矿热炉的主要参数，并以此参数建成的30 MVA矿热炉取得了较好的经济技术指标。关键词矿热炉参数猛硅合金中图分类号 TF642.1
文献标识码 B 文章编号1001-1943(2020)01-0008-04THE MAIN PARAMETER SELECTION OF 30 MVA MnSi FURNACELONG Yuhai(CITIC Jinzhou Metal Co., Ltd., Jinzhou 121005, China)Abstract Based on analyzing the main design parameters of ferromanganese-silicon 9 MVA, 16. 5 MVA submerged
arc furnace of a company, this paper proposed the main parameters of 30 MVA submerged arc furnace for the produc
tion of ferromanganese-silicon. The built 30 MVA based on those parameters has obtained preferable economic and technical indexes.Keywords submerged arc furnace, parameter, ferromanganese-silicon的经济技术指标始终达不到一个最佳的效果，这可
刖吕能就是多而不专所造成的负面影响。20世纪90年 代后期的矿热炉建设高潮期间，各大铁合金生产厂
矿热炉主要设计参数的选取与电炉的容量大 家已摒弃了这种做法，开始专门为单独生产某一产 品或某一产品的某一牌号而设计电炉，以达到提高 经济技术指标的目的。小、所生产产品的品种、使用的原料等有着直接的 关系。因此在电炉设计之初就需要将各种因素考
虑进去。目前,生产高碳猛铁、猛硅合金、碳素锯铁 等诸多铁合金产品均采用矿热炉生产，由于生产产
1矿热炉主要电气参数的选取方法⑴品的品种不同，或相同产品牌号的不同等因素，造 成了矿热炉在设计时的参数选取千差万别。同理,
1.1二次电压的确定二次电压的计算公式：矿热炉主要设计参数的选取对所生产产品的各项 经济技术指标影响也较大。U2 =Kx P：/3 (1)在20世纪60 -80年代曾经提出过一种叫“万 公式(1)中,K—电压系数,一般取6.2~6.6。能炉”的设计理念,就是极心圆直径在一定范围内 可调，同时具有较多二次电压等级的情况下，可生
二次电压的选取是整个电炉参数设计选取的 第一步，二次电压的高低直接影响电炉的冶炼效果
产多品种、多牌号的矿热炉，这种矿热炉虽然有节 约投资等优点,但通过实践证明，在生产每种产品
和炉况，当二次电压选取合适时，炉内的反应区域 扩大，使圮堀体积增加,这样有利于提高炉内的热作者简介 龙遇海 男，1981年5月出生,2004年毕业于辽宁科技学院冶金工程专业,工程师，现主要从事猛硅合金、碳素猛
铁等产品生产工艺研究工作。E-mail:longaixiaosh@ 163.como收稿日期2019-10-12第1期龙遇海30MVA猛硅电炉主要参数选取・9・能。所以在选取电压系数K值时需要根据生产产品的不同而做出相应的选择。不同产品的K值选取范围及开始反应温度见表1。表1不同产品的K值选取范围及开始反应温度Tab.l Theselection range of K value of different products andthe starting reaction temperature产品系数K取值范围开始反应温度/K碳素猛铁5.9~6.61 499猛硅合金6.2 〜6.61 763硅铁(75)6.6~6.91 917硅锯合金6.6-7.01 923碳素锯铁7.0-7.31 973各种合金开始反应温度越高,K值系数的选取 就越高,9 MVA电炉的二次电压计算值为140 V,K
值为6.7,略高于猛硅合金K值的选取范围,但在二 次电压的选取上选择3档低于140 V的二次电压， 分别是119 V、125 V、133 V,只选择了 1档高于
140 V的二次电压为148 Vo 9 MVA®硅电炉在实际 生产FeMn65Sil6产品时采用140 V二次电压操作， 曾经尝试过使用148 V电压生产，但生产期间出现 电极上抬、料面发红、用电量增多，但产量未见明显 提高、电耗升高等现象。9MVA猛硅电炉冶炼猛硅 合金各牌号采用二次电压及电耗情况见表2。表2 9MVA猛硅电炉冶炼猛硅合金各牌号采用二次电压及电耗情况Tab.2 The secondary voltage and power consumption for smel
ting various grades ferromanaganese-silicon with 9
MVA furnace牌号二次电压/v电耗/(kWh/t)FeMn65Sil61403 650FeMn61Si201334 050FeMr)55Si281254 800表2数据可以说明,9 MVA电炉在二次电压选 择上比较合理，但在选择系数K值时有些偏大，如
果选择6.4时,通过计算工作电压为133 V,在此基 础上上下浮动两级比较合适。某厂16.5 MVA猛硅电炉是由日本电工株式会 社设计建造的，其电炉参数具有一定的代表性。二
次电压选择为154 V,电压系数K值为6.0,这个系 数选取低于6.2~6.6范围。当矿热炉的功率逐渐增 大时，在选取同样K值时，二次电压随矿热炉功率 的升高而升高，当所用的原料没有较大变化时，可 以视为炉内的电阻相同，这样随着矿热炉功率的升
高二次电压的取值就会升高，因此随着二次电压的
升高将会产生负面影响。所以在大型矿热炉二次 电压选取时,电压系数K值应偏低一些。确定二次电压等级方法是,最高级电压为1.1~
1.5倍的〃2,最低级电压为0.75-0.85倍的6,每级 电压的极差大小也随着矿热炉功率的变化大小而
不同，当大功率电炉二次电压高时,需要每一级的
二次电压相差小一些，这样在转换二次电压档位
时，不会因每级电压的差值过大而使电炉发挥不出 最大效能影响冶炼效果，二次电压相差小一些更有 利于摸索出最佳的二次工作电压。大型矿热炉二
次电压每级的极差一般为3~4 Vo1.2二次电流的确定二次电流的计算公式：Z2=PsxlO3/(31/3xt/2) (2)二次电压的选取直接决定了二次电流的大小，
二次电压与二次电流的选取成反比关系，当二次电 压选取低时，二次电流就会增大，二次电流的增大 有利于提高电炉反应所需的热量。当电阻一定时 电流越大功率就越大，产生的热量就越高，由于大 型矿热炉炉膛直径大、炉膛较深，所以大型矿热炉
选取较高二次电流是有利的。2矿热炉几何参数的选取方法2.1电极直径电极直径计算公式：D电极二(4x/2/ttx；)1/2 (3)公式(3)中J—电极电流密度，取值范围为5.5
~ 6.0 A/cm2 °通过计算9 MVA电炉的电流密度取值为
5.6 A/cm2, 16.5 MVA电炉的电流密度取值为 6.5 A/cn?,电流密度的选取与矿热炉功率的大小、 电炉结构有关，通常敞口炉电流密度应选择低一
些,主要是敞口炉在生产时炉口火焰的辐射热对电 极的焙烧起到一定的作用，电流密度与电极直径成
反比关系，如果电流密度选择过大，电极直径变小， 在生产电极时可能会出现过烧结的现象。同时电
流密度的选取与电极壳能够承受的电流也有关系，
虽然可以采取增厚电极壳的方法来弥补，但增厚电
极壳后将增加电极的自身重量，给电极把持系统造
成过大的压力。如果电流密度取值偏小、电极直径 过大，将影响电极的烧结速度。同时电极直径过大
会造成热效率降低，增强电炉内整体的导电性，使 生产时电流的变化不灵敏，影响电极深插。对于密
・10・铁合金2020 年闭电炉而言电流密度可以选择的高一点，但不要忽
略补偿装置对电极烧结带来的影响。确定电流密度后就能直接计算出电极直径,所
计算出的电极直径还要再进一步的与其他参数进 行比对才能最终确定下来。2.2极心圆直径极心圆直径计算公式：D极心圆=(4xPR/(7tXa))1/2 (4)公式(4)中，PR —有功功率,a—生产某一产品
极心圆单位面积功率。通过对9 MVA、16.5 MVA矿热炉极心圆单位面
积功率参数的推算，极心圆单位面积功率均为
1 771 kW/m2oPR为有功功率,是变压器容量与功率
因数的乘积，功率因数的选取与电炉功率有关，通
常情况下电炉功率越大功率因数就越低，可以通过 补偿装置来提高功率因数。2.3炉膛直径炉膛直径计算公式：D炉膛二yxD电极
(5)公式(5)中，y取值为6.3~6.5。经过推算9 MVA和16.5 MVA的y取值分别为
5.1和6.2,9 MVA矿热炉在改造过程中受到厂房宽
度的限制未能到设计数值，所以系数y取值偏小。炉膛的选择主要是与电极之间保持相对合理 的有效距离,要保证电流经过电极-炉料-炉壁时 所受的电阻大于经过电极—炉料—电极或炉底时
所受的电阻。如果炉膛直径过小，电能将从炉墙流 走,电极间的化料速度降低，电耗升高，电炉的产能
达不到预期目标,如果炉膛直径较大会造成电炉炉 膛单位面积功率降低，使炉内热量损耗掉，出现大 量死料区等现象。9 MVA、16.5 MVA电炉极间距、
极壁距见表3。表3 9 MVAJ6.5 MVA电炉极间距、极壁距Tab.3 9 MVA, 16.5 MVA furnace pole distance, pole wall dis
tance电炉容量/MVA极间距/mm极壁距/mm91 15869016.516501310从表3可以看出，极间距大于极壁距，由于极间
距是两项电极之间的距离,导电的能量是在两项电
极的作用下产生的，因此应在极间距数据的基础上 折半，这样才是真实的数值。分别为579 mm和
825 mmo2.4炉膛深度炉膛深度计算公式：H炉膛电极
(6)公式(6)中,0取值范围为2.2~3.0。通过计算两台电炉的0取值均为2.3,炉膛深度 的选取也是非常重要的，当增加炉膛深度时有利于
减少元素的挥发损失，同时可以充分利用反应区产
生的热烟气对上层炉料的预热，炉膛深度的选取与 使用原料的比电阻有着密不可分的关系，当使用比
电阻大的原料时,可以采用深炉膛操作，主要是比
电阻大有利于电极的深插，这样才能使反应区保持 在炉内足够低的位置，充分利用炉气对炉料的预 热。16.5MVA猛硅电炉采用的是原矿入炉，由于原
矿的Mn品位为38%~45%，入炉品位偏低,所以配
入焦炭量相对较少，因此炉内的比电阻较大，有利
于电极的下插，同时利用热烟气在炉内对原矿进行 预热，使其受热分解,把烧结过程转移到电炉内完
成。因此，当选定采用深炉膛设计时，就要调整入
炉原料的比电阻。但如果炉膛深度过深，将会降低
炉膛单位容量功率,不能够保持熔池内有充足的热 量,同时还会造成电极工作段过长引发电极事故等。
2.5炉壳直径与炉壳高度设计炉壳直径主要考虑的是耐火材料厚度能
够抵抗合金、熔渣的侵蚀，同时还要起到保温的作 用,炉渣和合金都需要一定的过热温度才能够顺利 的从出铁口排出。炉壳直径与炉壳高度的确定在
炉膛直径和炉膛深度的基础上增加耐火材料、弹性 层、绝缘层即可。3 30MVA锚硅电炉主要参数的选取根据以上总结出的数据，以30 MVA变压器容
量为基础，计算冶炼猛硅合金矿热炉主要参数。3.1二次电压u2 = KxPY3 ,K—电压系数，取 6.2 ；6=193 Vo3.2二次电流Z2=PsxlO3/(31/3xt/2) ,/2= 89746 Ao3.3电极直径°电极二(4x/2/ttX；)1/2,；取值为5.7 A/cn?； D电极
=141.6 cm,实取 1 420 mmo3.4极心圆直径〃极心圆=(4xPr/( ttXa))1/2 ,(下转第14页)・14・铁合金2020 年表4优化工艺条件确定表Tab.4 Optimization of process conditions determination氮化最优工艺条件金属猛粉粒度:A/目氮化猛N含量/%5WN <6306WN <7407^N<8N^83040
氮化温度:B/咒氮化时间:C/h70070027502A] B2C285011A1B1C1A1：30目猛粉Bi：氮化温度700咒Ci：氮化时间lhA2Bj C2A2：40目猛粉A2B3 C]A2：40目猛粉最优氮化工艺条件组合A1：30目猛粉Bi：氮化温度700咒C2：氮化时间2hB2：氮化温度750咒C2：氮化时间2hBs：氮化温度850咒Ci：氮化时间lh化工艺条件因素确定为：40目金属猛粉，氮化温度
3结语(1) 生产氮含量5% W N < 6%氮化猛牌号产品 的优化工艺条件因素确定为：30目金属猛粉，氮化
850弋，氮化时间lh。参考文献[1]蒋汉祥，刘廷军,戴清香•制取氮化猛工艺和技术[J].
重庆大学学报(自然科学版),2001,24(4) ： 102-105.[2 ]赵跃平,张金柱，徐楚韶.Mn-N相图和金属猛氮化[J].
铁合金,2001,32(5):16温度700弋，氮化时间lh。(2) 生产氮含量6% WN < 7%氮化猛牌号产品 的优化工艺条件因素确定为：40目金属猛粉、氮化
温度750弋，氮化时间2 h。[3] 谭柱中，梅光贵,李维健.猛冶金学[M].长沙:中南大学
(3) 生产氮含量7% W N < 8%氮化猛牌号产品 的优化工艺条件因素确定为：30目金属猛粉、氮化
出版杜,2004.[4] 张金柱，徐楚韶,赵跃萍.金属猛氮化动力学研究[J].
铁合金,2004,35(3):13-16.温度750弋，氮化时间2 h。[5] 王国宁.真空炉法生产高氮氮化猛工艺及产品结构分
(4) 生产氮含量NM8%氮化猛牌号产品的优
析[J]•中国猛业,2010,28(3):11-14.115川如川川♦川I♦川I♦川川川川5川5川如川川♦川15川川3川♦川I♦川川♦川3川♦川15川♦川*川*1川♦川*川*皿♦川2川*1川♦川*1川川川♦川21川♦川I♦川15川5川(上接第10页)P= Pr/(77> 关系，因此在设计之初就要全面考虑相关影响因素。参考文献[1]李春德•铁合金冶金学[M] •北京胎金工业出版社,1998.3.7炉膛单位面积功率P - Pr/(77X,P= 382 kW/m2o3.8炉膛单位容积功率 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容