電熔鎂爐的設備特點及發展

張大方，陳 平

(西安星源爐業科技有限公司，陜西 西安 710061)

電熔鎂砂既是一種熔點高、結晶粒大、結構致密、抗渣性強、化學性能穩定的堿性鎂質耐火材料，又是一種優質的高溫電氣絕緣材料，被廣泛應用于冶金、建材、玻璃、石化、水泥、光學元件、國防、航天等領域。我國是鎂質資源大國，也是目前全球最大的電熔鎂砂生產國。而我國的電熔鎂產業“能耗高”“污染高”、產品“品位低”，已成為制約該產業發展的瓶頸問題，大力推進產業系統節能減排新工藝及設備的研發勢在必行。

本文就遼寧某廠新上電熔鎂爐的使用效果和結構特點進行了對比研究，并對一些現場存在的實際問題進行了分析，最后提出一些對未來電熔鎂爐發展方向的思考。

1 新型設備的對比研究

新型設備的生產原始數據如表1所示。

表1 遼寧某新廠的部分生產原始數據

設備參數：變壓器功率6 300 kVA，工作電壓251 V，電極525 mm，爐殼直徑2 800 mm，爐殼高度5 500 mm。

其中第6爐加入15%的返燒料，可以看到單耗大幅降低。

該廠新型設備與其他廠家指標對比見表2。

表2 與其他廠家的指標對比

通過以上對比，某新廠在單爐產量及節能方面有非常大的提高，而且在產品質量方面也有較大提高，其98率在37%～46%，一般廠家的98率在30%左右。按照目前國內的鎂砂市場行情，96砂賠錢、97砂微利、98砂掙錢，對于電熔鎂廠家來說設備冶煉的單耗和98品率將成為市場生存的關鍵因素。

該新廠的設備與其他工廠對比見表3。

通過表3可以看出，某新廠的設備有了非常多的改變，主要區別在爐蓋、短網、電極升降系統、調節器控制系統等方面。

表3 新廠與其他工廠設備對比

該新廠設備在實際運行當中，可以看到其功率因素和電效率均較高，對電網的沖擊和影響較小。變壓器的選擇應盡量降低短路阻抗，二次壓降設定為8～10 V較合理。優化設計短網系統對于降低能耗尤為重要，不僅要降低系統阻抗，還要盡量降低三相阻抗不平衡系數。

關于電極升降系統，目前大多數工廠都不太重視，整個系統都比較簡陋，做得比較好的單位，也就是采用齒條升降加變頻器控制。新廠采用了新型短網、導電橫臂、復銅卡籠等新結構，極大地減小了短網阻抗和三相不平衡度，起到了明顯的節電效果。電極升降控制采用了液壓比例閥加PLC控制，使整個系統的穩定性和反應靈敏度大幅提高，這樣有利于電弧的穩定，并提高功率因數和電效率，對于爐子節能也非常重要。

2 設備特點分析

(1)關于使用再生電極的問題，目前用戶從降低成本的角度考慮是有道理，因為高功率石墨電極目前的國內價格是再生電極的3倍以上，而消耗量僅能節省大約35%左右。但它對于提高鎂砂產品質量有制約，而且它限制了電熔鎂爐的大型化發展。目前最大的再生電極是525 mm，今后是追求更大直徑的再生電極，還是用普通功率的石墨電極，或者采用石墨化電極，這個問題有待相關廠家進行綜合成本及效益的對比研究。

(2)對于爐蓋的采用，其收塵效果非常理想，但因視線受影響對于習慣無爐蓋操作的爐工來說常感到不方便。如何解決既要保留爐蓋，又要方便觀察和加料均勻，希望能推出更加合理的結構方案。

(3)關于冶煉工藝的討論，是采用全埋弧冶煉還是采用半埋弧冶煉，這決定了爐體的尺寸和熔坨的形狀。目前國內這兩種工藝都有使用。全埋弧適用于塊料和壓球料，爐體瘦高，熔坨呈三角柱狀，電極和短網長、電損失大、熱損失小；而半埋弧適用于小顆粒料和粉料，爐體矮胖，熔坨呈豐滿圓柱狀，電極和短網短、電損失小、熱損失大。這兩種工藝從設備特性上說各有優劣，總體說半埋弧冶煉的單位電耗肯定偏高，但目前尚沒有對這兩種工藝的鎂砂產品品質方面的對比數據，因此還需要有興趣的同行繼續研究。

(4)關于工頻電源、低頻電源和直流電源三種供電方式的探討：①三相工頻電源功率易大型化，設備簡單投資小，電壓閃變對電網的沖擊最大，熔坨三角區雜質多。②三相低頻電源設備投資加大，可減小電壓閃變對電網的沖擊，熔坨質量無改善。③直流電源設備投資最大，無閃變影響，熔坨質量最好。

從以上比較看出三種電源各有利弊。從電熔鎂爐的冶煉特性來看，它的電流短路沖擊較小，所以采用低頻電源來改善電網狀況的作用不明顯，其使用價值不大。直流電源有利于雜質向外側析出，可以明顯改善熔坨質量，且有降低電耗和降低電極消耗的作用，因此很值得推廣。但因其設備投資加大、維護成本高，建議在生產高純氧化鎂或氧化鎂單晶等高附加值產品時考慮采用。

(5)爐體升降的作用和價值。目前電熔鎂爐基本都采用全埋弧冶煉，爐體均為瘦高型，因為要保證單爐冶煉周期達到10 h，爐體高度大多采用5.5～6 m高，這樣造成電極行程很大，短網長度加大，短網上的有功損耗加大。如果采用爐體升降架將爐體和爐車一起抬升，可以大幅減小電極行程和短網長度，有利于降低電耗。假設爐殼采用4 m加2 m高的結構，電極行程縮短2 m，那么短網阻抗將可減小約15%，這是非常有價值的。但是這樣做就必須將爐殼，在冶煉過程當中進行2～3次接長，這個工作在無爐蓋狀態下容易完成，而在配置爐蓋以后，再想接長爐體就很困難了。

3 電熔鎂爐設備的發展方向

(1)在電熔鎂爐配置爐蓋后，將冶煉煙氣經過兩級除塵，再將凈化和冷卻后的煙氣接入CO2回收系統。

(2)采用可自動夾緊的電極卡籠。

(3)解決自動加料的問題，實現無爐前工操作。

(4)解決電極調節器在起熔階段的自動控制問題，實現多爐集中控制，減少控制臺操作工數量。

(5)解決爐內熱成像問題，實現在控制室對爐內狀況的實時觀察。

(6)采用全自動控制的爐車步進機系統。

(7)實現整個流程的全密閉無塵化。

(8)采用余熱鍋爐最大限度地回收利用熔坨余熱。

4 總 結

通過對遼寧某廠新上6 300 kVA電熔鎂爐的實踐摸索，總結出電熔鎂爐設備的發展，還有很多要研究和改的課題，主要包括CO2回收、節能降耗、設備大型化、全密閉無塵化、提高自動化水平、余熱回收六個大方向，由于篇幅所限，很多具體細節這里不再詳述。

本文由于作者的水平有限，論述錯誤在所難免，但希望通過本文的發表，作為拋磚引玉能引起行業共鳴和專家們的重視，通過各方有識之士的共同努力，使我國的電熔鎂行業裝備水平更上一層樓。