电熔镁砂生产的热工过程分析与节能

池熔化 ，随着料 的投入 和熔化 ，熔 池面上 升 。先 前熔化 的熔 体逐 渐 因炉 体 散 热 降 温 而冷 凝 结 晶 ， 在熔池 下形成 熔坨 。炉体 内 ，靠 近 炉壳周 边 的原 料不 能熔 化 ， 自然 形 成 隔 热 层 起 到 隔 热保 温作 用 。随着熔 融时 间的延 长 ，熔 池 面上涨 ，一直 升
Ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅＯ１ ｉ ｅ ｔ ｎ ｈ ｅ ｍａ ａ ａ ｃ ｎ ｙ ｉ ｆａｔｐ ｃ ｘ ｍｐ ｅ ｌ １ ８ ｄ ｔｅ ｍｅ ｏ ｓ ｈ ｇ １ 一ｓｔ ｔｓ ａ ｄ ｔｅ ｔ ｒ ｌ ｌｎ ｅ ａ ａ ｓｓｏ ｙ ｉａ ｅ ａ ｌ ，ｐＤ ） ｅ ｔ ｄ ｏ ｈ ｅ ｈ ｂ ｌ ｌ ｏ ｈ ｈ
摘 要 目前国内电熔镁砂生产工 艺落后，能耗 高、污染重 ，电熔镁产业亟待 战略 升级 。通
过对典型龟熔镁砂生产工艺现场测试及热平衡分析，提出了电熔镁砂生产的节能途径。节能
的主要途径是如何高效回收电熔镁砣高温余热和烟气余热 ，减少炉 口辐射热 损失 。
关键词 电熔镁 电弧炉 能量平衡 节能 余热 回收
了成品率 ，并使工人的劳动条件也得到了改善。
３ 结论
转化到生产结束后的电熔镁砣 内，总计约占电熔
菱镁矿石在电弧炉内熔炼发生了一系列物理 化学变化 ，从 固态 到液态 、冷凝再结 晶 ｊ ，反
应如下 ：
ＭＣ ， ｇ Ｏ ３ 一
兰
Ｍ ｏ 非晶体 ） ｃ ２ （ ） ｇ（ ＋ ｏ ｔ（ １ Ｍｇ 非 晶体 ） ｏ ） ｏ（ ＋Ｃ ２ Ｔ
Ｍ ｏ（ ｇ 晶体 ）
Ｍｇ （ ｏ 液体 ）
重， 整个 电熔镁 产业亟待 战略升级 。因此 。 研 分析 究 电熔镁砂 生产 的 热工过 程 ， 进行 工 艺过 程 能量
・国家高技术研究发展计划 （６ ８３计划）０ ０ Ａ ２ １Ａ ￣ 收稿 日期 ：Ｄ０一ｌ ２ ２ １ ２— ７
仝 永 娟 （９ ４一 ） 硕 士 ；３０ １ 湖 北 省 武汉 市 。 １８ 。 ４０８
ＥＮＥＲＧＹ Ｆ０Ｒ ＭＥＴＡＵ ＵＲＧＩ ＣＡＬ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
Ｍａ ． ０ １ ｖ － ２ １
生产 由于粗放 的生 产 工艺 造 成 巨大 的能 量损 失 。 电熔镁 系统节 能的主要途 径是 回收 电熔 镁砣及 烟
变压器与 电熔镁炉 ，应 尽量使 电炉变压 器工作在
ｎ ｏ ｏ ｒｄ ｃ ｅ ｔ ｓ ｆ ｈ ｎ ｃ ｕ ｈ ａ ｅ ｔｅ ｍａｎ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｒａｉ ｔ ｄ ． ａ ｄ ｈ ｗ ｔ ｅ ｕ ｅｔ ｅ ｈ ａ ｏ ｓｏ ｅ ｆｒ ａ ｅ ｍｏ ｔ ｒ ｈ ｉ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｅ ｖ ｔ ｎ ｍｅ ｏ ｓ ｈ ｌ ｔ ｕ ｏ ｈ １ （ ￣ ｏ ｄ ｆ ｓ ｄ ｍａ ｎ ｓａ ａ ｃ ｆｒ ａ ｅ ｔｅ ｍａ ａ ａ ｃ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｒ ａｉｎ ｗ ｓ ｅ ｔ ｅ ｙ ｌ ｇ ｒ ｓ ｕ ｅ ｇ ｅ ｉ ｒ ｕ ｎ ｃ ｈ ｒ ｌｂ ｌ ｅ ｎ ｒｙ ｃ ｎ ｅｖ ｔ ａ ｔ ｈ ａ ｃ ｃｉ ｎ ｏ ｅ ｒ ｎ
电熔镁 砂 是 以菱 镁矿 或 轻 烧 粉 （ Ｏ） 原 Ｍｇ 为
平衡 分析 ， 从而找 出节能途径是 十分必要 的。 １ 电熔 镁砂生产工 艺过程的热 平衡 １ １ 电熔镁砂 生产的理论 热耗 ． 电熔镁砂 生产 的理论 热耗是评价 炉子效能的
料， 在电弧炉内熔炼得到的。它是一种纯度高、 熔
基 本数据 ，也是炉 子热平衡计 算 的基础 。
８ ％， ５ 占世界总储量 的 ２ ％， ５ 菱镁矿资源是我 国 重 要的战 略保 护 资源 。 目前 ， 国内的 电熔 镁冶炼水 平低 ， 生产设 备简 陋， 热工制度和操作规程主要凭经验确定 ， 生产过 程主 要 靠 人 工 手动 控 制 ， 能源 浪 费 、 环境 污 染 严
ｏ ｎ ｒｙ ｃ ｎ ｅ ｖ ｔ ｎ ｆｅ ｅｇ ｏ ｓ ｒ ａｉ ．Ｈｏ ｆ ｉｎｌ ｅ ｙ ｌ ｓｅ ｈ ａ ｆｆｓ ｄ ｍａ ｎ ｓｕ ｌ ｍｐ ａ ｄ ｆ ｅ ｇ ｓｓ， ｏ ｗ ｔ ｅ ％ ｅ ｔ ｒｃ ｃｅｗａ ｔ ｅ ｔ ｕ ｅ ｇ ｅ ｉｍ ｕ ｎ ｕ ａ ｅ ｏ ｉ ｙ ｏ ｌ
点高、 结构 致密 的碱性 耐火材料 ， 被广泛地 应用于 冶金、 建材 、 玻璃 、 泥 、 防等领 域 。我 国菱镁矿 水 国 资 源丰 富 ， 目前 已探 明储量 为 ３ ．４亿 ｔ占世 界 ５６ ， 总储量 的 ２ ． ％ ， 世 界首 位 ｊ ８７ 居 。其 中辽 宁 省 菱镁矿保 有储量 为 ３． Ｏ５亿 ｔ约 占全 国总储 量 的 ，
４ ％ ，Ｆ ９ ０为 ２ ％ 。 ５ Ｍ６ ５
１２２ 热平 衡计 算 ．．
表 ｌ计 算 结 果 是 按 Ｍ Ｃ ，在 １０ Ｋ 分 解 ， ｇＯ ００ 将 Ｍ Ｏ过 热 １０ ［ ｇ ０ １ 时所得 。电熔 镁 砂生产 的理 论 ： 热 能单耗是 ２ ３ Ｗｈ ｔ ６ １ ／。 ｋ
Ｔｈ ｒ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｅ ｖ ｔｏ ｅ ｍａ ｒ ｃ ｓ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｒ ａ ｎ ｉ ｏ ｕ ｅ ｇ ｅ ｉ ｏ ｃ ｉ ｎ ｆｆ ｓ ｄ ｍａ ｎ ｓａ ｐｒ ｄｕ ｔｏ
Ｔ ｎ ｏｇｕｎ Ｚ ａｇＷｅ ｕ Ｌ Ｐｎ ＷａｇＳ ｕｉ ｏ ｇＹ ｎ ｊａ ｈｎ ｉ ｎ ｊ ｉ ｅｇ ｎ ｈ ａ Ｚ ａ ｎｉ ２ Ｙ ｏｇｈｏ ｈｏＷｅｊ ｇ ｕＨ ｎ ｃａ ｎ （ 。 ｈｎＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ ２ ｏｔｅｓ ｒ ｎｖｒ ｔ） １ Ｗｕ ａ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ．Ｎ ｒ ａｔ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｅ ｉ Ｓ ｅ ｏ ｈ ｅ ｎ ｅｉ
１２ 热平衡 ． １２ １ 现场 测试情 况 ．．
根据 现 场 热 平 衡 测 试结 果 ，由热平 衡 计 算 得到 测试 的热平 衡计算 结果如 表 ２ 。
表 ２ 电熔镁 炉热平衡表 （ 料为 菱镁 矿 ） 原
（ ） 现 场测 试 对 象 ：营 口市 大 石 桥 隆 达 耐 １
火材 料厂 的电熔镁 电弧 炉 。它 采用 三相 交流 电熔 法 生产 工艺 ，依靠 电极 的埋弧 电热 和物 料 的电阻 电热 来熔 炼 物料 Ｊ 。该 厂 共 有 ８台电 熔 镁 电 弧
ｓ ｍ ｐｉ ｎ ａ ｄ ｕ ｔｏ ｎ ｈ ｐｏｌｔｏ ｎ Ｃｈｎ ｌｕ ｉｎ ｉ ｉａ，ｔｅ ｗｈｏｅ ｆｓ ｄ ｇ ｅ ｉｍ ｎ ｓｒ ｅ ｄ ｔ ｐ ｒ ｄ ｒ ｅ ｌ ． ｈ ｌ ｕ ｅ ｍａ ｎ ｓｕ ｉｄｕ ｔｙ ｎ ｅ ｏ ｕ ｇ ａ ｅ ｕ ｇ ｎｔｙ
Ｍ Ｃ 约 ９ ％ ） ｇＯ ８ ，产 品为 大结 晶电熔 镁砂 。所 用
变 压 器 容 量 为 １５ ｋ Ａ。石 墨 电 极 直 径 为 ６０ Ｖ
３ ０ｍｍ 。 ０
该 炉炉壳 由 ｌ ｍ 厚 的钢 板加工 而成 ，炉 壳 Ｏｍ 直径 １ ８ ． ｍ，高 度 ２ ５ ． ｍ。炉 口向上 敞开 。
炉 ，其 中原料为轻 烧粉 的炉子 ４台 ，原料 为菱 镁
矿 的炉 子 ４台。
（ ） 电熔镁 电 弧 炉 的 操 作 过 程 为无 渣埋 弧 ２ 操作 ，基本熔 炼工 艺过 程是 ：电熔 前 ，首先在 炉 内铺底 料 ，调整 电极位 置 ，起 弧 。起弧后 电流稳 定 即可 向电极附 近加料 ，其 中一部 分料 由电弧直 接熔化 ，在 电极下端 形成 熔池 ，一 部分料 落 入熔
＂
－ －
２８ ７ ．％
银 温度 计 ，秒 表 ，电 子 钟 ，皮 托 管 ，磅 秤 ，米 尺 ，气体 分析仪 ，万 能表 。 （ 电熔镁 炉生 产 的 原料 为菱 镁 矿 （ ４） 含
２ 节能途 径
根据 能量 平衡 分析 可 以看 出 ，目前 电熔镁 砂
冶
金
能
源
Ｖｏ ０ Ｎｏ ３ Ｌ３ ．
为以下几 个方面 。 ２ １ 对 电熔镁砣余 热 回收 ．
变 ，恶化炉 内热量分布 ，致 使局部皮 砂过厚 ，局 ．
部熔 池连通不好 ，影响 了电熔 镁砂生产 质量 和产 量 。采 用 自动控制 ，不仅能节 电节能 ，同时提高
电熔 镁 坨 出炉 中心 温 度 在 ２０ ｏ ８０Ｃ以上 ，壁 面平 均温度在 ６０Ｃ以上 ，电熔镁 砂有 效 吸热 都 ０￣
Ｖｏ． ０ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｍａ ．２ 】 ｖ ０１
冶 金 能 源
ＥＮＥＲＣＹ ＦＯＲ ＡＬＬ ＭＥＩ ＇ ＵＲＧＩ ＣＡＬ Ｉ ＮＤＵＳＴ ＲＹ
根据 上列反应 式及 有关热 化学 数据计 算理论 热 能单耗 ，结果 如表 １ 。
表 １ 电熔镁 砂 生产所 需的热 量及理 论 热能单耗
１３ 热 工 过 程 分 析 ．
（ ） 电熔镁 砂 生产 的实 际热能单 耗 ： １
ｌ ｌ３ Ｊ ｋ ３ ｏ ｋ／ ｇ＝３ ４ ｋ ６ ｏ ＷＥ／ ￡
到炉壳上 口表面，此时熔融过 程结束 ，停止供 电 。在 熔融过 程 中 ，要 随熔 池 面上涨 而不 断调整
电极上 升 。
（ ） 电熔镁 砂 生产 的实 际电耗 ： ２
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｔ ｒｓｎ ，ｔｅ ｐｏ ｕｔ ｎ ｔｃ ｎ ｌｇ ｆｆｓｄ ｍａ ｎ ｓ ｓｂ ｈｎ ｉｈ ｈｇ ｎ ｒｙＣＩ ｓｒ ｃ ｅｅ ｔ ｈ ｒｄ ｃｉ ｅｈ ｏｏｙ ｏ ｅ ｇ ｅｉ ｉ ｅ ｉｄ ｗｔ ｉｈ ｅ ｅｇ Ｏ ＊ ｐ ｏ ｕ ａ ｌ
冶 金 能
Baidu Nhomakorabea
源
Ｖ０． Ｏ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｍａ ． ０１ ｙ２ ｌ
ＥＮＥＲＧＹ ０Ｒ Ｆ ＭＥＴＡＬＬ ＵＲＧＩ ＣＡＬ Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＹ
电熔 镁 砂 生 产 的 热 工 过 程 分 析 与 节 能
仝永娟 张卫军 李 鹏 王 帅 赵文婧 于宏超
（．武汉 科技大学 材料 与冶 金学院 ，２ １ ．东北大学 材料 与冶 金学院 ）
“ 济运行 ” 状态 ，此 时变 压器 的效 率 最高 ，可 经
显著节 电节 能。 目前 电炉 的电极 升降是靠人工手 动控制 ， 由于在 熔 炼 时 电 极倾 斜 引起 极 心 圆改
气余热 ，减 少 炉 体外 表 面散 热 和炉 口辐 射 热损 失 ，降低 电能损失 。 由此 ，节 能的途径 可 以归纳
熔炼 时 间为 ９ ，共 消耗 石墨 电极 ３ ０ ｇ ｈ ３ ｋ ，消
耗菱 镁矿 １． ｔ 生 电熔 镁砂 成 品 ５ ５ ｔ 天 ６ ５ ，产 ． 。每 生产 １个 坨 ，周 期 作 业 ，料 坨 周 边 有 皮砂 和散 砂 。 电 熔 镁 砂 牌 号 Ｆ ９ ０ 为 ３ ％ ，Ｆ ９ ０ 为 Ｍ８ ０ Ｍ７
１６８Ｊｋ ｏ １ ｋ ／ ｇ＝２ ５ ｋ ｈ ｔ ９ ０ ｗ ／
熔 炼完 成后用小 车将 熔毕 的镁 砣连 同炉体拉
离 熔融 工位 ， 自然 冷却 。然后 出炉 ，人工 破 碎 、 分级 ，包装成 品 。 （ ） 测试 仪 器 ：热 电偶 ，光 学 温 度 计 ，水 ３
（ ） 电熔镁 砂 生产 的综合 热效率 ： ３
Ｍｇ 非 晶体 ） ｏ（
Ｍｇ 晶体 ） Ｏ（
（） ２
（） ３
（ ）式所得 的产品称为苛性镁砂 ，俗称轻 １ 烧粉 ；（ ） 式 为高 温 锻烧 过 程 ，所 得 产 品称 为 ２ 重烧镁砂 ；（ ）式是电熔镁砂生产的主要反应 ， ３ Ｍ ｏ在高 温下 液 化 ，经再 结 晶就 得 到 致 密 的方 ｇ 镁 石结晶 ，即得 到 电熔镁砂 。