錳礦錳系合金新技術新裝備的應用

張志凌

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

錳礦錳系合金新技術新裝備的應用

張志凌

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

闡述了云南建水錳礦錳系合金工程應用國內同行業領先的新技術、新裝備，有效提升我國鐵合金行業的技術裝備水平，實現產業升級的情況。

錳礦;錳系合金;大型化電爐

0 引 言

云南建水錳礦有限責任公司200 kt/a錳系合金工程，于2008年5月完成可行性研究，2009年3月完成初步設計，隨后開始施工圖設計及項目施工建設，項目建設2臺25 MVA半封閉電爐，1臺用于生產高碳錳鐵，1臺用于生產錳硅合金。另建設1臺50 MVA半封閉電爐，用于生產錳硅合金。2010年11月首臺電爐投產，2011年8月3臺電爐全部投產。項目中采用了多項新技術、新裝備，使得該項目的技術及裝備均處于國內同行業領先水平。

1 新技術、新裝備的應用

1.1 電爐大型化和過程控制自動化

截至2008年，不包括電解金屬錳，中國錳系鐵合金行業現有約900戶左右生產企業，擁有各種容量電爐和錳鐵高爐1 300臺左右，形成產能約1100萬t/a。在錳系鐵合金企業中，擁有容量12.5 MVA及以上電爐的企業40戶;12.5 MVA及以上電爐全國總計104臺，容量合計1 513 MVA;其中72臺12.5 MVA 電爐，2 臺 14 MVA，20 臺 16.5 MVA，9臺25 MVA，1臺30MVA。這表明中國錳系鐵合金行業，企業戶數多，單個企業規模小，散、小、弱特征突出，工藝裝備水平偏低，多數企業綜合競爭實力不強，發展后勁不足。隨著國家加大對鋼鐵和鐵合金行業的調控，提高行業準入門檻，一批落后產能將被淘汰，鐵合金產業集中度提高將會進一步加快產業結構調整。

鐵合金電爐大型化和過程控制自動化將引領鐵合金生產工藝技術潮流，目前世界上最大的高碳錳鐵電爐為102 MVA，最大的錳硅合金電爐為88 MVA。

該項目2臺25 MVA電爐采用國內設計、制造、安裝，1臺50 MVA電爐引進南非邁提克斯(METIX)公司專有技術及主要部件。項目的建成將成為我國錳系合金冶煉電爐容量最大，自動化程度最高，將使我國鐵合金行業工藝裝備有一個大的升級。

1.2 大直徑電極的把持系統技術

目前國內采用塊式抱閘壓放系統，項目引進南非的技術及設備，采用鋼絲繩絞軸式壓放系統。該系統每塊閘瓦間為波形接口，上、下抱閘均由6根鋼絲繩通過絞軸同時受力，具有抱緊力均勻，電極殼變形量極小的優點。

南非的技術及設備將波紋管內介質由通油改為通水，并為一體式結構，解決了國產壓力環漏油的難題。波紋管與壓力環間是插入式結構，便于拆裝。壓力環與保護屏均采用純銅材質，銅的塑性變形小，熱傳導性好。采用此銅質結構的把持器，可以保證電爐長期無故障運行。每塊銅壓力環和每塊銅保護屏均為整塊銅板鍛造而成，經過數控機床加工，保證了整體精度，避免了焊接變形及焊口開裂。

1.3 節能隔磁銅水冷爐蓋技術

因為電爐的大電流輸電設備(電極的周圍)存在著大量的電場和磁場，在電流經過的短網和電極周圍分布著很強的磁場，而導磁材料在磁場中存在大量的渦流損耗、磁滯損耗，這樣會耗費大量的電能，造成設備發熱損壞，對企業十分不利。為了解決這些問題，項目爐蓋電極三角區蓋板，采用南非技術把不銹鋼材質焊接成形改為整塊銅板利用深孔鉆頭打孔通水結構，解決了三角區爐蓋易開焊漏水的難題，又因銅導熱性好，避免了電爐運行時熱變形的問題，銅隔磁性好，減少了電能的損耗。

1.4 長壽命的水冷爐體技術

國內電爐采用普通的耐火材料內襯，其內襯壽命一般在1 a左右，項目采用水冷掛渣爐壁及優質耐火內襯，可以使爐壁使用壽命達到10 a以上。

1.5 電爐煙氣采用低品位飽和蒸汽發電技術

常規余熱發電汽輪機多采用過熱蒸汽形式，此時汽輪機對進汽蒸汽的過熱度有嚴格要求。鐵合金電爐煙氣的流量和溫度波動范圍大，經常性的余熱源波動對余熱鍋爐產生的過熱蒸汽品質會有很大影響，過熱度很難保證，過熱度不夠會導致蒸汽濕度增加，影響汽輪機效率甚至縮短葉片的使用壽命。

根據鐵合金電爐煙氣余熱的特點，采用飽和蒸汽汽輪發電機組，與常規過熱蒸汽汽輪發電機組相比可適應余熱源參數大范圍的波動。機內除濕再熱的多級沖動式汽輪機是一種飽和蒸汽發電設備，在汽輪機汽缸內的其中一相鄰級或若干相鄰級的級間設置有級間蒸汽再熱器，由該汽輪機主汽門后的主蒸汽管引出一股新蒸汽通入級間再熱器中，用于加熱汽輪機中膨脹到一定程度的濕飽和蒸汽，降低其濕度，以保護汽輪機不受水蝕損害，這樣汽輪機可以自由使用飽和蒸汽或過熱度比較低的蒸汽，在保持比較高的效率情況下不必擔心葉片的水蝕問題，任何壓力的飽和蒸汽、濕蒸汽、過熱度過小的蒸汽都可直接用來發電。

1.6 復合球團壓制技術應用

我國是一個貧錳國，資源量少、儲量分散、品質不高。由于鋼鐵工業的高速發展，對錳系合金的需要量大，國內的資源量遠遠不能滿足要求。因此，除大量使用進口礦外，也大量使用國內較低品質的錳礦石。近年來隨著進口礦價格和運輸費用大幅增加，不得不使用更多低品質、細粒度粉錳礦，惡化了生產條件。

錳系合金冶煉過程中產生大量煙氣及煙塵，每冶煉1t錳系合金，排出煙塵量150～300 kg，錳品位25%～35%，高于國內大多數精礦品位。目前全國錳系合金冶煉產煙塵700～1 050 kt/a，煙塵含錳210～315 kt/a。目前國內煙塵的回收和利用形勢不容樂觀，存在回收難和利用難問題，煙塵回收要增加設備投資和消耗電能，費用較高，不經濟?；厥諢焿m的方法通常是與細粒度錳精礦按一定比例搭配燒結，由于資源的特點及其它原因，使得我國鐵合金企業難以像鋼鐵企業那樣建設現代化燒結廠，90%以上企業均是因陋就簡采用平地吹土法燒結(屬國家淘汰方法)，每噸燒結礦需消耗120～200 kg煤或焦粉。土法燒結獲得的燒結塊質量很不穩定，運輸、配料和下落到電爐過程中粉化現象嚴重，高達20%。很多企業、特別是小企業放棄了煙塵的回收，既浪費資源，又污染環境。造成上述現象的原因是缺乏有效、經濟環保的回收利用煙塵的方法。

該項目采用云南文山斗南錳業股份有限公司的專利技術的復合球團壓制和電爐冶煉技術，該技術有如下的特點:

(1)先進的制球工藝，球團粒度、強度較好，破損率低于8%，入爐冶煉性能及抗高溫性能良好，能滿足50 MVA大型電爐冶煉工藝要求。

(2)球團比電阻提高，使電極能深插，提高冶煉操作電壓，提高電爐自然功率因數，產量提高，單位電耗和單位焦耗下降。

(3)使用無煙煤代替焦炭，降低生產成本。

(4)采用冷壓復合球團制備工藝，使用了粉錳礦和項目產出煙塵、篩下的焦粉，使資源得到了良好的利用。

1.7 無功功率補償

為了有效降低電爐無功損耗，采用電爐變壓器低壓縱向電容補償方式，其在變壓器二次電壓較低的情況下有效補償無功功率，補償后的功率因數可達到0.92以上，使礦熱爐的特性參數發生改變，起到增加產能，降低消耗的作用。

1.8 自動化配料系統

項目生產規模大，物料量大，整個項目的配料、上料系統實現了自動化，采用PLC控制程序，達到配料準確、快速的效果，改善勞動強度，實現機械化，改善生產技術指標，有效提高產品質量。

1.9 先進的爐前設備

爐前操作有爐臺操作自由行走撥料加料搗爐機、出爐開堵眼機等，這些先進生產設備將更有利控制整個生產過程，使生產更具機械化、自動化，降低勞動強度，提高生產安全系數，改進生產技術經濟指標。

1.10 完善的環保設施

項目采用先進的技術及裝備，電爐煙罩漏入的空氣少，物料經篩分后入爐，使電爐煙氣少、含塵濃度低，經收塵后排放的煙氣低于國家排放標準。

出鐵口煙氣設置專用集氣罩，集氣效率達到95%以上，集氣后送入獨立的除塵系統。

電爐煙罩上方設有環保集煙罩，將爐口、電極口等漏出的煙氣收集后外排，使車間操作環境好。

2 結 語

該項目的工藝技術裝備處于國內同行業領先水平，有效地提升了我國鐵合金行業的技術裝備水平，實現了產業升級。

Application of New Technologies and New Equipment for Manganese Alloys Project

ZHANG Zhi－ling
(Kunming Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metallurgy Co.Ltd，Kunming 650051，China)

The circumstances which ferroalloy industry＇s level of technical equipment in China has been promoted effectively and achieved industrial upgrading by applying domestic same industry＇s leading，new technologies and new equipment in manganese alloys project of Yunnan Jianshui Manganese Mine Co.Ltd.were expounded.

Manganese mine;manganese alloys;large－scale electric furnace

TG145

B

1004－2660(2011)04－0007－03

2011－10－20.

張志凌(1964－)，男，云南人，高級工程師.主要研究方向:冶煉設計.