電爐煉鐵是以電能為供熱能源的非高爐煉鐵方法。由於煉焦煤的缺乏及水電資源的開發，自 20世紀初一些國家開始研究和使用電爐煉鐵，1908年第一座煉鐵電爐在瑞典投入工業生產。至今在一些水電資源豐富的國家(如挪威)，以及具有高爐難以處理的特殊資源(如釩鈦鐵礦、砂鐵、鈦鐵礦)的國家(如南非、紐西蘭)電爐煉鐵仍得到套用和發展。
基本介紹
- 中文名：電爐煉鐵
- 外文名：electric furnace iron smelting
- 學科：冶金工程
- 類別：非高爐煉鐵方法
- 出現時間：20世紀初
- 供熱能源：電能
原理及工藝特點,設備,產品及技術經濟指標,發展展望,
原理及工藝特點
原料經配料加入爐內，爐料經加熱、分解、還原、熔化、造渣及渣鐵反應等過程生成生鐵和爐渣，渣、鐵定期從渣口、鐵口放出。
電爐煉鐵有以下特點：(1)爐內所有反應所需熱量不是由燃料燃燒提供，而是由外部輸入的電能提供。電流通過自焙電極引入爐內，電流通過料層、熔體的電阻及料層內熔體上部的電弧，將電能轉化為熱能。電熱轉換不帶入其他物質，不產生氣體、故對爐內氣氛、對爐料及熔體不產生影響，且熱量集中，易於獲得高溫，爐內溫度易於控制。(2)電爐煉鐵過程中的爐料的還原主要是直接還原(占總還原量的80%～90%)，由煤氣產生的間接還原僅占10%～20%，其原因是電爐煉鐵不鼓風，下部還原及分解產生的氣體量僅約650m/t鐵，爐料800～1000℃的間接還原區甚窄，爐料通過這一區域時間甚短、雖然下部上升煤氣CO含量高達60%～75%，但間接還原數量較小。(3)爐料入爐後經下部上升的熱煤氣及自身電阻熱的加熱，經預熱、分解、部分還原後在電弧下及附近的高溫區迅速熔化，在很短時間內完成造渣、熔化、渣鐵分離等過程，並在渣鐵流經爐缸內赤熱的焦層時進行終還原、滲碳及脫硫反應，最終聚集在爐缸形成鐵水層和爐渣層，渣鐵定期從鐵口、渣口放出，冶煉周期比高爐煉鐵要短，僅0.5～1.5h。(4)料柱短、對料柱的透氣性要求低，因而對原料的強度要求比較寬鬆，可以使用強度低的原料和還原劑，如無煙煤、劣質焦。
設備
煉鐵電爐有高爐身電爐，低爐身電爐，敞開式電阻爐等多種型式，使用最普遍的是低爐身電爐，這種電爐與鐵合金生產用封閉式埋弧還原電爐極為相似。圖中使用的即為典型的蒂斯蘭德-霍爾(Tysland-Hole)低身電爐。爐膛呈圓形或矩形、橢圓形，電極在圓形爐內呈三角形配置，在矩形、橢圓形爐內則在長軸方向成一線配置。以33000kW的圓形電爐為例，爐殼外徑12.0m、高3.5～5.0m，採用自焙電極，電極直徑1.5m，爐襯外層用黏土磚砌築，內層為瀝青鎂砂搗固層或用碳質耐火材料砌築或用碳質材料搗固，爐襯壽命3～7年，爐蓋一般用水冷鋼結構內襯黏土磚構成。爐缸可設一個渣鐵口，渣、鐵從同一口中放出，或設一個出鐵口，一個出渣口分別放出鐵水、爐渣。中小型電爐可採用傾動式。
電流經爐用變壓器、母線、電極把持器、自焙電極導入爐內。電流負荷由升降電極和切換電壓控制，通常變壓器次級電壓為80～250V，多級可調，一般均為自動控制。多數煉鐵電爐採用三台單相變壓器組成供電變壓系統，為改善功率因數，通常還應有相應功率的效率補償電容器。
產品及技術經濟指標
電爐冶煉普通鐵礦獲得的生鐵的典型成分為：C3.6%～4.2%，Si 1.0%～3.0%，Mn 0.1%～0.2%，P 0.02%～0.30%，S<0.05%;爐渣成分為CaO 40%～45%，SiO225%～30%，Al2O3 15%～25%;煉鐵電爐煤氣成分為CO60%～75%，CO215%～20%，H2 5%～8%，CH4 0～3%，熱值可達10000kJ/m，回收可做燃料使用，但煤氣中含有極細的粉塵，脫塵淨化困難。煉鐵電爐冶煉釩鈦鐵礦(經迴轉窯預熱預還原)生產的典型含V生鐵成分為C 3.2%～4.0%，V 0.45%～0.55%，Ti0.10%～0.20%，Si 0.15%～0.30%，S 0.05%～0.07%;爐渣成分為TiO2 38%～60%，SiO215%～35%，Al2O38%～15%，CaO5%～30%，當TiO2含量達到一定水平時，爐渣可做鈦工業原料使用，含釩生鐵經氧化處理可獲得釩工業原料—釩渣。
煉鐵電爐冶煉普通礦的電耗為2000～2500kW·h/t鐵水，電耗數量隨原料的含鐵品位升高而降低，當使用預熱預還原原料時電耗可大幅度下降，可降到1000～1500kW·h/t鐵水，還原劑消耗無煙煤或劣質焦為400～450kg/t鐵水，電極糊耗量與電極糊質量及煉鐵原料質量相關，為10～15kg/t鐵水，當使用預熱預還原爐料時電極糊消耗可降到5.0kg/t鐵。電能供熱占熱總收入98%以上，熱支出中，水分蒸發分解，化合水及碳酸鹽分解占10%～12%，氧化物還原占38%～42%，鐵水，爐渣、爐氣及爐塵帶走顯熱占30%～32%，熱損失占23%～26%。
發展展望
(1)電爐煉鐵技術是成熟的，已有大型(63000kW)電爐在生產，日產生鐵可達800～1000t。在特定的資源條件下是一種生產生鐵的有效途徑。但由於世界範圍內電能供應並不充裕，以及高品位精礦的出現和直接還原技術、熔融還原技術的發展，電爐煉鐵已逐步被其他鋼鐵生產工藝所取代，許多大型電爐煉鐵廠已改造成電爐煉鋼廠。只有在礦石資源特殊，其他工藝無法合理經濟利用時，電爐煉鐵仍是一種可選擇和利用的成熟工藝。在南非、紐西蘭、挪威的電爐煉鐵廠均用以處理特殊礦(釩鈦鐵礦、砂鐵、鈦鐵礦)。(2)煉鐵電爐使用預熱預還原爐料可以大幅度降低冶煉電耗，改善操作條件和冶煉經濟技術指標，提高經濟效益，迴轉窯預熱預還原—電爐煉鐵聯合流程已成為電爐煉鐵的基本形式。(3)中國攀西地區蘊藏有大量釩鈦磁鐵礦，西南地區有豐富的水力資源，預熱預還原—電爐煉鐵工藝是實施釩鈦磁鐵礦鐵、釩、鈦綜合利用最有前途的工藝之一，有良好的發展前景。
