張志凌

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

錳礦錳系合金新技術(shù)新裝備的應(yīng)用

張志凌

(昆明有色冶金設(shè)計(jì)研究院股份公司，云南昆明650051)

闡述了云南建水錳礦錳系合金工程應(yīng)用國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先的新技術(shù)、新裝備，有效提升我國鐵合金行業(yè)的技術(shù)裝備水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的情況。

錳礦;錳系合金;大型化電爐

0 引 言

云南建水錳礦有限責(zé)任公司200 kt/a錳系合金工程，于2008年5月完成可行性研究，2009年3月完成初步設(shè)計(jì)，隨后開始施工圖設(shè)計(jì)及項(xiàng)目施工建設(shè)，項(xiàng)目建設(shè)2臺(tái)25 MVA半封閉電爐，1臺(tái)用于生產(chǎn)高碳錳鐵，1臺(tái)用于生產(chǎn)錳硅合金。另建設(shè)1臺(tái)50 MVA半封閉電爐，用于生產(chǎn)錳硅合金。2010年11月首臺(tái)電爐投產(chǎn)，2011年8月3臺(tái)電爐全部投產(chǎn)。項(xiàng)目中采用了多項(xiàng)新技術(shù)、新裝備，使得該項(xiàng)目的技術(shù)及裝備均處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

1 新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用

1.1 電爐大型化和過程控制自動(dòng)化

截至2008年，不包括電解金屬錳，中國錳系鐵合金行業(yè)現(xiàn)有約900戶左右生產(chǎn)企業(yè)，擁有各種容量電爐和錳鐵高爐1 300臺(tái)左右，形成產(chǎn)能約1100萬t/a。在錳系鐵合金企業(yè)中，擁有容量12.5 MVA及以上電爐的企業(yè)40戶;12.5 MVA及以上電爐全國總計(jì)104臺(tái)，容量合計(jì)1 513 MVA;其中72臺(tái)12.5 MVA 電爐，2 臺(tái) 14 MVA，20 臺(tái) 16.5 MVA，9臺(tái)25 MVA，1臺(tái)30MVA。這表明中國錳系鐵合金行業(yè)，企業(yè)戶數(shù)多，單個(gè)企業(yè)規(guī)模小，散、小、弱特征突出，工藝裝備水平偏低，多數(shù)企業(yè)綜合競爭實(shí)力不強(qiáng)，發(fā)展后勁不足。隨著國家加大對(duì)鋼鐵和鐵合金行業(yè)的調(diào)控，提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，一批落后產(chǎn)能將被淘汰，鐵合金產(chǎn)業(yè)集中度提高將會(huì)進(jìn)一步加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

鐵合金電爐大型化和過程控制自動(dòng)化將引領(lǐng)鐵合金生產(chǎn)工藝技術(shù)潮流，目前世界上最大的高碳錳鐵電爐為102 MVA，最大的錳硅合金電爐為88 MVA。

該項(xiàng)目2臺(tái)25 MVA電爐采用國內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、安裝，1臺(tái)50 MVA電爐引進(jìn)南非邁提克斯(METIX)公司專有技術(shù)及主要部件。項(xiàng)目的建成將成為我國錳系合金冶煉電爐容量最大，自動(dòng)化程度最高，將使我國鐵合金行業(yè)工藝裝備有一個(gè)大的升級(jí)。

1.2 大直徑電極的把持系統(tǒng)技術(shù)

目前國內(nèi)采用塊式抱閘壓放系統(tǒng)，項(xiàng)目引進(jìn)南非的技術(shù)及設(shè)備，采用鋼絲繩絞軸式壓放系統(tǒng)。該系統(tǒng)每塊閘瓦間為波形接口，上、下抱閘均由6根鋼絲繩通過絞軸同時(shí)受力，具有抱緊力均勻，電極殼變形量極小的優(yōu)點(diǎn)。

南非的技術(shù)及設(shè)備將波紋管內(nèi)介質(zhì)由通油改為通水，并為一體式結(jié)構(gòu)，解決了國產(chǎn)壓力環(huán)漏油的難題。波紋管與壓力環(huán)間是插入式結(jié)構(gòu)，便于拆裝。壓力環(huán)與保護(hù)屏均采用純銅材質(zhì)，銅的塑性變形小，熱傳導(dǎo)性好。采用此銅質(zhì)結(jié)構(gòu)的把持器，可以保證電爐長期無故障運(yùn)行。每塊銅壓力環(huán)和每塊銅保護(hù)屏均為整塊銅板鍛造而成，經(jīng)過數(shù)控機(jī)床加工，保證了整體精度，避免了焊接變形及焊口開裂。

1.3 節(jié)能隔磁銅水冷爐蓋技術(shù)

因?yàn)殡姞t的大電流輸電設(shè)備(電極的周圍)存在著大量的電場和磁場，在電流經(jīng)過的短網(wǎng)和電極周圍分布著很強(qiáng)的磁場，而導(dǎo)磁材料在磁場中存在大量的渦流損耗、磁滯損耗，這樣會(huì)耗費(fèi)大量的電能，造成設(shè)備發(fā)熱損壞，對(duì)企業(yè)十分不利。為了解決這些問題，項(xiàng)目爐蓋電極三角區(qū)蓋板，采用南非技術(shù)把不銹鋼材質(zhì)焊接成形改為整塊銅板利用深孔鉆頭打孔通水結(jié)構(gòu)，解決了三角區(qū)爐蓋易開焊漏水的難題，又因銅導(dǎo)熱性好，避免了電爐運(yùn)行時(shí)熱變形的問題，銅隔磁性好，減少了電能的損耗。

1.4 長壽命的水冷爐體技術(shù)

國內(nèi)電爐采用普通的耐火材料內(nèi)襯，其內(nèi)襯壽命一般在1 a左右，項(xiàng)目采用水冷掛渣爐壁及優(yōu)質(zhì)耐火內(nèi)襯，可以使?fàn)t壁使用壽命達(dá)到10 a以上。

1.5 電爐煙氣采用低品位飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)

常規(guī)余熱發(fā)電汽輪機(jī)多采用過熱蒸汽形式，此時(shí)汽輪機(jī)對(duì)進(jìn)汽蒸汽的過熱度有嚴(yán)格要求。鐵合金電爐煙氣的流量和溫度波動(dòng)范圍大，經(jīng)常性的余熱源波動(dòng)對(duì)余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽品質(zhì)會(huì)有很大影響，過熱度很難保證，過熱度不夠會(huì)導(dǎo)致蒸汽濕度增加，影響汽輪機(jī)效率甚至縮短葉片的使用壽命。

根據(jù)鐵合金電爐煙氣余熱的特點(diǎn)，采用飽和蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組，與常規(guī)過熱蒸汽汽輪發(fā)電機(jī)組相比可適應(yīng)余熱源參數(shù)大范圍的波動(dòng)。機(jī)內(nèi)除濕再熱的多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)是一種飽和蒸汽發(fā)電設(shè)備，在汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的其中一相鄰級(jí)或若干相鄰級(jí)的級(jí)間設(shè)置有級(jí)間蒸汽再熱器，由該汽輪機(jī)主汽門后的主蒸汽管引出一股新蒸汽通入級(jí)間再熱器中，用于加熱汽輪機(jī)中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護(hù)汽輪機(jī)不受水蝕損害，這樣汽輪機(jī)可以自由使用飽和蒸汽或過熱度比較低的蒸汽，在保持比較高的效率情況下不必?fù)?dān)心葉片的水蝕問題，任何壓力的飽和蒸汽、濕蒸汽、過熱度過小的蒸汽都可直接用來發(fā)電。

1.6 復(fù)合球團(tuán)壓制技術(shù)應(yīng)用

我國是一個(gè)貧錳國，資源量少、儲(chǔ)量分散、品質(zhì)不高。由于鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)錳系合金的需要量大，國內(nèi)的資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。因此，除大量使用進(jìn)口礦外，也大量使用國內(nèi)較低品質(zhì)的錳礦石。近年來隨著進(jìn)口礦價(jià)格和運(yùn)輸費(fèi)用大幅增加，不得不使用更多低品質(zhì)、細(xì)粒度粉錳礦，惡化了生產(chǎn)條件。

錳系合金冶煉過程中產(chǎn)生大量煙氣及煙塵，每冶煉1t錳系合金，排出煙塵量150～300 kg，錳品位25%～35%，高于國內(nèi)大多數(shù)精礦品位。目前全國錳系合金冶煉產(chǎn)煙塵700～1 050 kt/a，煙塵含錳210～315 kt/a。目前國內(nèi)煙塵的回收和利用形勢不容樂觀，存在回收難和利用難問題，煙塵回收要增加設(shè)備投資和消耗電能，費(fèi)用較高，不經(jīng)濟(jì)?；厥諢焿m的方法通常是與細(xì)粒度錳精礦按一定比例搭配燒結(jié)，由于資源的特點(diǎn)及其它原因，使得我國鐵合金企業(yè)難以像鋼鐵企業(yè)那樣建設(shè)現(xiàn)代化燒結(jié)廠，90%以上企業(yè)均是因陋就簡采用平地吹土法燒結(jié)(屬國家淘汰方法)，每噸燒結(jié)礦需消耗120～200 kg煤或焦粉。土法燒結(jié)獲得的燒結(jié)塊質(zhì)量很不穩(wěn)定，運(yùn)輸、配料和下落到電爐過程中粉化現(xiàn)象嚴(yán)重，高達(dá)20%。很多企業(yè)、特別是小企業(yè)放棄了煙塵的回收，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。造成上述現(xiàn)象的原因是缺乏有效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的回收利用煙塵的方法。

該項(xiàng)目采用云南文山斗南錳業(yè)股份有限公司的專利技術(shù)的復(fù)合球團(tuán)壓制和電爐冶煉技術(shù)，該技術(shù)有如下的特點(diǎn):

(1)先進(jìn)的制球工藝，球團(tuán)粒度、強(qiáng)度較好，破損率低于8%，入爐冶煉性能及抗高溫性能良好，能滿足50 MVA大型電爐冶煉工藝要求。

(2)球團(tuán)比電阻提高，使電極能深插，提高冶煉操作電壓，提高電爐自然功率因數(shù)，產(chǎn)量提高，單位電耗和單位焦耗下降。

(3)使用無煙煤代替焦炭，降低生產(chǎn)成本。

(4)采用冷壓復(fù)合球團(tuán)制備工藝，使用了粉錳礦和項(xiàng)目產(chǎn)出煙塵、篩下的焦粉，使資源得到了良好的利用。

1.7 無功功率補(bǔ)償

為了有效降低電爐無功損耗，采用電爐變壓器低壓縱向電容補(bǔ)償方式，其在變壓器二次電壓較低的情況下有效補(bǔ)償無功功率，補(bǔ)償后的功率因數(shù)可達(dá)到0.92以上，使礦熱爐的特性參數(shù)發(fā)生改變，起到增加產(chǎn)能，降低消耗的作用。

1.8 自動(dòng)化配料系統(tǒng)

項(xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模大，物料量大，整個(gè)項(xiàng)目的配料、上料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，采用PLC控制程序，達(dá)到配料準(zhǔn)確、快速的效果，改善勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，改善生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1.9 先進(jìn)的爐前設(shè)備

爐前操作有爐臺(tái)操作自由行走撥料加料搗爐機(jī)、出爐開堵眼機(jī)等，這些先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備將更有利控制整個(gè)生產(chǎn)過程，使生產(chǎn)更具機(jī)械化、自動(dòng)化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)安全系數(shù)，改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

1.10 完善的環(huán)保設(shè)施

項(xiàng)目采用先進(jìn)的技術(shù)及裝備，電爐煙罩漏入的空氣少，物料經(jīng)篩分后入爐，使電爐煙氣少、含塵濃度低，經(jīng)收塵后排放的煙氣低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

出鐵口煙氣設(shè)置專用集氣罩，集氣效率達(dá)到95%以上，集氣后送入獨(dú)立的除塵系統(tǒng)。

電爐煙罩上方設(shè)有環(huán)保集煙罩，將爐口、電極口等漏出的煙氣收集后外排，使車間操作環(huán)境好。

2 結(jié) 語

該項(xiàng)目的工藝技術(shù)裝備處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平，有效地提升了我國鐵合金行業(yè)的技術(shù)裝備水平，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

Application of New Technologies and New Equipment for Manganese Alloys Project

ZHANG Zhi－ling
(Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China)

The circumstances which ferroalloy industry＇s level of technical equipment in China has been promoted effectively and achieved industrial upgrading by applying domestic same industry＇s leading，new technologies and new equipment in manganese alloys project of Yunnan Jianshui Manganese Mine Co.Ltd.were expounded.

Manganese mine;manganese alloys;large－scale electric furnace

TG145

B

1004－2660(2011)04－0007－03

2011－10－20.

張志凌(1964－)，男，云南人，高級(jí)工程師.主要研究方向:冶煉設(shè)計(jì).