鐵合金冶金學1

1、鐵合金冶金學鐵合金冶金學主講人：楊吉春主講人：楊吉春內(nèi)蒙古科技大學內(nèi)蒙古科技大學材料科學與工程學院材料科學與工程學院講授內(nèi)容講授內(nèi)容 第一章第一章 概述 第二章第二章 鐵合金生產(chǎn)的電冶金理論基礎 第三章第三章 原料及冶煉前的準備 第四章第四章 鐵合金生產(chǎn)原理 第五章 鐵合金精煉技術 第六章第六章 礦熱爐的參數(shù) 第七章第七章 技術經(jīng)濟指標 第八章第八章 常見問題的處理方法 第九章 環(huán)境保護和綜合利用第一章第一章 概述概述 中國需要多少鋼中國需要多少鋼 世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量 鐵合金生產(chǎn)存在的問題鐵合金生產(chǎn)存在的問題 主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介 鐵合

2、金的用途鐵合金的用途 鐵合金的種類鐵合金的種類 鐵合金質(zhì)量對鋼質(zhì)量的影響鐵合金質(zhì)量對鋼質(zhì)量的影響 鐵合金的加入方式鐵合金的加入方式 鐵合金的生產(chǎn)方法鐵合金的生產(chǎn)方法中國需要多少鋼中國需要多少鋼從世界各國發(fā)展的經(jīng)驗來看，發(fā)達國家鋼產(chǎn)量在達從世界各國發(fā)展的經(jīng)驗來看，發(fā)達國家鋼產(chǎn)量在達到一定規(guī)模后開始回落，之后將保持一定的需求量，到一定規(guī)模后開始回落，之后將保持一定的需求量，即即鋼材需求的飽和點鋼材需求的飽和點。如：美國。如：美國19731973年，年，1.371.37億噸；億噸；日本日本19731973年，年，1.191.19億噸；前蘇聯(lián)億噸；前蘇聯(lián)19881988年，年，1.631.63億噸。億

3、噸。鋼材消耗量及消費強度和國內(nèi)生產(chǎn)總值及結(jié)構間的鋼材消耗量及消費強度和國內(nèi)生產(chǎn)總值及結(jié)構間的關系關系 1)1)基礎建設階段：鋼材消耗量及消費強度隨國內(nèi)基礎建設階段：鋼材消耗量及消費強度隨國內(nèi)生產(chǎn)總值的增加而增加；生產(chǎn)總值的增加而增加； 2)2)加速工業(yè)化階段：鋼材消耗量及消費強度有可加速工業(yè)化階段：鋼材消耗量及消費強度有可能不變，消費強度出現(xiàn)徘徊或降低，但鋼材消耗量能不變，消費強度出現(xiàn)徘徊或降低，但鋼材消耗量會繼續(xù)增加；會繼續(xù)增加； 3)3)發(fā)達階段：鋼材消耗量及消費強度下降。發(fā)達階段：鋼材消耗量及消費強度下降。中國需要多少鋼中國需要多少鋼我國處于第二階段，且處于我國處于第二階段，且處于212

4、1世紀，不會再走過去的世紀，不會再走過去的老路（先工業(yè)化后信息化），而是走傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新老路（先工業(yè)化后信息化），而是走傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術產(chǎn)業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的路子。此外，我國基技術產(chǎn)業(yè)及第三產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展的路子。此外，我國基礎差、人口多、地區(qū)發(fā)展不平衡，鋼材消耗量大的階礎差、人口多、地區(qū)發(fā)展不平衡，鋼材消耗量大的階段會持續(xù)時間長一些。段會持續(xù)時間長一些。如：如：19551955年年19701970年，我國國民生產(chǎn)總值人均年，我國國民生產(chǎn)總值人均8910989109美元，鋼材消耗量美元，鋼材消耗量30514203051420萬噸，消費強度萬噸，消費強度0.088kg/0.088kg/美元美元0

5、.267 kg/0.267 kg/美元；美元；19701970年年19951995年，我國國民生產(chǎn)總值人均年，我國國民生產(chǎn)總值人均109537109537美美元，鋼材消耗量元，鋼材消耗量142013194142013194萬噸，消費強度萬噸，消費強度0.267kg/0.267kg/美元美元0.142 kg/0.142 kg/美元；美元；符合加速化工業(yè)階段的一般情況。符合加速化工業(yè)階段的一般情況。中國需要多少鋼中國需要多少鋼 設想：設想：人均國民生產(chǎn)總值達到人均國民生產(chǎn)總值達到1200012000美元，國內(nèi)生美元，國內(nèi)生產(chǎn)總值產(chǎn)總值180000180000億美元，消費強度億美元，消費強度0.01

6、6kg/0.016kg/美元（美國美元（美國標準），將需要鋼材約標準），將需要鋼材約3 3億噸。億噸。鋼材消耗量及消費強度和人口的關系鋼材消耗量及消費強度和人口的關系 目前，發(fā)達國家：目前，發(fā)達國家：300-500kg/300-500kg/人，人，20022002年我國：年我國：141 kg/141 kg/人；人； 地區(qū)發(fā)展不平衡，發(fā)達程度不一樣，東南沿海已經(jīng)地區(qū)發(fā)展不平衡，發(fā)達程度不一樣，東南沿海已經(jīng)或正在進入中等發(fā)達程度，這一區(qū)域人口約或正在進入中等發(fā)達程度，這一區(qū)域人口約4.54.5億，粗億，粗略計算：略計算：4.54.53501.573501.57億噸億噸 10.510.51801.8

7、91801.89億噸億噸 合計：合計：3.463.46億噸億噸鋼材消耗量及消費強度和制造業(yè)的關系鋼材消耗量及消費強度和制造業(yè)的關系 我國是機電產(chǎn)品出口大國，鋼材消耗量會有所增加。我國是機電產(chǎn)品出口大國，鋼材消耗量會有所增加。綜合以上因素，我國鋼產(chǎn)量還會有較大的發(fā)展空間，綜合以上因素，我國鋼產(chǎn)量還會有較大的發(fā)展空間，約約3-3.53-3.5億噸。億噸。 世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量過去兩年，全球粗鋼產(chǎn)量約維持過去兩年，全球粗鋼產(chǎn)量約維持6%6%的增長速度。的增長速度。20032003年的粗鋼產(chǎn)量為年的粗鋼產(chǎn)量為9.639.63億噸，億噸， 20042004年粗鋼產(chǎn)量增長為

8、年粗鋼產(chǎn)量增長為10.210.2億噸。億噸。鐵合金是由一種或兩種以上的金屬或非金屬元素與鐵鐵合金是由一種或兩種以上的金屬或非金屬元素與鐵元素組成的，并作為鋼鐵和鑄造業(yè)的脫氧劑、脫硫劑元素組成的，并作為鋼鐵和鑄造業(yè)的脫氧劑、脫硫劑和合金添加劑等的合金。和合金添加劑等的合金。鐵合金是煉鋼和鑄鋼的重要原料，它能改善鋼的物理鐵合金是煉鋼和鑄鋼的重要原料，它能改善鋼的物理化學和機械性能，提高鋼的質(zhì)量?；瘜W和機械性能，提高鋼的質(zhì)量。鐵合金生產(chǎn)與鋼鐵工業(yè)發(fā)展有密切聯(lián)系。鐵合金生產(chǎn)與鋼鐵工業(yè)發(fā)展有密切聯(lián)系。世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量在生產(chǎn)鐵合金的方法中電爐法是生產(chǎn)鐵合金的主要方在生產(chǎn)

9、鐵合金的方法中電爐法是生產(chǎn)鐵合金的主要方法，其產(chǎn)量占鐵合金總產(chǎn)量的法，其產(chǎn)量占鐵合金總產(chǎn)量的7070以上。以上。隨著鋼鐵生產(chǎn)連鑄比的不斷提高和爐外精煉技術的大隨著鋼鐵生產(chǎn)連鑄比的不斷提高和爐外精煉技術的大力推廣，近年來我國硅鈣鐵合金及其他硅系堿土金屬力推廣，近年來我國硅鈣鐵合金及其他硅系堿土金屬復合脫氧、復合脫氧、“改性改性”鐵合金（鐵合金（Si-BaSi-Ba，Si-Ba-CaSi-Ba-Ca，Si-Si-Ba-Ca-AlBa-Ca-Al等）的需求量有較大幅度增長。等）的需求量有較大幅度增長。我國生產(chǎn)的鐵合金其中大約有三分之一是硅鐵產(chǎn)品，我國生產(chǎn)的鐵合金其中大約有三分之一是硅鐵產(chǎn)品，硅鐵在鐵

10、合金生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。硅鐵在鐵合金生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量由于世界能源危機，勞動力費用及環(huán)保費用的增加，由于世界能源危機，勞動力費用及環(huán)保費用的增加，一些發(fā)達國家的硅鐵工業(yè)逐漸減產(chǎn)或下馬，硅鐵工業(yè)一些發(fā)達國家的硅鐵工業(yè)逐漸減產(chǎn)或下馬，硅鐵工業(yè)逐漸由發(fā)達國家轉(zhuǎn)向發(fā)展中國家。受國內(nèi)外市場的影逐漸由發(fā)達國家轉(zhuǎn)向發(fā)展中國家。受國內(nèi)外市場的影響，我國的硅鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，并逐步向大型化，機響，我國的硅鐵工業(yè)迅猛發(fā)展，并逐步向大型化，機械化，普及化的方向發(fā)展，其生產(chǎn)裝備能力已經(jīng)遠大械化，普及化的方向發(fā)展，其生產(chǎn)裝備能力已經(jīng)遠大于國內(nèi)的需求，必須靠

11、保持和爭取更多地出口來解決。于國內(nèi)的需求，必須靠保持和爭取更多地出口來解決。硅鐵生產(chǎn)是能耗高、煙塵污染重的過程。在國際石油硅鐵生產(chǎn)是能耗高、煙塵污染重的過程。在國際石油價格上漲之后，國外能源緊張，許多發(fā)達國家如日本、價格上漲之后，國外能源緊張，許多發(fā)達國家如日本、美國等國內(nèi)不愿生產(chǎn)，大多由國外進口。美國等國內(nèi)不愿生產(chǎn)，大多由國外進口。 世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量日本每年需消耗日本每年需消耗5050多萬噸硅鐵，自己只生產(chǎn)多萬噸硅鐵，自己只生產(chǎn)6 6萬噸，每萬噸，每年進口年進口40404545萬噸。萬噸。 美國近幾年硅鐵年消耗為美國近幾年硅鐵年消耗為37374747萬噸，

12、國內(nèi)只生產(chǎn)萬噸，國內(nèi)只生產(chǎn)26263030萬噸，其余靠進口。萬噸，其余靠進口。 19861986年我國硅鐵每噸達年我國硅鐵每噸達90090010001000美元，這種情況大大美元，這種情況大大促使了我國硅鐵的發(fā)展，尤其是地方鐵合金的迅猛發(fā)促使了我國硅鐵的發(fā)展，尤其是地方鐵合金的迅猛發(fā)展，幾乎形成展，幾乎形成“全民煉硅鐵全民煉硅鐵”的局面，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、生產(chǎn)隊的局面，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、生產(chǎn)隊甚至個人多建設上馬快、裝備簡陋、見效快的小容量甚至個人多建設上馬快、裝備簡陋、見效快的小容量硅鐵爐。硅鐵的生產(chǎn)裝備能力遠大于國內(nèi)需求，造成硅鐵爐。硅鐵的生產(chǎn)裝備能力遠大于國內(nèi)需求，造成必須靠部分出口來解決平衡的姿態(tài)。必須靠部分出

13、口來解決平衡的姿態(tài)。世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量20032003年，我國鐵合金表觀消費量是年，我國鐵合金表觀消費量是469.02469.02萬噸，萬噸，按照目前我國鋼產(chǎn)量的增長幅度，預期按照目前我國鋼產(chǎn)量的增長幅度，預期20102010年年國內(nèi)市場對鐵合金的需求量應在國內(nèi)市場對鐵合金的需求量應在720720萬噸至萬噸至760760萬噸。萬噸。 目前，全國鐵合金生產(chǎn)能力預計在目前，全國鐵合金生產(chǎn)能力預計在850850萬噸以上，萬噸以上，加上在建、擬建的項目，總生產(chǎn)能力很快將超加上在建、擬建的項目，總生產(chǎn)能力很快將超過過10001000萬噸。萬噸。其中錳、硅、鉻等三大品種的

14、生產(chǎn)能力及占鐵其中錳、硅、鉻等三大品種的生產(chǎn)能力及占鐵合金生產(chǎn)能力的比合金生產(chǎn)能力的比 重分別為：錳系鐵合金重分別為：錳系鐵合金320320萬噸，占萬噸，占4040；硅系鐵合金；硅系鐵合金260260萬噸，占萬噸，占32.532.5；鉻系鐵合金鉻系鐵合金110 110 萬噸，占萬噸，占 13.713.7。世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量世界鋼產(chǎn)量及硅鐵合金需求量20002000年年-2003-2003年，我國粗鋼每年增產(chǎn)量在年，我國粗鋼每年增產(chǎn)量在20002000萬萬-3000-3000萬噸左右，而鐵合金的需求量每年增加萬噸左右，而鐵合金的需求量每年增加4040萬萬-60-60萬噸左萬噸左右。如果按

15、我鋼鐵工業(yè)目前的發(fā)展速度估算：右。如果按我鋼鐵工業(yè)目前的發(fā)展速度估算：20052005年年我國粗鋼產(chǎn)量將達我國粗鋼產(chǎn)量將達2.72.7億噸，年均增加粗鋼量億噸，年均增加粗鋼量 30003000萬萬噸，年均增加鐵合金需求噸，年均增加鐵合金需求6060萬噸左右，年表觀消費鐵萬噸左右，年表觀消費鐵合金合金600600萬噸左右。萬噸左右。初步估算，我國現(xiàn)有的鐵合金生產(chǎn)能力至少可以滿足初步估算，我國現(xiàn)有的鐵合金生產(chǎn)能力至少可以滿足生產(chǎn)生產(chǎn)4 4億噸粗鋼的需求量，已大大超過了粗鋼增長的需億噸粗鋼的需求量，已大大超過了粗鋼增長的需求，更遠遠超過了國內(nèi)、國際資源，特別是礦產(chǎn)資源求，更遠遠超過了國內(nèi)、國際資源，

16、特別是礦產(chǎn)資源的承受能力。的承受能力。 鐵合金生產(chǎn)存在的問題鐵合金生產(chǎn)存在的問題我國的硅鐵的生產(chǎn)能力雖然很大，但爐子的容量小，我國的硅鐵的生產(chǎn)能力雖然很大，但爐子的容量小，裝備水平較差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，能耗和成本高，污裝備水平較差，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，能耗和成本高，污染嚴重，在國際市場上的競爭力差。產(chǎn)品價格有所降染嚴重，在國際市場上的競爭力差。產(chǎn)品價格有所降低，一些硅鐵廠因虧損，不得不減產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)。低，一些硅鐵廠因虧損，不得不減產(chǎn)、轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)。我國硅鐵的牌號分類太粗糙，造成一定程度的浪費。我國硅鐵的牌號分類太粗糙，造成一定程度的浪費。不管是煉鋼用還是鑄造用，我國硅鐵中的硅含量普遍不管是煉鋼用還

17、是鑄造用，我國硅鐵中的硅含量普遍較高。如美國煉鋼用的牌號較高。如美國煉鋼用的牌號G GE E硅鐵中含硅僅硅鐵中含硅僅14.014.017.017.0，雜質(zhì)的含量要求很松。而我國的硅鐵中的硅含，雜質(zhì)的含量要求很松。而我國的硅鐵中的硅含量最低的是量最低的是40.040.047.047.0，雜質(zhì)含量也很低，當煉這種，雜質(zhì)含量也很低，當煉這種鋼時肯定會造成浪費。當煉鋼用牌號鋼時肯定會造成浪費。當煉鋼用牌號A AB B的硅鐵時要求的硅鐵時要求硅含量為硅含量為92.092.095.095.0，而我國硅鐵中的硅含量最高的，而我國硅鐵中的硅含量最高的是是87.087.095.095.0，這樣我國就不能煉這種鋼

18、，限制了鋼，這樣我國就不能煉這種鋼，限制了鋼的品種。的品種。鐵合金生產(chǎn)存在的問題鐵合金生產(chǎn)存在的問題雜質(zhì)元素的含量要求不高，甚至有些雜質(zhì)元素雜質(zhì)元素的含量要求不高，甚至有些雜質(zhì)元素的含量根本沒要求。我國硅鐵中的雜質(zhì)含量要的含量根本沒要求。我國硅鐵中的雜質(zhì)含量要求不高，如求不高，如MnMn最低是最低是0.40.4，P P最低是最低是0.0350.035，而，而美國的美國的MnMn最低是最低是0.25,P0.25,P最低是最低是0.0250.025。這樣我。這樣我國的鋼鐵企業(yè)向純凈鋼的方向發(fā)展就缺乏前提國的鋼鐵企業(yè)向純凈鋼的方向發(fā)展就缺乏前提條件。條件。我國的硅鐵中僅要求了我國的硅鐵中僅要求了Al

19、Al、CaCa、MnMn、CrCr、P P、S S、C C的最高含量，對于的最高含量，對于TiTi、CaCa、B B、CuCu、NiNi等元素等元素根本沒有要求它們的含量，這樣我國就不能冶根本沒有要求它們的含量，這樣我國就不能冶煉某些特種鋼。煉某些特種鋼。鐵合金生產(chǎn)存在的問題鐵合金生產(chǎn)存在的問題我國的硅鐵生產(chǎn)水平比世界先進水平有一定的差距，我國的硅鐵生產(chǎn)水平比世界先進水平有一定的差距，但其質(zhì)量水平也不是很差，與有的發(fā)達國家相比還有但其質(zhì)量水平也不是很差，與有的發(fā)達國家相比還有很大的優(yōu)勢。很大的優(yōu)勢。我國的硅鐵與美國比起來是存在一定的差距，但與日我國的硅鐵與美國比起來是存在一定的差距，但與日本、

20、德國、法國等比起來還是有很大的優(yōu)勢的。所以，本、德國、法國等比起來還是有很大的優(yōu)勢的。所以，我國在保持原有的水平下，應開發(fā)新品種，降低雜質(zhì)我國在保持原有的水平下，應開發(fā)新品種，降低雜質(zhì)元素的含量，以便更好地為我國的鋼鐵企業(yè)服務。元素的含量，以便更好地為我國的鋼鐵企業(yè)服務。在我國恢復了關貿(mào)總協(xié)定締約國地位的形勢下，我國在我國恢復了關貿(mào)總協(xié)定締約國地位的形勢下，我國硅鐵企業(yè)面臨的是一個極好的機遇和挑戰(zhàn)，應該抓住硅鐵企業(yè)面臨的是一個極好的機遇和挑戰(zhàn)，應該抓住機遇，大膽改革，逐步向機遇，大膽改革，逐步向大型化，機械化，普及化的大型化，機械化，普及化的方向發(fā)展盡快與世界水平接軌。方向發(fā)展盡快與世界水平接

21、軌。主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介廣西八一鐵合金集團廣西八一鐵合金集團- -鐵合金冶煉廠（鐵合金冶煉廠（19801980人，技術人人，技術人員員256256人）人） 冶煉廠現(xiàn)年生產(chǎn)能力冶煉廠現(xiàn)年生產(chǎn)能力20.520.5萬噸，主要生產(chǎn)碳素錳萬噸，主要生產(chǎn)碳素錳鐵合金和錳硅鐵合金，有鐵合金和錳硅鐵合金，有2 212500kVA12500kVA、4 46300kVA6300kVA、4 45000kVA5000kVA、1 14500kVA4500kVA、6 63600kVA,23600kVA,22500kVA2500kVA共共1919臺礦熱爐，總裝機容量為臺礦熱爐，總裝機容量為10.13

22、10.13萬萬kVAkVA。配備有。配備有1lOkV1lOkV降壓站一座，在建降壓站一座，在建220KV220KV降壓站一座。部分技術經(jīng)濟指降壓站一座。部分技術經(jīng)濟指標處于國內(nèi)同行領先水平。標處于國內(nèi)同行領先水平?，F(xiàn)在現(xiàn)在2 212500kVA12500kVA、新、新2 26300kVA6300kVA電爐均安裝了抗結(jié)露電爐均安裝了抗結(jié)露脈沖布袋除塵器，其余爐臺除塵設施正在實施當中。脈沖布袋除塵器，其余爐臺除塵設施正在實施當中。各種冷卻水也實現(xiàn)閉路循環(huán)，減少了污水外排，促進各種冷卻水也實現(xiàn)閉路循環(huán)，減少了污水外排，促進了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。錳硅合金與電爐錳鐵。錳硅合金的代表牌號

23、為錳硅合金與電爐錳鐵。錳硅合金的代表牌號為FeMn68Si18FeMn68Si18，電爐錳鐵的代表牌號為，電爐錳鐵的代表牌號為FeMn68C7.0 FeMn68C7.0 主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介遵義鐵合金（集團）有限責任公司遵義鐵合金（集團）有限責任公司 現(xiàn)擁有鐵合金冶煉電爐現(xiàn)擁有鐵合金冶煉電爐2727臺，是中國唯一臺，是中國唯一具有采、選、燒、冶一條龍生產(chǎn)線的錳系鐵合具有采、選、燒、冶一條龍生產(chǎn)線的錳系鐵合金及硅鐵生產(chǎn)企業(yè)。年生產(chǎn)能力金及硅鐵生產(chǎn)企業(yè)。年生產(chǎn)能力2222萬噸，其中：萬噸，其中：錳系鐵合金錳系鐵合金1717萬噸，硅鐵萬噸，硅鐵5 5萬噸。工廠占地面萬噸。工廠

24、占地面積積190190萬平方米，職工萬平方米，職工80008000余人。余人。公司八萬噸硅鐵、錳硅合金生產(chǎn)線全套設備從公司八萬噸硅鐵、錳硅合金生產(chǎn)線全套設備從德國引進，德國引進，19931993年建成投產(chǎn)。年建成投產(chǎn)。公司在中國同行業(yè)中創(chuàng)下了三個第一：第一家公司在中國同行業(yè)中創(chuàng)下了三個第一：第一家研制生產(chǎn)錳硅合金；第一家研制生產(chǎn)中低碳錳研制生產(chǎn)錳硅合金；第一家研制生產(chǎn)中低碳錳鐵；第一家研制成功金屬錳。鐵；第一家研制成功金屬錳。 主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介主要鐵合金生產(chǎn)企業(yè)簡介吉林省東豐鐵合金集團公司吉林省東豐鐵合金集團公司 東豐鐵合金集團固定資產(chǎn)東豐鐵合金集團固定資產(chǎn)21232123萬元；主要萬元

25、；主要設備有礦熱爐設備有礦熱爐7 7臺、中頻爐臺、中頻爐1 1臺、電弧爐臺、電弧爐1 1臺。臺。裝機總?cè)萘繛檠b機總?cè)萘繛?6465KVA16465KVA。u主要鐵合金產(chǎn)品有硅鐵、鉻鐵、錳鐵、硅錳、主要鐵合金產(chǎn)品有硅鐵、鉻鐵、錳鐵、硅錳、中錳、硅鍶、硅鋇、稀土鎂硅鐵、低稀土球化中錳、硅鍶、硅鋇、稀土鎂硅鐵、低稀土球化劑等劑等1010個品種，個品種，5555個牌號。鐵合金產(chǎn)品年綜合個牌號。鐵合金產(chǎn)品年綜合生產(chǎn)能力為生產(chǎn)能力為3 3萬噸。萬噸。u稀土鎂硅鐵是吉林省優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。稀土鎂硅鐵是吉林省優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 鐵合金的用途鐵合金的用途鐵合金是鐵與其它元素的合金。鐵合金是鐵與其它元素的合金。主要用于煉鋼的脫氧

26、劑和合金元素添加劑。在鋼中添主要用于煉鋼的脫氧劑和合金元素添加劑。在鋼中添加一定數(shù)量的硅，能顯著提高鋼的強度、硬度和彈性，加一定數(shù)量的硅，能顯著提高鋼的強度、硬度和彈性，如結(jié)構鋼（含如結(jié)構鋼（含Si 0.4-1.75%)Si 0.4-1.75%)、工具鋼（含、工具鋼（含Si 0.3-Si 0.3-1.8%)1.8%)、彈簧鋼（含、彈簧鋼（含Si 0.4-2.8%Si 0.4-2.8%）在鑄鐵工業(yè)中用作孕育劑和球化劑。在鑄鐵工業(yè)中用作孕育劑和球化劑。在鐵合金生產(chǎn)中用作還原劑。在鐵合金生產(chǎn)中用作還原劑。用于單晶硅的原料。用于單晶硅的原料。煉鋼、鑄造和鐵合金工業(yè)是硅鐵的最大用戶，大約消煉鋼、鑄造和鐵

27、合金工業(yè)是硅鐵的最大用戶，大約消耗耗90%90%以上的硅鐵，應用最廣的是以上的硅鐵，應用最廣的是75%75%硅鐵。在煉鋼工硅鐵。在煉鋼工業(yè)中，每生產(chǎn)一噸鋼約消耗業(yè)中，每生產(chǎn)一噸鋼約消耗3-5kg75%3-5kg75%硅鐵。硅鐵。鐵合金的種類鐵合金的種類單一元素的鐵合金：主要有硅鐵、錳鐵、單一元素的鐵合金：主要有硅鐵、錳鐵、鉻鐵及鎢鐵、釩鐵等特殊鐵合金。鉻鐵及鎢鐵、釩鐵等特殊鐵合金。復合元素鐵合金：稀土硅鐵、稀土鎂硅復合元素鐵合金：稀土硅鐵、稀土鎂硅鐵、硅鋁鐵、硅鈣鋇鐵等。鐵、硅鋁鐵、硅鈣鋇鐵等。我國生產(chǎn)的鐵合金涵蓋了錳系，硅系，我國生產(chǎn)的鐵合金涵蓋了錳系，硅系，絡系和特殊鐵合金四大系列的絡系和

28、特殊鐵合金四大系列的2626個品種，個品種，172172個品牌以及一些非國標和部標的企標個品牌以及一些非國標和部標的企標產(chǎn)品。產(chǎn)品。 鐵合金質(zhì)量對鋼質(zhì)量的影響鐵合金質(zhì)量對鋼質(zhì)量的影響鋼的質(zhì)量取決于冶煉、澆注和其它工序的工藝鋼的質(zhì)量取決于冶煉、澆注和其它工序的工藝水平，鐵合金在鋼的脫氧、調(diào)整成分及合金化、水平，鐵合金在鋼的脫氧、調(diào)整成分及合金化、降低夾雜含量、控制夾雜形態(tài)等有重要影響。降低夾雜含量、控制夾雜形態(tài)等有重要影響。使用低雜質(zhì)含量的鐵合金，是冶煉優(yōu)質(zhì)潔凈鋼使用低雜質(zhì)含量的鐵合金，是冶煉優(yōu)質(zhì)潔凈鋼的前提。的前提。深沖冷軋板，要求碳含量深沖冷軋板，要求碳含量0.004%0.004%，只能使用

29、，只能使用微碳鐵合金生產(chǎn)。微碳鐵合金生產(chǎn)。低硫鋼生產(chǎn)，要求鐵合金的低硫鋼生產(chǎn)，要求鐵合金的S S要低；低磷鋼生要低；低磷鋼生產(chǎn)，要求鐵合金的產(chǎn)，要求鐵合金的P P要低，等等。要低，等等。鐵合金的加入方式鐵合金的加入方式冶煉鋼種的不同，鐵合金的加入數(shù)量和加入方冶煉鋼種的不同，鐵合金的加入數(shù)量和加入方式也不相同。式也不相同。直接加入爐內(nèi)、鋼包中，如硅鐵、錳鐵、硅鋁直接加入爐內(nèi)、鋼包中，如硅鐵、錳鐵、硅鋁鐵等；鐵等；噴吹的方式加入鋼包中，使用合金粉劑，擴大噴吹的方式加入鋼包中，使用合金粉劑，擴大反應面積，提高合金收得率，如硅鈣合金等；反應面積，提高合金收得率，如硅鈣合金等；采用喂絲的方式加入鋼包、中

30、間包或結(jié)晶器中，采用喂絲的方式加入鋼包、中間包或結(jié)晶器中，易氧化的合金包覆成線，插入鋼包等容器的深易氧化的合金包覆成線，插入鋼包等容器的深部，精確控制成分，提高合金的使用效率。部，精確控制成分，提高合金的使用效率。鐵合金的生產(chǎn)方法鐵合金的生產(chǎn)方法高爐法高爐法利用高爐的高溫和還原氣氛使合金礦石還原利用高爐的高溫和還原氣氛使合金礦石還原生產(chǎn)鐵合金。如高碳錳鐵。生產(chǎn)鐵合金。如高碳錳鐵。電熱法電熱法鐵合金生產(chǎn)的主要方法。用碳作還原劑，缺鐵合金生產(chǎn)的主要方法。用碳作還原劑，缺點是很多金屬都易與碳形成碳化物，不能生產(chǎn)低碳鐵點是很多金屬都易與碳形成碳化物，不能生產(chǎn)低碳鐵合金。合金。電硅熱法電硅熱法用硅還原礦

31、石，石灰作溶劑生產(chǎn)鐵合金。用硅還原礦石，石灰作溶劑生產(chǎn)鐵合金?？梢陨a(chǎn)低碳合金?？梢陨a(chǎn)低碳合金。金屬熱法金屬熱法利用還原反應產(chǎn)生的化學熱加熱合金與爐利用還原反應產(chǎn)生的化學熱加熱合金與爐渣，使反應自動進行。常用還原劑有鋁、硅鐵、鋁鎂渣，使反應自動進行。常用還原劑有鋁、硅鐵、鋁鎂合金等，生產(chǎn)極低碳合金。合金等，生產(chǎn)極低碳合金。轉(zhuǎn)爐法轉(zhuǎn)爐法將高碳合金吹氧脫碳，生產(chǎn)中、低碳合金。將高碳合金吹氧脫碳，生產(chǎn)中、低碳合金。第二章第二章 鐵合金生產(chǎn)的電冶金理論基礎 礦熱爐設備組成概述礦熱爐設備組成概述 礦熱爐中的電弧現(xiàn)象礦熱爐中的電弧現(xiàn)象 礦熱爐電路分析礦熱爐電路分析 礦熱爐的電氣特性礦熱爐的電氣特性 三相

32、電爐各相功率不平衡現(xiàn)象三相電爐各相功率不平衡現(xiàn)象 電爐的經(jīng)濟運行電爐的經(jīng)濟運行礦熱爐設備組成概述 礦熱爐設備主要由爐體、供電系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、礦熱爐設備主要由爐體、供電系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、檢測和控制系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)加料系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、檢測和控制系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)等組成。等組成。 1）電爐爐體）電爐爐體 由爐殼、爐襯和出鐵口等組成。由爐殼、爐襯和出鐵口等組成。 電極下部是主要反應區(qū)，電能通過電弧和電阻轉(zhuǎn)電極下部是主要反應區(qū)，電能通過電弧和電阻轉(zhuǎn)化為熱能?；癁闊崮?。 爐膛的幾何尺寸（爐膛直徑、深度、電極與爐膛爐膛的幾何尺寸（爐膛直徑、深度、電極與爐膛的相對位置）對爐內(nèi)電流分布和熱分布影

33、響很大。的相對位置）對爐內(nèi)電流分布和熱分布影響很大。 離電極較遠的區(qū)域容易形成死料區(qū)，為改善爐膛離電極較遠的區(qū)域容易形成死料區(qū)，為改善爐膛溫度分布，許多大型電爐裝設爐體旋轉(zhuǎn)機構，在水平溫度分布，許多大型電爐裝設爐體旋轉(zhuǎn)機構，在水平方向上單向轉(zhuǎn)動或往復方向上單向轉(zhuǎn)動或往復120轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動。礦熱爐設備組成概述 2）電爐供電系統(tǒng)）電爐供電系統(tǒng) 包括開關站、電爐變壓器、母線等供電設備和繼電包括開關站、電爐變壓器、母線等供電設備和繼電保護設施。保護設施。 大型電爐通常采用三個單相變壓器供電，呈三角形大型電爐通常采用三個單相變壓器供電，呈三角形布置。這樣可縮短到電極的距離，降低短網(wǎng)阻抗，有布置。這樣可縮短

34、到電極的距離，降低短網(wǎng)阻抗，有利于提高電爐熱效率和功率因素。利于提高電爐熱效率和功率因素。 大型電爐變壓器普遍采用有載分接開關，可在冶煉大型電爐變壓器普遍采用有載分接開關，可在冶煉過程中對二次電壓進行分相有載切換，根據(jù)爐況特點過程中對二次電壓進行分相有載切換，根據(jù)爐況特點隨時調(diào)整電氣參數(shù)。為了補償功率因素，需要在變壓隨時調(diào)整電氣參數(shù)。為了補償功率因素，需要在變壓器的一次側(cè)或第三線圈接入電容器進行并聯(lián)或串聯(lián)補器的一次側(cè)或第三線圈接入電容器進行并聯(lián)或串聯(lián)補償。償。 電爐變壓器的銘牌標出的容量為額定容量，是所能電爐變壓器的銘牌標出的容量為額定容量，是所能達到的最大視在功率，受電爐設計和冶煉條件限制，

35、達到的最大視在功率，受電爐設計和冶煉條件限制，人們常用實際生產(chǎn)中電爐的有功功率說明其規(guī)模。人們常用實際生產(chǎn)中電爐的有功功率說明其規(guī)模。礦熱爐設備組成概述 3）電極系統(tǒng)）電極系統(tǒng) 由電極把持器、電極升降裝置、電極壓放裝置等組由電極把持器、電極升降裝置、電極壓放裝置等組成。成。 電極把持器應保證銅瓦與電極良好接觸，使電流均電極把持器應保證銅瓦與電極良好接觸，使電流均勻分布在電極上，以減少接觸電阻熱損失并保證電極勻分布在電極上，以減少接觸電阻熱損失并保證電極燒結(jié)良好。電極燒結(jié)帶是整個電極強度的薄弱環(huán)節(jié)，燒結(jié)良好。電極燒結(jié)帶是整個電極強度的薄弱環(huán)節(jié)，銅瓦對電極的抱緊力為銅瓦對電極的抱緊力為0.05-0

36、.15MPa。采用組合把持。采用組合把持器的電極有助于改善電極燒結(jié)。器的電極有助于改善電極燒結(jié)。 電極升降裝置有卷揚機傳動和液壓機構傳動兩種。電極升降裝置有卷揚機傳動和液壓機構傳動兩種。由于爐料運動電極電流可在瞬間發(fā)生急劇變化，工藝由于爐料運動電極電流可在瞬間發(fā)生急劇變化，工藝要求電極提升速度大于下降速度。埋弧電爐電極移動要求電極提升速度大于下降速度。埋弧電爐電極移動速度通常為速度通常為20-70cm/min。自焙電極自重較大，電極移。自焙電極自重較大，電極移動過快會使電極內(nèi)部產(chǎn)生應力。電極行程通常為動過快會使電極內(nèi)部產(chǎn)生應力。電極行程通常為1000-1200mm。礦熱爐設備組成概述 電極壓放

37、裝置為抱閘式機構，有帶式、碟形彈簧式電極壓放裝置為抱閘式機構，有帶式、碟形彈簧式和氣囊式幾種。抱閘機構分為上抱閘、下抱閘和壓放和氣囊式幾種。抱閘機構分為上抱閘、下抱閘和壓放缸組成。平時上下抱閘總是處于抱緊狀態(tài)，下放電極缸組成。平時上下抱閘總是處于抱緊狀態(tài)，下放電極時，下抱閘松開，上抱閘抱緊電極，壓放缸動作將電時，下抱閘松開，上抱閘抱緊電極，壓放缸動作將電極壓放到所需位置。極壓放到所需位置。 4）加料系統(tǒng)）加料系統(tǒng) 由料倉、料管、給料機等設備組成。料管直徑、料由料倉、料管、給料機等設備組成。料管直徑、料管數(shù)目、料管分布、料管距爐口距離等參數(shù)與冶煉品管數(shù)目、料管分布、料管距爐口距離等參數(shù)與冶煉品種

38、和爐料特性有關。種和爐料特性有關。 5）排煙罩和爐蓋）排煙罩和爐蓋 鐵合金還原過程產(chǎn)生大量鐵合金還原過程產(chǎn)生大量CO濃度很高的爐氣，同濃度很高的爐氣，同時帶走大量的粉塵。用煙罩或密閉的爐蓋將煙氣收集時帶走大量的粉塵。用煙罩或密閉的爐蓋將煙氣收集起來，經(jīng)煙道送入凈化系統(tǒng)。為保證電爐運行安全，起來，經(jīng)煙道送入凈化系統(tǒng)。為保證電爐運行安全，爐蓋內(nèi)部壓力應維持在微正壓。爐蓋內(nèi)部壓力應維持在微正壓。礦熱爐中的電弧現(xiàn)象 電弧生成機理電弧生成機理 電弧性質(zhì)電弧性質(zhì) 電弧傳熱過程電弧傳熱過程 直流電弧直流電弧 等離子電弧等離子電弧電弧生成機理 電弧是氣體導電形成的。通常氣體由中性電弧是氣體導電形成的。通常氣體

39、由中性原子和分子組成，不導電。但當氣體中某些組原子和分子組成，不導電。但當氣體中某些組分在外界條件作用下發(fā)生電離，氣體便具備導分在外界條件作用下發(fā)生電離，氣體便具備導電能力。電弧導電須滿足兩個條件。電能力。電弧導電須滿足兩個條件。 1）氣體中有大量可移動的電荷。）氣體中有大量可移動的電荷。在電場、在電場、溫度場作用下氣體發(fā)生離解和電離作用，導電溫度場作用下氣體發(fā)生離解和電離作用，導電粒子數(shù)量大量增加。粒子數(shù)量大量增加。 2）存在使電荷做定向運動的力。）存在使電荷做定向運動的力。在電場在電場作用下帶電粒子加速運動，從而提高帶電粒子作用下帶電粒子加速運動，從而提高帶電粒子的能量。的能量。 當電壓提

40、高到一定程度，帶電粒子從電場當電壓提高到一定程度，帶電粒子從電場獲得能量，隨電離程度增加，導電粒子數(shù)量迅獲得能量，隨電離程度增加，導電粒子數(shù)量迅速增加，氣體被擊穿，由絕緣體變?yōu)閷w。速增加，氣體被擊穿，由絕緣體變?yōu)閷w。電弧生成機理 擊穿電壓與氣體壓力和放電間隙大小有關：擊穿電壓與氣體壓力和放電間隙大小有關：EdpdpEVb)/( 氣體壓力數(shù)值很小，電場中氣體電離數(shù)量很少，擊穿電壓很高。埋弧電爐中爐氣的氣體壓力數(shù)值很小，電場中氣體電離數(shù)量很少，擊穿電壓很高。埋弧電爐中爐氣的擊穿電壓為擊穿電壓為30kV/cm30kV/cm。 電壓高于擊穿電壓的初期，電壓維持不變，電流小，氣體被加熱，導電能力迅速

41、增電壓高于擊穿電壓的初期，電壓維持不變，電流小，氣體被加熱，導電能力迅速增強，電弧電壓迅速降低，氣相中電流密度迅速增加，電流集中于一個通道，就是強，電弧電壓迅速降低，氣相中電流密度迅速增加，電流集中于一個通道，就是電弧電弧。 交流電的方向在每一個周期內(nèi)變換兩次。在每交流電的方向在每一個周期內(nèi)變換兩次。在每1/21/2周期內(nèi)，電弧經(jīng)歷起弧、長大、周期內(nèi)，電弧經(jīng)歷起弧、長大、衰減和息弧幾個步驟，因此交流電弧是不穩(wěn)定的。衰減和息弧幾個步驟，因此交流電弧是不穩(wěn)定的。 交流電爐電弧并非經(jīng)常停留在電極端部的某一固定部位，在電極端部經(jīng)常跳躍。交流電爐電弧并非經(jīng)常停留在電極端部的某一固定部位，在電極端部經(jīng)常跳

42、躍。電弧性質(zhì) 工業(yè)生產(chǎn)中常把電弧當做純電阻，有時也用電阻和工業(yè)生產(chǎn)中常把電弧當做純電阻，有時也用電阻和電抗并聯(lián)組合電路來代表電弧。電抗并聯(lián)組合電路來代表電弧。 電弧弧光波長在電弧弧光波長在360-560nm之間，電弧溫度可達之間，電弧溫度可達10000K，電弧電子濃度，電弧電子濃度41016cm-3，硅鐵電爐中電弧，硅鐵電爐中電弧電流密度可達電流密度可達900A/cm2，電弧表面溫度約，電弧表面溫度約3950。 在在020ms區(qū)間電弧生成階段氣體擊穿時，電弧波區(qū)間電弧生成階段氣體擊穿時，電弧波形有個突變，形有個突變，2 4ms區(qū)間為電壓穩(wěn)定區(qū)域，接著電弧區(qū)間為電壓穩(wěn)定區(qū)域，接著電弧電壓隨時間下

43、降。電壓隨時間下降。電弧性質(zhì) 冶煉條件下電弧特性與冶煉條件下電弧特性與電氣制度、爐料特性和爐況電氣制度、爐料特性和爐況有有關。關。 電弧長度和電弧電壓成線性關系：電弧長度和電弧電壓成線性關系：L=aV+b 電弧直徑與電流強度存在線性關系：電弧直徑與電流強度存在線性關系：D=cI+b 在低電流時（在低電流時（1-10kA），電弧電壓梯度為），電弧電壓梯度為1V/mm；在在40-80kA大電流范圍內(nèi)，電壓梯度為大電流范圍內(nèi)，電壓梯度為0.9-1.2V/mm。 電弧位置、電弧長度和直徑始終處于變化狀態(tài)，只電弧位置、電弧長度和直徑始終處于變化狀態(tài)，只有電弧穩(wěn)定才能保證電極的穩(wěn)定和冶金條件的穩(wěn)定。有電弧

44、穩(wěn)定才能保證電極的穩(wěn)定和冶金條件的穩(wěn)定。 影響電弧穩(wěn)定性的因素：影響電弧穩(wěn)定性的因素： 1.熔渣存在，特別是堿性渣的存在有利于穩(wěn)定電弧。熔渣存在，特別是堿性渣的存在有利于穩(wěn)定電弧。 2.無渣冶煉平整的坩堝表面有助于形成穩(wěn)定的電弧。無渣冶煉平整的坩堝表面有助于形成穩(wěn)定的電弧。 3.長電弧穩(wěn)定性差，直徑大的電弧穩(wěn)定性好。長電弧穩(wěn)定性差，直徑大的電弧穩(wěn)定性好。電弧性質(zhì) 4.交流電路中存在電抗使得電流相位落后于電壓相交流電路中存在電抗使得電流相位落后于電壓相位，功率因素低有助于穩(wěn)定電弧。位，功率因素低有助于穩(wěn)定電弧。 5.改變電極的幾何形狀可改變電弧附近的磁場、電改變電極的幾何形狀可改變電弧附近的磁場

45、、電場、熱平衡和氣體流動狀態(tài)。尖頭和空心的電極電弧場、熱平衡和氣體流動狀態(tài)。尖頭和空心的電極電弧最穩(wěn)定。最穩(wěn)定。 得到穩(wěn)定電弧的得到穩(wěn)定電弧的前提條件是維持電弧電阻不變前提條件是維持電弧電阻不變。因。因此，在調(diào)整功率時為保證電弧的穩(wěn)定性，電壓和電流此，在調(diào)整功率時為保證電弧的穩(wěn)定性，電壓和電流必須同步改變。必須同步改變。 穩(wěn)定的交流電弧電壓波形為正弦波。不穩(wěn)定的電弧穩(wěn)定的交流電弧電壓波形為正弦波。不穩(wěn)定的電弧為方波，含有許多高頻分量。方波電壓只能傳遞為方波，含有許多高頻分量。方波電壓只能傳遞90%的電弧能量。的電弧能量。電弧傳熱過程 電能通過電弧向爐膛內(nèi)傳熱主要有以下幾種方式：電能通過電弧向爐

46、膛內(nèi)傳熱主要有以下幾種方式： 1.輻射輻射 電弧弧光的輻射熱對爐料和爐氣加熱。其電弧弧光的輻射熱對爐料和爐氣加熱。其輻射能力與溫度、壓強、電弧長度和形狀有關。氣體輻射能力與溫度、壓強、電弧長度和形狀有關。氣體的輻射能力為：的輻射能力為： Eg=g（T/100）4 輻射傳熱可以達到電弧能量的輻射傳熱可以達到電弧能量的30%以上。以上。 2.氣體流動氣體流動 對流是電弧最主要的傳熱方式，電弧對流是電弧最主要的傳熱方式，電弧四周的氣體被吸入電弧區(qū)經(jīng)電弧加熱后由電弧推動氣四周的氣體被吸入電弧區(qū)經(jīng)電弧加熱后由電弧推動氣體運動。對流傳熱占電弧總能量的體運動。對流傳熱占電弧總能量的50%以上。以上。 3.電

47、極效應電極效應 電極效應所放出的熱量與電弧電流成電極效應所放出的熱量與電弧電流成正比。帶電粒子對陽極和陰極的沖擊產(chǎn)生大量熱量的正比。帶電粒子對陽極和陰極的沖擊產(chǎn)生大量熱量的現(xiàn)象叫電極效應，其熱量約占電極發(fā)出總能量的現(xiàn)象叫電極效應，其熱量約占電極發(fā)出總能量的10%左右。左右。直流電弧 直流電弧具有電弧垂直穩(wěn)定，功率集中于陽極的特直流電弧具有電弧垂直穩(wěn)定，功率集中于陽極的特點。點。 直流電弧是連續(xù)的，它不像交流電弧那樣極性不斷直流電弧是連續(xù)的，它不像交流電弧那樣極性不斷地變化，電弧不斷點燃和熄滅，因此，直流電弧比交地變化，電弧不斷點燃和熄滅，因此，直流電弧比交流電弧要穩(wěn)定得多，噪音也小得多。流電弧

48、要穩(wěn)定得多，噪音也小得多。 由于熱量集中于陽極，直流電弧爐的電極消耗比交由于熱量集中于陽極，直流電弧爐的電極消耗比交流電爐低得多。直流電弧電阻比交流電弧要高，所以流電爐低得多。直流電弧電阻比交流電弧要高，所以可用較小的電流獲得更大的電弧功率。可用較小的電流獲得更大的電弧功率。 交流電流通過導體時存在交流電流通過導體時存在趨膚效應和鄰近效應趨膚效應和鄰近效應，使，使電極電流分布不均勻，表面電流密度大，中心小。而電極電流分布不均勻，表面電流密度大，中心小。而直流電極內(nèi)部電流分布均勻，電極電流密度可提高直流電極內(nèi)部電流分布均勻，電極電流密度可提高30%左右。左右。等離子弧 通常物質(zhì)存在狀態(tài)有固態(tài)、液

49、態(tài)和氣態(tài)。等離子是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)。 等離子體由電子、離子和一些中性的氣體原子組成，正負電荷相等，等離子體呈中性。 等離子弧將電能傳輸給氣體，形成穩(wěn)定的等離子焰。等離子弧所能達到的最高溫度與氣體分子的離解和電離有關。 等離子體中至少有2-20%的氣體電離，降低壓力可提高氣體的電離程度。等離子體所擁有的能量由氣體顯熱、離解熱和電離熱組成。使用單原子氣體可以達到10000以上的溫度。礦熱爐電路分析 爐膛內(nèi)部導電方式 爐內(nèi)電流回路解析 電爐操作電阻 電爐電抗和諧波 電爐電流的交互作用爐膛內(nèi)部導電方式 埋弧電爐內(nèi)部同時存在埋弧電爐內(nèi)部同時存在電弧導電電弧導電和和電阻導電電阻導電。 通過爐料、金屬和

50、熔池以及爐襯的電流是由無數(shù)個通過爐料、金屬和熔池以及爐襯的電流是由無數(shù)個串聯(lián)和并聯(lián)的電路構成的。串聯(lián)和并聯(lián)的電路構成的。碳質(zhì)還原劑是爐料的主要碳質(zhì)還原劑是爐料的主要導電成分導電成分。 增大還原劑的粒度會減少還原劑與礦石顆粒之間的增大還原劑的粒度會減少還原劑與礦石顆粒之間的間隙，減少爐料電阻，增加料層電流分布的比例。間隙，減少爐料電阻，增加料層電流分布的比例。 爐料的導電性隨溫度和爐料的熔化性變化很大。爐料的導電性隨溫度和爐料的熔化性變化很大。提提高溫度會使爐料比電阻顯著減少，導電性增加。爐溫高溫度會使爐料比電阻顯著減少，導電性增加。爐溫升高時爐料膨脹，增加了爐料之間的接觸壓力和接觸升高時爐料膨

51、脹，增加了爐料之間的接觸壓力和接觸面積，也使接觸電阻減少。如面積，也使接觸電阻減少。如FeSi75爐料在爐料在400時的時的電阻率為電阻率為1m左右，而在左右，而在1600為為0.2m。 爐料中電阻導電和電弧導電交叉在一起，爐料顆粒爐料中電阻導電和電弧導電交叉在一起，爐料顆粒之間出現(xiàn)的電弧電壓與爐料性質(zhì)和溫度有關。料層下之間出現(xiàn)的電弧電壓與爐料性質(zhì)和溫度有關。料層下部主要是電阻導電。部主要是電阻導電。爐內(nèi)電流回路解析 礦熱爐內(nèi)電流分布狀況對爐內(nèi)熱分布、熔池結(jié)構和礦熱爐內(nèi)電流分布狀況對爐內(nèi)熱分布、熔池結(jié)構和爐內(nèi)各部位進行的化學反應影響很大。爐內(nèi)電流分布爐內(nèi)各部位進行的化學反應影響很大。爐內(nèi)電流分

52、布可用以下回路來描述：可用以下回路來描述： 1.電流通過電極端部、電弧和熔池構成的星形回路。電流通過電極端部、電弧和熔池構成的星形回路。 2.電流通過電極側(cè)面、流經(jīng)爐料與另外兩支電極構電流通過電極側(cè)面、流經(jīng)爐料與另外兩支電極構成的角形回路。成的角形回路。 3.電流通過電極側(cè)面流經(jīng)爐料與碳磚構成的星形回電流通過電極側(cè)面流經(jīng)爐料與碳磚構成的星形回路（碳質(zhì)爐襯）。路（碳質(zhì)爐襯）。 若把電弧看成純電阻，忽略電爐內(nèi)部電抗因素和通若把電弧看成純電阻，忽略電爐內(nèi)部電抗因素和通過爐墻的電流，則爐內(nèi)電流分布的過爐墻的電流，則爐內(nèi)電流分布的等效電路等效電路為：為：埋弧電爐的等效電路R2acR2bcR2abR1cR

53、1bR1aABC通過電極端部的電弧回路的電阻各電極之間的爐料電阻爐內(nèi)電流回路解析 當各相電弧電阻相等時，即當各相電弧電阻相等時，即R R1a1a=R=R1b1b=R=R1c1c=R=R1 1；爐料電；爐料電阻也相等時，即阻也相等時，即R R2a2a=R=R2b2b=R=R2c2c=R=R2 2，電爐負載電阻可由下，電爐負載電阻可由下式計算：式計算：2121RRRRR 無渣法電爐中通過爐料電流的比例大約占電極電流的無渣法電爐中通過爐料電流的比例大約占電極電流的20-30%20-30%，爐內(nèi)電流分布狀，爐內(nèi)電流分布狀況隨冶煉過程、電極位置變化而改變。況隨冶煉過程、電極位置變化而改變。 在電場和磁場

54、的作用下，電流主要集中于電極附近的區(qū)域。在電場和磁場的作用下，電流主要集中于電極附近的區(qū)域。電爐操作電阻 電極電流與電爐變壓器的空載二次電壓之比稱為電極電流與電爐變壓器的空載二次電壓之比稱為電流電流電壓比電壓比。 輸入爐內(nèi)的熱能即有效電功率輸入爐內(nèi)的熱能即有效電功率Pe由電極電流由電極電流IE和電極和電極端對爐底中性點的電壓端對爐底中性點的電壓UE決定，即決定，即Pe=3IEUE UE可由下式計算：可由下式計算：cos)31(2VUE 電爐的操作電阻電爐的操作電阻R0R0定義為電極和爐底之間的電阻，即電爐的負載電阻。定義為電極和爐底之間的電阻，即電爐的負載電阻。 即即R0=UE/IE=R-RL

55、R0=UE/IE=R-RL 操作電阻反映了熔煉區(qū)的電氣特性。改變冶煉品種，操作電阻也隨之改變。這就需操作電阻反映了熔煉區(qū)的電氣特性。改變冶煉品種，操作電阻也隨之改變。這就需要改變二次電壓和二次電流以適應冶煉要求。要改變二次電壓和二次電流以適應冶煉要求。增大操作電阻有助于增加電爐輸出功率。增大操作電阻有助于增加電爐輸出功率。電爐操作電阻 對于容量不同的電爐，操作電阻主要由電爐的幾何對于容量不同的電爐，操作電阻主要由電爐的幾何參數(shù)和電氣參數(shù)決定，容量大的電爐操作電阻較小。參數(shù)和電氣參數(shù)決定，容量大的電爐操作電阻較小。 不同容量的硅錳電爐的操作電阻不同容量的硅錳電爐的操作電阻視在功率視在功率/MV/

56、MVA A二次電壓二次電壓/V/V二次電流二次電流/kA/kA操作電阻操作電阻/m/m9.012.516.525.0136141.514415837.245.066.270.01.691.370.970.83 操作電阻不是一成不變的。引起操作電阻波動的原因如下：操作電阻不是一成不變的。引起操作電阻波動的原因如下： 1.爐料性能和組成的改變，如還原劑加入量、粒度組成、爐料比電阻的改變。爐料性能和組成的改變，如還原劑加入量、粒度組成、爐料比電阻的改變。 2.電極消耗狀況或電極插入深度的變化。電極消耗狀況或電極插入深度的變化。電爐操作電阻 3.三支電極功率平衡情況。三支電極功率平衡情況。 4.渣中渣

57、中CaO、MnO含量過高會降低爐渣電阻，使操含量過高會降低爐渣電阻，使操作電阻減小。作電阻減小。 5.反應區(qū)結(jié)構的改變。反應區(qū)結(jié)構的改變。 操作電阻可通過以下手段進行調(diào)整：操作電阻可通過以下手段進行調(diào)整： 1.改變變壓器的二次電壓等級；改變變壓器的二次電壓等級； 2.調(diào)整電極工作端的位置，改變二次電流；調(diào)整電極工作端的位置，改變二次電流； 3.調(diào)整爐料組成，還原劑配比和粒度分布；調(diào)整爐料組成，還原劑配比和粒度分布； 4.調(diào)整爐渣渣型。調(diào)整爐渣渣型。 優(yōu)選還原劑可以增大爐料比電阻，提高電爐的操作優(yōu)選還原劑可以增大爐料比電阻，提高電爐的操作電阻，增加輸入功率提高電效率，降低產(chǎn)品電耗電阻，增加輸入功

58、率提高電效率，降低產(chǎn)品電耗。電爐電抗和諧波 電爐電抗主要由電爐短網(wǎng)決定，隨電爐容量增大而電爐電抗主要由電爐短網(wǎng)決定，隨電爐容量增大而增加。增加。 電爐在運行中電抗經(jīng)常變化，熔池電抗的波動與電電爐在運行中電抗經(jīng)常變化，熔池電抗的波動與電弧的諧波有關。由于電弧是非線性電阻，受很多條件影弧的諧波有關。由于電弧是非線性電阻，受很多條件影響，當條件發(fā)生變化時，電爐電流就會偏離源電壓的波響，當條件發(fā)生變化時，電爐電流就會偏離源電壓的波形，造成電弧電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生相當于正弦交變形，造成電弧電壓波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生相當于正弦交變電壓基礎頻率的高次諧波。電壓基礎頻率的高次諧波。 電爐的操作電抗電爐的操作電抗

59、Xop由短路電抗和諧波分量構成。由短路電抗和諧波分量構成。）5)5sin(3)3sin()sin(531tAtAtAIUXOP 二次電壓和電極電流決定了操作電抗的大小。操作電抗隨電極電流增大而減小，二次電壓和電極電流決定了操作電抗的大小。操作電抗隨電極電流增大而減小，隨電弧長度增加而增大。隨電弧長度增加而增大。電爐電抗和諧波 當電流達到一定值時，功率因素達到最大值。電流低當電流達到一定值時，功率因素達到最大值。電流低于臨界電流值，會大幅度降低電爐的有效功率。臨界電于臨界電流值，會大幅度降低電爐的有效功率。臨界電流流Imin可由下式計算：可由下式計算：)11(minopscscXXXUI 過高的

60、電壓和過低的短路電抗會導致電弧的不穩(wěn)定。過高的電壓和過低的短路電抗會導致電弧的不穩(wěn)定。 熔池電抗與下列因素有關：熔池電抗與下列因素有關： 1.電爐工作電壓。在出爐過程中，隨鐵水排出，熔池液面下降，電弧增強，電抗有電爐工作電壓。在出爐過程中，隨鐵水排出，熔池液面下降，電弧增強，電抗有較大增長。較大增長。 2.電流分布狀況。熔池結(jié)構發(fā)生變化，爐料分布的不均勻使電流路徑改變，也可使電流分布狀況。熔池結(jié)構發(fā)生變化，爐料分布的不均勻使電流路徑改變，也可使電抗發(fā)生改變。電抗發(fā)生改變。 3.爐膛結(jié)構。坩堝縮小使電極位置升高，電抗增加，使電弧穩(wěn)定性變壞。爐膛結(jié)構。坩堝縮小使電極位置升高，電抗增加，使電弧穩(wěn)定性