新型铁合金矿热炉环保节能设计与分析

1、172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集新型铁合金矿热炉环保节能设计与分析唐凤初（湖南铁合金集团有限公司湘乡中国411400）摘要介绍了一种新型封用式汝合金矿热炉的除尘净化系统和入炉料预热系统的工艺设计和节能原理。关词 矿热炉 预还原 除尘系统 节能 设计172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集1前言铁合金矿热炉按炉盖的形式分为高烟罩、矮烟 罩和封闭式电炉，烟气治理方式分为湿法和干法净 化工艺。随着科技的进步与发展，大家越来越重视环 保与节能，铁合金矿热炉的炉型逐步改为封闭式电 炉，烟气治理方式也向干法净化工艺方向发展。本文介绍一种新型封闭式铁合金

2、矿热炉的环保 与节能工艺，系统的分析了节能原理。让煤气在炉膛 燃烧，然后利用高温烟气携带的热蜃对入炉料进行 干燥、预热和预还原，把热疑返回电炉，其它余热生 产蒸汽，从而达到节能的目的,此时的烟气中没有煤 气，只需配置一套造价不高的布袋除尘系统就可以 达到国家排放要求。以9MVA铁硅合金电炉为例， 按配好的混合原料在炉顶的料仓内升温到600 X后 再放到电炉内参与冶炼，能喊少电耗892-973 kWh/t 猛硅合金，能提奇链硅产量10.6-12.8 t/0，可产生经 济效益97-112万元/月。投资87.8万元，投资回收期 仅为1个月。经济效益和环保效益显著。2铁合金矿热炉冶炼原理与分析2.1概

3、况铁合金矿热炉是以碳作还原剂还原矿石生产铁 合金的。炉料加入炉内并将电极插埋于炉料中，依靠 电弧和电流通过炉料而产生的电阻电弧热，进行埋 弧还原冶炼操作。熔化的金属和熔渣集聚在炉底并 通过出铁口定时出铁出渣，生产过程是连续进行的。 用此方法生产的品种主要有硅铁、硅钙合金、工业 硅、高碳猛铁、铉硅合金、高碳语饮、硅诒合金等叫下面以9 MVA错硅合金的生产为例进行分析 与设计，生产其它品种的铁合金矿热炉均可参照链 硅炉的环保与节能系统进行设计。22 9MVA钛硅合金电炉的冶炼原理与分析2.2.1化学反应过程按配好的混合料在炉内受到电能转化成的热能 加热，从常温开始升温，在受热过程中，炉料中的猛 和

4、铁的高价氧化物在炉料区被高温分解或CO还原 成低价氧化物，到1 3731 473 K时，高价氧化任逐 渐被充分还原成MnO,全部的FeO进一步还原成Fe 叫其主要的化学反应见表1所示。«1怯硅合金冶炼反应式序号化学反应开始温度/T1MnOfMrhOj+Oj t4802FeO+C-*Fe+CO T7123PiOj+C-P+CO T7644MnjOj>Mn3O44<)2 t9305MnjOr-MnO+Oj f1 1776MnO+C-MnaCW t1 2267MnO SiOr*C-*MnSi+CO T1 2968MnO 4->Mn40 t1 4209SiOX：-«

5、;i+CO T1 664由表1可见，入炉料的温度达到712汇时会产 生有毒成分COP体，所以需控制入炉料在进入电 炉前的最奇温度小于712 3C,以防CO从料仓顶部出 来造成人员中毒事故。采取的措施是： 在料仓仓顶平台设置通风机，保持通风良 好。 在料仓顶部设置CO检测报警仪，在CO超 标报警时（24ppm）,控制电炉炉膛入口处Nol调节 阀的开度，增加空气的混人童，用空气兑冷高温烟气 的温度，从而降低入炉料被加热的温度，在料仓内杜 绝产生C0oCO的着火点为644-651弋，焦炭的着火点为 700弋（摘自文献2第955页）。为了控制烟气中的CO能完全燃烧掉，需控制烟气温度大于651弋,控 制

6、烟气中的氧气富余20%以上；为了避免焦炭在料 仓内发生反应，需控制原料的预热温度低于700 ro2.2.2冶炼指标、冶炼一吨链硅合金的消耗大致如下。链矿(含 Mn28.5%)：2 000-2 100 leg；富铤渣(含 Mn36%)：700850 kg；硅石：250-280 kg；焦炭：550 650 kg；石灰或白云石：130*170 kg；电耗：4 500*4 800 kWh/t；链的回收率：75%80%；硅的回收率： 40%50%«。9 MVA锈硅合金电炉平均每天出铁7.5炉，每 炉生产链硅合金6.2 t,每炉消耗原料23.8 t,平均每 吨链硅合金消耗原料3.84 to2.2

7、.3烟气参数9MVA毎硅合金电炉的烟气参数如表2所示。表2中的“新熨封闭炉烟气”是指让全封闭炉所 产生的煤气在炉膛内完全燃烧后，通过自动调节Nol 调节阀的开度来控制掺入的空气量，让空气兑冷烟 气，确保烟气温度在680-700 Xo既防料仓内的混合 料预热温度超过700 T,又防焦炭在料仓内参与反 应产生CO造成中毒事故。23 9MVA钱硅合金电炉热料入炉节能分析.干燥节能172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集袁2烟气或煤气簽数项目产量/(NmVh)温度re成分(%,V/V)COCQn2HQH2CH4传统全封闭炉煤气1 5002 500450650

8、7(M56105-758460.5-1051半封闭炉烟气95 000<300/3772/18新型封闭炉烟气24 60046 200680-700/7.875.01.2/16.0172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集172-第16届全園挟合金学术研讨会论文集在入炉料中，湖南铁合金有限责任公司的猛矿 和焦炭含水量平均为10%,每生产一吨铤硅合金需 蒸发掉水分283.3-305.6 kg。冶炼时每千克水从常温 到全部汽化需吸收热量2 168.1 kJ,614 222.7662571.4 kj/t 铉硅(170.6-184.0 kWh/t 铁硅)。将入炉料加热到100 r以上时，其水分全部汽

9、 化,从而节约电耗170.6-184.0 kWh/to2.32预还原节能锈矿中的链主要以MnO2的形式存在。任的高价 氧化物(MnOz)稳定性较差，受热后极易分解。当温度 高于753 K时,MnQ分解变成Mn/H摘自文献第 53 页)：2MnO2=Mn2O3+l/2O2Hi29l=82.46 kj/mol钙矿中的Mn02全部分解成MnjOa,需热量 82.46 kj/mol,854 585.4-897 314.7 kj/t 链硅(237.4- 249.3 kWh/t 硅)。如果将入炉料加热到600 *后再入炉参与冶 炼,由于高价链预还原成低价键，可节约电耗237.4 249.3 kWh/t 链

10、硅。2.3.3升温节能每吨铉硅需消耗原料平均为3.63-4.05 I,这些 混合料在电炉内从常温升到600无时需消耗电能约 484-540 kWh/t 猛硅。23.4节能总计将原料预热到600汇后再入炉冶炼，总计节约 电能892.1切3.3 kWh/t链硅,9MVA铉硅合金电炉 日产铤硅合金按45-48 t,那么每月可节约电能 120.4-140.2 万 kWh。按 0.478 元/kWh 计，则可节约 电费57.6-67.0万元/月。2.35其它效益由于原料是在炉外预热的，在炉内的加热时间 相应减少了 6.16.3 min/t",可节约时间274.5302.4 rnin/H ,可提

11、高产量10.212.8 t/日。锈元素的 挥发率从原来的12师降低到9.6%。将人炉原料预热到600T时，烟气携带的总热 量的利用系数仅为23.3%24.7%,剩余的热量(2 9362 960 kWt 铉硅,5 506-5 920 kW/小时)可用 于余热锅炉生产热水或蒸汽。X4安全现状与分析采用冷料人炉冶炼时由于原料中水分含量较 多，易发生喷溅现象，在全封闭炉中甚至有较大的火 焰从密封不严处喷到炉外，严重的危害到职工和炉 台设备的安全。如果将入炉原料预热干燥后再入炉冶炼，可解 决上述问题。还可减少烟气中的水分含量，除尘设备 采用干法布袋除尘器时的结露问题也解决了。174-第16届全31皱合金

12、学术研讨会论丈集但由于煤气在全封闭式的炉膛内部燃烧，炉内 剌火、翻渣、埸料时会有火焰从密封不严处喷到炉 外，所以在设计时主要采取以下措施进行控制： 设置炉压测点，在炉压高于设定值& （约- lOPa）时自动打开调节阀进行泄压;在炉压高于 设定值b（约OPa）时自动控制N>3放散阀打开从烟囱 放散烟气，进行泄压。 设置22压力平衡阀，在炉压高于设定值c （约lOPa）时自动从压力平衡阀放散烟气，进行泄 压。 在设计时加大引风机的抽风能力，将炉内刺 火、翻渣、塌料时的烟气量考虎进去。炉盖、炉门、电 极周围和下料管等处均按封闭炉的要求进行设计。为了防止烟气中残留没燃烧完全的CO,在设计

13、 时考虑空气官余并控制烟气温度高于CO的着火点 65代。为了防止焦炭在料仓内参与反应，需控制原料 被加热的温度小于700迟。3工艺介绍与主要设备设计选型3.1工艺流程（见图1）1 一调节嫌阀2压力平衡阀3-放散饵4一料仓组5-余热 锐炉6-（旁路;画节阀7 布袋除尘系统8引风机.S1工艺谨程图如图1所示，电炉煤气在全封闭炉内完全燃烧, 空气从Nol调节缥阀进入炉膛参与反应并将燃烧产 物兑冷到680700 3Ce高温烟气经过No4料仓组，将 料仓内的原料加热到600寬左右，然后利用No5余热 锅炉或No6旁路调节阀将烟气降温到105-120 最 后经N>7布袋除尘器和No8引风机将净烟气排

14、至大 气。在炉压超过设定值、系统故障或需要打开炉门 操作时打开N>3放散阀临时放散烟气。在炉压过高时自动通过22压力平衡阀进行泄 压，确保职工和炉台设备的安全。32料仓设计参数3.2.1料仓容积：按原料在料仓内的穿越时间大于 2小时进行设计。3.2.2烟气流速:按进行设计。3.2.3卸灰:在各料仓下部设置清灰口，由于烟气流 速较高，滞灰量不大，在停产或检修时进行清灰。3.2.4料仓和料管重<：6.2 to33余热锅炉选型参数3.3.1 烟气it ：24 600-26 200 Nm7h。3.3.2 烟气温度：入口 522.5-526.7 X.,出口 105120 弋。3.3.3蒸汽最

15、大产量：6.8t/h。3.3.4 重 1：11 to3A布袋除尘器选型参数3.4.1 ,布袋除尘器型号:LPM9C-830。3.4.2最大处理能力：45 000 m3/ho3.43 滤料：涤纶针剌毡630x2 450,864条。3.4.4 过滤风速：0.81.2 m/mino345过滤面积：总过滤面积836 n?,净过滤面积744 m?。3.4.6 工作温度：105-120 03.4.7 阻力损失：1 470-1 770 Pao 3.4.8 清朕:采用 5x105-7x105 Pa 压缩空气 2.7 m3/ mino3.4.9保温面积：160m2o3.4.10设备总重：21.2凹。33引风机选

16、型参数3.5.1 型号：9-26Nol4D-96O r/mino3.5.2 处理M：39 000-54 500 m3/ho3.5.3 全压：4 340-5 070 Pa。3.5.4 配电机:Y315L1-6,11O kWo4经济指标（见表3）5结语5.1本文所介绍的工艺虽然没有进行生产实践，但 在理论上分析是完全可行的，尤其是以下几点在生 产中得到了应用:«3経济指标项投資运行Mn减少每吨猛提髙生产增产节省回收蒸汽煤合目成本/成本/挥发/硅节电/n赣硅/效益/电费/折标煤/效益/（万元）C五月）C利月）(kWh/t)（t/天）（1/天）（万元/月）C元/月）（1/月）C元/月）热料入

17、炉87.84.76.Q&0892-97311-1356-6132-3.871.85.1389-40497-112注:铉元素挥发损失从原来的12%降低到9.6%所产生的效益，其价格按诫矿和富链渣的价格进行折算;堆产效益按100元/ t猛硅计算;电价按0.478元/kWh计算。 用铁合金矿热炉烟气所携带的能量将原料 干燥、预还原和热料入炉，这种工艺在山西某公司的 新4号炉（9 MVA奇碳猛铁电炉）上得到了应用。 由天津华能集团研制的余热锅炉用于铁合 金矿热炉烟代除尘系统的降温，这种工艺在吉林铁 合金得到了应用。 用布袋除尘器净化铁合金矿热炉的烟气，这 种工艺在湖铁、峨铁和吉铁等公司均得到了

18、应用。 52新型封闭式铁合金矿热炉按传统的全封闭炉 进行设计和操作,仅仅是增加一个空气调节阀，让可 燃气体在炉膛燃烧，类似于半封闭炉在烟气中没有 CO（CO：易燃易爆有剧毒），操作上更加安全可靠。 53新型封闭式铁合金矿热炉的密闭要求相比传 统的封闭炉低很多，非常适合于老企业的电炉从半 封闭式改为新型全封闭式。需打开炉门推料或其它 操作时只需先打开23放散阀就可以了，将烟气临时 性放散，安全可靠。5.4充分利用烟气的余热可以产生很高的经济效 益，可以降低铤硅合金的电耗892-973 kWh/t 硅 合金。53 建设投资少,9MVA猛硅合金矿热炉的料仓、 料管、余热锅炉、除尘器、引风机等全部投资

19、只需87.8万元，投资回收期仅需1个月。5.6环保工作者在进行环境污染治理时，需要对污 染源进行详细的研究，在选择治理方案时首先应考 虎经济效益,然后才是环境治理。例如,9MVA锈硅 合金矿热炉,如果采用半封闭形式，由于烟气址高达 95 000 Nm5/h,烟气温度也不高，不便利用余热，且除 尘系统设备庞大，电耗高（引风机的功率至少需220 kW,采用湿法除尘时更高），没有经济效益；如果采 用传统的全封闭炉形式回收煤气，除尘系统较小但 需配置制氮供氮系统、需配置煤气在线分析仪、需配 置煤气用户燃烧系统等等，仅降温和除尘系统的投 资就高达300万元，小型铁合金厂一般都不恳采用 这种工艺;如果采用

20、本文所介绍的工艺，既安全又省 钱，适用范围广，经济效益离，值得推广应用。簽号文繊1徐帝学等.铁合金与铁合金制品国内外最新标准与工程应 用技术全书.银声音像出版社,2004,62赵乃成，张启轩等.铁合金生产实用技术手册北京:冶金工 业出版社,1998:82-1013唐敬，张禄虎.除尘装系统及设备设卄选用手册.北京: 化学工业岀版社,2004 ：422423174-第16届全31皱合金学术研讨会论丈集新型铁合金矿热炉环保节能设计与分析作者：唐凤初作者单位：湖南铁合金集团有限公司湘乡中国411400相似文献（3条）1. 期刊论文 唐凤初.Tang Fengchu新型矿热炉环保节能设计与分析-铁合金2

21、008,39（1）介绍了一种新型封闭式矿热炉的除尘净化系统和入炉料预热系统的工艺设计和节能原烟气在全封闭电炉中燃烧利用高温烟气携带的热量对入炉料进行干燥、预热和预还原 ,达到节能目的.2. 期刊论文 铁合金专利-铁合金2001,32（2）铁合金专利公开号：1194309公开日：1998.09.30发明名称：电子元件的e-Ni合金发明人：小野俊之深町一彦本发明提供用于电子元件的具有提高的蚀刻系数的-N合金材料，其特征是按重量计其由0%r55的Ni, 0.8%或更少的Mn 0.0030沧0.0100%的4, 0.02喊更少的AI,剩余量的 Fe和不可避免的杂质组成，并量好有01%或更少的C, 0.

22、03%或更的Si, 0.005喊更少的S, 0.005%或更少的P 0.0100喊更少的0。通过将NfflAI含量限制在一定的范围内，并最好 将C, Si, P, S和勺含量限制在一定的水平以下,Fe-N合金材料具有很高的蚀刻系数，可产生良好的蚀刻表面而无气泡产生。孔立军摘公开号：1220320公开日：1999.06.23发明名称：含硫铁基高温自润滑耐磨合金及其制备方法发明人：刘近朱高金堂毛绍兰刘维民本发明公开一种含硫铁基高温自润滑耐磨合金及其制备方法。含硫铁基高温自润滑耐磨合金的化学成量分数）为Cr: 8.0%24%Mo 6.0%M8%Ni: 2.0沧6.0% Cu 02.0% S: 1.5

23、%5.5% 余量为Fe,采用中频感应熔炼、熔模铸造成型工艺制备。合金的密度7为47.96g/cm3硬度为HRC3545该合金具有良好的机械强度，耐热性及高温抗氧化性，并在-600C的温度范围内呈现低摩擦、耐磨损且不损伤对偶的摩擦学特性，适合制做内燃机引擎阀座、透 平机废门和高温机械密封环及其它高温机构的摩擦学部件。孔立军摘公开号：1217388公开日：1999.05.26发明名称：使用宁夏汝箕沟煤田无烟煤替代焦炭冶炼硅铁的应用发明人：张东本发明属于冶金领域，特别涉及一种用无烟煤替代焦炭冶炼硅铁的应用方法。使用宁夏汝箕沟无烟煤替代焦炭冶炼硅铁，在原有条件下不需增加任何设备，改变生产工艺。将符合

24、高固定碳、高比电阻率、高化学活性条件的无烟煤破碎賊8 mi的颗粒，按照硅石：无烟煤：钢屑2:1: 0.26的比例均匀混合，加入炉中，按照焦炭的常规冶炼方法即可。本发明 可使炉况更加稳定，减轻了环境污染和资源浪费，节省成本，经济效益显著。孔立军摘公开号：1263349公开日：2000.08.16发明名称：含有铈、钕和或错的铁硼-稀土型永磁材料及其生产方法发明人：陈蓓新王标倪德桢马克宾兹江秋妙一种Fe-B-型永磁体，包括：13-19（原子）的R 420（原子）的B和余量勺Fe其中基本上由稀土元素N和/或Pr和C的混合物组成，ce为的0.25.0wt%优选，R为15-16（原子）其中C为约0.5%余

25、下稀土r和Nd勺比为3:1。本发明还公开了制备如上所示e-B-F永磁体的方法，以及由此方法得到的e-B-F永磁材料。孔立军摘公开号：1262337公开日：2000.08.09发明名称：矿热炉一步法生产硅钙铝钡铁合金工艺发明人：王忠英于桂玲刘来君本发明矿热炉冶炼硅钙铝钡复合铁合金卩复合脱氧剂工艺，属于铁合金冶炼工艺。本发明是以硅石、石灰、铝铝矶土或铝酐石、钡矿:重晶石或碳酸钡，钢屑或铁矿石和焦 碳以一定比例，不同的加入次序加入矿热炉中生产硅钙铝钡铁合金。所制得的硅铝钙钡铁合金可替代铝、硅铝铁、硅钡、硅钙、硅铝钡和硅钙钡等铁合金作为钢水终脱氧和杂物变 性及铸铁孕育处理，特别适合于超纯净钢的终脱氧和

26、夹杂物变性处理。孔立军摘公开号：1126766公开日：1996.07.17发明名称：钛铁合金的制造方法发明人：汪汉臣王农侯长征周清志周书成一种含钛淞0%r75%重量）的钛铁合金的制造方法，以回收残钛或海绵钛为原料，经分析、破碎、除油、烘烤处理后，与按比例配比的低碳钢于真空感应炉的坩埚中熔炼，该方法 工艺简单可行，成本低，钛回收率高，环境污染小，劳动条件好，夹杂少，夕卜观与内在质量高，可以熔炼任意质量要求的钛铁合金，本发明填补了我国不能生产高钛钛铁的空白。孔立军摘公开号：1122839公开日：1996.05.22发明名称：高稀土含量铁洛轻稀土合金的制备工艺申请人：冶金工业部包头稀土研究院一种高稀

27、土含量铁铮铝稀土合金的制备工艺，它包括冶炼、热加工开坯、冷加工热处理和焊接，属于电热合金技术。采用真空熔炼或非真空熔炼加电渣精炼1,2O3-Re2制3 作坩埚或坩埚涂层，IRe-Fe Fe-Al为合金化R添加剂，精炼时加入Re/C去气剂和吹氩，可使合金的含氮量降至01%r0.001%>电渣熔铸的自耗电极嵌入含e-C包芯线，渣表面 用惰性气体或还原性气体保护，可使合金锭中>0.15%稀土收率50%r85%>合金锭经热加工锻造开坯，冷加工热处理制成丝材和带材，采用钎焊法焊接。本发明工艺适用于 FeCrA系合金的制备。孔立军摘公开号：1122841公开日：1996.05.22发明名

28、称：无脆性铁洛轻稀土合金发明人：李碚孟广恩吴双霞本发明系一种铁錄铝稀土合金，其化学成分重量%为：5%r50%Cr,-10% Al,?0.013.0%Re<0.2%C<0.2%N <30%Ni <8% WVMo Nb Ta Co <5% T、Zr、Hf, <3% Si <0.2% Ca余量为Fe。该合金无475C脆性，高温脆化倾向低，热强性高，冷加工性和可悍性好，同时还有高温抗氧化性和高温寿命，低高温蠕变速率以及抵抗 N S P V Pb N等元素的高温腐蚀和热腐蚀的能力。可制成丝材和带材，也可为铸件、锻件和热轧件，主要用于制作电热、电阻元件，耐热结构件

29、和耐高温涂层材料。孔立军摘公开号：1115340公开日：1996.01.24发明名称：具有较大记忆效应的铁锰硅合金发明人：戎利建李依依?一种具有较大记忆效应的e-Mn-S合金，其成分范围在重量百分比：30%r32% Mn6% S,余量的Fe其特征在于通常的固溶处理后，还需进行下述处理：F将-Mn-S合金 加热至400-800C，保温52（分钟，给U2%r6%勺预变形；将合金快速冷至室温。本发明具有更大的记忆效应。孔立军摘公开号：1160087公开日：1997.09.24发明名称：稀土铝锰合金发明人：张毅鸣本发明涉及冶金技术领域尤其是一种稀土铝锰合金。该合金中各元素的组分重量百分比:Al 18%

30、-28%Mn 25%35%Xt 0.1%3% Si0.5%M.5% C 0.6%r2% P0.01%r0.1% S 0.001%r0.01% Cu 0.02%r0.5% Sb 0-3% Fe 26.89%r55.769%该合金用于替代纯铝为炼钢脱氧剂的作用，并且具有金属添加剂、脱硫的作用。能提高改善 钢的内在质量，该合金与纯铝脱氧相比，在单位当量铝相同的情况下，其效果比纯铝提高近一倍。孔立军摘公开号：1167839公开日：1997.12.17发明名称：铁铬铝合金及其制造方法发明人：毕革平王勤本发明属于铁基合金及其制造方法领域。本发明所述的铁铬铝合金的化学成分配重量） Cr1030%Al 3%-7% Al203 0.1%-2%余为Fe。其制造方法首先采用粉末冶金方法制备铁铬铝合金坯料，然后再加工成制品。粉末冶金方法制备铁铬铝合金坯料包括制粉、机械合金化、成型和烧结工序。采用本发明所制备的铁铬铝合金制品具有较高的高温强 度和更高的抗氧化性能及加工性能，因而使用温度高，寿命长。孔立军摘公开号：117217