淺談西安重鑫電爐采用新型ZXGY全自動傾倒爐冶煉棕剛玉節(jié)能降耗研究：西安電爐，西安電爐設備，西安電弧爐，西安精煉爐，西安礦熱爐，西安中頻爐 ，西安電渣爐，西安重鑫電爐設備有限公司，http://zjfs168.com.cn中華人民共和國西安重鑫電爐設備公司是專業(yè)從事冶金電爐、雙并、單臺LF精煉爐、真空VD\VOD精煉爐、礦熱爐、電石爐、剛玉爐、電渣爐、大型24脈波中頻感應爐、電阻爐以及除塵設計、生產(chǎn)、開發(fā)的高新技術企業(yè)（0761101B0192），本著技術先進、運行可靠、節(jié)能降耗的原則，置身全球、跟蹤世界冶金領域新技術，科技不斷創(chuàng)新，不斷開發(fā)出適合我國科學社會發(fā)展觀的新一代的冶金電爐產(chǎn)品，全心全意地為國內(nèi)外冶金企業(yè)技術升級、提高質量、降低成本、獲得良好效益服務，先后榮獲國家科委國家專利局七項專利、四項填補國內(nèi)空白，四種爐型首次國內(nèi)外運行并一次成功。

成功地研制出并成功運行中國第一套電弧—LF精煉并聯(lián)爐、我國第一套LF精煉—LF精煉雙工位同時運行并聯(lián)爐、我國第一套ZXGW型釩氮合金立式感應爐，并填補國內(nèi)空白，自制我國第一套全鋁合金導電橫臂、我國第一臺單臂鋼包爐、我國第一臺礦熱爐用全數(shù)字化AC-AC低頻電源、ZXDZ電渣爐、我國最新一代電爐用模糊控制計算機控制系統(tǒng)：專利號200620135948.9、機械組合泵VD真空爐專利號ZL201220060075.6及最新一代引進ZXGY節(jié)能型剛玉爐、ZXDS型電石爐ZXKR型礦熱爐。是掌握最新科技動態(tài)、強有力市場開發(fā)開拓能力與強大設備成套制造能力的優(yōu)勢互補、強強聯(lián)合的共同體。

我公司的能耗指標在同行業(yè)大中小型用爐較低，技術先進性、服務優(yōu)良性在國內(nèi)領先。公司通過ISO9001認證，并榮獲中國產(chǎn)品質量監(jiān)督協(xié)會2007、2008年度“重質量守信譽先進單位”稱號。是解決冶金冶煉的國內(nèi)專業(yè)設計、生產(chǎn)、銷售的定點單位。我公司《電弧爐專利》、《電渣爐專利》、《礦熱爐氣囊抱閘專利》、《釩氮合金爐專利》《24脈波大型中頻爐專利》《雙精煉雙工位LF鋼包精煉爐專利》《機械組合泵VD真空爐專利》，多次榮獲“中華人民共和國國家技術發(fā)明獎評審委員會”授予的一等獎和“中華人民共和國科技進步獎評審委員會”授予的二等獎。

棕剛玉是一種人造工業(yè)原料，廣泛應用于耐火材料工業(yè)、各種材質的固結磨具、涂附磨具和研磨膏等，是國家現(xiàn)代化建設中它又是一個不可缺少的工業(yè)原料。棕剛玉產(chǎn)業(yè)在我國起步較晚，是1951年由當時的沈陽蘇家屯砂輪廠研制成功，至今已經(jīng)走過60多年的里程。半個世紀以來，我國的棕剛玉產(chǎn)業(yè)從無到有，從小到大。

原有剛玉爐問題：

用戶原有爐型結構概述：經(jīng)過到用戶現(xiàn)場考察原傾倒式剛玉電弧爐采用高架式布置，傾爐為機械傳動，電極升降為簡單的電機卷揚機鋼絲繩傳動，電氣控制為簡單的繼電氣控制，功率因數(shù)低無效有功高，能耗高、產(chǎn)量低。

現(xiàn)場實際跟蹤兩爐冶煉，約六個半小時至七個小時一爐，每爐產(chǎn)量約17-18噸（根據(jù)爐長講及實際加入原料噸位），料不好，硅高，爐料板結嚴重；弧光外漏嚴重，爐底上漲，電極下扎性不好，手動送電極，低壓測大電流無檢測，無顯示，不能直接根據(jù)A、B、C三項電流控制三相電極，三相電流無法分別一一對應進行控制，帶相操作，電極升降不能變速；出墻短網(wǎng)及軟連均為干式，橫臂為鐵磁體，報圈、夾頭均為鐵磁體，無功損耗、無效有功功率導致很大；電極無法自動加緊、放松，送電極就的斷電停工，人員上爐操作；

變壓器為風冷。

以上現(xiàn)狀導致功率因數(shù)低，無功損耗大，無效有功大，電能能量制度不合理，電極不能及時從宏觀和微觀跟進，檢測儀表又沒有，工人無法及時看到每相實際低壓電流，而以40-75安代表26243安培顯然太不準確，也太不及時，那么操作時也會浪費能量制度下合理能源，特別是熔化期和精煉期不明朗，送電極還的熱停工，導致能耗大，產(chǎn)量低。

改變方法：

降低冶煉成本

棕剛玉傾倒爐在生產(chǎn)過程中大量消耗電能，是名副其實的“電老虎”。在如何降低耗電量方面，我們經(jīng)過不斷實踐，主要從以下三方面進行改進：

鋁礬土是生產(chǎn)棕剛玉的主要原材料，但它也是鋁工業(yè)、耐火材料工業(yè)和石油工業(yè)的主要原材料。隨著國家工業(yè)化進程的不斷提速以及鋁工業(yè)、耐火材料工業(yè)、石油工業(yè)的飛速發(fā)展，高品位的鋁礬土礦已蹤跡難覓，棕剛玉生產(chǎn)對鋁礬土礦的要求與鋁工業(yè)、耐火材料工業(yè)不同，后者要求鋁礬土礦的品位較低。

我國的棕剛玉生產(chǎn)起初都是用固定爐進行生產(chǎn)的，上世紀70年代出現(xiàn)了傾倒爐生產(chǎn)工藝，目前我國棕剛玉生產(chǎn)使用固定爐和傾倒爐的比例大約為3∶4。不論是固定爐也好或是傾倒爐生產(chǎn)也罷，其生產(chǎn)工藝基本相似，都是以鋁礬土為主要原材料，再配以其它輔助材料在礦熱爐中經(jīng)高溫熔化，經(jīng)一系列的物理化學反應而制得的，是一種能耗比較高的產(chǎn)品，其能耗費用占生產(chǎn)成本的2/5~1/2，因此鋁礬土品質的好壞決定了能耗的高低。上世紀80年代之前，生產(chǎn)棕剛玉所用的鋁礬土其Al2O3含量均為80%左右，鋁硅比為20∶1。用這種高品鋁礬土生產(chǎn)棕剛玉時，固定爐的單位耗電為2600千瓦時左右，傾倒爐單位耗電為2500千瓦時左右。

目前在我國境內(nèi)Al2O3含量達到85%的鋁礬土礦奇缺，或者說已經(jīng)枯竭。現(xiàn)在生產(chǎn)棕剛玉所用的鋁礬土其Al2O3的含量多在70%~80%之間,SiO2含量在5%~15%之間。鋁礬土中SiO2含量的高低對單位耗電的影響顯著，有資料表明，SiO2在鋁礬土中的含量每增加2%時其單位耗電可增加8%~16%。因此，目前各棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)單位耗電都居高不下，固定爐單位耗電達到2800千瓦時左右，傾倒爐單位耗電達到2700千瓦時左右，有些甚至更高，加之電力和原材料價格不斷上漲，使生產(chǎn)成本長期在高位運行，企業(yè)生產(chǎn)成本壓力很大，同時也給節(jié)能減排帶來了巨大的困難。

目前，生產(chǎn)棕剛玉所用鋁礬土的Al2O3含量為70%~75%的礦居多，用這樣的鋁礬土礦去冶煉棕剛玉時單位耗電已在3000千瓦時以上，按當前的電價計算，能耗費用要占生產(chǎn)成本的2/5以上，生產(chǎn)企業(yè)已基本上無利可圖。由于諸多基礎工業(yè)及剛玉制造業(yè)的快速發(fā)展，鋁礬土需求量迅猛增長。由于鋁礬土資源的匱乏，再加上有的礬土供應商和中間環(huán)節(jié)的不規(guī)范行為，棕剛玉冶煉所用的熟鋁礬土數(shù)量難以得到保證，而且質量嚴重下滑，棕剛玉冶煉成本更是節(jié)節(jié)攀升。因此嚴格控制原材料入廠標準，不僅是降低生產(chǎn)能耗的要求，更是企業(yè)生存的需要。

提高自動化水平，合理控制“死區(qū)”和“靈敏度”，改進冶煉設備，提高冶煉效率

1、重鑫ZX-GK04模糊智能自動控制及低壓控制設備  國家專利

ZXGY-7500KVA傾倒式剛玉電弧爐電極升降裝置控制系統(tǒng)采用IPC+PLC 的ZX-GK04模糊智能自動控制及低壓控制設備，技術先進，電極調(diào)節(jié)靈敏，節(jié)能降耗。在保證運行可靠性及安全性的前提下，通過合理設計，電極心圓直徑，使爐襯的浸蝕更為均勻，有效地提高包襯壽命。

ZX-GK04模糊智能自動控制及低壓控制設備  國家專利

低壓控制設備由主操作臺含IPC+IPC、變頻柜、計量、信號柜等組成，可以完成電極升降（手動、自動）、實際三項電流、實際三相電壓表、液壓泵站、事故報警顯示、以及爐體操作計算機控制及畫面參數(shù)實時顯示等功能。本控制系統(tǒng)為本公司專為用戶設計，方便實用，故障率低，提高勞動生產(chǎn)率，為專利節(jié)能產(chǎn)品。

我公司以實際情況出發(fā)，專業(yè)的針對冶煉企業(yè)研制開發(fā)的計算機電極自動調(diào)節(jié)器，可廣泛分品種應用于三相礦熱電弧爐型、煉鋼電弧爐型、鋼包精練爐型等，系統(tǒng)采用當今的先進成熟技術，參考德瑪克電爐控制的先進經(jīng)驗，以目標函數(shù)為追蹤點、以空間分段數(shù)字三維曲線為控制手段，閉環(huán)接合爐子的變頻傳動--工藝-電器一提體化考慮的智能型模糊控制技術，提高勞動生產(chǎn)力，并達到節(jié)能效果，為企業(yè)的技術改造提供了行之有效的辦法。

本調(diào)節(jié)系統(tǒng)由研華IPC610MB/AIMB-736VG/E5300/1G/160G工業(yè)控制計算機、韓國三星、或美國DELLE170S19~21″LED液晶顯示器、高精度穩(wěn)壓電源、UPS不間斷電源（用戶自購）、軍工專用WB信號隔離采集模板，日本三菱FX光電隔離模數(shù)轉換A/D模塊、D/A模塊，日本三菱FX主機可編程控制器、臺灣臺達變頻器及重鑫電爐ZX型專利控制軟件等組成。

一）    主要功能：

1.         自適應功能，20%~150%運行范圍，按照整定值，自動調(diào)節(jié)控制電弧電流；

2.         無干擾仿真畫面直觀逼真，冶煉參數(shù)顯示齊全準確；

3.         以數(shù)字形式顯示電流整定值，實測電弧電流、電弧電壓等參數(shù)，并顯示其歷史曲線及動態(tài)三相平橫棒圖；

4.         顯示通斷電時間及電壓等級等輔助參數(shù)；

5.         顯示班次、爐次等管理參數(shù)；

6.         無干擾切換自動和手動工作狀態(tài)；

7.         預留USB通訊接口，可與上位機連網(wǎng)通訊，實現(xiàn)生產(chǎn)管理信息化；

8.         具有故障自證斷功能；

二）主要技術特點：

1．   操作簡單、直觀，人機對話效果非常友好；

2．   電極升降調(diào)速范圍大，能夠迅速提升電極；

3．   非靈敏區(qū)連續(xù)可調(diào)，可根據(jù)爐況隨時調(diào)節(jié)非靈敏區(qū)的大小；系統(tǒng)響應時間短，調(diào)節(jié)精度高；

4．   穩(wěn)弧快，電流調(diào)節(jié)準確，電網(wǎng)沖擊??；

5．   由于采用PLC光電隔離控制，因而抗電磁干擾能力強，再加上系統(tǒng)采用模塊化設計，工作穩(wěn)定、可靠，故障率極低；

6．   采用PLC編程，可進行較為復雜的計算，如三相功率、電流、電壓平衡控制等，而且程序修改極為方便，合理的死區(qū)設計，確保相對穩(wěn)定性；精確的電流數(shù)字顯示，直觀準確的的操作性能。

7．   操作簡單明了，維護方便；

8．   投資少，見效快。

9．   工藝性極強、軟件編程先進。

10．      電極升降速度為變頻調(diào)速，根據(jù)設定電流和實際電流變化隨動。

11．      自動控制在熔煉期和精煉期采用不同參數(shù)，空間曲線立體模糊控制。

手動、自動隨意切換、全程記錄。

縮短短網(wǎng)的長度?？s短短網(wǎng)的具體措施有以下幾個：電爐變壓器要在滿足安全距離和操作間距的情況下盡量靠近爐體，在變壓器下加支持底座，使各段短網(wǎng)處于同一水平面上，變壓器低壓出線的中部位置與短網(wǎng)的水平面的高度相等，這樣就省略了從變壓器出線至短網(wǎng)水平面這一段。

減少接觸電阻。為了減少短網(wǎng)電阻，短網(wǎng)各部分連接方式應盡量采用焊接，或減少接頭或增大接觸面積，并有足夠的接觸壓力，以減少短網(wǎng)各部分的接觸電阻。

傾倒爐短網(wǎng)的接頭較多，而通過短網(wǎng)的電流很大。連接不良，就會使接觸電阻增大，不但會增大短網(wǎng)的功率損耗，還可能燒毀接頭。因此應盡量減少接頭，對不拆卸的接頭應采用焊接的方法或增大接觸面積，接觸面應保持清潔平整，使之有足夠的壓力。

此外，可采取的改進措施還包括降低短網(wǎng)溫度、改進電極把持器、減少附加電阻、改進循環(huán)水冷卻方式等等，方式眾多，在此不一一贅述。

改進冶煉工藝

半個多世紀以來，棕剛玉生產(chǎn)仍沿用傳統(tǒng)的工藝，從未改變。隨著時代的變遷、礦產(chǎn)資源銳減、礦產(chǎn)品的質量不斷下降、原材料和能源價格的不斷提升，節(jié)能減排任務日趨繁重，棕剛玉生產(chǎn)已經(jīng)四面楚歌，如果在技術上沒有新的突破，可以預測十年之后生產(chǎn)棕剛玉的單位能耗及生產(chǎn)成本均會出現(xiàn)驚人的大幅上升，一部分棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)也會因此而被迫關停。按照目前市場價格為不變價進行測算，屆時棕剛玉的生產(chǎn)成本將穩(wěn)定在4500元~5000元/噸，節(jié)能減排將成為不可逾越的難題。鑒于以上各種因素，未來的棕剛玉生產(chǎn)和發(fā)展必須在科學發(fā)展觀的指導下盡快轉變生產(chǎn)發(fā)展方式，走技術創(chuàng)新之路。

棕剛玉的冶煉工藝過程分為起弧、熔煉、控制、精煉4個階段。

起弧是棕剛玉冶煉的前提，為使三相電極之間電流相同，要擺放起弧焦。起弧焦擺放時，先加少量礬土，平整爐底，電極稍離爐底。用鐵屑與碳?；旌弦砸欢ㄐ螤钿佋O在爐池中心，三根電極下部多鋪設起弧焦，使三相電極互相成通路。起弧焦擺放方法有3種：星形擺放法、實心三角形擺放法和空心三角形擺放法。經(jīng)過實踐對比選擇星形擺放法，其優(yōu)點是起弧焦用量少，爐內(nèi)增碳少，起弧快，熱量集中在爐池中心。

擺放好起弧焦后進行送電起弧，落下三相電極至起弧焦上，看到弧光和聽到電弧聲時，說明已經(jīng)起弧。待電流升至正常負荷的20%～50%時，在電極外側和弧光區(qū)加少量爐料壓住弧光。待電流上升到80%負荷時，正常加料，進入熔煉階段。

熔煉占全部冶煉時間的80%以上，能有效把握棕剛玉冶煉的熔煉階段是十分重要。在熔煉階段，要使爐料熔化成液態(tài)，使雜質還原，生成鐵合金并與剛玉溶液分離。在熔煉過程中，要不斷地用沾棍對熔液質量檢查做出必要的爐前調(diào)整，還要防止各種“反常現(xiàn)象”的發(fā)生。根據(jù)熔煉程度料層會緩慢下落，保證爐內(nèi)熔液充足在熔煉過程中要進行投料，投料以加滿電爐使熔煉期終了為主要目標。新工藝改進主要是更進一步掌控熔煉階段這一重要環(huán)節(jié)，熔煉階段是關系著冶煉生產(chǎn)安全、能源消耗、冶煉單位時間利用、煙塵排放和工人勞動強度的重要環(huán)節(jié)。

所謂控制就是在一定時期內(nèi)，停止加料，讓爐內(nèi)的料盡量熔融和還原，并使熔化面積向外擴大。爐況控制得好，溶液緩慢上升，整個料面就均勻下沉，料下得多，熔化得快。在控制期內(nèi)，應盡量把熱量用到擴大熔化面積上，待結束后在投入爐邊預熱料繼續(xù)熔煉。在控制期內(nèi)，如果爐料并未完全熔融，應避免溶液溫度降低讓爐料緩慢進入熔液，這樣就會造成弧光暴露在外，爐內(nèi)熱損失大，電能損耗過大。

精煉的目的是把雜質充分還原，使鐵合金較好地沉淀聚集，爐內(nèi)氣體暢通排出，同時進一步提高熔液溫度和擴大熔化面積。電爐轉入精煉時要停止加料，采用低電壓，使投入的爐料盡量熔化。精煉充分的特征是：爐內(nèi)料層很薄，電極周圍的爐料和熔液緊緊相貼，液面十分穩(wěn)定；三相電極電流表指針穩(wěn)定。電極根逸出氣體不多，電弧聲一致不間斷。精煉期如果控制不好會過分地增加電能的消耗。精煉的好壞直接影響剛玉的質量和產(chǎn)量。

在長期的實踐過程中，我們對冶煉工藝不斷進行改進，摸索出一套適合生產(chǎn)現(xiàn)狀的冶煉新方法。傾倒爐冶煉新工藝結合了自身條件，在冶煉過程中可以調(diào)整碳量的配比，彌補了因化驗誤差、配方不準導致爐況不穩(wěn)定的缺陷；增加補料次數(shù)，將暴露在外的弧光掩埋，提高對電弧熱能的利用水平；降低料面高度，增大爐殼上部到水冷蓋下部的空間，增加爐內(nèi)空間，保證煙塵可以被很好地捕集，減少煙塵的排放；采用薄料面運行，使還原反應產(chǎn)生的氣體均勻排出，降低爐內(nèi)氣體壓力，避免噴爐現(xiàn)象的發(fā)生。

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