【《电熔镁炉生产工艺过程概述》3800字】

电熔镁炉生产工艺过程概述1电熔镁炉生产原理现有世界上各个国家生产电熔镁砂的原料主要有海水和菱镁矿石两种，不同的国家由于镁资源储量和储存的主要形式不同，所以不同国家再生产电熔镁砂时采用的原料和生产方法要结合自己国家的实际情况。在缺少菱镁矿资源的国家，例如西欧的某些国家，日本，他们的原料主要是海水REF_Ref71401448\r\h[39]，从海水中提炼电熔镁砂成本较高，但是纯度也比较高，产品品位好。在菱镁矿资源储量丰富的国家，例如中国，朝鲜，俄罗斯等，生产电熔镁砂的原料主要是菱镁矿石，通过高温熔炼煅烧生产电熔镁砂。虽然菱镁矿石储量丰富，但是不同国家的菱镁矿石品位，组成成分不尽相同，而且不同国家的生产要求也要适应自己国家发展的需要，所以不同国家的生产电熔镁砂的设备要根据自己的要求进行设计，其中应用的最多的有回转窑，封闭式电弧炉，竖窑等。我国菱镁矿资源储量丰富，但是普遍存在杂质种类多，质量不佳等问题，在我国镁工业发展中，设计了能够适应满足生产要求的特有的敞口型三相交流电熔镁炉，对菱镁矿石进行高温熔炼生产电熔镁砂。我国生产电熔镁砂的方法是利用电熔镁炉的高温电弧产生的热量对菱镁矿石原料进行高温熔炼，通过不断的加热使原料熔化、脱碳，然后经过熔融使原料中的一系列杂质析出，再通过结晶、晶体长大和自然冷却等操作，最终可以获得主要成分为氧化镁的方镁石，也就是电熔镁砂，再对其根据需要进行加工，就可以满足不同领域的生产需求，例如医药，建材，国防等行业。电熔镁炉生产电熔镁砂的过程是根据氧化镁和其他杂质的熔点和密度的不同进行熔融析出得到成品电熔镁砂的过程。碳酸镁为菱镁矿石的主要原料，杂质成分主要包括CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2，这些成分具有不同的熔点和密度，如表2.1所示。在电熔镁炉熔炼过程中，随着高温电弧的不断放热，炉内温度不断升高，低熔点的杂质会首先被析出REF_Ref71401494\r\h[40]，并且随着熔炼时间不断加长，氧化镁的形态会发生改变，从而得到高纯度的氧化镁晶体。上述炉中发生的一系列的物理过程和化学过程可由下列式子表示：(2.1)(2.2)(2.3)在电熔镁炉熔炼过程中，随着高温电弧不断放出热量，当炉内的温度达到700oC左右时，菱镁矿石原料开始慢慢分解成固态氧化镁和二氧化成气体，继续加热，当炉内温度达到800oC时，菱镁矿石完全分解，得到固态氧化镁，也称为轻烧镁粉，但是此时获得的氧化镁晶体不能直接利用，因为它的晶格质地疏松，容易和空气中的水蒸汽发生化学反应，生成氢氧化镁，如式2.4所示：(2.4)由于固态的氧化镁容易与空气中的水分发生化学反应，所以需要将固态的氧化镁继续加热，当炉内温度达到2800oC时，超过氧化镁熔点，固态氧化镁开始融化得到液态氧化镁，因为液态氧化镁和其他杂质成分的密度不同，低密度杂质在水蒸气和二氧化碳气体的作用下，会向上析出REF_Ref71401504\r\h[41]，和固态氧化镁熔点差距较大低熔点的杂质会直接升华为气体，电熔镁砂中氧化镁的纯度进一步提高。液态氧化镁经过自然冷却后组织结构会变得致密，化学活性小，冷却后得到氧化镁晶体，再经过破碎，分拣，筛选，获得成品电熔镁砂。表2.1菱镁矿石有效成分及主要杂质熔点密度表Table2.1Smeltingpointofactiveingredientsandthemainimpuritiesformagnesiteore化学组分熔点/℃密度/(g·cm-3)备注MgO28003.58有效成分Fe2O315655.24杂质成分Al2O320503.5~3.9CaO25723.35SiO216502.652电熔镁炉系统结构电熔镁炉熔炼设备主要由供电系统，电机位置控制系统，炉体旋转系统，加料系统以及炉体本身这五部分共同组成，电熔镁炉设备结构如图2.1所示。电熔镁炉的供电系统由炉用变压器和短网组成。与普通的变压器不同，炉用变压器是专门为电熔镁炉生产设计的变压器，具有更高的过载能力，并且能够在二次侧输出低电压和高电流。短网是承载变压器二次侧到炉体之间大电流的线路，主要包括软电缆、冷水铜管、导电横臂、石墨电极及其连接部分，短网系统需要保证三相阻抗基本相同，能够改善功率因数，提高电熔镁炉的生产效率。信号检测系统由电流电流变送器，电流互感器和电压变送器。在电熔镁炉生产过程中需要实时检测三相电流值的大小，但是正常工作下的电熔镁炉的三相电极的电流能够达到上万安培，不能够直接测量，所以需要通过电流互感器和变送器转换到对人体不会造成危险的可以测量的小电流。同理，为了测量生产过程中的电压值，需要经过电压变送器进行转换。图2.1电熔镁炉熔炼设备示意图REF_Ref71400118\r\h[42]Fig.2.1Diagramoffusedmagnesiumfurnaceequipments电极位置控制系统主要由三个电极，电极夹持机构和电极升降机构。在电熔镁炉熔炼过程中，熔化原料的热量主要来自于高温电弧放出的热量，电极末端与溶池液面之间形成电弧，电弧的长短决定了电弧电阻的大小，所以控制电极的位置就是控制电弧电阻的大小。通过电机位置控制系统调节电极位置，保证电极电流能够在正常的范围来调整电熔镁炉内的温度，熔化原料。电熔镁炉生产过程复杂，工业现场环境恶劣，容易造成电流不稳定，如果电流值太小，不能够完全熔化原料，电流值太大，会导致得到的晶体不纯，还会造成能耗损失，所以及时的调整电流是保证电熔镁炉正常运行，获得高品质电熔镁砂的保障。因此，电极控制系统是整个电熔镁炉生产设备的重要组成部分。电熔镁炉的炉体包括炉壳与底车，炉壳用来盛放菱镁矿石原料，完成高温熔炼过程，熔炼时放在底车在炉体下面，用于把炉体放入或者移出生产工位。炉体旋转部分包括转盘和转动电机，旋转炉体的目的是为了使原料受热均匀。加料系统由原料仓与电振给料机组成，在熔炼过程中，分批次将矿石原料加入炉内。3电熔镁炉生产过程的工艺流程整个生产过程包含五道工序，如图2.2所示：图2.2电熔镁炉生产工艺流程图Fig.2.2Smeltingprocessflowchartoffusedmagnesiafurnace配料工序：不同产地的原料所含的氧化镁和杂质成分不尽相同，配料是将不同产地的原料进行一定比例的混合，配制出符合熔炼要求的原材料。根据大量的历史操作经验，理想的配料标准为：将杂质SiO2比例控制在0.6%之下、CaO比例控制在1.2%左右、L.OL比例控制在10%之下，Fe2O3比例控制在0.3%之下、同时保证CaO和SiO2含量比为2:1。但是由于我国菱镁矿石组成成分复杂，品位低，以上条件都很难达到，而且在熔炼过程中原料的杂质成分会出现波动。备炉工序：该工序是为电熔镁炉进行熔炼前的准备工作。在开始熔炼之前，需要在炉低铺满一层炉料，防止高温溶液与底车直接接触，否则高温溶液会烫坏底车。然后根据炉底原料的高度确定三相电极的高度，并且把三相电极放在正三角形的三个顶点上，这样可以最大限度利用电弧产生的热量。最后，需要在炉子的底部铺上一层破碎的电极，三相电极通电以后，破碎的电极会使三相电极短路形成电弧。熔炼和冷却工序：熔炼和冷却是电熔镁炉在熔炼过程中的重要环节，尤其是熔炼过程，直接决定了获得产品质量的好坏。在电熔镁炉刚开始熔炼的时候，炉内原料较少，还未形成熔池，为了保证电弧的稳定，在开始加料的时候需要添加到电极的周围。随着熔炼的进行，炉料受热后熔化成溶液，继续向炉内添加原料，溶液慢慢积累形成熔池，熔炼过程不断继续，熔池液面会逐渐升高，此时若电极位置不变，电弧长度就会逐渐变短，导致三相电极的电流值发生变化，所以需要通过电极位置控制系统根据实际电流值和设定电流值之间的偏差来调节电极位置，保证三相电极电流值能够在正常范围内。随着电熔镁炉熔炼过程的继续，熔池液面会逐渐上涨，当熔池液面接近炉口时，此时整个熔炼过程结束，切断电熔镁炉的电源，然后将炉体运走进行自然冷却获得电熔镁砂晶体，结晶过程大概需要要7天的时间，如图2.3所示，最终形成了电熔镁砂晶体。图2.3电熔镁炉凉炉图Fig.2.3Coolingfigureoffusedmagnesiafurnace根据电熔镁炉熔炼工况的不同阶段，完整的熔炼工况可以划分为正常熔炼工况、加料工况和排气工况。(1)正常熔炼工况：该工况是电熔镁炉的正常工作状态，是整个生产过程的主体，该工况运行状态的好坏决定了成品的质量。在运行工况下，需要操作人员观察电流值的变化来调整电极的位置。当电极电流超过电流设定值时，操作人员需要通过电机位置控制系统来提升电极，使电弧长度变长，电阻变大，从而让电流值减小。当电极电流低于电流设定值时，操作人员需要通过电机位置控制系统来降低电极，使电弧长度变短，相应的电弧电阻变大，从而让电流值减小。整个熔炼过程需要操作工人参与，观察三相电极电流的大小来调节电极的位置，保证电熔镁炉能够正常运行下去。(2)加料工况：随着电熔镁炉熔炼过程的不断进行，炉内原料会不断熔化，所以需要操作工人以一定的时间间隔向炉内加入原料，保证炉内一直有原料被熔化。在一个完整的熔炼过程中，加料的次数和每次加入的原料量是根据现场操作工人的经验确定的，每次加入的矿料厚度在20cm左右为佳。在加料时，需要先将三相电极的电流设定值在正常熔炼时的基础上减少，从而减少电极的频繁移动，因为在加料过程中容易造成三相电极电流值的波动。(3)排气工况：原料的主要成分是碳酸镁，所以在电熔镁炉熔炼过程中会产生大量的二氧化碳气体，由于原料的密封性，导致二氧化碳不能随时排除炉外，聚集在炉内，所以需要以一定的时间间隔将二氧化碳气体排除炉外，否则会造成生产出的电熔镁砂晶体有气泡存在，影响产品质量。在现场工作中，操作工人是通过改变电极电流设定值，使三相电极上下移动，让二氧化碳气体从电极与原料的缝隙间排除炉外。破碎、分拣工序：炉体内的熔池经