新建或者大修的矿热炉开炉过程中新电极焙烧的方法及步骤
新建的和经过大修的矿热炉新电极焙烧,采用强化烧结办法。如果烧结温度上升缓慢、烧结时间过长,加热的液态电极糊会发生离析。这时,烧成电极达不到要求的强度,在提高负荷时会断裂。焙烧速度过快会造成电极疏松、强度低,在升负荷时也会发生电极断裂。通常的开炉过程电极烧结方法有三种,即焦炭焙烧电极、天然气焙烧电极和电焙烧电极。
焦炭焙烧电极
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我国电极直径在1.3m以内的矿热炉,电极焙烧常采用此方法。采用此方法的优点是简单易行,开炉工序短,一般3~4天可以出铁。
开炉前将电极末端的电极壳制作成带底的下小上大的圆台,尽量放长电极壳直至圆台坐在炉底平砌的黏土砖上,分期分批向电极壳内加入电极糊,加至铜瓦以上1~2m处。为便于使电极糊的挥发分逸出,必须在电极壳上均匀扎一些小孔。3个电极周围用黏土砖砌成花墙或用圆钢焊成铁栏,在花墙或铁栏内加入焦炭,点火燃烧。火焰要自下而上、由小到大均匀燃烧,完成电极焙烧后将花墙拆除,将铜瓦抱在焙烧好的电极上,抬电极送电。
图1所示为12.5MV·A矿热炉焦炭焙烧电极的开炉过程送电制度示意图。送电初期,负荷不宜过大,适当延长达到50%额定电流的持续时间。在烘炉送电和投料的初期,焦炭和料层厚度较薄,电极的消耗速度较快。由于焦炭焙烧的电极长度有限,升负荷时间过长会造成电极工作端长度不足。因此,应尽量缩短达到满负荷的时间,使电极消耗速度与负荷增长速度相匹配。
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通常可根据焦炭焙烧的电极长度计算达到满负荷的时间t1。
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天然气焙烧电极
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天然气焙烧电极的特点是开炉周期短、负荷上升快。电极直径为1.5m的矿热炉开炉过程如下:炉底铺约500mm厚的大块焦,电极下端焦炭厚约800mm,焙烧电极长度约2000mm,利用天然气焙烧电极3天。焙烧至第2天开始压放电极。至第3天焙烧结束时,电极工作端可达5.4m。在焙烧电极期间,每班必须添加一次电极糊,糊柱高度应控制在铜瓦上沿lm处。焙烧结束时糊柱高度为2m。焙烧电极结束以后必须送电烘炉。通常采用低电压、小电流(不大于30%的额定电流)电烘3天,然后逐渐提高电压、增加负荷。在适当时机开始加料,至送电后的第5天达满负荷。
电焙烧电极
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一些厂家对大直径电极采用电焙烧电极和电烘炉。这种方法升负荷缓慢、开炉时间较长,但工人劳动强度低。
表1所示是一些生产用矿热炉电焙烧电极的情况。
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电焙烧电极时,将电极坐于炉底上,电极周围用焦炭等导电性物料围起来,高度以电极直径的0.5~1倍为宜,电极之间略高些。送电后,电极间形成回路(主要是三角形回路),焦炭起到“导流”作用。在实践中,有如下几种情况:
(1)先用焦炭焙烧电极。焦焙电极长度约占焙烧总长度的1/3,再送电继续培烧电极。
(2)矿热炉大修时,三根电极端头留有0.5m左右长度的硬头。
(3)三相电极都无硬头,端头用铁皮焊死,密闭电极壳后,重新加入电极糊,直接送电培烧。
开炉送电后,根据实际情况,以适宜的供电制度,在焙烧电极的同时达到逐渐烘烤炉衬的目的。
保留旧电极硬头直接电烘炉时,首先要解决的问题是保证送电后电极不发生硬断,即实现电极从室温状态到高温状态(冶炼反应所需的温度条件)的顺利过渡。自焙电极内部的应力因温度分布差异、受力状况及微观结构差异而呈现分布不均和变化状态。当电极内部应力超过极限强度,电极就会发生裂纹,而频繁或急剧的温度变化会使这些裂纹合并、长大,导致电极硬断。
电极电流变化对电极热应力的影响如图2所示。电极热应力随电流周期波动次数的增加而递增,表面应力是中心应力的1.6倍。根据电极热应力的产生和分布规律,只要减小电极电流的变化率,就可以防止电极内部产生裂纹和防止裂纹扩大。可以采取的措施是:停电或送电均采取较小的电流变化率。停电前,尽可能在一段时期内逐步降低电流值,不能从满负荷分闸停炉。送电时,缓慢提高负荷,在变压器调压许可的范围内,尽可能使负荷递增并呈连续状态,以降低运行电流的变化率、防止电极硬断。
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直接送电焙烧电极,其能量来源图2电极电流对电极热应力的影响主要是电阻热。刚送电时,电极糊呈块状,电阻很大,电流几乎全部经电极壳通过,需要研究的是此时电极壳能否承受变压器输出的电流,电极壳是否会被击穿或熔穿。在某实验中,用厚度为1.5mm的钢板制成直径为900mm的电极外壳和炭质极芯,在不同温度下作出1cm长度内的电阻值列于表2。
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在该实验中,电极壳所承受的平均电流密度为6.1A/mm²。在低温时,电极壳电阻率比较低,它更能承受较大电流。电极壳冷却条件好的部位(如铜瓦夹紧位置)更不会被击穿。
在直接电焙烧电极的工艺条件下,电阻热逐步使电极糊熔化、气体挥发吸热,电极壳实际温度不至于迅速升高而被熔穿。而且,随着电极糊熔化、烧结,温度升高,炭质极芯电阻率降低。也就是说,电极截面中炭质极芯会逐步承担分流(电流)任务,电极壳内实际承受的电流密度逐渐变小。
电焙烧电极负荷控制的要点是:可根据电极壳外面冒出火焰的情况观察、判断电极烧结状况,当冒出火焰无力、长度小于50mm,可增加负荷;当冒出火焰长于150mm、冲出速度大、烟发黑,则必须降低负荷。负荷调整方式为变更有载调压级数,也可在电极周围适当投加少量焦炭以调整电流值。
电极焙烧好的标志是:电极壳表面呈灰白色,电极外表微呈暗红,排气孔冒烟少且冒烟量不随负荷的增加而明显变化;或者用带尖的圆钢棍探刺,此时手感稍有些软,但又有一定弹性。
电烘炉、投料冶炼
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电极焙烧好后,进入电烘炉阶段。为更有效地利用热能、烘烤炉底,可以投料造渣烘炉。
开炉加料前,炉底必须具有一定温度。加料过早、过急,会使炉底上涨,严重时出铁口无法打开;力U料过晚、过慢,电极振动大,炉口温度高,热损失大,极易出现电极和设备事故。由分析开炉过程的热平衡和物料平衡,可以得出如下结论:
(1)硅铁75的开炉生产过程中,合金硅的回收率远远低于正常生产。实际生产的硅回收率为90%左右,而开炉过程的硅回收率仅为45%,大量的硅元素以蒸气或SiO形式损失掉。为得到合格的产品就要考虑出炉前的配料比和加料量。
(2)开炉初期的热利用率远远低于正常生产的热利用率。硅铁75生产过程的热利用率为50%左右,开炉过程的热利用率仅为20%。送电初期,长时间的裸弧操作和炉衬的蓄热使炉温偏低。开炉初期的加料速度不宜过快,否则将造成炉底上涨甚至矿热炉冻结而不能维持生产。表3列出了烘炉过程炉衬中部实测的温度数据,表明炉衬升温和蓄热是一个缓慢的过程,需要经过一个多月的时间炉温才能达到平衡,即炉衬备部位温度分布基本维持不变。
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开始加料时间一般选择在电极达到满负荷电流25%~30%时,加料速度要高于正常生产,这是由于炉内除电极周围熔炼区需要添加较多的炉料外,炉内的死料区也需要在开炉过程中添足炉料。加料速度应与耗电量成正比。建议采用下式计算每单位耗电量的加料批数/V:
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加料时应少加,勤加,保持料级缓慢上稓,这对无渣法冶炼工艺尤为重要。电极附近缺料时,应尽量用大铲推料。为快速形成熔池成坩埚,可在加料初期加入一些破碎好的回炉铁,其加入数量与正常一炉出铁量相当。
出铁时间的确定
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合金成分的控制
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