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[科普中国]-电炉炼铁

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原理及工艺特点

原料经配料加入炉内,炉料经加热、分解、还原、熔化、造渣及渣铁反应等过程生成生铁和炉渣,渣、铁定期从渣口、铁口放出。

电炉炼铁有以下特点:(1)炉内所有反应所需热量不是由燃料燃烧提供,而是由外部输入的电能提供。电流通过自焙电极引入炉内,电流通过料层、熔体的电阻及料层内熔体上部的电弧,将电能转化为热能。电热转换不带入其他物质,不产生气体、故对炉内气氛、对炉料及熔体不产生影响,且热量集中,易于获得高温,炉内温度易于控制。(2)电炉炼铁过程中的炉料的还原主要是直接还原(占总还原量的80%~90%),由煤气产生的间接还原仅占10%~20%,其原因是电炉炼铁不鼓风,下部还原及分解产生的气体量仅约650m/t铁,炉料800~1000℃的间接还原区甚窄,炉料通过这一区域时间甚短、虽然下部上升煤气CO含量高达60%~75%,但间接还原数量较小。(3)炉料入炉后经下部上升的热煤气及自身电阻热的加热,经预热、分解、部分还原后在电弧下及附近的高温区迅速熔化,在很短时间内完成造渣、熔化、渣铁分离等过程,并在渣铁流经炉缸内赤热的焦层时进行终还原、渗碳及脱硫反应,最终聚集在炉缸形成铁水层和炉渣层,渣铁定期从铁口、渣口放出,冶炼周期比高炉炼铁要短,仅0.5~1.5h。(4)料柱短、对料柱的透气性要求低,因而对原料的强度要求比较宽松,可以使用强度低的原料和还原剂,如无烟煤、劣质焦。2

设备炼铁电炉有高炉身电炉,低炉身电炉,敞开式电阻炉等多种型式,使用最普遍的是低炉身电炉,这种电炉与铁合金生产用封闭式埋弧还原电炉极为相似。图中使用的即为典型的蒂斯兰德-霍尔(Tysland-Hole)低身电炉。炉膛呈圆形或矩形、椭圆形,电极在圆形炉内呈三角形配置,在矩形、椭圆形炉内则在长轴方向成一线配置。以33000kW的圆形电炉为例,炉壳外径12.0m、高3.5~5.0m,采用自焙电极,电极直径1.5m,炉衬外层用黏土砖砌筑,内层为沥青镁砂捣固层或用碳质耐火材料砌筑或用碳质材料捣固,炉衬寿命3~7年,炉盖一般用水冷钢结构内衬黏土砖构成。炉缸可设一个渣铁口,渣、铁从同一口中放出,或设一个出铁口,一个出渣口分别放出铁水、炉渣。中小型电炉可采用倾动式。

电流经炉用变压器、母线、电极把持器、自焙电极导入炉内。电流负荷由升降电极和切换电压控制,通常变压器次级电压为80~250V,多级可调,一般均为自动控制。多数炼铁电炉采用三台单相变压器组成供电变压系统,为改善功率因数,通常还应有相应功率的效率补偿电容器。

产品及技术经济指标电炉冶炼普通铁矿获得的生铁的典型成分为:C3.6%~4.2%,Si 1.0%~3.0%,Mn 0.1%~0.2%,P 0.02%~0.30%,S