浅谈西安重鑫电炉采用新型ZXGY全自动倾倒炉冶炼棕刚玉节能降耗研究： 西安电炉，西安电炉设备，西安电弧炉，西安精炼炉，西安矿热炉，西安中频炉 ，西安电渣炉，西安重鑫电炉设备有限公司，http://www.xazxdl.com中华人民共和国西安重鑫电炉设备公司是专业从事冶金电炉、双并、单台LF精炼炉、真空VD\VOD精炼炉、矿热炉、电石炉、刚玉炉、电渣炉、大型24脉波中频感应炉、电阻炉以及除尘设计、生产、开发的高新技术企业（0761101B0192），本着技术先进、运行可靠、节能降耗的原则，置身全球、跟踪世界冶金领域新技术，科技不断创新，不断开发出适合我国科学社会发展观的新一代的冶金电炉产品，全心全意地为国内外冶金企业技术升级、提高质量、降低成本、获得良好效益服务，先后荣获国家科委国家专利局七项专利、四项填补国内空白，四种炉型首次国内外运行并一次成功。

成功地研制出并成功运行中国第一套电弧—LF精炼并联炉、我国第一套LF精炼—LF精炼双工位同时运行并联炉、我国第一套ZXGW型钒氮合金立式感应炉，并填补国内空白，自制我国第一套全铝合金导电横臂、我国第一台单臂钢包炉、我国第一台矿热炉用全数字化AC-AC低频电源、ZXDZ电渣炉、我国最新一代电炉用模糊控制计算机控制系统：专利号200620135948.9、机械组合泵VD真空炉专利号ZL201220060075.6及最新一代引进ZXGY节能型刚玉炉、ZXDS型电石炉ZXKR型矿热炉。是掌握最新科技动态、强有力市场开发开拓能力与强大设备成套制造能力的优势互补、强强联合的共同体。

我公司的能耗指标在同行业大中小型用炉较低，技术先进性、服务优良性在国内领先。公司通过ISO9001认证，并荣获中国产品质量监督协会2007、2008年度“重质量守信誉先进单位”称号。是解决冶金冶炼的国内专业设计、生产、销售的定点单位。我公司《电弧炉专利》、《电渣炉专利》、《矿热炉气囊抱闸专利》、《钒氮合金炉专利》《24脉波大型中频炉专利》《双精炼双工位LF钢包精炼炉专利》《机械组合泵VD真空炉专利》，多次荣获“中华人民共和国国家技术发明奖评审委员会”授予的一等奖和“中华人民共和国科技进步奖评审委员会”授予的二等奖。

棕刚玉是一种人造工业原料，广泛应用于耐火材料工业、各种材质的固结磨具、涂附磨具和研磨膏等，是国家现代化建设中它又是一个不可缺少的工业原料。棕刚玉产业在我国起步较晚，是1951年由当时的沈阳苏家屯砂轮厂研制成功，至今已经走过60多年的里程。半个世纪以来，我国的棕刚玉产业从无到有，从小到大。

原有刚玉炉问题：

用户原有炉型结构概述：经过到用户现场考察原倾倒式刚玉电弧炉采用高架式布置，倾炉为机械传动，电极升降为简单的电机卷扬机钢丝绳传动，电气控制为简单的继电气控制，功率因数低无效有功高，能耗高、产量低。

现场实际跟踪两炉冶炼，约六个半小时至七个小时一炉，每炉产量约17-18吨（根据炉长讲及实际加入原料吨位），料不好，硅高，炉料板结严重；弧光外漏严重，炉底上涨，电极下扎性不好，手动送电极，低压测大电流无检测，无显示，不能直接根据A、B、C三项电流控制三相电极，三相电流无法分别一一对应进行控制，带相操作，电极升降不能变速；出墙短网及软连均为干式，横臂为铁磁体，报圈、夹头均为铁磁体，无功损耗、无效有功功率导致很大；电极无法自动加紧、放松，送电极就的断电停工，人员上炉操作；

变压器为风冷。

以上现状导致功率因数低，无功损耗大，无效有功大，电能能量制度不合理，电极不能及时从宏观和微观跟进，检测仪表又没有，工人无法及时看到每相实际低压电流，而以40-75安代表26243安培显然太不准确，也太不及时，那么操作时也会浪费能量制度下合理能源，特别是熔化期和精炼期不明朗，送电极还的热停工，导致能耗大，产量低。

改变方法：

降低冶炼成本

棕刚玉倾倒炉在生产过程中大量消耗电能，是名副其实的“电老虎”。在如何降低耗电量方面，我们经过不断实践，主要从以下三方面进行改进：

铝矾土是生产棕刚玉的主要原材料，但它也是铝工业、耐火材料工业和石油工业的主要原材料。随着国家工业化进程的不断提速以及铝工业、耐火材料工业、石油工业的飞速发展，高品位的铝矾土矿已踪迹难觅，棕刚玉生产对铝矾土矿的要求与铝工业、耐火材料工业不同，后者要求铝矾土矿的品位较低。

我国的棕刚玉生产起初都是用固定炉进行生产的，上世纪70年代出现了倾倒炉生产工艺，目前我国棕刚玉生产使用固定炉和倾倒炉的比例大约为3∶4。不论是固定炉也好或是倾倒炉生产也罢，其生产工艺基本相似，都是以铝矾土为主要原材料，再配以其它辅助材料在矿热炉中经高温熔化，经一系列的物理化学反应而制得的，是一种能耗比较高的产品，其能耗费用占生产成本的2/5~1/2，因此铝矾土品质的好坏决定了能耗的高低。上世纪80年代之前，生产棕刚玉所用的铝矾土其Al2O3含量均为80%左右，铝硅比为20∶1。用这种高品铝矾土生产棕刚玉时，固定炉的单位耗电为2600千瓦时左右，倾倒炉单位耗电为2500千瓦时左右。

目前在我国境内Al2O3含量达到85%的铝矾土矿奇缺，或者说已经枯竭。现在生产棕刚玉所用的铝矾土其Al2O3的含量多在70%~80%之间,SiO2含量在5%~15%之间。铝矾土中SiO2含量的高低对单位耗电的影响显著，有资料表明，SiO2在铝矾土中的含量每增加2%时其单位耗电可增加8%~16%。因此，目前各棕刚玉生产企业单位耗电都居高不下，固定炉单位耗电达到2800千瓦时左右，倾倒炉单位耗电达到2700千瓦时左右，有些甚至更高，加之电力和原材料价格不断上涨，使生产成本长期在高位运行，企业生产成本压力很大，同时也给节能减排带来了巨大的困难。

目前，生产棕刚玉所用铝矾土的Al2O3含量为70%~75%的矿居多，用这样的铝矾土矿去冶炼棕刚玉时单位耗电已在3000千瓦时以上，按当前的电价计算，能耗费用要占生产成本的2/5以上，生产企业已基本上无利可图。由于诸多基础工业及刚玉制造业的快速发展，铝矾土需求量迅猛增长。由于铝矾土资源的匮乏，再加上有的矾土供应商和中间环节的不规范行为，棕刚玉冶炼所用的熟铝矾土数量难以得到保证，而且质量严重下滑，棕刚玉冶炼成本更是节节攀升。因此严格控制原材料入厂标准，不仅是降低生产能耗的要求，更是企业生存的需要。

提高自动化水平，合理控制“死区”和“灵敏度”，改进冶炼设备，提高冶炼效率

1、重鑫ZX-GK04模糊智能自动控制及低压控制设备  国家专利

ZXGY-7500KVA倾倒式刚玉电弧炉电极升降装置控制系统采用IPC+PLC 的ZX-GK04模糊智能自动控制及低压控制设备，技术先进，电极调节灵敏，节能降耗。在保证运行可靠性及安全性的前提下，通过合理设计，电极心圆直径，使炉衬的浸蚀更为均匀，有效地提高包衬寿命。

ZX-GK04模糊智能自动控制及低压控制设备  国家专利

低压控制设备由主操作台含IPC+IPC、变频柜、计量、信号柜等组成，可以完成电极升降（手动、自动）、实际三项电流、实际三相电压表、液压泵站、事故报警显示、以及炉体操作计算机控制及画面参数实时显示等功能。本控制系统为本公司专为用户设计，方便实用，故障率低，提高劳动生产率，为专利节能产品。

我公司以实际情况出发，专业的针对冶炼企业研制开发的计算机电极自动调节器，可广泛分品种应用于三相矿热电弧炉型、炼钢电弧炉型、钢包精练炉型等，系统采用当今的先进成熟技术，参考德玛克电炉控制的先进经验，以目标函数为追踪点、以空间分段数字三维曲线为控制手段，闭环接合炉子的变频传动--工艺-电器一提体化考虑的智能型模糊控制技术，提高劳动生产力，并达到节能效果，为企业的技术改造提供了行之有效的办法。

本调节系统由研华IPC610MB/AIMB-736VG/E5300/1G/160G工业控制计算机、韩国三星、或美国DELLE170S19~21″LED液晶显示器、高精度稳压电源、UPS不间断电源（用户自购）、军工专用WB信号隔离采集模板，日本三菱FX光电隔离模数转换A/D模块、D/A模块，日本三菱FX主机可编程控制器、台湾台达变频器及重鑫电炉ZX型专利控制软件等组成。

一）    主要功能：

1.         自适应功能，20%~150%运行范围，按照整定值，自动调节控制电弧电流；

2.         无干扰仿真画面直观逼真，冶炼参数显示齐全准确；

3.         以数字形式显示电流整定值，实测电弧电流、电弧电压等参数，并显示其历史曲线及动态三相平横棒图；

4.         显示通断电时间及电压等级等辅助参数；

5.         显示班次、炉次等管理参数；

6.         无干扰切换自动和手动工作状态；

7.         预留USB通讯接口，可与上位机连网通讯，实现生产管理信息化；

8.         具有故障自证断功能；

二）主要技术特点：

1．   操作简单、直观，人机对话效果非常友好；

2．   电极升降调速范围大，能够迅速提升电极；

3．   非灵敏区连续可调，可根据炉况随时调节非灵敏区的大小；系统响应时间短，调节精度高；

4．   稳弧快，电流调节准确，电网冲击小；

5．   由于采用PLC光电隔离控制，因而抗电磁干扰能力强，再加上系统采用模块化设计，工作稳定、可靠，故障率极低；

6．   采用PLC编程，可进行较为复杂的计算，如三相功率、电流、电压平衡控制等，而且程序修改极为方便，合理的死区设计，确保相对稳定性；精确的电流数字显示，直观准确的的操作性能。

7．   操作简单明了，维护方便；

8．   投资少，见效快。

9．   工艺性极强、软件编程先进。

10．      电极升降速度为变频调速，根据设定电流和实际电流变化随动。

11．      自动控制在熔炼期和精炼期采用不同参数，空间曲线立体模糊控制。

手动、自动随意切换、全程记录。

缩短短网的长度。缩短短网的具体措施有以下几个：电炉变压器要在满足安全距离和操作间距的情况下尽量靠近炉体，在变压器下加支持底座，使各段短网处于同一水平面上，变压器低压出线的中部位置与短网的水平面的高度相等，这样就省略了从变压器出线至短网水平面这一段。

减少接触电阻。为了减少短网电阻，短网各部分连接方式应尽量采用焊接，或减少接头或增大接触面积，并有足够的接触压力，以减少短网各部分的接触电阻。

倾倒炉短网的接头较多，而通过短网的电流很大。连接不良，就会使接触电阻增大，不但会增大短网的功率损耗，还可能烧毁接头。因此应尽量减少接头，对不拆卸的接头应采用焊接的方法或增大接触面积，接触面应保持清洁平整，使之有足够的压力。

此外，可采取的改进措施还包括降低短网温度、改进电极把持器、减少附加电阻、改进循环水冷却方式等等，方式众多，在此不一一赘述。

改进冶炼工艺

半个多世纪以来，棕刚玉生产仍沿用传统的工艺，从未改变。随着时代的变迁、矿产资源锐减、矿产品的质量不断下降、原材料和能源价格的不断提升，节能减排任务日趋繁重，棕刚玉生产已经四面楚歌，如果在技术上没有新的突破，可以预测十年之后生产棕刚玉的单位能耗及生产成本均会出现惊人的大幅上升，一部分棕刚玉生产企业也会因此而被迫关停。按照目前市场价格为不变价进行测算，届时棕刚玉的生产成本将稳定在4500元~5000元/吨，节能减排将成为不可逾越的难题。鉴于以上各种因素，未来的棕刚玉生产和发展必须在科学发展观的指导下尽快转变生产发展方式，走技术创新之路。

棕刚玉的冶炼工艺过程分为起弧、熔炼、控制、精炼4个阶段。

起弧是棕刚玉冶炼的前提，为使三相电极之间电流相同，要摆放起弧焦。起弧焦摆放时，先加少量矾土，平整炉底，电极稍离炉底。用铁屑与碳粒混合以一定形状铺设在炉池中心，三根电极下部多铺设起弧焦，使三相电极互相成通路。起弧焦摆放方法有3种：星形摆放法、实心三角形摆放法和空心三角形摆放法。经过实践对比选择星形摆放法，其优点是起弧焦用量少，炉内增碳少，起弧快，热量集中在炉池中心。

摆放好起弧焦后进行送电起弧，落下三相电极至起弧焦上，看到弧光和听到电弧声时，说明已经起弧。待电流升至正常负荷的20%～50%时，在电极外侧和弧光区加少量炉料压住弧光。待电流上升到80%负荷时，正常加料，进入熔炼阶段。

熔炼占全部冶炼时间的80%以上，能有效把握棕刚玉冶炼的熔炼阶段是十分重要。在熔炼阶段，要使炉料熔化成液态，使杂质还原，生成铁合金并与刚玉溶液分离。在熔炼过程中，要不断地用沾棍对熔液质量检查做出必要的炉前调整，还要防止各种“反常现象”的发生。根据熔炼程度料层会缓慢下落，保证炉内熔液充足在熔炼过程中要进行投料，投料以加满电炉使熔炼期终了为主要目标。新工艺改进主要是更进一步掌控熔炼阶段这一重要环节，熔炼阶段是关系着冶炼生产安全、能源消耗、冶炼单位时间利用、烟尘排放和工人劳动强度的重要环节。

所谓控制就是在一定时期内，停止加料，让炉内的料尽量熔融和还原，并使熔化面积向外扩大。炉况控制得好，溶液缓慢上升，整个料面就均匀下沉，料下得多，熔化得快。在控制期内，应尽量把热量用到扩大熔化面积上，待结束后在投入炉边预热料继续熔炼。在控制期内，如果炉料并未完全熔融，应避免溶液温度降低让炉料缓慢进入熔液，这样就会造成弧光暴露在外，炉内热损失大，电能损耗过大。

精炼的目的是把杂质充分还原，使铁合金较好地沉淀聚集，炉内气体畅通排出，同时进一步提高熔液温度和扩大熔化面积。电炉转入精炼时要停止加料，采用低电压，使投入的炉料尽量熔化。精炼充分的特征是：炉内料层很薄，电极周围的炉料和熔液紧紧相贴，液面十分稳定；三相电极电流表指针稳定。电极根逸出气体不多，电弧声一致不间断。精炼期如果控制不好会过分地增加电能的消耗。精炼的好坏直接影响刚玉的质量和产量。

在长期的实践过程中，我们对冶炼工艺不断进行改进，摸索出一套适合生产现状的冶炼新方法。倾倒炉冶炼新工艺结合了自身条件，在冶炼过程中可以调整碳量的配比，弥补了因化验误差、配方不准导致炉况不稳定的缺陷；增加补料次数，将暴露在外的弧光掩埋，提高对电弧热能的利用水平；降低料面高度，增大炉壳上部到水冷盖下部的空间，增加炉内空间，保证烟尘可以被很好地捕集，减少烟尘的排放；采用薄料面运行，使还原反应产生的气体均匀排出，降低炉内气体压力，避免喷炉现象的发生。

西安重鑫电炉设备有限公司

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