铁合金电炉

用于精炼中碳、低碳、微碳铁合金。电炉容量一般为1500～6000千伏安，采用敞口固定或带盖倾动形式。前者类似还原电炉,可配备连续自焙电极;后者类似电弧炼钢炉，使用石墨或炭质电极。

又称埋弧电炉或矿热电炉，采取电极插入炉料的埋采用敞口固定式电炉（图1a铁合金还原电炉），随着环境保护要求的提高和余热利用技术的进展，对不同产品分别采用封闭式电炉（图1b铁合金还原电炉）或矮烟罩、半封闭式电炉（图1c铁合金还原电炉）。炉体旋转可以消除悬料、减少结壳“刺火”使布料均匀、反应区扩大，以利炉况顺行。电炉容量（在铁合金生产中指电炉变压器容量,按千伏安计,用以标志电炉能力）在50年代以前一般从几百至一万千伏安左右，后来逐渐向大型化发展。70年代新建电炉一般为20000～40000千伏安,最大的封闭式电炉达75000千伏安，最大的半封闭炉达96000千伏安。

现代铁合金电炉一般为圆形炉体，配备三根电极。大型锰铁电炉有采用矩形多电极的。大型硅铁电炉有些装备旋转机构，炉体以30～180小时旋转360°的速度沿水平方向旋转或往复摆动。封闭电炉设置密封的炉盖，半封闭电炉在烟罩下设有可调节开启度的操作门，以控制抽入空气量和烟气温度。

电极系统广泛采用连续自焙电极，最大的直径可达2000毫米，有的还做成中空式。连续自焙电极由薄钢板电极壳和电极糊组成，在运行中电极糊利用电流通过时产生的热量和炉热的传导辐射自行焙烧。随着电极的消耗，电极壳要相应逐节焊接，并向壳内充填电极糊。电极把持器由接触颊板（导电铜瓦）、铜管和把持环等构件组成，它的作用是将电流输向电极，并将电极夹持在一定的高度上，还可以调节电极糊的烧结状态。电极升降和压放装置吊挂着整根电极，用以调整电极插入深度。

从变压器低压侧到电极把持器的馈电线路通称短网，是一段大截面的导体，用以输送大电流至炉内。大型电炉变压器的二次绕组多数通过短网在电极上完成三角形接线。整个网路由硬母线束、软母线束和铜管组成。

灼烫事故原因

(1)违章指挥导致的灼烫事故。“三违”是造成事故的罪恶之源，其中违章指挥最具有危害性。

(2)违章操作所致的灼烫事故。主要原因是个别冶炼工安全意识淡薄，思想麻痹，不遵守出铁吹氧安全操作规程或受习惯性违章作业人员影响，在安全防护装置缺乏、损坏，安全防护措施没有落实到位的情况下违章操作，导致事故发生。

(3)炉内塌料喷溅引发的灼烫事故。电炉冶炼由于操作不当或生产工艺等原因都将会引发炉内物料沸腾、翻渣、塌料而造成热料四处喷溅导致发生人员灼烫事故。

①炉内温度过低，加入炉料未熔净，待温度上升，使集中溢出的气体受阻，同时若加料过快、过量，炉渣流动性不好，而引起炉内物料沸腾。

②炉内塌料后，出现低温或有潮气的炉料落人液态金属与熔渣混合，产生上下翻动，增加了反应接触面，加剧了反应。

③电炉的电极硬断造成电极变短，所配的料粉湿，操作不当情况下，易造成塌料，炉内热料喷溅。炉面周围若有人员作业或逗留时，极易发生灼烫事故。

(4)电极爆炸诱发的灼烫事故。

①生产所用的电极糊挥发波动大，结晶水偏高，烧结速度慢，在电极烧结不好的情况下，产生大量可燃气体，并迅速集聚膨胀，造成电极爆炸。

②电炉冶炼操作人员经验不足，未能判断电极会发生异常情况。

③车间现场电极孔的缝隙较宽，存在一定隐患，且作业现场警示标识不够完善等。

(5)铁水包倾翻、铁水外溢险肇严重灼烫事故。

(6)生产作业现场环境状况不良导致的灼烫事故。浇铸间是供出炉的高温铁水浇铸冷却的场所。多数铁合金厂都是在此场地进行综合作业，如炉渣的水淬、未被水淬炉渣的冷却、铁合金冷却后的成品精整吊运，以及行车运行和锭模、渣包、铁水包、精整斗等存放的综合场所，加之由于浇铸间生产作业现场管理力度不够，制度、整治措施落实不到位，检查考核不严等，导致浇铸问物品随地堆放，工件、工具到处乱丢，炉渣及废弃物不及时清理，场地通道狭窄或安全通道被物品、精整斗占据，作业人员行动不便。安全标志不设置或设置不规范等，致使浇铸间存在着一定的事故隐患，也是灼烫事故极易发生的场地。

(7)其他灼烫事故。铁水出炉后浇铸冷却过程中，由于铁块在收缩或断裂时产生内应力，引发碎片弹出，极有可能伤及或灼伤周围的人员。

预防对策与措施

(1)认真贯彻执行“管生产必须管安全”的原则。①从各级领导抓起、做起，层层落实，对不能认真履行其职责的单位或个人要采取处罚措施，以达到警醒目的；②加强安全教育，以本企业历年来发生的灼烫伤事故为案例，在本公司范围内广泛开展“安全第一”、“生产必须安全”的学习宣传教育活动，进一步提高全员的安全意识和自我防护能力；③加强作业人员的操作技能及安全知识培训。

(2)防止冶炼过程中塌料，造成大量热料喷出灼伤人员。必须做到：①严格控制入炉原料粒度、水分，如炉料湿度大必须先烘烤干燥后方可入炉：②加强炉况观察和维护，确保炉况运行正常；③加强冶炼电极的维护，控制电极硬断事故。当冶炼中发生熔池物科剧烈沸腾时，配电工应立即升抬电极，切断电源。炉面操作人员停止加料，立即远离炉门两侧；④配电工在升抬、插入电极操作中，先打铃示警并注意观察，教促炉面加科和3楼平台加糊焊接电极壳作业人员离开炉旁，以防塌料引发热料喷溅灼伤事故发生。

tiehejin dianlu

铁合金电炉

ferroalloy furnace

冶炼铁合金的主要设备。

铁合金电炉分为还原电炉和精炼电炉两类。

铁合金还原电炉生产过程中产生大量煤气。用敞口电炉生产时，煤气遇空气燃烧成为烟气，量大尘多，既难净化，又不利于能量回收，长期污染环境,形成公害并造成能量损失。70年代以来,为了保护环境和节约能源，铁合金还原电炉逐渐由敞口电炉改为封闭或半封闭电炉。冶炼锰铁、铬铁等铁合金用封闭电炉，冶炼需要料面操作的铁合金（硅铁、金属硅等），则用半封闭电炉。

封闭电炉设置密封的炉盖和泄爆装置，产生的煤气于未燃状态引出，导入煤气净化设施净化回收。煤气发生过程连续稳定,煤气体积只有敞口电炉烟气体积的1～2%。因此煤气净化设备小,组合简单,净化操作便利。煤气净化一般采用湿法工艺。煤气含CO、H2、CH4等有效燃料成分约占气体体积的80%,主要是CO,发热值为2100～2400千卡/标米。

为了治理硅铁电炉的烟气，起初将敞口电炉的高烟罩改为矮烟罩，后来发展成为半封闭电炉。其发展过程见图2敞口铁合金电炉烟气治理发展过程。

能控制烟气量便于净化和回收热能。装设余热锅炉时，回收的热量可达电炉总耗能量的30%或总耗电量的65%，如用于发电可回收电能约20%。烟气净化一般采用干法工艺。

硅锰铁合金电炉在冶炼生产过程中排出大量的高温含尘烟气，烟尘主要成份是MnO和SiO2，烟尘粒径大部分小于5um。因此，如果不采取有效的烟气净化，这种含微细粒径的含尘烟气对室内外环境和人体健康危害很大。并影响铁合金周围的大气环境和工人的身心健康。因此，无论从环保效益还是社会效益，治理好硅锰矿热炉烟气都具有极其重要的意义。

铁合金电炉生产法

电炉法是冶连续铸钢|炼铁合金的主要方法，电炉铁合金产量占全部铁合金产量的70%以上。

电炉主要可分为矿热炉和电弧炉、又叫精炼炉两种。用碳作还原剂生产铁合金所用电炉常用矿石还原炉，简称矿热炉。冶炼时炉口加入混合好的原料，根电极埋在炉料中，依靠电弧和电流通过炉料而产生的电阻热进行加热。通过出铁口定时出铁放渣，生产过程是连续进行的。

矿热炉按产品出渣量的多少不同又可分为微渣法和有渣法两种操作。硅铁，高硅铬铁所用的原料纯度高，含杂质氧化物少，生产时不加熔剂。冶炼过程出渣量很少，常称微渣法。微渣法生产所用的原料主要有硅石，焦炭和钢屑、生产硅铬时用碳素铬铁。碳素锰铁，碳素铬铁，硅锰合金等所用矿石含杂质氧化物多，需加熔剂造渣，因此渣量大、超过合金的重量，常称有渣法。有渣法生产所用的原料除矿石和还原剂外)还常需添加熔剂。

矿热炉因为使用碳质还原剂(因此除硅质合金外)其他只能获得高碳合金。用硅、主要是硅质合金(作还原剂)生产铁合金通常采用电弧炉、它与炼钢电弧炉相似。

电弧炉生产所用的原料主要有矿石、包括精矿或较纯的氧化物，(硅质还原剂和熔剂)几种。炉料从炉顶或炉门加入炉内，整个冶炼过程可分为引弧，加料，熔化，精炼和出铁个环节。依靠电弧放热和硅氧化反应热完成冶炼过程。出铁时间依合金中的含硅量而定，生产是间断进行的。

目前主要生产品种是中低碳锰铁，中低碳铬铁，微碳铬铁，钒铁和一些含碳量低的其他合金。

目录

1铁合金生产的电冶金理论基础

1.1铁合金电炉概论

1.1.1铁合金电炉分类

1.1.2矿热炉设备组成概述

1.2矿热炉中的电弧现象

1.2.1电弧生成机理

1.2.2电弧性质

1.2.3电弧传热过程

1.2.4直流电弧

1.2.5等离子弧

1.3矿热炉电路分析

1.3.1炉膛内部导电方式

1.3.2炉内电流回路解析

1.3.3电炉操作电阻

1.3.4电炉电抗和谐波

1.3.5电炉电流的交互作用

1.4矿热炉的电气特性

1.4.1电压圆图和电流圆图

1.4.2特定电压级下电炉特性曲线

1.4.3特性曲线组和恒电阻曲线

1.5三相电炉各相功率不平衡现象

1.5.1各相电极功率不平衡对冶炼操作的影响

1.5.2影响电炉功率平衡的因素

1.5.3电极功率不平衡的监测和预防

1.6电炉的经济运行

1.6.1变压器的经济运行

1.6.2电炉运行条件的改进

1.6.3铁合金电炉的经济负荷运行

参考文献

2矿热炉的参数和模型

2.1电炉的熔炼特性

2.1.1反应区模型

2.1.2电炉功率分布模型

2.1.3电极插入深度

2.1.4炉膛温度和炉膛功率密度

2.1.5电炉的热稳定性

2.2电极的载流能力

2.3矿热炉参数的数学关系

2.3.1安德列公式和凯里法

2.3.2珀森公式

2.3.3威斯特里方法

2.3.4几种方法的比较

2.3.5炉膛内部各部位的电压梯度

2.3.6相似方法

2.4埋弧电炉的数学模型

2.4.1莫克拉姆模型

2.4.2电导池常数模型

2.4.3海斯模型

2.4.4有渣法电炉炉料内电流分布模型

参考文献

3原料的冶金性能和预处理工艺

3.1碳质还原剂的冶金性能

3.1.1碳质还原剂的石墨化性能

3.1.2碳质还原剂的导电性

3.1.3碳质还原剂的反应性

3.1.4铁合金生产专用还原剂

3.2矿石和炉料的冶金性能

3.2.1炉料的导电性

3.2.2炉料的透气性

3.2.3铬矿石的矿物结构和冶金性能的评价

3.2.4锰矿的冶金特性

3.2.5硅石的热稳定性

3.3粉矿成球工艺

3.3.1冷压块和碳酸化球团工艺

3.3.2蒸汽养生球团

3.3.3热压块工艺

3.3.4成型机理和常用粘结剂

3.3.5球团的性能和测试方法

3.3.6影响球团性能的主要因素

3.3.7使用球团矿对冶炼工艺的影响

3.4焙烧工艺过程

3.4.1焙烧过程的单元操作

3.4.2焙烧过程的传质和传热

3.5烧结工艺

3.5.1矿石烧结机理

3.5.2锰矿烧结

3.5.3铬矿烧结

3.5.4竖炉烧结球团工艺

3.6回转窑的工程原理

3.6.1回转窑内物料的停留和运动

3.6.2回转窑的工作特性

3.6.3回转窑的基本操作

3.7固态还原工艺

3.7.1铬矿球团预还原工艺和机理

3.7.2炉膛旋转炉（RHF）直接还原工艺

3.7.3铬矿直接还原工艺

3.7.4镍铁直接还原工艺

参考文献

4碳热还原过程

4.1硅和硅铁的冶金过程及其模型

4.1.1SiO－C三元系

4.1.2无渣法电炉炉膛结构

4.1.3硅还原过程的传质和传热

4.1.4硅还原过程动力学

4.1.5硅的生产过程的化学量模型

4.1.6硅和硅铁电炉的动态模型

4.1.7硅铁电炉两段炉体技术

4.2固态和熔态还原过程

4.2.1固态还原的基本原理

4.2.2铬矿的固态还原

4.2.3铁和硅的熔态还原动力学

4.2.4锰还原的动力学

4.3埋弧电炉有渣法冶炼机理163

4.3.1有渣法电炉的炉膛结构

4.3.2焦炭层

4.3.3炉渣性质对埋弧电炉运行的影响

4.3.4合金元素和杂质元素含量的控制

4.3.5一步法硅铬合金冶炼

4.4硅钙合金熔炼过程

4.4.1Si－Ca－C－O四元系的相关系

4.4.2CaC2生成机理

4.4.3硅钙合金生成机理

4.5冶金过程的催化作用

4.5.1冶金反应的催化现象

4.5.2还原过程的催化反应机制

4.6碳热还原工艺新技术

4.6.1空心电极技术

4.6.2等离子炉和直流电炉

4.6.3熔态还原工艺

参考文献

5铁合金的精炼技术

5.1电硅热法精炼技术的进步

5.1.1中低碳锰铁精炼和纯净锰铁生产

5.1.2热兑法（波伦法）生产微碳铬铁

5.2铁合金的氧气吹炼

5.2.1氧气吹炼基本原理

5.2.2氧气吹炼工艺参数

5.2.3中碳锰铁的吹炼工艺

5.3铁合金的炉外精炼

5.3.1渣洗精炼法

5.3.2氧化精炼技术

5.3.3炉外降碳

5.4铁合金降磷

5.4.1氧化脱磷

5.4.2固相脱磷

5.4.3还原脱磷

5.4.4影响降磷率的因素

5.5摇包反应器解析

5.5.1摇包内液体的运动状态

5.5.2摇包运动对传质作用的影响

5.5.3摇包参数的确定

参考文献

6真空冶金和氮化冶金

6.1真空还原过程

6.1.1氧化铬的真空还原机理

6.1.2铬的真空冶炼

6.1.3真空冶炼的供热原理

6.1.4真空系统的设计

6.2真空精炼

6.2.1铁合金中的气体

6.2.2液态铁水的真空精炼

6.2.3固态铁合金的真空精炼

6.3铁合金的氮化

6.3.1氮化物的稳定性和渗氮工艺

6.3.2氮化过程动力学

6.3.3铬铁的氮化

6.3.4硅和硅铁的氮化

6.3.5锰铁和其它铁合金的氮化

参考文献

7电极

7.1碳素材料的基本性能

7.1.1密度

7.1.2强度

7.1.3碳素材料的质量热容、热导率和线膨胀系数

7.1.4碳素材料的弹性模量

7.1.5抗热震性

7.1.6电阻率

7.2电极的分类

7.2.1石墨电极和碳电极

7.2.2自焙电极

7.3自焙电极的烧结

7.3.1自焙电极的烧结过程

7.3.2自焙电极的烧结热量

7.3.3自焙电极烧结特性

7.4自焙电极内部的温度分布、应力分布和数学模型

7.4.1自焙电极内部的温度分布

7.4.2自焙电极内部的应力分布

7.4.3自焙电极的数学模型

7.5电极的维护使用

7.5.1电极消耗

7.5.2降低石墨电极消耗的措施

7.5.3自焙电极的接长和下放

7.5.4电极事故及处理

7.6埋弧电炉的开炉

7.6.1新开炉电极焙烧

7.6.2开炉过程的加料

7.6.3出铁时间的确定

7.6.4合金成分的控制

参考文献

8铁合金炉炉衬及耐火材料

8.1常用耐火材料的性质

8.1.1耐火材料的分类及结构

8.1.2常用耐火材料的技术要求

8.1.3常用耐火材料的主要性质

8.2铁合金生产中耐火材料的侵蚀机理

8.2.1镁质炉衬侵蚀机理

8.2.2碳质炉衬的损毁机理

8.3铁合金电炉炉衬设计

8.3.1炉衬设计

8.3.2炉衬的热传递

8.3.3炉衬的冷却技术

8.4炉衬的砌筑和维护

8.4.1炉衬砌筑

8.4.2炉衬的使用和维护

8.4.3金属炉衬的形成及维护

8.4.4炉衬损毁的监测

参考文献

术语索引

中外文名称对照

2100433B

一、基础标准

YB/T 4166—2007　硅系铁合金电炉烟气净化及回收设施技术规范

YB/T 5142—2005　冶金矿产品包装、标志、运输、贮存和质量证明书

二、取样及制样方法标准

GB/T 2007.1—1987 散装矿产品取样、制样通则 手工取样方法

GB/T 2007.2—1987　散装矿产品取样、制样通则 手工制样方法

GB/T 2007.3—1987 散装矿产品取样、制样通则 评定品质波动试验方法

GB/T 2007.4—1987　散装矿产品取样、制样通则 精密度校核试验方法

GB/T 2007.5—1987　散装矿产品取样、制样通则 取样系统误差校核试验方法

GB/T 2007.6—1987 散装矿产品取样、制样通则 水分测定方法 热干燥法

GB/T 2007.7—1987　散装矿产品取样、制样通则 粒度测定方法 手工筛分法

GB/T 2008—1987 散装氟石取样、制样方法

GB/T 2009—1987　散装矾土取样、制样方法

GB/T 2010—1987 散装滑石取样、制样方法

三、非金属矿

（一）石灰石、白云石

1.产品标准

YB/T 042—2004　冶金石灰

YB/T 5278—2007 白云石

YB/T 5279—2005　石灰石

2.试验方法

GB/T 3286.1—1998 石灰石、白云石化学分析方法 氧化钙量和氧化镁量的测定

GB/T 3286.2—1998 石灰石、白云石化学分析方法 二氧化硅量的测定

GB/T 3286.3—1998　石灰石、白云石化学分析方法 氧化铝量的测定

GB/T 3286.4—1998　石灰石、白云石化学分析方法 氧化铁量的测定

GB/T 3286.5—1998 石灰石、白云石化学分析方法 氧化锰量的测定

GB/T 3286.6一1998　石灰石、白云石化学分析方法磷量的测定

GB/T 3286.7—1998　石灰石、白云石化学分析方法硫量的测定

GB/T 3286.8—1998　石灰石、白云石化学分析方法 灼烧减量的测定

GB/T 3286.9—1998 石灰石、白云石化学分析方法 二氧化碳量的测定

YB/T 105—2005 冶金石灰物理检验方法

（二）萤石

1.产品标准

YB/T 5217—2005萤石

2.试验方法

GB/T 5195.1—2006 萤石 氟化钙含量的测定

GB/T 5195.2—2006 萤石碳酸盐含量的测定

GB/T 5195.3—2006　萤石105℃质损量的测定重量法

GB/T 5195.4—2006 萤石硫化物含量的测定 碘量法

GB/T 5195.5—2006 萤石 总硫含量的测定 燃烧碘量法

GB/T 5195.6—2006　萤石磷含量的测定

GB/T 5195.8—2006　萤石二氧化硅含量的测定

GB/T 5195.10—2006　萤石铁含量的测定邻二氮杂菲分光光度法

GB/T 5195.11—2006 萤石 锰含量的测定 高碘酸盐分光光度法

（三）石墨

1.产品标准

GB/T 3518—1995　鳞片石墨

GB/T 3519—1995 微晶石墨

YB/T 044—2007　炼钢用类石墨

YB/T 099—2005　石墨电极焙烧品

2.试验方法

GB/T 3520—1995　石墨细度检验方法

GB/T 3521—1995　石墨化学分析方法

YB/T 045—2005 鳞片石墨厚度测定方法

（四）镁砂

1.产品标准

GB/T 2273—2007烧结镁砂

YB/T 132—2007电熔镁铬砂

YB/T 5206—2004 轻烧氧化镁

YB/T 5266—2004电熔镁砂

2.试验方法

YB/T 4004—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法二安替比林甲烷光度法测定二氧化钛量

YB/T 4005—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法EDTA容量法测定氧化钙量

YB/T 4006—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法 重量法测定灼烧减量

YB/T 4007—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法铬天青S光度法测定氧化铝量

YB/T 4008—1991（2005） 镁砂化学分析方法 乙二醇盐酸容量法测定游离氧化钙量

YB/T 4009—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法 钼蓝光度法测定二氧化硅量

YB/T 4010—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法差减法测定氧化镁量

YB/T 4011—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法 钼蓝光度法测定五氧化二磷量

YB/T 4012—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法 高碘酸钾光度法测定氧化锰量

YB/T 4013—1991（2005） 优质镁砂化学分析方法邻二氮杂菲光度法测定三氧化二铁量

……

四、金属辅助矿、渣和炉渣

五、钢渣、钢渣水泥、保护渣2100433B