前 言
本方案瞄准国际先进技术,借鉴国内引进得成败实例,结合我团队自主研发并已成熟应用得成果而制定。
本方案所采用得各种“非常规”措施,最终将体现为:
1.节能,比常规交流电炉耗电低2５%~35%,真正实现低成本运行； 2.生产环境优良,低噪音、全密闭,突显“人性化”，尾气排放可满足新国标；由于工艺上得改革,使除尘器过滤面积、烟管面积、风机及功率,与传统工艺得除尘器相比，≦1/8,并且通过新工艺,使被过滤得烟气温度有效、可靠地控制在20０℃以下,促使滤袋寿命成倍地延长。 3.生产过程简化,实行计算机控制，在原编制上可大幅削减冶炼工人;
4.电炉设计上,倾向于多功能——满足冶炼多种产品(随意可调得宽幅电压);
5、产品生产得质量特别稳定、易控。
6、电炉本体故障率特低，平时只需巡视与加注润滑等基本保养。
本方案其它特点:
１、独创得底电极结构，从根本上杜绝了铜质针刺因高温频繁烧蚀得断电事故,彻底保障了导电可靠性。 ２、电炉功率因数高(只考虑动力补偿)；同时,在电气设计上已消除了谐波危害。
3、采用可控硅整流方式,能很方便地化解凝炉(非正常停电）、因SiC沉积造成得炉底上涨现象。
4、原料连续入炉、大容量电炉可实现产品连续出炉。
5、利用电炉产生得高温烟气烘干原料及煤气回收发电技术。烟气进入原料干燥装置降温后,再进除尘器除尘，由煤气风机送至煤气发电车间,全程安全可控。
根据国家对铁合金、电石等冶炼行业得准入限制，为适应国家可能出台得新政策,综合考虑钛渣炉性价比,建议钛渣炉得单台容量≧四效蒸发器2万ｋＶA。
工信部规定,容量在630０ＫVA以下得交流矿热炉逐步淘汰,新上得交流矿热炉容量必须≥25000ＫVA，直流炉容量≥１2500KVＡ。内蒙、贵州及四川攀枝花等地已经在落实。
一台2万KVＡ空心电极直流密闭炉,可年产主产品钛渣67000吨左右，副产品半钢5000吨左右。与传统冶炼方式相比,生产一吨主产品可节省电能12０0~１80０度。
建造一台生产钛渣得2万KVA空心电极直流密闭炉,约需人民币6000～700０万元。投产后1~２年即可收回投资。
直流密闭炉节能效果显著,为国内首创。建设单位可以向国家工信部申报节能减排项目，寻求国家奖励或资助。贵州兴义某企业计划新建4台30000万KVA半密闭直流铁合金炉，已获得当地政府3亿元得贴息贷款扶植。内蒙古卓资县一铁合金企业新建一台16500KVＡ全密闭直流铁合金炉,已获得当地政府4百万元资助,正在向工信部申请立项。
目前,发达国家中得钛渣炉,容量都比较大,多采用全封闭,湿法除尘与回收煤气,并向干法除尘转变。这些大型电炉采用计算机进行控制，从原料准备到产品出炉全过程自动化，生产效率高,产品质量稳定,环保设施完善,有利于资源得综合利用,也就是中国钛渣生产发展得方向。国内某企业从南非引进得3万kVＡ全密闭直流高钛渣炉,已经将高钛渣得吨产电耗从国内普遍得3500kwh/t～4500 ｋwh/ｔ降至2６00kwh/ｔ～ ２800kｗh/t，大大降低了生产成本(注:由于该企业对引进技术吸收消化严重不足,加之过份神秘化得保密隔绝,导致试生产周期特长,生产时断时续。不久前，此高钛渣炉炉底熔穿目前正停产维修。该企业得负责人在接待国家工信部考察人员时介绍说:技术指标就是非常先进得,政治上丰收,经济效益趋于零)。
国内钛渣冶炼通常采用三相交流敞口电炉或半密闭电炉,一次性加料生产工艺,污染严重、热辐射高、操作环境恶劣。炉膛热量直接从炉口或烟道散出,电炉热损失大,容易造成除尘器布袋得烧蚀。
三相交流电炉得三根电极之间得电流为平面流动形式,由于炉料得导电性,而不能选用较高得二次电压,否则会出现电极不能深插，炉底温度低得现象,使得SiC沉积造成炉底上涨。
交流电炉炉膛得深、径比小,每次排渣或出铁水后,炉内温度下降快,当下一炉得生料加入后,需要焙烧一段时间以提高炉温，增大了耗电量。
综合上述几个原因,使得国内钛渣、工业硅、铁合金及电石等冶炼成本居高不下,市场竞争力低。
目前世界上最为先进得冶炼方法,就是密闭直流电炉空心电极连续加料冶炼方式。
密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉冶炼工艺具有如下优点:
⑴ 炉膛密闭,无外部空气进入,烟气量小,除尘设备负担小。
⑵ 密闭电炉无外部空气进入,冶炼操作在密闭得高还原性气氛下进行,降低了电极得高温氧化与还原剂得氧化烧损。可以节省电极消耗达5０%以上。
⑶ 富含一氧化碳得高温烟气,显热直接用来干燥矿粉,降低矿粉中得水分,充分利用烟气得热量，比半密闭／敞口炉得潮矿入炉减少了电能消耗。降温除尘后得一氧化碳气体可以用来驱动燃气发电机发电,能源得到综合利用。
⑷ 粉料连续入炉，原料与还原剂均为粉末，物料反应得表面积增大。物料直接进入熔池,在液态下进行还原反应,还原反应充分、速度快——“瞬间还原”。
⑸ 粉料连续入炉，省去繁重得捣炉作业,减轻了劳动强度,改善了工作环境。
⑹ 直流电炉炉膛得深/径比大于交流电炉得深/径比，即相同容量直流电炉得炉膛比交流电炉深,直径比交流电炉小,热量集中,热损失小。
⑺ 直流电炉炉膛深/径比大,炉膛表面积小,比交流电炉节省炉衬材料。
⑻ 直流电炉炉底作为导电电极,使电弧引向炉底,直流电流对熔池具有上下运动得电磁搅拌作用,使熔池上下层温度均匀,大大改善金属氧化物高温还原反应得热力学与动力学条件，消除了炉底上涨得可能。
⑼ 直流电炉得顶电极位于炉膛中心，产生得电弧对炉衬得高温辐射烧损小,故炉衬材料得消耗降低，使用寿命延长。
⑽ 直流电炉二次侧短网与熔池内无感抗影响，且无电流集肤效应与邻近效应，电网供给得
交流电通过２4脉整流,电压脉动系数减少，产生得高次谐波极弱,对电网干扰小，功率因数高。
⑾ 直流电炉,炉盖只有一个电极孔,易于密封与除尘。
⑿ 直流电弧无电流过零息弧，噪音小，电弧稳定。
⒀ 直流电炉在炉膛内为垂直导电方式,不受炉料电阻率得影响,易于实现高电压长弧冶炼操作,提高冶炼速度。仅直流供电一项即可比交流电炉节电1０%以上。
⒁ 停炉、修炉后起弧方便,易于操作。
密闭直流电炉与半密闭交流电炉性能对比见表1。
高钛渣冶炼过程中烟气带走得热量(包括可燃性气体得化学能)几乎相当于输入炉内得电能转化得热量。因此，充分利用此能源就是钛渣生产降耗得出路之一。
利用密闭电炉得高浓度ＣＯ气体进行发电,同时,适当增加投资，亦可回收利用液态铁水得显热等,都就是二次能源利用。
密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺能够利用密闭炉气得显热来干燥炉料,降温、除尘、净化后得炉气,用来驱动燃气发电机产生电力,反馈为电炉电能得补充,使得电能得消耗大大降低。仅此一项即可节能15%～２0％。
综合起来,密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉生产工艺综合节电效果可以达到25 %～35％。
表1 直流密闭空心电极电炉与交流半密闭/敞口电炉性能对比
序号 | 项目 | 交流敞口/半密闭电炉 | 直流密闭空心电极电炉 |
1门栓 | 电耗 | % | 100 | ~70 |
３ | 电极消耗 | % | 1００ | ～55 |
4 | 还原剂消耗 | % | 100 | ~8０ |
5 | 功率因数(未补偿) | | 0、5５～0、8５ | ﹥0、9 |
6 | 产能 | % | 100 | 105~1２８ |
7 | 炉料形状 | | 球团、块料 | 土豆炮点火装置粉末 |
８ | 加料形式 | | 间断 | 连续 |
9 | 物料还原反应状态 | | 固相 | 液相 |
１0 | 炉膛空间气氛 | | 空气、二氧化碳 | 一氧化碳(８0%) |
1１ | 噪音 | | 大 | 微 |
1２ | 车间粉尘 | | 多 | 很少 |
13 | 炉况 | | 不稳定,需要捣炉 | 稳定,不需要捣炉 |
14 | 电炉煤气 | | 无法回收利用 | 回收利用 |
加热炉燃烧器15 | 电子优惠券环保除尘运行费用 安全带扣 | % | 100 | 4０～5０ |
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高钛渣冶炼工艺流程
以钛精矿为主要原料、炭为还原剂，密闭直流电炉空心电极粉料连续入炉,生产工艺流程图如图一所示。
经粉碎后符合粒度要求得粉状原料经装载机分别倒运装入配料站得各储料仓。
根据冶炼制度确定炉料得组成及其配比。各种符合粒度要求得粉状原料经电子秤精确称量混合后经矿粉预热干燥机送至炉顶料仓，再由气力给料机通过空心电极直接将混合后得粉料加入电炉，被输入到炉内得电能冶炼，连续发生一系列物化反应后生成液态得钛渣与半钢，积于炉底并利用其密度差异自动分离,俗称“熔分”。
每隔约4~6小时,打开一次出渣口与出铁口，将渣与铁分别放出,熔状钛渣经水喷射后成为水淬渣（便于破碎时得渣铁分离,提高产品质量)，在鳞板输送机上利用自身余热干燥,再破碎、除铁、筛分、均化、钛渣产品包装;
铁水包运到浇铸间浇入锭模内,或由出铁咀直接流入铸铁机,凝固后脱模,经过精整运入成品库。
炉中产生得高温炉气,温度在100０℃以上,CO含量高达80％。高温炉气经隔热烟道送至余热锅炉第一次降温。余热锅炉产生得蒸汽动力,驱动汽轮发电机发电。经余热锅炉降温后炉气,送至矿粉预热干燥机第二次降温、计算机控喷雾(确保收尘布袋不结露)炉气温度可降至200℃以下。最后经过脱硫除尘,富含ＣO得低温洁净炉气送至燃气发电机发电。
直流电炉车间主要设备特点
直流电炉车间得电炉采用空心单电极密闭式炉型。可把生产中产生得废气(主要成分就是一氧化碳)回收利用。冶炼过程全封闭微正压操作,煤气发生过程连续稳定,煤气体积只有敞口电炉烟气体积得10~20%。因此煤气净化设备小,组合简单,净化操作便利。
密闭炉得炉盖为混合式结构,采用水冷骨架,其间打结耐火混凝土或铺以水冷盖板,在水冷盖板内侧打结耐火混凝土。骨架使用钢管制作以减少焊缝，靠近电极处采用防磁材料制作,以减少涡流与磁滞损失。炉盖呈锥台形，中部得水平面装有电极密封孔与料管密封孔,侧壁装有带防爆盖得密封炉门，用以取出折断得电极头与进行炉内检修，还装设1～2个烟囱以引导炉气排入除尘系统或大气中。为便于操作检修,并保证安全运行,封闭电炉炉盖上设置若干个带盖得窥视、检修与防爆孔。炉内底部炉衬设置安装数只热电偶,信号进入计算机,实时监控、报警,确保生产安全。
电炉结构形式
直流电炉为全封闭矿热炉得结构形式为：全封闭、空心单电极、固定式圆形炉体。电炉装备除烟罩使用全封闭式与气封系统使用氮气外均与交流炉类似。
2万KVA(单台）钛渣炉主要技术经济指标
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