铁合金冶炼工艺能耗的分析_陈庆

科技广场2011.5

0引言

铁合金生产过程是炉料、还原剂、渣料、成分调节剂在高温下经过物理化学变化生产合金、炉渣、炉气的冶炼过程。铁合金是生产特殊钢材的重要原材料，要保证其生产过程按需要的方向进行，必需要有一定的冶炼设备、正确的操作和提供必要的热量和动力。

1能耗系统基本分析

要明确而具体地表达出能源流向的工作特性，就要研究系统能耗分布、建立能耗数学模型、在精确测量能耗数据的基础上进行优化预测。因此，首要任务就是要找出各耗能单位间的关系及系统的主要特性。

1.1铁合金生产任务

铁合金是一种或两种以上的金属或非金属元素融合在一起的合金，不是直接使用的金属材料，主要作为冶金生产的脱氧剂和合金剂的中间原料，用途相当广泛，从普通的合金板材到航空、机械、电子材料的生产都离不开铁合金。因此，铁合金生产量可以反映某国特钢生产，发达国家非常重视铁合金的生产，甚至作为战略物资来对待。

铁合金按使用设备分类可分为高炉法、矿热炉法、电弧炉法、炉外法、真空法和氧气转炉法等；按热量来源不同可分为碳热法、电热法、电硅热法和金属热法等。本文主要以现有的生产设备进行研究，对其电弧炉冶炼铁合金的基础上采用了AOD炉为核心的炉外精炼，使冶炼过程更快捷、更高效、对低碳合金的降碳能力更有效。

铁合金生产的基本任务就是把合金元素从矿石或氧化物里提取出来，理论上可以通过热分解、还原剂还原和电解等方法生产，一般采用还原剂还原方法制取。

铁合金冶炼工艺能耗的分析

Analysis of Energy Consumption in Ferroalloy Smelting Process

陈庆

Chen Qing

（南京铁道职业技术学院苏州校区，江苏苏州215137）

(Suzhou Campus，Nanjing Institute of Railway Technology，Jiangsu Suzhou215137)

摘要：结合铁合金企业生产工艺，对冶炼生产过程进行了深入的用能分析，全面研究了铁合金企业中影响能源消耗的各种因素，通过分析计算，建立了能耗预测与优化模型，为企业制定科学合理的能源规划，实现节能增效奠定了理论基础。

关键词：铁合金；能源消耗；节能

中图分类号：TF6文献标识码：B文章编号：1671-4792-(2011)5-0164-04

Abstract：Through investigate some factors influential to energy consumption system and the characteristic of the ferroalloy’s production,to find out the regularity and provide some bases that study the establishing of energy consumption prediction model on production process of ferroalloy enterprises and controlling strategy optimiza-tion.

Keywords:Ferroalloy；Energy Consumption；Save Energy

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铁

合金冶炼工艺能耗的分析

在铁合金冶炼过程中，其主体构成由铁合金电炉（碳铬炉）

、AOD 炉和浇铸三部分构成。1.3系统能耗特点

（1）在铁合金的加工工艺上，国内传统生产中、低、微碳铬铁的工艺分为三步法或叫硅热法：即利用三台电炉，在第一台生产碳素铬铁；以碳素铬铁为原料在第二台上生产硅铬合金；再以硅铬合金为原料在第三台上生产出中、低、微碳铬铁。国外通用的

“波伦法”也要用三台炉，不同的是在炉外“倒包”，使铬矿、石灰熔体与硅铬合金充分反应，生产出低、微碳铬铁。

（2）铁合金电炉的节能也是一项重要的节能关键技术，主要是节约电力，降低电能消耗。电炉在工作中，由于负载的非线性和电弧游动等因素，使得电弧电流变化很不规则，从而造成三相电压和功率不平衡、电流畸变、无功功率增加、功率因数降低、

谐波

还原剂还原法制取铁合金反应的通式为：YA m O x +nXB=mYA+XB n O y

(1)

式（1）中：A m O ———表示矿石中合金元素的氧化

物；

B ———表示所用的还原剂；A ———表示提取的合金元素；

B n O y ———表示还原剂被氧化后生成的氧化物。1.2能耗的分布

一个完整的铁合金厂除了冶炼跨、配电跨、浇铸和精整跨外，根据车间的规模还设有变电站、水泵房、循环水池、原料场、原料准备车间、成品库及运输设施等。由铁合金冶炼生产的特点决定厂内车间之间必须有着紧密的联系和相互之间的协作配合。因

此,车间平面布置时必须满足下列要求[1]。

（1）各车间布置要紧凑，尽量减少占地面积。各种管线、运输线、构筑物的长度和体积尽可能减少；

（2）运输能力应和车间的产量及工艺特点相适应，尽量将进料、冶炼和成品运出顺行，不要过多交叉进行；

（3）设置具有扩建的可能，能一边生产，一边基建，互不干扰；

（4）应与厂域的地形、地质、水文和风向等自然条件相适应。

经过对铁合金公司的冶炼过程工艺流程分析，其简化图可以总结如图一所示。

图一冶炼工艺流程简图

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含量大等问题。如吉林铁合金有限责任公司的16500KVA 电炉，无功功率达到9100Kvar ，功率因数只有0.77～0.78，谐波含量高达5％～10％，使得生产成本增加。针对电炉普遍存在的功率因数低、无功功率高、谐波含量大等共性的问题，国内外学者也广泛地开展了有关功率因数补偿方法、谐波控制技术的研究。

（3）空分装置是冶金行业典型的生产设备，为AOD 炉生产中、低、微碳铬铁提供所需的氧气。电气设备主要有空分控制器、空分电机控制器、除尘装置和压缩机等组成，涉及工艺流程包括压缩、冷却、纯化、分馏等。

1.4影响能耗的主要因素

在AOD 炉技术改进过程中，由于AOD 炉技术还停留在实验验证成功的阶段，在铁合金行业内尚未得到产业化开发和应用，主要是需要解决生产规模问题(需要硅锰炉有足够的容量，至少大于AOD 炉容量的两倍，并且需增加空分装置，初投资较大)，还需解决脱碳还原过程中工艺参数(氧、氮和氩等混合气体的流量、速度、比例及铁水温度等)动态优化及控制策略等关键技术。

在铁合金电炉（碳铬炉）中，现在对功率因数补偿常采用的方式有：

（1）移相电容器：利用电力电容器对浪涌电流的抑制作用组成静止的补偿器，通过接触器或晶闸管等电力器件，控制补偿装置与电网的并联来提高功率因数；

（2）同步电动机：利用同步机在过激励方式运行向电网输送无功功率来提高功率因数；

（3）同步调相机：通过改变控制信号来控制输出电压和电流的相位。

国外在这方面做得比较好，如在国际上处于领先地位的以色列Elspec 公司生产的Activar 产品，采用电子开关控制，做到了在5～20ms 内能投切全部电容器组，可靠实现了无功补偿的目的。国内也

有从事该方面的技术研究和产品开发，如电炉智能化动态无功补偿方法、电炉的变压器补偿器等等，我国贵州省政府率先在铁合金、黄磷和电石等高耗电工业推行无功补偿技术，降低产品电耗3%左右。但这些产品及技术因受低电压、大电流电子器件国内技术水平的限制，现补偿基本只限于变压器的高压侧，特别是融合了谐波和功率因数补偿综合功能的补偿装置尚未见到报道。2能耗分析

2.1冶炼自动控制流程

铁合金冶炼过程主要包括电炉、炉外精炼和浇铸3个工序或车间，如图二所示。

（1）电弧护的主要自动控制系统有：配料、电弧炉本体、电弧炉排烟与除尘系统等自动控制；

（2）炉外精炼的主要控制系统有：KIP 喷粉脱硫AS 或CAS-OB 密封氩吹气成分微调装置的控制、FV 钢包炉真空精炼的控制、RH 真空处理装置和AOD 炉的控制等；

（3）浇铸的主要自动控制系统有：开浇、中间包钢水液位、保护渣加入、结晶器钢水液位、结晶器振动、结晶器钢水温度、结晶器冷却水流量、二次冷却水、铸速、PR 压力、铸坯定长切割、打标号等自动控制，铸坯跟踪及设备起停顺序控制等。

2.2电弧炉能耗分析2.2.1电量消耗与产量的关系

电能消耗与产量的关系主要从两个方面体现。

图二铁合金主要生产工艺流程166