CN112940820B - 一种硅铁生产用混合兰炭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅铁生产技术领域，具体涉及一种硅铁生产用兰炭搭配方法，根据不同兰炭的机械强度值、比电阻值进行搭配使用，其中机械强度加权平均值为0.500～0.600，比电阻加权平均值为≧800mΩ·m，搭配种类为3种或4种兰炭，兰炭粒度范围为5～15mm，超出粒度范围<5％，机械强度测试方法采用自定义测试方法。本发明的优点：具有适用性强、易于操作、快速、生产效果好的特点，便于生产现场应用，促进兰炭、铁合金行业精细化发展。
Description
技术领域
本发明涉及硅铁生产技术领域，具体涉及一种硅铁生产用兰炭搭配方法。
背景技术
兰炭又称半焦、焦粉，是利用神府煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的，近年来，我国的兰炭产业有了迅速发展，年产量已达5000万吨。兰炭结构为块状，粒度一般在3mm以上，颜色呈浅黑色，作为一种新型的炭素材料，以其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、铝低、硫低、磷低的特性，已逐步取代冶金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁、碳化硅等产品的生产，成为一种不可替代的炭素材料。
兰炭的质量受多种因素的影响，主要包括原料煤煤种、原料煤粒度、熄焦工艺等因素，尤其受国家政策、成本方面的考虑，原料煤煤种变动较大，直接导致兰炭产品质量波动较大。多年生产实践表明，以兰炭为还原剂生产硅铁，具有降耗、增产及提高产品质量的显著优点。
但在兰炭的认识上存在较大的误区，尤其是兰炭机械强度一直没有引起足够重视，致使兰炭产品不能物尽其用，造成了较大的浪费。例如硅铁生产上通常采用摔打、脚踩的方式衡量兰炭机械强度的高低，来进行兰炭的搭配用于硅铁生产，难以量化指导生产，且仅凭经验感性判断难以满足精细化生产要求，经常造成矿热炉炉况不稳定、电耗增加、塌料、产品品级率下降、炉内反应不畅等现象，带来了极大的经济损失和能源浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硅铁生产用混合兰炭。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种硅铁生产用混合兰炭，所述混合兰炭包含3-4种兰炭原料，所述兰炭原料的机械强度加权平均值为0.500～0.600，比电阻加权平均值≧800mΩ·m。
优选地，所述兰炭原料中，其机械强度最大值与最小值之和为1.000～1.120；优选地，所述原料中，其机械强度最大值为0.550～0.700，最小值≧0.400。
优选地，所述兰炭原料中，其比电阻最大值与最小值之和≧1200mΩ·m；其比电阻最大值≧1000mΩ·m、最小值≧150mΩ·m。
优选地，所述兰炭原料含固定碳82～86wt％，灰分≦9wt％，挥发分为6～10wt％，水分≦16wt％，全硫≦0.50wt％，磷≦0.02wt％。
优选地，所述兰炭原料的粒度范围在5～15mm的占比＞95％。
优选地，所述兰炭原料机械强度的测定方法包括如下步骤：
S1：取兰炭原料样品，筛分，得8-13mm的兰炭样品；
S2：测试：
(1)分别称取等质量的兰炭样品置于球磨装置1和球磨装置2中，分别记作m总-1、m总-2；并在球磨装置1和球磨装置2中放入磨球；
(2)设置球磨装置1和球磨装置2自转速度为280-300r/min，公转与自转的转速比为1：1-4，开始球磨；优选地，自转是顺时针转动，公转是360度顺时针翻转；
(3)球磨结束后，将球磨后兰炭样品筛分，称量球磨后8-13mm的样品质量，记作m8-1、m8-2；
S3：结果计算如下：
兰炭的机械强度按下式计算：
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率；
m总-1——球磨装置1放入兰炭样品的总质量；
m总-2——球磨装置2放入兰炭样品的总质量；
m8-1——球磨装置1处理后8～13mm的样品质量；
m8-2——球磨装置2处理后8～13mm的样品质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征。
优选地，所述球磨结束为球磨4-6min后，停止球磨；
优选地，所述S1包括取兰炭原料样品1500-1600g，筛分选取8～13mm的样品，缩分至280-320g备用；
优选地，S2中所述称取等质量的兰炭样品为称取140-160g兰炭样品；所述磨球为氧化铝磨球，所述氧化铝磨球的数量为5-8个；
优选地，所述磨球的直径为20mm。
优选地，所述S2的测试采用PL-2L球磨机，所述球磨装置1和球磨装置2为对位球磨罐；
优选地，所述PL-2L球磨机的传动比设定为0.38，公、自转总成翻转周期均为0.8-1.2min；
优选地，在所述PL-2L球磨机启动时，设置加速时间为4-6s，加速速率从0.5Hz到50Hz；
PL-2L球磨机停止时，设定减速时间为4-6s，加速速率从50Hz到0.5Hz。
本发明的另一目的在于一种上述混合兰炭的制备方法，包括如下步骤：先测定兰炭原料的机械强度和比电阻，再选出3-4种上述兰炭原料搭配为混合兰炭，使混合兰炭的机械强度加权平均值为0.500～0.600，比电阻加权平均值≧800mΩ·m。
本发明的再一目的是提供一种硅铁生产方法，所述硅铁生产的原料包括上述任意一项所述的混合兰炭；
优选地，所述硅铁生产在矿热炉中进行，矿热炉的一次电压为30-40KV，二次电压为196～204V，一次电流为560-590A，二次电流为90-110KA，功率为21000-25000KW，功率因素为0.65～0.70；
优选地，所述矿热炉变压器容量为30-35MVA；
优选地，所述述矿热炉炉壳直径为10050-10060mm，炉膛直径为7700-7900mm，炉膛深度为2800-2900mm，电极直径为1200-1400mm，极心圆直径为3100-3300mm；
优选地，所述矿热炉为33MVA矿热炉。
本发明上述矿热炉几何参数和电气参数均为当前硅铁生产用矿热炉的常规配置。
本发明的有益效果：
1.本发明在现有进厂兰炭检验标准的基础上，建立基于兰炭机械强度+比电阻综合测定的搭配原则，量化指导生产中的兰炭配比，从而为硅铁生产企业提供兰炭搭配依据，降低采购成本，保障生产部门稳定生产、提高生产效率，降低生产成本。
2.本发明的兰炭搭配种类为3种或4种兰炭，有利于生产的稳定以及配料的连续性，降低采购成本。本发明中当兰炭搭配种类小于3种时，兰炭机械强度波动容易造成矿热炉内主反应发生变化，进而使生产运行不畅，吨电耗增加，经济性运行指标降低，产品品级率下降等不利，造成了经济损失及资源浪费；当兰炭搭配种类大于4种时，容易造成配料麻烦，增加配料工作量和配料难度。
3.本发明的一种硅铁生产用兰炭搭配方法，具有适用性强、易于操作、快速、生产效果好的特点，便于生产现场应用。
4.本发明解决了兰炭品质波动较大带来的生产指标降低，尤其是强度变化难以量化搭配的难题，提升矿热炉生产的稳定性；
5.本发明方法可以针对不同兰炭，建立相对应的兰炭搭配方法，从而降低吨电耗，提高日产量，降低硅铁生产成本。
附图说明
图1为硅铁生产工艺流程图。
具体实施方式
以下提供本发明一种硅铁生产用兰炭搭配方法的具体实施方式，但本发明不限于所提供的实施例。
实施例
一种硅铁生产用兰炭搭配方法
1、先测定10个不同厂家粒度5-15mm的兰炭原料的机械强度和比电阻，测定方法如1.1和1.2，结果如表1，然后再将3-4种兰炭原料搭配作为混合兰炭，具体搭配组合如下表1所示。
表中兰炭原料成分经测定均在如下范围中：固定碳(FCd)为82～86wt％，灰分(Ad)≦9wt％，挥发分(Vad)为6～10wt％，水分(Mt)≦16wt％，全硫(St,d)≦0.50wt％，磷(Pd)≦0.02wt％。
1.1兰炭原料机械强度的测定方法如下：
(1)接通PL-2L球磨机电源，并设置自转速度为300r/min，转速比(公转：自转)为1：2；
(2)分别准确称取150g(精确到0.1g)置于1#、2#对位球磨罐中，分别记作m总-1、m总-2，并在球磨罐中各放入7个直径为20mm的氧化铝磨球；
(3)确认转筒安装牢固，盖上保护罩，开启翻转按钮，点击RUN并开始计时；
(4)样品球磨5min后，点击STOP关闭球磨机，待转动停止时取出样品采用标准筛筛分，称量8～13mm的样品质量记作m8-1、m8-2；
结果计算：
兰炭的机械强度按下式计算，结果保留三位小数；
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率(1#、2#球磨罐平均值)
m总-1——1#球磨罐放入样品的总质量
m总-2——2#球磨罐放入样品的总质量
m8-1——1#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量
m8-2——2#球磨罐处理后8～13mm筛余的质量
以R8数值作为兰炭机械强度表征，R8越大，兰炭机械强度越高。
其中，PL-2L球磨机为卓的仪器设备(上海)有限公司制造的全方位行星式球磨机。
测试方法中的PL-2L球磨机设置，加速时间为5s(加速速率从启动0.5Hz到50Hz的时间)，减速时间为5s(加速速率从启动50Hz到0.5Hz的时间)，传动比设定值为0.38，公、自转总成翻转周期为1min。
1.2所述的兰炭比电阻采用HTJT-2H型全自动焦炭电阻率测定仪测定，压力设置为3.9MPa。
表1实施例与对比例混合兰炭搭配情况
2、采用实施例与对比例的混合兰炭生产硅铁，具体步骤如下：
2.1硅铁生产主要原料有硅石、兰炭、铁制品三种，原料入炉前需要进行预处理，将硅石杂质去除，粒度在80-160mm；铁制品铁含量要求≥60％，兰炭采用表1搭配的混合兰炭；三种硅石、兰炭与铁制品的质量比为1.7:1:0.35混合，进入33MVA矿热炉内；一次电压为35KV，二次电压为204V，一次电流为577A，二次电流为101KA，功率为25000KW，功率因素为0.65～0.80；
2.2硅铁冶炼的物化反应：SiO2+2C＝Si+2CO，以炭夺取SiO2中的氧、生成气态的CO通过炉料从炉口逸出把硅还原出来；
2.3.矿热炉有一台变压器给电极提供电能，三相交流电通过三根电极，形成三相电弧产生高温热量以及炉料和电极的本身阻抗发热来对炉料进行融化，融化的炉料以碳作为还原剂在炉体内进行氧化还原反应，硅铁水通过炉眼流到铁水包(硅铁熔包)内，将硅铁水浇注冷却后进入成品加工车间得到需要的75#硅铁产品。
3、33MVA矿热炉月生产的75#硅铁的品级率、单耗、产量、电耗和生产成本的结果见表2。
表2采用实施例与对比例混合兰炭生产硅铁的各指标情况
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
Claims (14)
1.一种硅铁生产用混合兰炭，其特征在于，所述混合兰炭包含3-4种兰炭原料，所述兰炭原料的机械强度加权平均值为0.500～0.600，比电阻加权平均值≧800mΩ·m；
所述兰炭原料机械强度的测定方法包括如下步骤：
S1：取兰炭原料样品，筛分，得8-13mm的兰炭样品；
S2：测试：
(1)分别称取等质量的兰炭样品置于球磨装置1和球磨装置2中，分别记作m总-1、m总-2；并在球磨装置1和球磨装置2中放入磨球；
(2)设置球磨装置1和球磨装置2自转速度为280-300r/min，公转与自转的转速比为1：1-4，开始球磨；
(3)球磨结束后，将球磨后兰炭样品筛分，称量球磨后8-13mm的样品质量，记作m8-1、m8-2；
S3：结果计算如下：
兰炭的机械强度按下式计算：
式中：
R8——粒度为8～13mm所占比率；
m总-1——球磨装置1放入兰炭样品的总质量；
m总-2——球磨装置2放入兰炭样品的总质量；
m8-1——球磨装置1处理后8～13mm的样品质量；
m8-2——球磨装置2处理后8～13mm的样品质量；
以R8数值作为兰炭机械强度表征。
2.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述兰炭原料中，其机械强度最大值与最小值之和为1.000～1.120；其机械强度最大值为0.550～0.700，最小值≧0.400。
3.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述兰炭原料中，其比电阻最大值与最小值之和≧1200mΩ·m；其比电阻最大值≧1000mΩ·m，最小值≧150mΩ·m。
4.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述兰炭原料含固定碳82～86wt％，灰分≦9wt％，挥发分为6～10wt％，水分≦16wt％，全硫≦0.50wt％，磷≦0.02wt％。
5.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述兰炭原料的粒度范围在5～15mm的占比＞95％。
6.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，步骤(2)中所述自转是顺时针转动，公转是360度顺时针翻转。
7.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述球磨结束为球磨4-6min后，停止球磨。
8.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述S1步骤包括：取兰炭原料样品1500-1600g，筛分选取8～13mm的样品，缩分至280-320g备用。
9.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，S2中所述称取等质量的兰炭样品为称取140-160g兰炭样品；所述磨球为氧化铝磨球，所述氧化铝磨球的数量为5-8个。
10.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述磨球的直径为20mm。
11.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，所述球磨机的传动比设定为0.38，公转、自转总成翻转周期均为0.8-1.2min。
12.根据权利要求1所述的混合兰炭，其特征在于，在所述球磨机启动时，设置加速时间为4-6s，加速速率从0.5Hz到50Hz；在球磨机停止时，设定减速时间为4-6s，减速速率从50Hz到0.5Hz。
13.一种根据权利要求1-12任意一项所述的混合兰炭的制备方法，包括如下步骤：先测定兰炭原料的机械强度和比电阻，再选出3-4种上述兰炭原料搭配为混合兰炭，使混合兰炭的机械强度加权平均值为0.500～0.600，比电阻加权平均值≧800mΩ·m。
14.一种硅铁生产方法，其特征在于，所述硅铁生产的原料包括根据权利要求1-12任意一项所述的混合兰炭；所述硅铁生产在矿热炉中进行，矿热炉的一次电压为30-40KV，二次电压为196～204V，一次电流为560-590A，二次电流为90-110KA，功率为21000-25000KW，功率因素为0.65～0.70；所述矿热炉变压器容量为30-35MVA；所述矿热炉炉壳直径为10050-10060mm，炉膛直径为7700-7900mm，炉膛深度为2800-2900mm，电极直径为1200-1400mm，极心圆直径为3100-3300mm；所述矿热炉为33MVA矿热炉。
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