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大连华锐重工集团股份有限公司工程技术设计院 辽宁省大连市 116013
摘要：大型密闭镍铁电炉适应国家产业发展的政策，生产效率高、生产成本低，节能减排，因此开发设计60000kVA密闭镍铁电炉。
关键词：大型；密闭；镍铁电炉；开发
1概述
镍铁是生产结构钢、不锈钢和耐热铸钢的重要原料，可改善钢的抗拉强度、冲击韧性、屈服点和变形能力，广泛应用于机械、医疗、国防、轻工业等领域。
自然界中镍的富集形式有两种：硫化镍矿、氧化镍矿，镍矿的冶炼方法多种多样，这是由于资源不同、能源条件不同、经济发展不同与市场要求不同等因素造成的，冶炼方法总体分为火法和湿法两种，我公司的镍铁冶炼技术主要是针对氧化镍矿的火法冶炼，所采用的冶炼工艺根据矿石的预处理方法不同分为两种形式：烧结+电炉，回转窑+电炉，目前国际上多数采用的火法冶炼工艺为回转窑+电炉熔炼法（RotaryKilnElectric Furnace），简称RKEF，RKEF较烧结+电炉熔炼法有电耗低、产品品质高、污染低等诸多优点。
2 大型密闭镍铁电炉的优点
建设大容量的镍铁电炉与建设总容量相同的几台中小容量的镍铁电炉相比，有如下优点：
1）大型镍铁电炉占地面积小；
2）大型镍铁电炉与中小型镍铁电炉对各生产岗位需要人员数量基本相同，故其相对劳动定员少；
3）大型镍铁电炉更易于高水平自动化控制；
4）大型镍铁电炉具有易于综合环境治理等优点；
5）大型镍铁电炉相对投资较少。
建设相同容量的密闭镍铁电炉与半密闭镍铁电炉相比，有如下优点：
1）密闭电炉由于CO气体全部被抽出，炉面上不发生燃烧火焰，所以电炉功率得到发展，这是镍铁冶炼的一个大进步；
2）炉内的化学反应在相对密闭的空间内进行，热量散失少，热利用效率高；
3）在电炉周围没有火焰和粉尘，大大改善了电炉周围的环境和工人的劳动条件；
4）炉料自动下料，电炉运行稳定，不用人工加料和耙料，生产事故率低；
5）可用各种仪表来操纵电炉，不但使生产工艺流程更趋合理，而且自动化程度也更高；
6）压放电极是在控制室内用按钮进行程序压放，减轻体力劳动，还可以做到勤放少放，满足工艺要求；
7）炉气经烟道集中排出并送至炉气净化系统，净化达标后排放，满足国家环保要求；
8）炉内自动加料，电炉运行稳定，喷火、塌料等异常现象很少出现，炉面设备由于不受高温影响而延长了使用寿命。设备损坏率低，设备运行率高；
9）自动加料，电炉自动化控制程度高，电炉产量高、能耗低、产品质量好，且劳动力使用数量少；
10）炉气（CO），抽出后，经过净化、除尘和降温，可作为有机合成工业的原料，也可以用来烘干原料，还可以用来发电。从而降低了生产成本，做到综合利用。
按照可持续发展的行业要求，采取改进工艺、改良设备等方法，从源头削减污染，减轻或消除对人类健康和环境的危害。今后的镍铁电炉建设势必将向大型化、密闭化的方向发展。
3 RKEF法生产镍合金的工艺流程
镍合金生产的原料采用红土镍矿、无烟煤及石灰石等。
红土镍矿破碎筛分后通过皮带机输送至烘干窑，烘干后的红土镍矿输送至配料站与无烟煤和石灰石按一定配比混匀，混匀后的炉料加入回转窑预还原。炉料在回转窑中焙烧完成后卸到料罐中，将料罐运至炉顶，将热料加入到镍铁电炉料仓中，供电炉冶炼使用。
炉渣从出渣口流出，使用水淬处理，将炉渣冲至渣池，沉降后外运；镍铁水从出铁口流入铁水罐中，送入转炉中精炼，精炼后直接浇铸成锭或者粒化包装。
工艺流程图如图1所示。
4 大型密闭镍铁电炉的开发设计
在国家发改委的产业政策的引导下，镍铁要向密闭化、大型化方向发展。目前国内的大型密闭镍铁以25500kVA容量的居多，并逐渐向33000kVA、48000kVA方向发展，为了能更好的占领镍铁炉的市场，我们开发设计了60000kVA密闭镍铁电炉。
4.1工艺参数的确定
镍铁电炉的几何参数包括电极直径、电极极心圆直径、炉膛内径和炉膛深度等。只有当电极直径选择合理时，才能使电极得到合理焙烧，并能维持电极在适宜的工作位置。
电极直径是一个比较重要的参数。因为电炉炉型尺寸，基本上均由它按比例计算而得。电极直径大，则升降时操作电阻变化大，因而影响电极的深插，影响热分配，且被加热的料柱体积大，因而体积功率密度降低，也会降低炉膛。电极直径小，虽可较为深插炉料，便于调节操作电阻，但也可能使电极工作端的损耗加大，引起电极急速氧化，甚至发红而硬段。
电极极心圆直径也是电炉重要参数之一。此值大了，热量不够集中，容易造成三个反应区不连通。此值小了，三个反应区又会相互重叠，在炉膛中心形成过分集中的热区，电极不易深入炉膛，不利于电石生产。从理论上讲，只有当电极极心圆直径等于熔池直径时，才能使三个熔池的圆周交于炉心，这是理想情况。
炉膛的理想内径应等于熔池直径的二倍，一般设计电炉时，炉膛内径等于电极极心圆直径的2.25倍，其中0.25倍就是为了在炉膛与熔池之间留有一层炉料层，用以保护炉壁，炉
膛过小，容易烧坏炉壁，炉膛过大，又会增加出炉操作的困难，应慎重考虑。
电炉的基本参数：
变压器总容量60000kVA
变压器数量3台
炉型密闭
电极数量3根
年产量～10万吨
电极直径1550～1650mm
极心圆直径4900～5100mm
炉膛深度～5400mm
炉膛内径～19000mm
4.2镍铁电炉的主要设备
4.2.1电极
电极采用先进的组合把持器式自焙电极。组合式电极柱由上、下两部分组成，电极柱上部主要包括：电极升降装置、电极压放装置、加热元件、上部把持筒、压放平台及液压管路等。电极柱下部主要包括：下部把持筒、防磁不锈钢水冷保护屏、导电铜管、底环、接触元件、耐高温气封垫板、水冷管路等部件。电极系统上带有电极检修时所需的辅助吊挂装置。
每根电极有多组压放装置，每组压放装置均由一个压放缸和一个夹紧缸组成。多组压放装置围绕一根电极安装在电极柱上部的压放平台上。多组压放装置的夹紧缸靠弹簧力牢固地夹住电极壳上的多根筋片。电极每次压放量20mm。每根电极每次压放完成时间约为50s。
每个电极的升降系统主要由两个吊缸组成，使电极可在行程的范围内完成升降运动。
4.2.2炉盖
炉盖用于密封炉膛、减少热损失和改善冶炼区间的工作条件。炉盖采用整体浇注料加吊挂风冷形式，中心部位采用06Cr18Ni11Ti，电极密封段采用水冷结构。炉盖上开有25个料管孔、3个电极孔、2个炉压测量口，3个温度测量孔，2个烟气出口及设有安全防爆阀和检修孔。在炉盖上设有电极密封导向装置。
4.2.3炉体及炉底风冷装置
炉体为矿热炉的电热反应场所，其内部可存储一定量的物料及镍铁。炉壳由钢板焊接而成，炉壳安装有热电偶，用于控制炉衬温度。炉体上设有2个出铁口和2个出渣口，设有6个观察门，毛铁可通过观察门加入炉内。
炉底风冷装置用于降低炉底温度，以提高炉壳及炉衬的使用寿命。它由多台风机供风，以维持电炉底部温度在预设温度范围内。炉底风冷装置由风机、风管组成。
4.2.4二次母线系统
电炉变压器通过二次母线系统与电炉形成低压回路，从而提供电炉冶炼所需电能。短网系统采用卡套式设计。
电炉采用三个单相变压器供电，变压器到电极之间采用水冷二次母线系统供电，二次母线系统包括导电铜管、水冷电缆、绝缘吊挂装置、铸铜连接体、水冷装置，三个单相变压器及短网均成120°对称分布。
4.2.5烟道
用于将镍铁生产时炉内产生的炉气送入炉气除尘，或在后续系统发生异常时，将炉气直接排空。烟道为保温打结结构，除了安装阀门及检修短节联接采用法兰联接外，其余均采用焊接连接。
4.2.6炉顶加料系统
炉顶加料系统由8个炉顶料仓、25组加料管、25组料管绝缘吊挂、26个液压插板阀、8组称重传感器及25个耐热隔磁铸钢料嘴组成。炉顶料仓用于盛装～800℃自焙烧窑加入的预还原炉料，并连续地加料到电炉内。加料仓呈方形，由金属焊接而成，内部打结耐火材料。每个料仓上设有4个称重传感器，用以实现料位控制及低料位报警。
4.2.7上料设备
上料设备由料罐、料罐输送车、电动双梁起重机组成，用以将焙烧窑产出的焙烧渣运至炉顶料仓。
料罐采用Q345B焊接而成，内部整体打结。每台电炉设2个主料罐、2个备用料罐，主料罐下部设气动插板阀，备用料罐采用手动插板阀。每个车间设2台自驱主料罐车、2台自驱备用料罐车，主料罐车设置有称重传感器，用于称量料罐盛料量，料罐车负责将料罐从受料点运输至料仓受料点。当车间内其中一条回转窑出现事故，无法继续提供焙烧砂时，采用双梁起重机+备用料罐转运焙烧砂，一条回转窑短时间内供应两台矿热炉用料，矿热炉维持低负荷运行。
5总结
国家产业结构调整指导目录鼓励高效利用红土镍矿精制镍铁的回转窑-矿热炉工艺技术，并鼓励高效、低耗、低污染、新型冶炼技术的开发。同时，限制环保、能耗等达不到准入要求的铁合金矿热电炉项目。因此大型、节能、环保、自动化程度高的密闭镍铁电炉将迎来一个春天。
参考文献
[1]铁合金生产工艺与设备冶金工业出版社
[2]赵乃成张启轩.铁合金生产实用技术手册.冶金工业出版社，1998年
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