头
b）耐火材料（主要用于筑炉）
c）液压介质及液压站
d）各种予埋件
3.3供水供电
可以共用供水供电系统，在设计时共同考虑锰硅项目和中低碳项目用水量及用电量。
4、除尘系统
由于精炼电炉在出铁过程中炉体旋转，而这时烟气量最大，为保证除尘效果要求除尘系统捕集罩随电炉同步运动。
故采用的除尘系统较严格。
4.1除尘系统主要设施如下：
序号设备名称数量
1微碳铬电弧炉烟气捕集系统1套
2除尘系统管路部分1套
3除尘系统布袋除尘器1台
4主风机1台
5变频调速装置1台
6PLC自控系统1套
7压气机构1套
8风机房、电控室、设备基础，乙方提供
工艺设计，甲方施工。
9除尘系统排气筒1套
10除尘系统相关其他装置
4．2供水供电等条件：
供电来源业主变电所，采用380V电源；使用0.6Mpa压缩空气系统；主风机冷却水须单独供、回水系统，用水量3m3/h。
4.3设计要求：
4.3.1除尘系统工艺技术
采用先进的、应用成熟可靠的、并适合业主厂房条件和电弧炉冶炼特点的技术方案。
4.3.2烟尘捕集系统
微碳铬电弧炉烟气捕集装置利用侧吸罩加双回转伸缩管捕集方式，满足捕集效率达到95%且不影响生产操作，保证风机、电机匹配合理。
4.3.4布袋除尘器部分
利用除尘效率高、阻力较低、喷吹效果好、易于清灰，在国内已长期应用且运行可靠的低压脉冲布袋除尘器。
滤袋在正常冶炼工况下，保证使用二年。
4.3.4控制部分
主风机采用变频调速装置
PLC自控装置利用人机界面、直观、良好。
性能稳定可靠，配置的操作软件适合除尘系统的工况和特点，以控制和监测整体系统的工作过程。
4.5.除尘系统主要技术要求：
4.5.1烟尘捕集率≥95%
4.5.2除尘器效率≥98%
4.5.3排放浓度≤50mg/Nm3
4.5.4岗位粉尘≤10mg/Nm3（减本底）
4.5.5以上技术要求由据备资质的主管的环保部门监测确定。
三主厂房建筑
冶炼跨：
跨度21米，高度24米，长度72米；
浇铸跨：
跨度18米，长度72米；
成品跨：
跨度18米，长度72米；
原料库：
跨度36米，长度72米。
四精炼炉工程进度表
序
项目
工程进度总工期（周）
号
名称
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
1
方案设计
1周
2
施工图设计
1个月
3
设备制造及定货
3个月
4
土建施工
3个月
5
供货运输
1周
6
安装
3周
7
调试
1周
五设备及建设费用估算
本项目按两台6300KVA精炼炉设计，主体设备及主要厂房费用估算如下：
电炉主体（包括机械部分和电控系统）：
495万元/台
电炉炉衬:
56万元/台
电炉供水系统：
85万元/套
除尘系统：
540万元/两台电炉
检化验设备：
与锰硅项目公用
主厂房：
1350万元（两台电炉车间）
辅助设施：
与锰硅项目公用
水冲渣池98万元
以上合计：
3175万元。
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