电热法冶炼铝硅合金用矿热炉

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1、电热法冶炼铝硅合金用矿热炉电热法冶J炼铝硅合金用(东北大学沈阳11ooo~)摘要根据冶炼铝硅舍盒的工艺特点.国内外的实践经验以及作者的研究结果.对几种典壹的矿热炉进行了分析和讨论.提出:各种规模的直漉矿热炉都适于冶炼铝硅台盒,而三相交流矿辨炉只有在曲率选刊100O~.VA以上(最好1650CkVA以上)才俄糟足冶炼铝硅合盒的工艺要求.关■词电热法铝硅合盒直流矿热炉——～——～-———一我国自60年代开展电热法冶炼铝硅合金试验研究以来,一直试图生产含AI50%以上的铝硅合金.试验用炉主要为三相交流矿热炉,电炉功率从250kVA到6300kVA不等.这些试验积累了一些宝贵的

2、经验和资料.但均未能实现铝硅合金的工业化生产.试验中遇到的主要困难是炉底上涨.其原因大致可归纳为以下三个方面:(1)炉底功率密度低,使伴随合金液进人炉底的半反应炉料不能继续完成反应而凝结:(2)电参数不合适,电压过高或电流电压比过低,造成下料速度快于反应速度,甚至塌料,使大量生料,半反应料直接落人炉底.(3)配碳量过高.AlzO,不能将Sic全部消耗掉,剩余的Sic就会向炉底沉积,引起炉底上涨.(2)和(3)两类炉底上涨可通过合理调整电参数和正确控制配碳量来解决,而(1)类炉底上涨则与所用矿热炉的类型和电炉功率有关,即使采用了合理的工作制度和正确的配方,如果电炉选择不当

3、,也会使冶炼不能正常进行.近年来.我们用lC0kVA和1800kVA直流矿热炉进行了试验,结果表明,矿热炉具有足够高的炉底功率密度,对铝硅合金的冶炼是非常重要的,在这样的电炉上生产含铝5o%～6o%的铝硅合金,可以抑制炉底上fIIf涨.总结我们的试验和国内外的冶炼实践,笔者认为变直流电炉虽然均可用于冶炼铝硅合金,但在冶炼含铝量较高的合金产品时,不同类型的矿热炉有各自的适用范围,使用者应根据工艺要求及生产规模做出合理的选择.1电热法冶炼铝硅合金的工艺特点(1)还原温度高.一般认为冶炼金属硅时的还原温度为1854℃.而冶炼铝硅合金时的还原温度为2O00℃～2100℃(13.

4、(2)与冶炼金属硅相比,电极埋人较擐,能量向炉膛下部集中,上层炉料温度相对较低.(3)要求反应区必须具有足够高的功率密度.当炉料进人反应区后,能够迅速升温至还原温度,在熔化之前完成反应.同时,炉料升温速度快有利于减少sic和Al?C3的生成量.生成这些物质的反应温度为1500℃～1700℃.炉料应减少在这一温度段的滞留时间.(4)炉底温度高,功率密度大.冶炼过程中总有一些来完全反应的炉料髓合金产物一起落人炉底.当炉底功率密度足够大,温度足够高时,这些半反应炉料可在炉底继续完成反应,即使部分形成炉渣,也能呈液态,在37出炉时照台金液一起排出.若炉底功率密度不足,温度较低,

5、则这些半反应炉科将形成炉渣,在炉底凝结,导致炉底上涨.2几种矿热炉的工作特点2'1三相交流矿热炉(1)电流分布三相交流炉通常采用三根电报,布置在正三角形的三个顶点上.电流经三根电极输人炉内后,形成电弧电流和炉料电流.电弧在电极端部和炉底间的空腔中燃烧,能量由此在炉底释放,电弧电流越大,超有利于能量向炉底及反应区集中.炉料电流在三根电极倒部的炉料中流动,电极和侧部炭衬之间的炉料中也存在电流.输人炉内的部分能量以电阻热的方式在炉料中释放,炉料电流超大,分散在料层中的能量越多.炉料电流在总电流中占有相当大比倒,它不仅在料层下部高温区流过,也在料层中部,有时甚至在上部流过.如图

6、l所示.三相交流电炉的这种电流分布特性不利于能量向反应区和炉底集中.圈1三相交流炉炉膛内的电流分布I一电楹;2--炉料;3一音盒藏;4一导电炉底(2)炉底功率密度三相电炉的炉底功率密度与电炉的总功率有关,电炉功率越大,炉底功率密度越高.表l中列出了一些冶炼工业硅用三相交流电炉的炉底功率密度数据.表1部分三相交流工业硅炉的炉J葭功率密度表中数据表明,功率较小的三相交流炉的炉底功率密度较低.用这样的电炉冶炼含铝5o%以上的铝硅台金时,很难抑材炉底上涨.用缩小炉膛和撮心圜尺寸的办法提高炉底功率密度是不可取的,因为炉辩电流会因此而增大,使更多能量分散到料层中,达不到将能量集中于

7、炉底和反应区的目的.从表中数据可以看出,通过增大电炉功率可以提高炉底功率密度,当电炉功率增大到一定程度时,三相交流炉亦可满足冶炼铝硅合金的要求.因此,若用三相交流炉冶炼铝硅合金,必颓采用大功率电炉.2.2单相单电极交流炉(1)电流分布单相单电极交流炉采用l根电极,以导电炉底做另一极.工作时全部电流都流经炉底,投有三相交流炉上鄢种侧部炉料电流.转入炉内的能量主要在电弧区释放,使能量在反应区和炉底得到高度集中.(2)炉底珊率密度.单电报的单相交流炉的炉膛内经和炉底面积较三相交流炉大为缩小,容易得到很高韵功率密度.用这种电炉冶炼铝硅台金,炉底热