钛渣冶炼炉新工艺介绍

关于钛渣冶炼炉的新工艺介绍

前言

本方案瞄准国际先进技术，借鉴国内引进的成败实例，结合我团队自主研发并已成熟应用的成果而制定。

本方案所采用的各种“非常规”措施，最终将体现为：

1.节能，比常规交流电炉耗电低25%～35%，真正实现低成本运行；

2.生产环境优良，低噪音、全密闭，突显“人性化”，尾气排放可满足新国标；由于工艺上的改革，使除尘器过滤面积、烟管面积、风机及功率，与传统工艺的除尘器相比，≦1/8，并且通过新工艺，使被过滤的烟气温度有效、可靠地控制在200℃以下，促使滤袋寿命成倍地延长。

3.生产过程简化，实行计算机控制，在原编制上可大幅削减冶炼工人；

4.电炉设计上，倾向于多功能——满足冶炼多种产品（随意可调的宽幅电压）；

5.产品生产的质量特别稳定、易控。

6.电炉本体故障率特低，平时只需巡视和加注润滑等基本保养。

本方案其它特点：

1.独创的底电极结构，从根本上杜绝了铜质针刺因高温频繁烧蚀的断电事故，彻底保障了导电可靠性。

2.电炉功率因数高（只考虑动力补偿）；同时，在电气设计上已消除了谐波危害。

3.采用可控硅整流方式，能很方便地化解凝炉（非正常停电）、因SiC沉积造成的炉底上涨现象。

4.原料连续入炉、大容量电炉可实现产品连续出炉。

5.利用电炉产生的高温烟气烘干原料及煤气回收发电技术。烟气进入原料干燥装置降温后，再进除尘器除尘，由煤气风机送至煤气发电车间，全程安全可控。

根据国家对铁合金、电石等冶炼行业的准入限制，为适应国家可能出台的新政策，综合考虑钛渣炉性价比，建议钛渣炉的单台容量≧2万kVA。

工信部规定，容量在6300KVA以下的交流矿热炉逐步淘汰，新上的交流矿热炉容量必须≥25000KVA，直流炉容量≥12500KVA。内蒙、贵州及四川攀枝花等地已经在落实。

一台2万KVA空心电极直流密闭炉，可年产主产品钛渣67000吨左右，副产品半钢5000吨左右。与传统冶炼方式相比，生产一吨主产品可节省电能1200～1800度。

建造一台生产钛渣的2万KVA空心电极直流密闭炉，约需人民币6000～7000万元。投产后1～2年即可收回投资。

直流密闭炉节能效果显著，为国内首创。建设单位可以向国家工信部申报节能减排项目，寻求国家奖励或资助。贵州兴义某企业计划新建4台30000万KVA半密闭直流铁合金炉，已获得当地政府3亿元的贴息贷款扶植。内蒙古卓资县一铁合金企业新建一台16500KVA全密闭直流铁合金炉，已获得当地政府4百万元资助，正在向工信部申请立项。

目前，发达国家中的钛渣炉，容量都比较大，多采用全封闭，湿法除尘和回收煤气，并向干法除尘转变。这些大型电炉采用计算机进行控制，从原料准备到产品出炉全过程自动化，生产效率高，产品质量稳定，环保设施完善，有利于资源的综合利用，也是中国钛渣生产发展的方向。国内某企业从南非引进的3万kVA全密闭直流高钛渣炉，已经将高钛渣的吨产电耗从国内普遍的3500kwh/t～4500 kwh/t降至2600kwh/t～ 2800kwh/t，大大降低了生产成本（注：由于该企业对引进技术吸收消化严重不足，加之过份神秘化的保密隔绝，导致试生产周期特长，生产时断时续。不久前，此高钛渣炉炉底熔穿目前正停产维修。该企业的负责人在接待国家工信部考察人员时介绍说：技术指标是非常先进的，政治上丰收，经济效益趋于零）。

国内钛渣冶炼通常采用三相交流敞口电炉或半密闭电炉，一次性加料生产工艺，污染严重、热辐射高、操作环境恶劣。炉膛热量直接从炉口或烟道散出，电炉热损失大，容易造成除尘器布袋的烧蚀。

三相交流电炉的三根电极之间的电流为平面流动形式，由于炉料的导电性，而不能选用较高的二次电压，否则会出现电极不能深插，炉底温度低的现象，使得SiC沉积造成炉底上涨。

交流电炉炉膛的深、径比小，每次排渣或出铁水后，炉内温度下降快，当下一炉的生料加入后，需要焙烧一段时间以提高炉温，增大了耗电量。

综合上述几个原因，使得国内钛渣、工业硅、铁合金及电石等冶炼成本居高不下，市场竞争力低。

目前世界上最为先进的冶炼方法，是密闭直流电炉空心电极连续加料冶炼方式。

密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉冶炼工艺具有如下优点：

⑴炉膛密闭，无外部空气进入，烟气量小，除尘设备负担小。

⑵密闭电炉无外部空气进入，冶炼操作在密闭的高还原性气氛下进行，降低了电极的高温氧化和还原剂的氧化烧损。可以节省电极消耗达50%以上。

⑶富含一氧化碳的高温烟气，显热直接用来干燥矿粉，降低矿粉中的水分，充分利用烟气的热量，比半密闭/敞口炉的潮矿入炉减少了电能消耗。降温除尘后的一氧化碳气体可以用来驱动燃气发电机发电，能源得到综合利用。

⑷粉料连续入炉，原料和还原剂均为粉末，物料反应的表面积增大。物料直接进入熔池，在液态下进行还原反应，还原反应充分、速度快——“瞬间还原”。

⑸粉料连续入炉，省去繁重的捣炉作业，减轻了劳动强度，改善了工作环境。

⑹直流电炉炉膛的深/径比大于交流电炉的深/径比，即相同容量直流电炉的炉膛比交流电炉深，直径比交流电炉小，热量集中，热损失小。

⑺直流电炉炉膛深/径比大，炉膛表面积小，比交流电炉节省炉衬材料。

⑻直流电炉炉底作为导电电极，使电弧引向炉底，直流电流对熔池具有上下运动的电磁搅拌作用，使熔池上下层温度均匀，大大改善金属氧化物高温还原反应的热力学和动力学条件，消除了炉底上涨的可能。

⑼直流电炉的顶电极位于炉膛中心，产生的电弧对炉衬的高温辐射烧损小，故炉衬材料的消耗降低，使用寿命延长。

⑽直流电炉二次侧短网和熔池内无感抗影响，且无电流集肤效应和邻近效应，电网供给的交流电通过24脉整流，电压脉动系数减少，产生的高次谐波极弱，对电网干扰小，功率因数高。

⑾直流电炉，炉盖只有一个电极孔，易于密封和除尘。

⑿直流电弧无电流过零息弧，噪音小，电弧稳定。

⒀直流电炉在炉膛内为垂直导电方式，不受炉料电阻率的影响，易于实现高电压长弧冶炼操作，提高冶炼速度。仅直流供电一项即可比交流电炉节电10%以上。

⒁停炉、修炉后起弧方便，易于操作。

密闭直流电炉与半密闭交流电炉性能对比见表1。

高钛渣冶炼过程中烟气带走的热量（包括可燃性气体的化学能）几乎相当于输入炉内的电能转化的热量。因此，充分利用此能源是钛渣生产降耗的出路之一。

利用密闭电炉的高浓度CO气体进行发电，同时，适当增加投资，亦可回收利用液态铁水的显热等，都是二次能源利用。

密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺能够利用密闭炉气的显热来干燥炉料，降温、除尘、净化后的炉气，用来驱动燃气发电机产生电力，反馈为电炉电能的补充，使得电能的消耗大大降低。仅此一项即可节能15%～20%。

综合起来，密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺综合节电效果可以达到25 %～35%。

表1直流密闭空心电极电炉与交流半密闭/敞口电炉性能对比

序号项目交流敞口/半密闭电炉直流密闭空心电极电炉

1 电耗% 100 ～70

3 电极消耗% 100 ～55

4 还原剂消耗% 100 ～80

5 功率因数（未补偿）0.55～0.85 ﹥0.9