大型矿热炉碳质还原剂的选型.docx

1、 目录目录 摘 要 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 关键词错误错误!未定义书签。未定义书签。 前言 2 第 1 章云南本地焦炭生产厂家的生产情况和产量 . 3 第 2 章 公司所使用的焦炭种类和性能 4 第 3 章 碳质还原剂在生产中的作用和选型 . 5 3.1 化学成分 . 5 3.2 反应性能 . 5 3.3 粒度组成 6 结论 8 参考文献 8 辞谢 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 第第 2 2 页共页共 1515 页页 前言前言 云南文山斗南锰业股份有限公司，坚持立足优势创特色，依靠科技曾效益， 整合资源谋发展，做优做强锰产业的发展战略，目前公司拥有国际一流，国内领

2、 先水平的 50000KVA、 25000KVA 和 12500KVA 生产线及相关配套生产系统，主要工 艺技术装备和技术经济指标达到国内同行业领先水平， 是我国锰系铁合金生产的 重要骨干企业之一。随着斗南公司的快速发展，目前公司拥有铁合金产能 30 万 吨，年需碳做还原剂 18 万吨左右，因为在大型矿热电炉中，碳做还原剂的连续 性、稳定性和活性十分重要，所以碳质还原剂的选型显得尤为重要。 第第 3 3 页共页共 1515 页页 第第 1 1 章云南本地焦炭生产厂家的生产情况和产量章云南本地焦炭生产厂家的生产情况和产量 目前云南焦炭生产厂家的生气情况和产量统计如下 （统计资料来自网上公布 数据

3、） ： （1）麒麟焦化有限公司（云南曲靖越钢集团有限公司控股公司）产量 200 万吨； （2）云南云维股份有限公司年产 425 万吨（其中云南大为制焦有限公司年 产 200 万吨，云南泸西大为焦化有限公司年产 120 万吨） ； （3）云南昆钢煤焦化公司安宁分公司年产 150 万吨，云南昆钢煤焦化公司 大板桥分公司年产 130 万吨，云南昆钢师宗煤焦化有限公司年产 98 万吨，云南 昆钢焦矿产能合计 378 万吨； （4）沾益县乾坤焦化有限责任公司年产 100 万吨； （5）云南师宗焦化有限责任公司年产 65 万吨； （6）富源德信焦化有限责任公司年产 45 万吨； (7)其他焦炭厂家估量为

4、150 万吨。 合计：云南焦炭年产为 1363 万吨。 第第 4 4 页共页共 1515 页页 第第 2 2 章章 公司所使用的焦炭种类和性能公司所使用的焦炭种类和性能 斗南（建锰）公司使用过的碳质还原剂的种类和性能分析（表一） ：斗南（建锰）公司使用过的碳质还原剂的种类和性能分析（表一） ： 分析元素 名称 C V A AFe ACaO Ap Amgo ASiO2 冶金焦（曲靖） 79.11 1.96 18.93 7.65 3.63 0.124 2.19 46.49 1068.0 冶金焦（昆钢） 79.95 1.02 19.03 7.88 4.83 0.133 3.05 52.3 1028.

5、2 冶金焦（大板桥） 79.09 1.89 19.02 8.60 5.63 0.114 2.09 42.49 973 冶金焦(师宗) 76.59 0.98 22.43 7.65 13.18 0.127 2.34 37.6 866 贵州机焦（曲靖） 80.54 0.54 18.92 21.57 2.21 0.132 2.05 40.36 1384 贵州机焦（贞丰） 78.48 3.28 18.24 26.30 3.39 0.124 3.99 35.91 1425 贵州(土焦) 77.39 1.58 21.03 26.72 5.22 0.097 1.74 29.96 2174.7 兰碳 84.75

6、 3.23 12.02 11.46 13.62 0.133 2.34 42.03 3320.5 省外焦 82.43 2.39 15.18 8.23 2.21 0.102 2.01 39.87 1022 第第 5 5 页共页共 1515 页页 第第 3 3 章章 碳质还原剂在生产中的作用和选型碳质还原剂在生产中的作用和选型 锰系铁合金生产中碳质还原剂主要的作用是还原锰或硅， 此外在电炉内形成 焦炭层，锰系铁合金生产中为了选择一种或几种合适的还原剂，除了应了解各种 还原剂的使用性能外，更应了解冶炼过程对还原剂的要求。 3.1 3.1 化学成分化学成分 化学成分中主要考虑的是固定碳、灰份、挥发分、水

7、份。冶炼过程中，还原 剂中的有效成分是固定碳。固定碳越高，还原相同数量的锰或硅所需的还原剂的 数量就越少，焦炭的消耗量和由此所带入的杂质也就越少。同时，炉料的电阻也 就相应增加，因此，要求焦炭中的固定碳越高越好。 焦炭灰份主要是由 AL2O3、CaO、SiO2 等氧化物组成。显然焦炭灰份高，相 应固定碳就少。因此，还原同样数量的锰或硅所消耗的焦炭就多。此外，焦炭灰 份多，还会使冶炼过程中的渣量增加，炉况恶化，因此，要求焦炭中的灰份越少 越好。 焦炭中的碳元素除以固定碳状态存在外， 尚有一部分以碳氢化合物的形态存 在于挥发份中， 这部分碳氢化合物的在高温下易挥发而外逸。 焦炭中挥发份越高， 因此

8、其焦炭焦化的程度越差，因此其强度也就较差。 和对其他原料的含水量要求一样，为了避免配料不准，炉况波动，造成技术 经济指标恶化，必须严格控制焦炭的含水量，一般希望水份不大于 8%。 3.2 3.2 反应性能反应性能 在炉内保持有足够大的高温反应区， 是炉况顺行和获得良好技术经济指标的 重要条件，而高温反应区的大小，在很大程度上与电极插入深度有关。除其它因 素外， 炉料的电阻特别是焦炭的电阻是影响电极插入深度的一个重要因素。为了 保证电极由足够的插入深度，必须使炉料由足够大的电阻。采用比电阻大而粒度 合适的焦炭就能达到这一要求。我们知道，电荷在导体内移动时，导体阻碍电荷 移动的能力成为电阻（R）

9、。电阻的大小与导电部分的长度 L 成正比，与截面积 S 成反比，此外还与导电材料的性质有关。 即 R=L/S 式中是导电材料的比电阻（或称为导电率、电阻率系数） ，它表示导电材 料的导电性能，各种导电材料都有它自己的比电阻。 由上式可知，=RS/L。所以比电阻即是单位截面积（mm2）单位长度（m） 的导体的电阻。 影响电阻率的因素有： a、碳素材料的性质。焦炭的电阻率是与炼焦用的主配煤有关； b、成焦温度。炼焦温度对石墨化程度的影响很大，炼焦温度愈高，石墨化 的程度也愈高，石墨晶体也愈大，电阻率愈小，成焦温度控制在 9001000t/ 时，贵州机焦电阻率在 1500( m)左右； c、炼焦时间

10、。炼焦的时间愈长，石墨化的程度也愈高，电阻率愈小，炼焦 时间控制在 24t/h 时, 贵州机焦电阻率在 1300( m)左右； d、灰分和挥发分。灰分和挥发分高的电阻率也高。但灰分和挥发分愈高， 则固定碳愈低，因而要全面考虑； e、密度。密度愈小，电阻率愈大。 第第 6 6 页共页共 1515 页页 炉料的电阻值，除和加入炉内的焦炭的数量和粒度有关外，还与焦炭本身的 性质即比电阻有关。铁合金工业中各种常用的碳质还原剂，以木炭的比电阻为最 大，半焦（土焦）次之，普通冶金焦的比电阻最小。气孔率是焦炭结构的重要标 志，气孔率是指焦炭的气孔体积占焦炭总体积的百分数。很明显，焦炭的气孔率 越大， 电流通

11、过焦炭时所受的阻力也就越大，即气孔率大的焦炭比电阻一般也较 大。 焦炭和二氧化碳反应生成一氧化碳的能力，叫做焦炭的反应能力。在一定温 度条件下化学反应 C +CO22CO 的反应速度，也就是说，一氧化碳的再生能力， 可以近似地作为衡量焦炭反应能力的标志。焦炭的气孔率越大，吸收 CO2 的能力 也就越强，从而一氧化碳的转化速度（即再生能力）也就越高。除气孔率外，焦 炭的反应能力还与焦炭的石墨化程度有关，我们知道，石墨态碳是各种单质碳中 最稳定的一种形态，且导电能力最强。因此，石墨化程度越高的焦炭，其反应能 力也越弱，比电阻也越小。 由此可见，为了保证电极在炉料中由足够的插入深度，加快锰或硅的还原

12、速 度，焦炭应具有高的比电阻，大的气孔率，强的反应能力。实际上，气孔率较大 的焦炭，往往也就是比电阻较高，反应能力较强的焦炭。 3.33.3 粒度组成粒度组成 粒度组成是影响炉料比电阻和透气性的一个重要因素。 焦炭粒度对电阻率大 小及反应性能有一定影响，小粒焦电阻率比大粒焦大，且反应接触面也大。但粒 度小， 甚至粉末过多时影响炉料透气性使反应生成的气相产物排出困难，而且烧 损大，会造成炉内钳锅下部缺碳，影响炉内反应的热力学条件及炉况顺利。要着 重考虑不同粒度等级的合理搭配，以改善反应条件，有合适电阻率，又不影响电 炉透气，这就会对改善指标起到一定作用。 焦炭粒度和电阻率的关系式如下： =/ 0

13、.58 式中焦炭粒的电阻率，cm； 焦炭名义粒度或平均粒度，mm; 常数，随还原剂种类而异，冶金焦=59 焦炭的平均粒度以颗粒直径计算为： =3d1+d2+d12+d224 式中 d1焦炭的粒度上限，mm； d2焦炭的下限，mm。 根据上述公式，可以算出焦炭粒度增大 50%时其电阻率可减小 21%；焦炭粒 度减小 50%时其电阻率可增大 49.5%。可见在其余炉料不变的情况下，缩小焦炭 粒度可明显地增加大炉料电阻率， 这样可以减少由于焦炭本身电阻炉小所带来的 影响。同时焦炭粒度减小，同样数量的焦炭颗粒增多，表面积增大，孔隙增加， 对 SiO2和锰的吸附能力增强，有利于加速反映的进行。但要注意前

14、面提到的焦 炭粒度过小的坏处，并不是粒度越小越小，电阻率越大越好，而是要使粒度配合 适用，中小粒度有一定比例，或者用电阻率较大的碳素还原剂搭配起来使用，使 粒度不致过小，电阻率又不致下降。实际上是用不同种的还原剂，不同粒度搭配 起来，并根据要求的电阻率来控制入炉平均粒度。为了实现粒度的合理搭配，焦 炭粒度应筛分成至少有两个粒度级别，分别堆存。根据炉况选择搭配。 大粒度的焦炭加入炉内时， 由于其电阻值较小， 因而将影响电极的插入深度。 第第 7 7 页共页共 1515 页页 同时大粒度焦炭的比表面积（单位体积物质的总面积）较小，因而使还原反应的 速度降低。原则上讲，焦炭粒度越小，相同数量的焦炭由

15、于颗粒数增加，大大增 加了接触电阻，因而比电阻也就越大，同时由于随着粒度的减小，比表面积迅速 增大，因此越有利于还原反应进行。 但是，在实际生产中，不允许焦炭粒度无限制地小。因为，使用焦粉对冶炼 过程是及其有害的。焦粉含水份和灰份高，敞口矿热炉中的烧损也很严重。同时 更严重的是焦粉将大大降低炉料透气性、恶化炉况，是生产难于维持正常。 因此，焦炭必须有一个合适的粒度，太大的要破碎，太小的要筛去。在电热 法冶炼锰合金时，还原剂焦炭担负着导电的主要任务，因此，要求焦炭在电炉中 要均匀分布， 因为导电好的焦炭聚集在一些地方会使炉内电流分配不均匀而出现 电流过大的地方，从而使炉内其他区域由于没有电流通过

16、，反应处于停滞状态而 出现棚料现象。因此，为了保证电流均匀分布，焦炭粒度还应小雨被还原物流如 锰矿石及硅石粒度。总的来说，焦炭必须有一个合适的粒度，太大的要破碎，太 小的要筛去。矿热炉用焦炭粒度一般以 10-35mm 为宜。 焦炭的机械强度是焦炭的物理性质的主要指标。 焦炭要求一定强度的机械指 标的目的在于要经得起运输和贮存过程的粉碎破坏。 当焦炭的机械强度不高时， 就会因炉料互相挤压和摩擦而产生许多小粒和粉 末。一部分焦粉随上升气流被吹出炉外，既增加了焦炭的损耗，又造成了炉内热 制度的波动，另一方面，没有被吹出炉外的焦粉，在炉内与初渣（即最初生产的 液态炉渣）相互作用，使初渣的流动性大大变坏

17、，从而也就恶化了炉内料柱的透 气性。其结果是：产生刺火、翻渣、塌料等事故。 第第 8 8 页共页共 1515 页页 结论结论 从表一中可看出兰碳的固定碳较高，活性较好，电阻率较高，但机械强度较 差，入炉后与炉料挤压容易粉碎，影响透气性和炉况；冶金焦固定碳适中，但活 性较差，电阻率较小，影响合金的还原；贵州贞丰地区的土焦固定碳适中，活性 较好， 电阻率较高， 是一种比较好用的碳质还原剂， 但随着国家环保力度的加大， 土法炼焦是重点整治的对象， 寻找贵州焦碳 （土焦） 淘汰后适合锰系生产的焦炭， 是大型电炉今后发展的方向， 我公司与某焦化厂联合研制适合于大型矿热炉的碳 质还原剂，其还原剂的指标如下：碳大于 83%、电阻率在 1500cm、化学活性 在 70%左右（1100） 、粒度保证在 15-35mm，其中 20-30mm 占 80%，并选择两种 贵州机焦进行搭配，为保证今后我公司大型矿热炉生产的正常和有序进行，需要 做到精细化操作，这样才能做到稳产、高产，各项指标较好，公司利润最大化。 参考文献参考文献 1李春德主编.铁合金冶金学.冶金工业出版社，2006.6 2刘卫，王宏启.铁合金生产工艺与设备，北京：冶金工业出版社，2009.4 3赵乃成， 张启明， 铁合金生产实用技术手册， 冶金工业出版社发行， 203.6 4（苏）C.JI.斯捷潘尼扬茨著铁合金生产工艺过程自动化