电炉炼铁
以电能为供热能源的非高炉炼铁方法
电炉炼铁是以电能为供热能源的非高炉炼铁方法。由于炼焦煤的缺乏及水电资源的开发,自 20世纪初一些国家开始研究和使用电炉炼铁,1908年第一座炼铁电炉在瑞典投入工业生产。在一些水电资源丰富的国家(如挪威),以及具有高炉难以处理的特殊资源(如钒钛铁矿、砂铁、钛铁矿)的国家(如南非、新西兰)电炉炼铁仍得到应用和发展。
原理及工艺特点
原料经配料加入炉内,炉料经加热、分解、还原、熔化、造渣及渣铁反应等过程生成生铁和炉渣,渣、铁定期从渣口、铁口放出。
电炉炼铁有以下特点:(1)炉内所有反应所需热量不是由燃料燃烧提供,而是由外部输入的电能提供。电流通过自焙电极引入炉内,电流通过料层、熔体的电阻及料层内熔体上部的电弧,将电能转化为热能。电热转换不带入其他物质,不产生气体、故对炉内气氛、对炉料及熔体不产生影响,且热量集中,易于获得高温,炉内温度易于控制。(2)电炉炼铁过程中的炉料的还原主要是直接还原(占总还原量的80%~90%),由煤气产生的间接还原仅占10%~20%,其原因是电炉炼铁不鼓风,下部还原及分解产生的气体量仅约650m/t铁,炉料800~1000℃的间接还原区甚窄,炉料通过这一区域时间甚短、虽然下部上升煤气CO含量高达60%~75%,但间接还原数量较小。(3)炉料入炉后经下部上升的热煤气及自身电阻热的加热,经预热、分解、部分还原后在电弧下及附近的高温区迅速熔化,在很短时间内完成造渣、熔化、渣铁分离等过程,并在渣铁流经炉缸内赤热的焦层时进行终还原、渗碳及脱硫反应,最终聚集在炉缸形成铁水层和炉渣层,渣铁定期从铁口、渣口放出,冶炼周期比高炉炼铁要短,仅0.5~1.5h。(4)料柱短、对料柱的透气性要求低,因而对原料的强度要求比较宽松,可以使用强度低的原料和还原剂,如无烟煤、劣质焦。
设备
炼铁电炉有高炉身电炉,低炉身电炉,敞开式电阻炉等多种型式,使用最普遍的是低炉身电炉,这种电炉与铁合金生产用封闭式埋弧还原电炉极为相似。炉膛呈圆形或矩形、椭圆形,电极在圆形炉内呈三角形配置,在矩形、椭圆形炉内则在长轴方向成一线配置。以33000kW的圆形电炉为例,炉壳外径12.0m、高3.5~5.0m,采用自焙电极,电极直径1.5m,炉衬外层用黏土砖砌筑,内层为沥青镁砂捣固层或用碳质耐火材料砌筑或用碳质材料捣固,炉衬寿命3~7年,炉盖一般用水冷钢结构内衬黏土砖构成。炉缸可设一个渣铁口,渣、铁从同一口中放出,或设一个出铁口,一个出渣口分别放出铁水、炉渣。中小型电炉可采用倾动式。
电流经炉用变压器、母线、电极把持器、自焙电极导入炉内。电流负荷由升降电极和切换电压控制,通常变压器次级电压为80~250V,多级可调,一般均为自动控制。多数炼铁电炉采用三台单相变压器组成供电变压系统,为改善功率因数,通常还应有相应功率的效率补偿电容器。
产品及技术经济指标
电炉冶炼普通铁矿获得的生铁的典型成分为:C3.6%~4.2%,Si 1.0%~3.0%,Mn 0.1%~0.2%,P 0.02%~0.30%,S<0.05%;炉渣成分为CaO 40%~45%,SiO225%~30%,Al2O3 15%~25%;炼铁电炉煤气成分为CO60%~75%,CO215%~20%,H2 5%~8%,CH4 0~3%,热值可达10000kJ/m,回收可做燃料使用,但煤气中含有极细的粉尘,脱尘净化困难。炼铁电炉冶炼钒钛铁矿(经回转窑预热预还原)生产的典型含V生铁成分为C 3.2%~4.0%,V 0.45%~0.55%,Ti0.10%~0.20%,Si 0.15%~0.30%,S 0.05%~0.07%;炉渣成分为TiO2 38%~60%,SiO215%~35%,Al2O38%~15%,CaO5%~30%,当TiO2含量达到一定水平时,炉渣可做钛工业原料使用,含钒生铁经氧化处理可获得钒工业原料—钒渣。
炼铁电炉冶炼普通矿的电耗为2000~2500kW·h/t铁水,电耗数量随原料的含铁品位升高而降低,当使用预热预还原原料时电耗可大幅度下降,可降到1000~1500kW·h/t铁水,还原剂消耗无烟煤或劣质焦为400~450kg/t铁水,电极糊耗量与电极糊质量及炼铁原料质量相关,为10~15kg/t铁水,当使用预热预还原炉料时电极糊消耗可降到5.0kg/t铁。电能供热占热总收入98%以上,热支出中,水分蒸发分解,化合水及碳酸盐分解占10%~12%,氧化物还原占38%~42%,铁水,炉渣、炉气及炉尘带走显热占30%~32%,热损失占23%~26%。如图1所示
发展展望
(1)电炉炼铁技术是成熟的,已有大型(63000kW)电炉在生产,日产生铁可达800~1000t。在特定的资源条件下是一种生产生铁的有效途径。但由于世界范围内电能供应并不充裕,以及高品位精矿的出现和直接还原技术、熔融还原技术的发展,电炉炼铁已逐步被其他钢铁生产工艺所取代,许多大型电炉炼铁厂已改造成电炉炼钢厂。只有在矿石资源特殊,其他工艺无法合理经济利用时,电炉炼铁仍是一种可选择和利用的成熟工艺。在南非、新西兰、挪威的电炉炼铁厂均用以处理特殊矿(钒钛铁矿、砂铁、钛铁矿)。(2)炼铁电炉使用预热预还原炉料可以大幅度降低冶炼电耗,改善操作条件和冶炼经济技术指标,提高经济效益,回转窑预热预还原—电炉炼铁联合流程已成为电炉炼铁的基本形式。(3)中国攀西地区蕴藏有大量钒钛磁铁矿,西南地区有丰富的水力资源,预热预还原—电炉炼铁工艺是实施钒钛磁铁矿铁、钒、钛综合利用最有前途的工艺之一,有良好的发展前景。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 14:17
目录
概述
原理及工艺特点
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