電熔鎂爐余熱回收利用技術

張銀梅

文章闡述了電熔鎂企業生產工藝流程，并應用節能減排和資源綜合利用技術，對電熔鎂冷卻過程中流失的余熱進行回收利用，解決電熔鎂生產高耗能、高污染、低效益的現狀，促進企業又好又快可持續發展。

1 概述

鎂作為極為重要的戰略資源，在現代工業中有著舉足輕重的地位，尤其是在國防、冶金、醫藥、電子等行業，鎂和鎂的化合物都有著重要的用途。作為鎂的常見化合物，氧化鎂的用途非常廣泛，其生產主要采用電熔法，經電熔法生成電熔鎂砂。

電熔鎂砂即電熔氧化鎂，是一種優質的高級耐火材料。它具有熔點高、抗氧化和抗渣性強、組織致密、化學性能穩定等特性，被廣泛用于航空航天、核工業、冶金等行業；在航空航天中用作運載工具及導彈彈體的結構材料、火箭發動機的噴嘴；在核工業中被用作核反應堆隔熱材料；在冶金行業中用作電爐干打料、噴補料。目前，很多國家都非常重視電熔鎂砂的生產和應用研究。

遼寧菱鎂礦資源豐富，已探明儲量占全國的85%，世界的20%，且品位高，埋藏淺，易開采，主要分布在鞍山地區的海城、岫巖和營口地區的大石橋。生產電熔鎂的電弧爐在這些地區廣泛分布，且還在繼續增加。僅岫巖縣便有31 家電熔鎂生產企業119 臺電熔鎂爐。電熔鎂企業為高耗能企業，熔煉爐的能耗占企業總能耗的95%以上，特別是在電熔鎂熔煉結束后，爐體經軌道移位進行自然冷卻，冷卻開始時物料表面溫度達到2000℃，即使冷卻到1000℃也會放出大量顯熱，而這些顯熱直接以紅外線向環境釋放，造成熱能嚴重浪費。電熔鎂企業必須依靠科技創新，開發應用節能減排和資源綜合利用技術，對電熔鎂冷卻過程中流失的余熱進行回收利用，解決電熔鎂生產高耗能、高污染、低效益的現狀，促進企業又好又快可持續發展。

2 電熔鎂企業生產工藝流程簡述

將購買的原料—高純輕燒鎂粉送到爐前，人工裝入放置在礦車上的三相電弧爐內，將在爐上方懸吊的石墨電極緩慢放入爐內接觸原料進行大電流放電，產生2750℃以上高溫使原料熔融。在電弧爐熔煉8 小時后，切斷電源并提升電極，爐體經軌道移位進行自然冷卻，使方鎂石晶體從熔體中結晶、長大，冷卻過程中一般需要4 天以上。然后，脫去爐體（脫殼），去掉外層欠熔料（皮砂），即為含MgO 達97%以上的大結晶電熔鎂砂。將去掉皮砂后的砣進行手工破碎，并按MgO 含量不同分級選塊，選好的塊入庫待售。對于需要粉碎的塊，裝入顎式破碎機、對輥式破碎機破碎，再入振動篩篩分成10mm～5mm、5mm～3mm、3mm～1mm、1mm～0mm 四種規格的粒料入庫待售。電弧爐熔煉中產生的粉塵，經除塵系統除塵后排放。（詳見圖1 大結晶電熔鎂砂生產工藝流程）

3 電熔鎂爐余熱回收利用可行性論證

電熔鎂爐余熱利用回收技術可行性分析

電熔鎂熔煉結束后，爐體經軌道移位進行自然冷卻，使方鎂石晶體從熔體中結晶、長大，冷卻過程中一般需要4 天以上。冷卻開始時，物料表面溫度達到2000℃，即使冷卻到1000℃也會放出大量顯熱，以每天熔煉8 爐的電熔鎂企業為例，每爐重6t 計算，理論顯熱4.8×106kJ。而這些顯熱以紅外線向環境釋放，容易回收加以利用。

表1 技術實施的投資收益情況分析

圖1 大結晶電熔鎂砂生產工藝流程

目前岫巖地區電熔鎂企業普遍利用電熔鎂余熱進行冬季采暖，余熱回收利用原理圖如圖2。

首先用鋼板自制“門”型水冷夾套，夾套的大小以不影響爐體進出為標準，如果供暖面積大可設計大些，一次放入4-5 個爐體。向水冷夾套中定期補水，注意保持夾套水位防止燒穿。夾套中的熱水可直接用循環水泵向用戶供熱或熱水，也可經換熱器換熱后向用戶供熱。

圖2 余熱回收利用技術原理圖

企業需要供暖的建筑物主要是辦公樓、職工宿舍、食堂。在電熔鎂余熱未回收前，企業廠內辦公樓、宿舍、食堂供暖利用一臺1t 燃煤小鍋爐。余熱回收利用技術實施后，可解決企業辦公樓、職工宿舍、食堂冬季采暖，節約煤炭消耗約100t/Y。

從技術上分析，電熔鎂爐余熱回收利用工藝簡單可靠，成功經驗多，該技術可行可以實施。

該余熱回收利用技術實施的投資及收益情況見表1。

由上表分析可見，該技術內部收益率大于社會平均收益率（13%），凈現值大于0，且靜態投資回收期短，僅4.4年，低于5年，因此從經濟角度看，本技術是可行的。

電熔鎂爐余熱回收利用的環境可行性分析

電熔鎂爐余熱回收利用技術的實施，可替代企業原有的采暖鍋爐1 臺（容量1t），每年可節煤100t，年減少煙塵排放1.0t，減少SO2排放1.13t，環境效益顯著。因此，從環保角度評估，該技術是可行的。

岫巖縣有31 家電熔鎂生產企業119 臺電熔鎂爐，若將余熱回收利用技術在全縣推廣應用，可替代31 臺燃煤供熱鍋爐，可節約煤炭3100t/Y，減排SO231t/Y，減少SO2排放35.03t，環境效益也很顯著，具有節能、降耗、減污、增效的綜合效能，明顯改善工人高溫操作環境，社會環境效益顯著，具有投資生產價值。該技術對岫巖地區環境空氣質量的改善及節能減排目標的實現具有重要意義，既推動了節能技術的進步，提高能源利用率，又大大減少了污染物排放量，促進節約能源和產業結構優化升級，走循環經濟可持續發展之路，為建設資源節約型、環境友好型社會起到很好的推動作用。