Inner Mongolia Keliyuan new materials Co., Ltd.
我国铁合金工业要加快实施创新对策

我国已成为铁合金生产和出口大国,但还不是强国。这里的“强”指的是“品种、质量与效 率”。本世纪末21世纪初是我国由钢铁大国迈向钢铁强国的关键时期,它必将为国内铁合金工业的发展与技术创新,进而迈向生产强国带来契机。我国铁合金工业 应立足于市场、资源、能源及环境保护的国情,发挥优势,实施品种与质量的技术创新,成为具有全球化市场竞争力的行业,迈向铁合金生产强国之列。其主要对策 如下。

一、调整产品结构,提高产品质量,适应国内外市场需求
(1)我国铁合金生产的品种与质量结构应紧紧与钢铁市场需求同步或超前。在总量需求结构基本平衡下,其硅系、锰系及特殊铁合金产量的比例大体以2:2:1为宜。大力开发“高档品牌、高技术含量、高附加值”的适销对路产品。

(2)随着不锈钢冶炼技术的进步,使得低碳铬铁在铬铁消耗中的比例逐渐下降,而逐步将由含磷和硫甚为严格的高碳铬铁(装料级铬铁)所替代。为此,我国不仅应扩大 高碳铬铁的生产规模,而且还应相应地增大优质铬铁的比例。

(3)由于钙具有优异的脱氧和脱硫作用,以及它能改变钢中夹杂物形态的功能,特别是伴随着炼钢连铸比的持续大增,使硅钙合金用量不断增加。同时含钙和钡的多元硅 系合金的应用也日益增多。

(4)低合金高强度钢和不锈钢的需求量将不断增长,因此对铬、镍、钒、铌、钼、钛和稀土元 素等铁合金需求量的增长除仍可沿用传统铁合金品种外,应加快研制和创新 品种,如含镁、钡、锶、稀土的硅系复合脱氧剂、孕育剂与铸铁球化剂以及作为合金添 加剂用的氮化物、氧化物、碳化物等产品。

(5)进一步发展高纯硅铁、化学级工业硅、优质高纯铬铁、高纯锰铁、硅铬合金等精炼产品。

(6)重点开发硅铝合金、硅铝钡、硅钙钡、硅钙钒、硅锰铬、硅钙铝、稀土镁硅、硅钙钡镁铝、硅锆钛等多元复合铁合金产品。

(7)优先发展和创新我国富有元素资源的常用特殊铁合金,如钨、钼、钒、钛、铝 、镍、磷等铁合金,稀有特殊铁合金,如硼、铌、锆及稀土元素铁合金等产品。

(8)为满足炼钢的炉外精炼、钢包合金化和喷射冶金的需求,要进一步发展和推广深加工产品,如各种合金粉剂、包芯线产品,铁合金直接成型、粒化产品等。

二、大力实施原料预处理,降低能耗、物耗,合理利用矿产资源

(1)推广应用优质组合型碳质还原剂我国煤炭资源丰富,应切实优选“高固定碳、高比电阻、 低灰分”的组合型还原剂,更新传统的单一冶金焦还原剂。近年来,我国大中型硅铁电炉普遍应用组合型还原剂冶炼75%硅铁,取得了优质、高产、低电耗的良好 效果,实践表明,一般每吨产品可节电700~1000kWh。

(2)改进和提高硅铁炉料的质量,做到精料入炉。

(3)随着锰矿、铬矿的贫化和粉矿比的日趋增大,为经济、合理、有效地综合利用矿物资源,并获得较好的生产指标,其主要技术措施有:贫锰矿的火法富集及脱磷;矿石预热、预还原处理;球团及烧结;粉矿造块等 。

三、加快生产工艺技术的进步
(1)采用连续法冶炼硅钙合金新工艺我国硅钙合金设备生产能力可达万吨,属世界主要生产国之一。但多年沿用落后的间歇式操作工艺,炉容小、装备简陋、手工劳动、产品品级率低、电耗高,采用连续法新工艺势在必行。
目前,世界上生产硅钙合金的一流工艺是应用石灰石、焦炭、褐煤焦及烟煤为炉料 ,在≥15MVA半封闭旋转式电炉内进行连续冶炼,其炉役寿命可达5年以上,产品含Ca≥ 30%,综合电耗约11000kWh/t,突出的优点是产品质量高、生产效率高、电耗低,具有完善的环保设施。
1992年,我国从意大利O.E.T公司购买了1台30MVA半封闭旋转式硅钙合金电炉车间全套 技术(二手设备、含粉剂),此工艺属世界先进技术,但因故被搁置。建议抓紧建设, 使之为改变我国硅钙合金生产技术面貌发挥作用。

(2)采用一步法(有渣法)冶炼硅铬合金我国多年沿用二步法(无渣法)生产硅铬合金,而国 外普遍采用一步法工艺,即使用铬矿、硅石及碳质还原剂为炉料,在还原电炉内直接冶炼硅铬合金。此工艺的优点是工艺流程短、不需炉外降碳处理、铬回收率高。 近年国内已有厂家采用该工艺试炼,获得一定效果。

(3)普及和提高热装热兑法中低碳锰铁的生产工艺20世纪80年代以来,我国生产中低碳锰 铁的主要厂家大都采用全封闭式还原电炉??半封闭式精炼电炉??摇炉组成的三炉一线热装热兑生产系统,从而更新了传统的“电硅热法”。该工艺稳定、成熟, 生产指标先进,与电硅热法相比冶炼电耗可降低600~800kWh/t,锰回收率可达80%以上。在技 术上属国内领先水平。今后应不断总结和创新,并再迈向设备大型化的新台阶。
推广热兑法(波伦法)微碳铬铁生产工艺波伦法生产微碳铬铁,在国际上已有多年的实践,是成 熟可靠的先进工艺技术。通常采用铬矿石灰熔体与液态或固态硅铬合金进行热兑操作,有一步、二步及三步热兑工艺流程之分。其主要优点可谓“三高三低”,即产 品质量高(含碳≤0.03%的占2/3)、铬回收率高(>90%)、硅利用率高(>90%);电耗低(节电6%~10%)、物耗和成本低。
20世纪90年代以来,我国主要铬铁生产厂家先后采用波伦法试生产微碳铬铁,取得了可喜的成果,但在工艺、关键操作技术和配套技术等方面尚需完善,进一步进行技术 攻关和突破,以尽快取得理想效果。
继续进行直流还原电炉冶炼技术的工作直流还原电炉(含中空电极技术)冶炼铁合金是近年来发 展起来的一项新技术。从冶炼的几种产品看,具有节电、cosφ高、运行噪音小,如采用中空电极时还可直接利用粉矿(占15%~20%)等优点。我国于20 世 纪80~90年代先后建成了10台不同容量不同电极形式的直流铁合金电炉,进行了初步尝 试,并取得了初步成果。今后应继续完善和提高工艺及设备技术水平(含中空电极技术 ),并在扩大炉容和冶炼高耗能产品,如高硅硅铁、硅钙合金、工业硅等方面取得突破性进展。
继续研究开发等离子炉和熔融还原技术等离子炉是以煤粉作还原剂并直接使用 粉矿进行冶炼,熔融还原是采用碳质还原剂还原金属氧化物熔体的工艺。这两项新工艺的共同特点是工艺流程短,可直接使用粉矿和粉煤为炉料,产品主元素回收率 高。在这方面我国尚处于小型试验阶段,今后应加强研制和开发力度,促进科技产业化。

(4)采用高效率的大中型还原电炉,提高生产技术装备水平
还原电炉大型化近20年来,国外新建用于硅铁、高碳锰铁、锰硅合金及高碳铬铁生产的炉容普遍增大。20世纪70年代以来建设的大电炉容量为40~75MVA,目前世界上最大的硅铁、铬铁电炉为96MVA、105MVA。
我国铁合金还原电炉荐用炉型分为6.0(6.3)MVA、12.5MVA、16.5MVA及25MVA。
20世纪80年代中期以来,我国引进国外技术建设的最大全封闭式锰硅合金电炉为31. 5MVA,最大半封闭旋转式硅铁电炉为50MVA。经过几年的摸索和试产,成功地掌握了大 型电炉的基本操作技术,实现了达产达标,使我国在炉型结构、生产技术装备及总体水 平方面迈上了大型电炉技术的新台阶。
目前我国铁合金电炉技术结构仍很不合理。首先对炉容小、装备落后、污染严重的电炉,应按国家有关规定限期淘汰。今后技术改造和新建的电炉容量应控制在≥12。5MVA,凡有条件的企业应建大型电炉。
采用全封闭式还原电炉并回收煤气凡易于实施封闭式生产锰硅合金、高碳锰铁及高碳铬铁的大中型电炉,都应采用封闭操作,并相应配置干式煤气净化回收装置。回收的煤气用于干燥或预热、预还原矿石。今后应进一步研究富余煤气的户外利用,以实 现二次能源的综合利用。
目前,世界上冶炼高碳锰铁和锰硅合金的最大容量全封闭式电炉分别为81MVA和 88MVA。我国自20世纪60年代起先后自主开发了9MVA、12.5MVA、16.5MVA及25MVA全封 闭式电炉共16台,其中1台电炉设置了干法煤气净化设施。20世纪80年代又分别引进了30MVA和31.5MVA全封闭式电炉技术,同时引进2套干式煤 气净化设施。今后应加快消化 和推广干式煤气净化技术,以根治由湿法净化而带来的二次污染。
建造或改造半封闭式还原电炉,并设炉气余热回收装置对难于采用全封闭式操作的电炉,如硅铁 炉、工业硅炉等,则应建造或改造为带余热回收系统的半封闭式还原 电炉。烟气温度控制在800℃以上,相应的烟气量(标态)为3~5m3/h。回收炉(烟)气余热主要有两种方式:一种是热水或蒸汽;另一种为蒸汽再发电。
20世纪70年代末到80年代初,法国敦刻尔克公司96MVA硅铁电炉、挪威比约维福森公 司36MVA硅铁电炉和瑞典瓦岗厂105MVA高碳铬铁电炉等都已成功地采用余热锅炉回收利 用蒸汽并发电。80~90年代,我国吉林厂12.5MVA电炉及甘肃民和镁厂4台6.3MVA工业 硅电炉均设置了余热回收系统。今后大中型硅系产品电炉应逐步设置余热回收及发电系 统装置。
应用电子计算机控制冶炼过程国外已应用计算机控制电炉生产全过程,如配料、上料及加料,电极压放、功率调节,冷却水及烟气(煤气)净化系统等控制功能。它可提高电炉有功负荷和作业率,避免误操作所引发的炉况波动和设备事故,取得增产及降低电耗的效果。
20世纪80年代以来,我国先后对2台16.5MVA锰硅合金电炉及几台中小还原电炉、精炼电炉安装了计算机控制系统。此间引进的8台25~50MVA电炉均设置了计算机控制系统 。

(5)大中型还原电炉应用新型电极把持器技术
我国大中型还原电炉以往常用锥形环式电极把持器。其结构简单,但作用在每块铜瓦上的力有不均匀现象。随着电炉大型化和技术装备水平的提高,建议使用下列两种新 型结构电极把持器。
波纹管压力环式把持器20世纪80年代以来,国外大中型还原电炉普遍采用波纹管压力环式把 持器,我国引进的6台硅铁及锰硅合金电炉均采用该种新型结构技术。其主要特点是,夹紧部分为波纹管式夹紧环,由水冷防护套、水冷压力环、水冷压力波纹管及 液压介质等组成。在夹紧环中,波纹管一对一顶紧铜瓦,可保证每块铜瓦对电极的压力均匀,并易调整铜瓦对电极的压强,它可有效地提高电炉作业率,减少设备维 修工作量。
我国新设计的6.3MVA、12.5MVA、25MVA铁合金还原电炉,采用了波纹管压力环式把持器,使用效果均较好。
组合式把持器组合式把持器是挪威埃肯公司的专利技术。20世纪90年代,我国引 进的几台25MVA电石炉均采用这种组合式把持器。它与传统式把持器完全不同,其主要技术特点为:简化了把持器和压放机构,使用可靠;接触装置和滑放装置 可适用于各种 不同直径的自焙电极;电极壳不会变形;电极下放时不会失控,减少电极断损事故;设备重量轻。
我国自主开发的6.3MVA直流铁合金还原电炉和16.5MVA交流铁合金电炉均应用了组合式把持器,取得了较好的使用效果。

(6)大中型还原电炉新型电气设备技术
电炉变压器新型技术正确地选择铁合金电炉变压器型式及其各项技术参数,决定着电炉的作业指 标。对于大中型电炉(≥16.5MVA)选用三台单相变压器组是合理的 ,它们在平面上成120°角,其低压侧面向两电极之间的大面。这种选型和布置,短网短且三相阻抗均衡。但一次投资较高。
其次是选用壳式结构的变压器,与芯式结构相比,其感抗可降低2~3倍,因此大大降低了空载损耗,并具有体积小、重量轻、过载能力强等优点。我国引进的几台大型电炉均配置这种壳式结构变压器,投产运行效果良好,值得借鉴和效仿。
新型大电流母线技术??管式结构短网(含水冷电缆技术)传统的大电流母线(通称短网)中的硬母线束是铜排结构的,可挠导体通常是裸铜复绞线组成,这种短网 普遍应用于中小型电炉上。
对于大中型现代电炉的短网宜优选管式结构,其硬母线由铜管构成,可挠部分是水冷电缆,整个 系统采用软水冷却。应用这种短网具有技术可靠、过载能力强、投资省、同时又是新型把持器的理想匹配,实现了变压器出头与铜瓦布置之间一对一水电合一的连接 结构,是推广使用的一项实用技术。低频电源设备的开发与应用低频电源设备,即在传统的铁合金电炉变压器二次侧与短网之间加装变频器供电装置,将工频 (50Hz)变为低频(0.05~12.5Hz)向电炉输电,这种供电方式降低了变压器与电炉之间整个电路的电抗,提高了功率因数(cosφ),并且无需 无功补偿,是一项节能降耗的新型设备技术。
俄罗斯首先采用低频电源设备,并应用于24MVA硅铁电炉上。我国第一台低频电源设备于 1997年应用于5MVA高碳铬铁电炉。近年,此项技术已应用于3.2MVA、6.3MVA硅铁电炉,电炉功率因数可达0.92~0.95,产品冶炼电耗 降低8%~10%,增产15%~20%,噪音<65dB。
随着电炉大型化(例如≥20MVA),推广应用此项新技术,尽管一次设备投资费用高些,但对提高功率因数更具实用价值和现实意义。

(7)大中型还原电炉的辅助机械化设备
炉口操作设备??车式加料拨料捣炉机自由行走的车式加料拨料捣炉机,是目前世界上大中型半封闭式硅铁电炉及其它同类型电炉生产铁合金时用作加料、拨料及捣炉操作必备的常用设备,可实现炉口操作区三个大料面加料、拨料及捣炉操作的机械化 。
20世纪80年代以来,我国先后从德国DDS公司引进8台这种设备,分为负载能力 1500( 900)kg、2000kg两种规格,在12.5MVA、25MVA及50MVA半封闭式硅铁电炉上使用效果很好。目前,我国正在开发和研制新型加料捣炉 机,今后应结合技术改造加以配备。
开堵铁口设备??开睹眼机开眼堵眼机是大中型还原电炉出炉操作的重要设备,它代替人工开堵 铁口,大大改善了操作条件。我国铁合金电炉采用开堵铁口设备的为 数不多,近10多年开发和引进的地面式和吊挂式开堵眼机,分别应用于12.5MVA、16.5MVA、24MVA、31.5MVA还原电炉上,使用效果较 好。
浇铸成形设备??浇铸机铁合金生产浇铸方式是多种多样的,但大中型还原电 炉趋向选用浇铸机或场地浇铸。
采用浇铸机时,机械化程度高、劳动条件好、铁锭块小、便于加工。常用浇铸机有带式和环式(圆盘式)两种。

(8)切实治理“三废”,强化环境保护及综合利用
铁合金工业的环境保护主要是对“三废”和噪音的治理,消除对环境的污染。我国铁合金工业的 环保及综合利用技术,就总体而言还是比较落后的,尤其与国家环境保护 法规要求差距甚大。20世纪末和下世纪初,伴随铁合金生产工艺的创新与技术装备水平 的提高,环保和综合利用即成为铁合金企业生存与发展的关键因素之一。当务之急是结合“国情、省情、厂情”,将重点实施和解决目前存在的几个突出问题。目前 中小型硅铁电炉绝大部分还是敞口炉,对具有生存条件的应限期技改,设置行之有效的干法袋式烟气净化设施;对已设置净化设施的应完善和改进,以确保系统连续 运行。并将回收的硅尘加以利用,杜绝二次污染;对锰、铬及其它品种,不具备封闭技术条件的应采用半封闭式炉,相应配置干 法袋式或静电式烟气净化设施,回收的烟尘加以利用; 对已实施封闭的电炉,其煤气回收与利用、以及污水未治理的遗留问题应尽快完善。新建和技改的封闭电炉和高炉应设干法煤气净化、回收与利用系统。对污染未得 到根治的其它铁合金产品,如铬、钒的化学处理污水、废渣、烟尘 等严重污染物,必须采用技术攻关或技术创新获得突破。对于噪音治理,一是控制声源;二是控制传播的途径;三是接收者的防护。

(9)加强科学技术研究工作,实施“科教兴企”,推进科技创新
落实“科教兴企”,应瞄准国际科技发展动态和目标并结合国情编制行业和企业的科技进步规 划。在实施时,一是靠自主开发创新,即有计划、有步骤地开展科学试验研究和技术攻关工作;二是靠引进国外先进的关键技术,走技术捷径。持续推进技术进步和 科技创新,开发高新技术及具有市场竞争力的“名、特、优、新”精品。

(10)培养和造就高素质的技术骨干队伍
以人为本,提高劳动生产率市场竞争的实质是人才竞争,以人为本,发挥人才、技术、管理的企业优势,加强培训、提高职工素质,在提高劳动生产率上练内功,努力实现下世纪初人均年产铁合金比现在翻一番。
建立健全质量管理及质量保证体系质量是反映实体满足明确和隐含需要的能力的特性总和。加入 WTO,并与国际接轨,首先就要建立和健全质量管理及质量保证体系 ,它是企业生存与发展的自我保护。特别是要强化生产过程各个环节的质量管理和控制,“重质量、守信誉”,把提高市场竞争力落到实处。
节约能耗、矿耗是降低成本的重要途径我国铁合金生产中,大宗产品的电耗和矿耗费用占单位成本的2/3~4/5,显然节能降耗是降低成本的关键。

(11)提高产品竞争力,开发国际市场
以产品出口为契机和突破口,重视跨国经营,继续大力开发国际市场,加快盘活铁合金行业现有 资产存量,搞活经营,千方百计把我国目前过剩的、具有竞争力的生产能力转向国际市场。只有进入国际市场,才能促进发展。不仅要出口产品,还要到国外办厂、 搞跨国公司,走“科、工、贸”一体化的道路,同国外公司建立长期合作关系,把国内与国外市场统一起来。只有这样才能使我国铁合金行业迈上良性发展的新路 子。

(12)继续加强中外技术交流与合作
进入20世纪80年代以来,我国铁合金界同国际交往日益频繁,与许多国家、地区及其厂商有 着广泛的交流,增进了相互了解与信任;并在许多项目上进行了合作。我们应继续加强中外技术交流与合作,特别是在高科技、信息技术、技术开发、经贸等方面扩 大发展与合作,促进我国铁合金工业的技术进步。

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