鈦渣冶煉爐新工藝介紹

關(guān)于鈦渣冶煉爐的新工藝介紹前

言本方案瞄準國際先進技術(shù)，借鑒國內(nèi)引進的成敗實例，結(jié)合我團隊自主研發(fā)并已成熟應(yīng)用的成果而制定。本方案所采用的各種“非常規(guī)”措施，最終將體現(xiàn)為：1.節(jié)能，比常規(guī)交流電爐耗電低25%真正實現(xiàn)低成本運行；2.生產(chǎn)環(huán)境優(yōu)良，低噪音、全密閉，突顯“人性化”，尾氣排放可滿足新國標；由于工藝上的改革除塵器過濾面積管面積機及功率傳統(tǒng)工藝的除塵器相比1/8并且通過新工藝，使被過濾的煙氣溫度有效、可靠地控制在200以下，促使濾袋壽命成倍地延長。3.生產(chǎn)過程簡化，實行計算機控制，在原編制上可大幅削減冶煉工人；4.電爐設(shè)計上，傾向于多功能——滿足冶煉多種產(chǎn)品（隨意可調(diào)的寬幅電壓）；5.產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量特別穩(wěn)定、易控。6.電爐本體故障率特低，平時只需巡視和加注潤滑等基本保養(yǎng)。本方案其它特點：1.獨創(chuàng)的底電極結(jié)構(gòu)，從根本上杜絕了銅質(zhì)針刺因高溫頻繁燒蝕的斷電事故，徹底保障了導(dǎo)電可靠性。2.電爐功率因數(shù)高（只考慮動力補償）；同時，在電氣設(shè)計上已消除了諧波危害。3.采用可控硅整流方式，能很方便地化解凝爐（非正常停電）、因SiC沉積造成的爐底上漲現(xiàn)象。4.原料連續(xù)入爐、大容量電爐可實現(xiàn)產(chǎn)品連續(xù)出爐。5.利用電爐產(chǎn)生的高溫煙氣烘干原料及煤氣回收發(fā)電技術(shù)。煙氣進入原料干燥裝置降溫后，再進除塵器除塵，由煤氣風機送至煤氣發(fā)電車間，全程安全可控。根據(jù)國家對鐵合金、電石等冶煉行業(yè)的準入限制，為適應(yīng)國家可能出臺的新政策，綜合考慮鈦渣爐性價比，建議鈦渣爐的單臺容量2。工信部規(guī)定，容量在6300KVA以下的交流礦熱爐逐步淘汰，新上的交流礦熱爐容量必須≥直流爐容量≥內(nèi)蒙、貴州及四川攀枝花等地已經(jīng)在落實。一臺萬空心電極直流密閉爐產(chǎn)品鈦渣67000噸右5000噸左右。與傳統(tǒng)冶煉方式相比，生產(chǎn)一噸主產(chǎn)品可節(jié)省電能度。建造一臺生產(chǎn)鈦渣的2萬KVA心電極直流密閉爐，約需人民幣萬元。投產(chǎn)后1年即可收回投資。直流密閉爐節(jié)能效果顯著國內(nèi)首創(chuàng)設(shè)單位可以向國家工信部申報節(jié)能減排項目，尋求國家獎勵或資助。貴州興義某企業(yè)計劃新建30000KVA密閉直流鐵合金爐，已獲得當?shù)卣?億元的貼息貸款扶植卓資縣一鐵合金企業(yè)新建一臺

密閉直流鐵合金爐，已獲得當?shù)卣?萬元資助，正在向工信部申請立項。目前，發(fā)達國家中的鈦渣爐，容量都比較大，多采用全封閉，濕法除塵和回收煤氣，并向干法除塵轉(zhuǎn)變這些大型電爐采用計算機進行控制從原料準備到產(chǎn)品出爐全過程自動化，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，環(huán)保設(shè)施完善，有利于資源的綜合利用，也是中國鈦渣生產(chǎn)發(fā)展的方向。國內(nèi)某企業(yè)從南非引進的3萬kVA全密閉直流高鈦渣爐，已經(jīng)將高鈦渣的噸產(chǎn)電耗從國內(nèi)普遍的3500kwh/t～4500kwh/t降至2600kwh/t～2800kwh/t，大大降低了生產(chǎn)成本（注由于該企業(yè)對引進技術(shù)吸收消化嚴重不足，加之過份神秘化的保密隔絕，導(dǎo)致試生產(chǎn)周期特長，生產(chǎn)時斷時續(xù)。不久前，此高鈦渣爐爐底熔穿目前正停產(chǎn)維修。該企業(yè)的負責人在接待國家工信部考察人員時介紹說：技術(shù)指標是非常先進的，政治上豐收，經(jīng)濟效益趨于零）。國內(nèi)鈦渣冶煉通常采用三相交流敞口電爐或半密閉電爐，一次性加料生產(chǎn)工藝，污染嚴重、熱輻射高、操作環(huán)境惡劣。爐膛熱量直接從爐口或煙道散出，電爐熱損失大，容易造成除塵器布袋的燒蝕。三相交流電爐的三根電極之間的電流為平面流動形式，由于爐料的導(dǎo)電性，而不能選用較高的二次電壓，否則會出現(xiàn)電極不能深插，爐底溫度低的現(xiàn)象，使得積造成爐底上漲。交流電爐爐膛的深、徑比小，每次排渣或出鐵水后，爐內(nèi)溫度下降快，當下一爐的生料加入后，需要焙燒一段時間以提高爐溫，增大了耗電量。綜合上述幾個原因，使得國內(nèi)鈦渣、工業(yè)硅、鐵合金及電石等冶煉成本居高不下，市場競爭力低。目前世界上最為先進的冶煉方法，是密閉直流電爐空心電極連續(xù)加料冶煉方式。密閉直流電爐空心電極粉料連續(xù)入爐冶煉工藝具有如下優(yōu)點：⑴爐膛密閉，無外部空氣進入，煙氣量小，除塵設(shè)備負擔小。⑵密閉電爐無外部空氣進入，冶煉操作在密閉的高還原性氣氛下進行，降低了電極的高溫氧化和還原劑的氧化燒損?？梢怨?jié)省電極消耗達以上。⑶富含一氧化碳的高溫煙氣，顯熱直接用來干燥礦粉，降低礦粉中的水分，充分利用煙氣的熱量比半密閉/敞口爐的潮礦入爐減少了電能消耗降溫除塵后的一氧化碳氣體可以用來驅(qū)動燃氣發(fā)電機發(fā)電，能源得到綜合利用。⑷粉料連續(xù)入爐，原料和還原劑均為粉末，物料反應(yīng)的表面積增大。物料直接進入熔池，在液態(tài)下進行還原反應(yīng)，還原反應(yīng)充分、速度快——“瞬間還原”。⑸粉料連續(xù)入爐，省去繁重的搗爐作業(yè)，減輕了勞動強度，改善了工作環(huán)境。⑹直流電爐爐膛的/徑比大于交流電爐的/比，即相同容量直流電爐的爐膛比交流電爐深，直徑比交流電爐小，熱量集中，熱損失小。⑺直流電爐爐膛深/徑比大，爐膛表面積小，比交流電爐節(jié)省爐襯材料。⑻直流電爐爐底作為導(dǎo)電電極，使電弧引向爐底，直流電流對熔池具有上下運動的電

磁攪拌作用，使熔池上下層溫度均勻，大大改善金屬氧化物高溫還原反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，消除了爐底上漲的可能。⑼直流電爐的頂電極位于爐膛中心，產(chǎn)生的電弧對爐襯的高溫輻射燒損小，故爐襯材料的消耗降低，使用壽命延長。⑽直流電爐二次側(cè)短網(wǎng)和熔池內(nèi)無感抗影響，且無電流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，電網(wǎng)供給的交流電通過24脈整流，電壓脈動系數(shù)減少，產(chǎn)生的高次諧波極弱，對電網(wǎng)干擾小，功率因數(shù)高。⑾直流電爐，爐蓋只有一個電極孔，易于密封和除塵。⑿直流電弧無電流過零息弧，噪音小，電弧穩(wěn)定。⒀直流電爐在爐膛內(nèi)為垂直導(dǎo)電方式，不受爐料電阻率的影響，易于實現(xiàn)高電壓長弧冶煉操作，提高冶煉速度。僅直流供電一項即可比交流電爐節(jié)電以上。⒁停爐、修爐后起弧方便，易于操作。密閉直流電爐與半密閉交流電爐性能對比見表。高鈦渣冶煉過程中煙氣帶走的熱量（包括可燃性氣體的化學(xué)能）幾乎相當于輸入爐內(nèi)的電能轉(zhuǎn)化的熱量。因此，充分利用此能源是鈦渣生產(chǎn)降耗的出路之一。利用密閉電爐的高濃度CO氣體進行發(fā)電，同時，適當增加投資可回收利用液態(tài)鐵水的顯熱等，都是二次能源利用。密閉直流電爐空心電極粉料連續(xù)入爐生產(chǎn)工藝能夠利用密閉爐氣的顯熱來干燥爐料，降溫、除塵、凈化后的爐氣，用來驅(qū)動燃氣發(fā)電機產(chǎn)生電力，反饋為電爐電能的補充，使得電能的消耗大大降低。僅此一項即可節(jié)能～20%。綜合起來，密閉直流電爐空心電極粉料連續(xù)入爐生產(chǎn)工藝綜合節(jié)電效果可以達到～35%。表1

直流密閉空心電極電爐與交流半密閉敞口電爐性能對比序號134

項目電耗電極消耗還原劑消耗

%%%

交流敞口/半密閉電爐100100100

直流密閉空心電極電爐～70～55～80567891011

功率因數(shù)（未補償）產(chǎn)能爐料形狀加料形式物料還原反應(yīng)狀態(tài)爐膛空間氣氛噪音

0.55～0.85%100球團、塊料間斷固相空氣、二氧化碳大

﹥0.9105粉末連續(xù)液相一氧化碳（）微

12131415

車間粉塵爐況電爐煤氣環(huán)保除塵運行費用

多不穩(wěn)定，需要搗爐無法回收利用%100

很少穩(wěn)定，不需要搗爐回收利用40～50高渣煉藝程以鈦精礦為主要原料、炭為還原劑，密閉直流電爐空心電極粉料連續(xù)入爐，生產(chǎn)工藝流程圖如圖一所示。經(jīng)粉碎后符合粒度要求的粉狀原料經(jīng)裝載機分別倒運裝入配料站的各儲料倉。根據(jù)冶煉制度確定爐料的組成及其配比。各種符合粒度要求的粉狀原料經(jīng)電子秤精確稱量混合后經(jīng)礦粉預(yù)熱干燥機送至爐頂料倉，再由氣力給料機通過空心電極直接將混合后的粉料加入電爐，被輸入到爐內(nèi)的電能冶煉，連續(xù)發(fā)生一系列物化反應(yīng)后生成液態(tài)的鈦渣和半鋼，積于爐底并利用其密度差異自動分離，俗稱“熔分”。每隔約4～6小時，打開一次出渣口和出鐵口，將渣和鐵分別放出狀鈦渣經(jīng)水噴射后成為水淬渣（便于破碎時的渣鐵分離，提高產(chǎn)品質(zhì)量），在鱗板輸送機上利用自身余熱干燥，再破碎、除鐵、篩分、均化、鈦渣產(chǎn)品包裝；鐵水包運到澆鑄間澆入錠模,或由出鐵咀直接流入鑄鐵機，凝固后脫,過精整運入成品庫。爐中產(chǎn)生的高溫爐氣，溫度在1000℃以上，CO含量高達80%。高溫爐氣經(jīng)隔熱煙道至余熱鍋爐第一次降溫。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽動力，驅(qū)動汽輪發(fā)電機發(fā)電。經(jīng)余熱鍋爐降溫后爐氣，送至礦粉預(yù)熱干燥機第二次降溫、計算機控噴霧確保收塵布袋不結(jié)露）爐氣度可降至200℃以下。最后經(jīng)過脫硫除塵，富含的低溫潔凈爐氣送至燃氣發(fā)電機發(fā)電。直流電車間主要設(shè)特點直流電爐車間的電爐采用空心單電極密閉式爐型。可把生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣（主要成分是一氧化碳）回收利用。冶煉過全封閉微正壓作，煤氣發(fā)生過程連續(xù)穩(wěn)定，煤氣體積只有敞口電爐煙氣體積的～20%。因此煤氣凈化設(shè)備小，組合簡單，凈化操作便利。密閉爐的爐蓋為混合式結(jié)構(gòu)，采用水冷骨架，其間打結(jié)耐火混凝土或鋪以水冷蓋板，在水冷蓋板內(nèi)側(cè)打結(jié)耐火混凝土。骨架使用鋼管制作以減少焊縫，靠近電極處采用防磁材料制作，以減少渦流和磁滯損失。爐蓋呈錐臺形，中部的水平面裝有電極密封孔和料管密封孔，側(cè)壁裝有帶防爆蓋的密封爐門用以取出折斷的電極頭和進行爐內(nèi)檢修還裝設(shè)12煙囪以引導(dǎo)爐氣排入除塵系統(tǒng)或大氣中。為便于操作檢修，并保證安全運行，封閉電爐爐蓋上設(shè)置若干個帶蓋的窺視、檢修和防爆孔。爐內(nèi)底部爐襯設(shè)置安裝數(shù)只熱電偶，信號進入計算機，實時監(jiān)控、報警，確保生產(chǎn)安全。電爐結(jié)形式直流電爐為全封閉礦熱爐的結(jié)構(gòu)形式為：全封閉、空心單電極、固定式圓形爐體。電爐裝備除煙罩使用全封閉式和氣封系統(tǒng)使用氮氣外均與交流爐類似。2KVA（單臺鈦渣爐要技術(shù)經(jīng)濟標

3232名

稱

單位數(shù)量

備

注12

鈦精礦（原料）碳粉（原料）

2.2t/（t高鈦渣）0.26t/（t高鈦渣）

按46%品位計蘭碳（脫硫）3

氮氣（原料）

3000m

3

/天

純度：≧99.5%4

氧氣

1m3/t高鈦渣51/2寸焊管（吹氧管）

2kg/t高鈦渣678910111213

生產(chǎn)用水生產(chǎn)用電（以高鈦渣產(chǎn)品計，綜合電耗）高鈦渣（主產(chǎn)品）半鋼（副產(chǎn)品王八鐵）全年生產(chǎn)時間電爐設(shè)備連續(xù)使用率設(shè)備建造安裝費用投資回收期

≦150m/天≦2800kwh/噸高鈦渣≦2300kwh/噸高鈦渣64000～69000t/年48000～52000t/天330天≧95%6000～7000萬元約1年

僅考慮補充蒸發(fā)量未計生活、辦公、照明、機修，未計回收發(fā)電未計生活、辦公、照明、機修，已計回收發(fā)電TiO品位：≧90%不含土建、廠房編制：沈陽東大科技有限責任公司佟玉鵬戴小平江蘇百斯特熱能工程有限公司單總工程師（重慶分公司經(jīng)理）2015-03-20附：沈陽東大技、直流爐勢、百斯特源回收簡

介沈陽東大科技有限責任公司成立于2000年，依托東北大學(xué)在冶金領(lǐng)域雄厚的科研、實驗背景，成果突出。一．沈陽東科技有責任公司總經(jīng)理玉鵬教授（2013年6月退休于東北大學(xué)）。將可控硅整流成功地應(yīng)用于直流冶煉爐上，國內(nèi)首創(chuàng)！實踐已充分證實：給冶煉工作帶來了一系列顯著的便利和益處。對大容量用電設(shè)備的危害——諧波問題，在電器設(shè)計上，已從根本上給予杜絕，無需再

考慮諧波治理。獨特的底電極設(shè)計，簡單、實用、可靠。借鑒國內(nèi)成熟的交流電爐爐底技術(shù)，簡化了爐底電極結(jié)構(gòu)型式，消除了直流爐爐底熔穿的隱患，確保直流電爐安全、長期、高效使用。巧妙利用直流電爐的供電特點簡化了電爐煤氣發(fā)電的技術(shù)原理解決了電爐煤氣發(fā)電直接利用的難題，使得被電力行業(yè)稱為“垃圾電”的爐氣發(fā)電得到有效利用。學(xué)者理念：“務(wù)實！盡可能地把復(fù)雜的問題吃透后，簡單化設(shè)計”。總經(jīng)理理：戴小平工師（在職）。在貴州、攀枝花、昆明、云南文山，成功對數(shù)臺黃磷爐、電石爐、鈦合金爐施工技術(shù)的組織，及自主完成三個鈦渣冶煉廠設(shè)計并施工；2012年起，配合佟玉鵬教授，完成了四川弘源鈦業(yè)4臺9000KVA直流爐及系統(tǒng)的設(shè)計隨后進行了臺36000KVA65000KVA直流爐初設(shè)。二．關(guān)于直礦熱1.噪音特別小冶煉爐噪音小，不只是“人性化”改善了操作環(huán)境，同時反應(yīng)出減少了噪音的能量損失，最直觀地體現(xiàn)是：降噪節(jié)電。2.全密閉、保溫、能源收（與江蘇百斯特聯(lián)手）減少熱能流失。第1：將熱煙氣余熱發(fā)電（螺桿膨脹動力機）、烘干原料；第步：氣凈化后（若CO含量≧55%），直接引入燃氣發(fā)電機組發(fā)電（目前國產(chǎn)機組直接輸出電壓MAX:10.5KV，很容易反饋到電爐變。此兩步方案可回收的電能，不低于爐變電耗的15～20%。3.除塵器體積小，功耗投資低由于密閉冶煉，不讓煙氣中的CO遇空氣燃燒，煙氣體積未膨脹，造就了除塵器小型化，引風機功率也只需過去傳統(tǒng)除塵的1/8雖然全過程（含密封裝置、氮氣保護等）有額外裝置，但環(huán)保的總投資仍降低以上；尤其是引風機所需的小功率，將長期受益。4.可實現(xiàn)爐料連續(xù)入爐產(chǎn)品連出爐對大容量電爐來說，運用此方式特別簡化。優(yōu)點品規(guī)格化；需反復(fù)開堵爐眼，延長爐齡，減輕了勞動強度；由于連續(xù)工作制，沒有出爐的冶煉間歇，效率得以提高。5.節(jié)能、環(huán)保因為直流爐沒有電流方向改變時的電弧熄滅，效率無疑！實踐證實：比傳統(tǒng)的交流爐節(jié)電15%以上。產(chǎn)品質(zhì)量相對