从调整入炉原料入手探索电熔镁砂节能降耗新技术

蔡 鑫

海城镁矿耐火材料总厂

一、前言

电熔镁砂属于碱性耐火原料，主要是以天然高品级菱镁矿(或轻烧氧化镁或烧结镁砂)为原料经电孤炉熔炼达到熔融状态后，再冷却析晶后形成的产品。由于具有氧化镁纯度高，方镁石结晶粒大，结构致密，抗渣性强，热震稳定性好等特点，是制作高档镁砖、镁铬砖、镁碳砖等烧成和不烧定型碱性耐火制品，以及捣打料、浇注料等各类碱性不定形耐火材料的高级原料。另外，还用做高温电气绝缘材料等电力工业，以及核工业、火箭工业和光学工业等。

近年来，随着钢铁、有色金属建材等高温工业需求的快速增长，对耐火材料的品质的需求也越来越向高精尖发展，市场的需求也催生从事耐火材料的队伍不断地壮大。随之而来的耐材企业在发展中暴露一些问题逐渐显现出来，尤其是从事电熔镁砂生产的企业出现产能过剩，能耗消耗过高，技术装备落后，污染严重等问题，这些问题一直困扰着行业的健康发展。因此，努力探索节能降耗、节能减排是电熔镁生产企业寻求发展的必由之路。

二、熔炼电熔镁砂的机理

熔炼电熔镁砂的的热工设备主要是交流电孤炉。原料 主要是菱镁矿石或轻烧镁粉等。以菱镁矿石为原料熔炼电熔镁砂时，含镁的原料(碳酸镁)在冶炼过程中，首先在炉中发生分解反应，释放二氧化碳，随后熔融，电孤炉中完全熔化的原料在加热后，开始的晶体长大过程属于保守过程，在这一过程开始时，原料全部处于液体状态。固体是通过在冷却熔体中的一个特定界面上凝固而开始生长的，当熔体某一部分的温度降低而到熔点附近时，该部位将随机出现晶核，也就是出现析晶过程，随着散热过程的进行，晶核周围的固液界面向熔体中不断地扩展，从而使晶体长大，倘若要生成高纯度的成品，就必须有高纯度的均质熔体。因此，利用交流电孤炉，通过高温电孤作为热源在填料中心形成熔体，熔体中的杂质向边缘的低温区迁移，使熔体中心通过自然进行的排气和排渣等物理化学过程得到纯化，即熔体三个高温中心区纯度高，边缘杂质含量高。在加热过程停止后，熔体发生晶体长大的过程，再自然冷却得到熔坨，熔坨冷却后，经过脱模、摔坨，经机械或人工破碎后，再进行拣选分级，最终得到不同品位的成品。

三、三相交流电孤炉的特性

利用三相交流电孤炉熔炼电熔镁砂具有十几的历史，研究和探索三相交流电孤炉的具体特性对解决电熔镁砂节能降耗大有益处。

由于电炉变压器容量的大小，制约着电熔镁砂的产量。因此，选择合适的电炉变压器至关重要。通常根据电炉变压器容量的大小，配置相应的炉壳。长期的生产实践证明，一味地延长加热时间会导致电孤造成的碳污染严重，同时，热损失严重。配置高容量的电炉变压器是提高产量和质量的前提，但是，交流电孤炉容量的扩大，也存在一些技术问题。

一是交流电孤每秒过零点100次，电孤连续不断地熄火与重燃会造成系统电气参数和炉内输入功率的波动;二是频繁的短路与断孤会造成系统功率因数低，无功功率波动频繁，冲击电网严重，需要安装动态补偿装置;三是三项电孤的孤长和功率的变化在时间上不一致，造成三项负载不对称，加热功率不均衡。只有掌握交流电孤炉的具体特性，才能寻找节能降耗的空间。为此，我们厂做了不懈的努力。经过几年的生产实践探索。我们从熔炼电熔镁砂的原料种类选择入手，摸索出一些办法与同行业共享。

四、调整入炉原料的新技术

我厂拥有得天独厚的菱镁矿资源，已探明的矿石储量达8亿吨，占全国菱镁矿贮量的70%。随着耐火材料行业的发展，对高品位优质的矿石需求量也不断地增加，这给我们的矿山开采带来了巨大的压力。电熔镁砂只是我们厂主要产品之一。从经济效益角度来说，熔炼电熔镁砂要求原料必须是特级矿石。而一味地对特级矿石的需求，将给我们的矿山开采带来不平衡性。为了缓解压力，同时也是为了实现矿产资源的综合利用，我们决定开启菱镁矿浮选生产线，利用浮选的精矿粉，再添加6%-8%的活性氧化镁粉做结合剂湿法压球，最后用精矿球去熔炼电熔镁砂，从而收到了一举双得的效果。表1和表2分别列示出以原矿和精矿球所熔炼电熔镁砂的主要技术经济指标。

从表1和表2对比看出，改变入炉原料的种类，其电熔镁砂的物化指标以及品级率变化不大，主要降耗的指标是电和电极。改变原料后平均吨产量电耗下降621KW，电极消耗下降9kg。

探究改变原料使电熔镁砂煅烧能够降低电耗的原因，主要是利用了电熔镁熔坨的余热将生料加至炉体的周边和顶部，从而获得更多脱模料，把具有活性的脱模料用来做精矿粉的结合剂压球。由于精矿粉本身的粒度为200目，加之掺入一定的脱模料，可以使精矿球在熔炼过程更易熔融，同时，晶体的质点移动更加快捷，从而实现节能的目的。

表1 利用菱镁矿原矿熔炼电熔镁砂的主要技术经济指标

品级	化学成分%						选率%	冶炼时间/h	电耗/kw/t	电极消耗/kg
	IL	SiO2	CaO	MgO	Fe2O3	Al2O3
98	0.08	0.13	0.98	97.81	0.55	0.12	27	9	2989	47
97.5	0.08	0.53	1.10	97.53	0.62	0.14	28
97	0.09	0.65	1.32	97.08	0.70	0.16	23
96	0.10	1.21	1.55	96.1	0.80	0.18	22

表2 利用精矿球熔炼电熔镁砂的主要技术经济指标

品级	化学成分%						选率%	冶炼时间/h	电耗/kw/t	电极消耗/kg
	IL	SiO2	CaO	MgO	Fe2O3	Al2O3
98	0.88	0.40	0.98	97.83	0.58	0.13	29	9	2368	38
97.5	0.08	0.52	1.08	97.57	0.60	0.16	26
97	0.09	0.61	1.31	97.10	0.68	0.15	20
96	0.10	1.20	1.81	96.11	0.80	0.18	25

五、效益评估及结论

电熔镁砂的生产消耗电能量巨大，从事电熔镁砂生产的企业都在千方百计地研究如何降低电耗。我们企业几年来也不断在这方面摸索经验，着眼点是从节能降耗中要效益。经初步测算，我们企业电熔镁砂改变原料后，单位电耗下降600KW左右，电极单位消耗下降10kg左右，仅此两项合计降低成本341元左右。由于精矿球考虑到有浮选成本，经测算，精矿球单位成本220元，相对原矿石上升单位成本150元，综合成本下降190元。根据我们企业电熔镁砂的生产规模，年可增加经济效益1000万元以上。经过原料的调整，给我们企业带来经济效益是巨大的。在大量的生产实践中，我们的体会是，耐火材料行业依靠节能降耗、自主创新，走节能型、环保型的绿色耐材的道路是企业发展的必然趋势。

更为可贵的是，实施该项新技术可以大量消化低品级菱镁矿石，实现矿产资源的综合利用，缓解高品位菱镁矿的紧张局面，延长菱镁矿山服务年限，对辽宁、中国，乃至世界镁行业的可持续发展具有良好的示范带动作用。