工业硅矿热炉开炉操作及烘炉制度案例

工业硅矿热炉开炉操作及烘炉制度案例2019年10月4日星期五铁合金矿热炉炉体砌成后，在正式投产前要进行烘炉。通过烘炉，把炉衬中的水汽除掉，使炉衬烧结成形，保证 在投料前炉膛和电极符合冶炼要求。开炉亦是工业硅矿热 炉生产技术的一个重要组成部分。烘炉质量不仅会影响炉衬的使用寿命，而且还会影响矿 热炉是否能顺利投入生产。炉衬质量不好，会降低炉体使 用寿命，并延长开炉时间，影响整个生产过程。矿热炉的烘炉应严格按烘炉表进行。烘炉时间的长短主要取决于矿热炉容量的大小、炉衬种类、冶炼品种等。目前常用的烘炉方法的整个烘炉过程分为两个阶段。第一阶段是柴烘、油烘或焦烘。其目的是焙烧电极，使电极具有一定承受电流的能力，除掉炉衬气体、水分。第二阶段是用电烘炉。其目的是进一步焙烧电极，烘干炉衬，并使炉衬达到一定温度（提温），炉衬材料进一步烧结，达到冶炼要求。不管采用哪一种烘炉方案，都应遵循升温速度由慢而快, 火焰由小到大，电流由小到大。不但要求烘干炉衬，而且 要使炉体蓄积足够热量，使整个炉体具有良好的热稳定性。矿热炉及矿热炉变参数炉膛直径7200炉膛深度3100电极直径1272极心圆直径3100变压器容量3 XH000kV A二次电压范围160V256V电压级数33级开炉新工艺采用柴烘-电烘-投料生产的新开炉工艺，省去焦烘阶 段。1炉衬炉衬采用自焙炭砖砌筑。自焙炭砖采用高频模压振动成 型工艺制作。成型时伴随着炭砖内部组织不断密实，接触 模具的炭砖表面受模具的冷却作用，炭砖表面行成一层致 密的硬壳。硬壳的最外层，即与模具接触的炭砖表面，是 一层由粘结剂和细粒度粉料租成含高挥发份的薄层。自焙 炭砖砌筑时处于砌筑面的薄层被一定温度的浸润剂所浸润， 形成一层极薄的软化层，砌筑时采用千斤顶挤紧，使自焙 炭砖紧密砌筑，形成一个无缝的整体炉衬。自焙炭砖除了具有碳素材料所具有的耐高温、导热性好、 咼温强度咼、不易粘渣、铁和炉料、抵抗碱金属、渣、铁 和煤气的化学侵蚀作用强等特性外，自焙炭砖炉衬通过吸 取烘炉和生产过程中的热量，逐步焙烧成为结实、致密近 于无缝的整体炉衬。自焙炭砖与焙烧炭块有其决然不同的性质，用自焙炭砖 砌筑的炉衬必须用适当的烘炉方案才可达到预期目的。2烘炉烘炉和投产初期，自焙炭砖炉衬要经历一个类似但又不 完全同于矿热炉自焙电极的焙烧条件。它以温升为转移点， 以炉衬内表面为起点沿炉衬厚度逐渐缓慢地出现了由硬变 为可塑，再变硬的特殊焙烧过程。在这一特殊的焙烧条件 下自焙炭砖炉衬有效的缓解了烘炉和生产时由于温差应力对炉衬砌筑砌体产生的破坏作用，并使自焙炭砖炉衬逐渐地烧结成为坚实、致密的整体。烘炉时，热量经过保护砖衬传递给自焙炭砖。首先是炉 衬内表面被加热，随着表面温度升高，炉衬内表面与炉衬 中部温差增加，热量向炉衬中部传递使炉衬中部温度也随 之上升。但由于炉衬厚度较大，且处于单面受热状态，沿炉衬厚 度升温速度是比较缓慢的。炉衬的焙烧可分为三个阶段：(1) 水份和挥发份的排出。烘炉时，炉温达200 C炉衬表面水份蒸发。炉温在 250350 C时自焙炭砖中来自焦油中的低温分解物质大量 逸出。当温度为350600 C时，焦油和沥青中的高温分解 物质剧烈分解排出。在400500 C的温度区间，由于沥青 的膨胀作用，使自焙砖出现有利于砌缝挤紧的明显膨胀。(2) 粘结剂的焦化。随着炉衬的温度上升，超过700 C炉衬表面层中的半焦 逐渐变成全焦。炉衬中逸出的大量挥发物质受到温度较低 的自焙炭砖外侧和密封的炉壳的阻碍只能向炉衬内侧多孔 的热表面扩散。当炭砖中部逸出的挥发物质经过被加热到 700 C以上的炭砖热表面层时，挥发物在热表面层中分解析 出碳，填塞于炭砖孔隙中，使炉衬内表面气孔率降低，炉 衬内表面形成一层坚硬、致密壳体。随作烘炉的时间延长， 硬壳的厚度不断增加。烘炉终了炉内温升接近800 C时靠炉壳侧炭砖体中温度仅仅达到100150 C左右，对整过自焙 炭砖炉衬而言，烘炉仅仅实现了炉衬内表面的定形。炉衬 内表面粘结剂的焦化已基本完成。(3) 高温焙烧。自焙炭砖的高温焙烧是在生产时进行的。投产后炉衬内表面温度迅速上升到10001250 C伴随着热量从炉内向 炉衬中部传递，裂解出来的氢大量逸出，而析出的热解碳 分布在炭砖中气孔的壳壁、颗粒表面以及自焙炭砖砌缝的 孔隙中行成网状组织结构将自焙炭砖中颗粒和粉料都固结 为一体。在生产过程中始终都在进行着自焙，挥发物裂解 形成热解碳以及石墨化的转化过程。为防止自焙炭砖炉衬在烘炉和开炉时氧化。预防开炉装 料时，自焙炭砖炉衬直接受到炉料的冲击和高炉点火以后 炉衬升温过快损坏炉衬，并借助矿热炉生产时的热量实现 自焙炭砖的“炉内烧成”。在砌筑自焙炭砖的同时，自焙 炭砖炉内的外露部分必须砌筑适当的保护装置。221 柴烘在炉内预先放好木材，用废油引燃，慢慢燃烧，火焰高 度不超过炉口。前期用小火烘烤电极，小火烘烤电极的时 间约占整个烘烤时间的1/31/2左右。而后用大火烘烤电 极，使木材均匀而剧烈燃烧。火焰高度一般可达到把持系 统护屏位置。在烘烤过程中，应注意小面电极的烘烤情况。 烘烤时间为72小时，消耗木材200t左右。此时炉底温度 约 120 C。注意事项：烘炉初期电极和其它设备如烟罩、压力环、保护大套等 承受的热量较少，因而需冷却水较少。水量应根据热量不 断增加而调节控制，应保持水流畅通。2.2.2 电烘送电前检查矿热炉设备，使之处于正常运行状态，同时 检查矿热炉绝缘，保证绝缘可靠。在炉壳距底部一定高度 以上的位置打出20mm 的孔，间距约1200mm（ 横向）X 400mm（纵向），以利于水蒸气和挥发分的逸出;正常生产后， 再将孔洞封堵。检查短网、供电、控制系统，及机械、电气部分，保证 机械部件绝缘良好，短网导电、绝缘良好。清理炉膛，在炉底三相电极圆心连线方向铺设高约 300mm,宽约800mm,粒度3 50mm 的石油焦或碳素电极碎颗粒，以构成电流回路和便于起弧。二次电压置于 最低挡位，空载实验10分钟，检查各楼层各相关设备。下插电极，开始低档位送电引弧烘炉。为了起弧方便， 开始使用略高一些的电压通电，待电弧稳定后，使用低等 级电压烘炉，然后逐步升高电压。电极少动，三相平衡， 每通2小时停20分钟散热，每4小时增加电流的原则通过 供电。电烘时执行开炉前预定的操作方案，按电烘炉进度计划 表。电流由小到大，逐渐升高，并留间歇停电时间，使炉 衬升温均匀。随着送电时间的逐渐增加，间歇停电时间逐 渐减少。时刻注意炉内设备，杜绝电极事故发生。在送电加热升温过程中，需严格控制温升速度，否则会 在电极内部产生应力和表面应力，使电极机械强度受损。 而电极温升是通过电阻热来确定的。因此，合理的供电制 度，可有效控制合理的电极和炉衬的温升速度。自焙炭砖炉衬隔绝空气焙烧时，自焙炭砖及砌缝中的炭 糊受热以后，沿炉衬厚度方向以温度为转移，都在进行着 水分蒸发，粘结剂软化，挥发份逸出，有机物高温分解、 焦化、炭化等多种复杂的物理、化学变化过程。而自焙炭 砖以及用其砌筑成的炉衬就是依靠粘结剂（包括自焙炭砖和 炭糊中）在烘炉时的适当温度（约150 C）,经过焦化、石墨 化过程形成的焦炭网将炭砖中的粉料和颗粒料胶结成结实、 致密近似于无缝的整体。在上述过程中，如果温度控制不 当，自焙炭砖中有可能产生裂纹，甚至使自焙炭砖出现组 织结构的破坏。所以，自焙炭砖矿热炉炉衬开炉前必须要 有相应的烘炉制度。烘炉制度自焙炭砖中粘结剂的折焦量与烘炉时的升温速度有密切 关系，随着升温速度减慢，沥青的折焦量增大，自焙炭砖 的密度增大，强度提高，有利于提供炉衬的整体结构强度。 因此，条件允许时，应适当延长烘炉时间，有利于提高自 焙炭砖炉衬的结构强度。推荐以下的烘炉制度。炉衬烘烤制度当送电时间达到约90h,炉底温度达到350 C左右时，启 动炉体旋转机构，同时保持炉体以最大速度旋转，以使炉 底及炉壁尽可能受热均匀。电烘时电压也可逐渐升高，停 电散热时间2535分钟，电烘时为稳定电弧保持额定的功 率，根据具体情况往电极周围和炉内添加焦炭。同时应尽 量少动电极和使三相电极负荷保持均匀。在电能消耗达到40万kW h左右，或在确定炉衬温度 达到预定值后，则烘炉结束，即可转入投料生产阶段。电 烘炉结束前矿热炉的最大的功率通常为额定功率的1/3 1/2。投料生产投料前将炉体旋转机构频率调整为零，投入约50立方 米大木块，加入过渡性炉料。在24h内陆续投入的炉料约 堆积至炉膛总容积的60% ,并控制功率因数在0.650.72 之间。用烘炉电压开炉，一直到炉况正常。此阶段的主要任务 依然是焙烧电极和矿热炉蓄热。要严格控制料面上升速度， 加料速度和输入电量要一致。前期操作尽量少动电极，加 料、推料动作要轻，以免炉料下榻进入电极下，使电极上 抬，造成炉底上涨。新开炉料面一定要维护好，一切操作 都要轻，尽量减少加料量又不要出现刺火塌料现象，使炉 内能够多蓄积热量，为正常炉况打下基础。炉口料面要平 稳上升，前两天操作更需注意矿热炉设备(电气、机械设备) 的运行情况，不允许捣炉，使坩埚尽快更好地形成。在电能消耗达到60万kW h左右，即可出第一炉。间 隔810h后，出第二炉。出完第二炉后进入正常操作，炉 体旋转的频率设定为812H z,在约100h内快速均匀增至 满负荷。结论(1) 采用柴烘，需消耗一定量的木材，不适合木材奇缺的 地区，同时，采用柴烘增加了炉前工人添加木材的劳动强 度。(2) 省去焦烘阶段，减轻了炉前工人添加焦炭和清理炉膛 积灰的工作量。(3) 该方法适用于25.5MV A以上的工业硅矿热炉的开 炉操作。开炉操作的关键是炉衬的升温速度要均匀一致，电极 的升温要缓慢而均匀，投料后依然要注意矿热炉蓄热，实 现自焙炭砖炉衬的“炉衬内挥发物裂解形成热解碳以及石 墨化”，使自焙炭砖逐步焙烧成为结实、致密近于无缝的 整体炉衬。