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75%硅铁是炼钢和铸造等工业不可缺少的原
一、前言
75%硅铁是炼钢和铸造等工业不可缺少的原料，约占铁合金总产量305。生产一吨75%硅铁耗电8300－10500度，我国一年用于生产75%硅铁的总耗电量在32亿度以上，占全国总用电量的1%以上，是最大的用电户之一。电费在75%在硅铁总成本中占65－70%。降低电耗是生产75%硅铁节能增益的重要坏节。
原料、设备和操作等的改进，都能使75%硅铁电耗降低。1979年8月至1684年1月，我们进行了四个阶段的研究，掌握了炭平衡、焦炭最大使用粒度选择、粒度搭配、提高极心园功率密度，共节电2000万度。在此基础上，我们对本厂75%硅铁电炉的参数和所用原料的性质作了分析，放大了炉膛直径，控制合适的低料面，随焦炭比电阻变化采用相应的平均粒度，使工艺控制合理，75%硅铁电耗降低，节电共656万度。
二、电炉参数改进
75%硅铁电炉，多数是三相三电极，接等边三角形布置的。炉内电路可以认为如图1所示。
图一 炉内电路示意图
电炉运行时，炉内电路一条是电极下端通过电弧电阻、合金熔体电阻相互间的串联电阻值，即熔池电阻Rr，构成星形主回路。另一条是电极通过炉料，由各种炉料形成的串联电阻值，即炉料电阻RΔ，构成三角形支路。星形主回路和三角形支路是等效并联的。
按照热分布原理，在电炉正常运行的硅铁生产中，支路电流仅占电极电流很小的比例，约10%以下。如果支路电流过大，输入电能过多用于加热炉料，使料层温度过高，电极会上抬，使熔池反应区上移和温度不足。为了使炉内功率分配适当，必须选择合适的电炉参数，控制合适的炉料电阻。这样才能取得硅铁电炉良好的经济指标。
我们调查了75%硅铁炉电耗与操作电阻的关系，在1982年调整了20000千伏安电极极心园尺寸，由原来φ2950毫米缩小到φ2700毫米。在1983年调整了10000千伏安电极极心园尺寸，由原来φ2250毫米缩小到φ1950毫米。提高了熔池区功率密度，减小了操作电阻，降低了电耗。
接着我们对电炉参数又一步一步摸索。75%硅铁反应区的大小和位置，主要取决于电极直径、电极在炉料中埋入的位置和电极输入的功率。每一个操作过程都相应的要有一个一定的适宜的熔池功率密度值，低功率密度以电阻方式进行工作，高功率密度引起熔体沸腾并产生电弧，前者电极插入较深，后者电极插入较浅。要降低电耗，就必须保持足够大的反应区，并使反应区在炉内有恰当的位置，这取决于电极埋入炉料的位置。电极插入的合适深度是使硅铁冶炼过程保持合适的电气制度的前提，它可以分为电极端头与炉底或熔体表面的距离和电极在炉料中的插入深度来探讨。
反应区的功率密度为P熔＝P效/3V
式中：P熔一一相电极反应区功率密度；千瓦/立方厘米。
P效一电炉熔池的有效功率：千瓦。
V一瓜区体积：立方厘米。
在炉底没有上涨的熔池里，反应区的体积为：
式中：Dp－反应区直径，即电极极心园直径；厘米
ho－电极端到炭质炉底的距离；厘米。
h1－电极有效插入浓度；厘米。
熔池里的功率密度，离电极表面最大，若取为1，炉底的功率密度离电极最远而最小，为了使炉底功率密度保持为输入功率为10－30%，75%硅铁取0.25。这样既可使合金熔体保持适当温度，又可使炉内功率分配和热分配最好。电极端到炉底的距离ho＝0.67d。考虑料面效深度h1＝1.2d＋0.3d＝1.5d。参见图二图三。
图二 炉内电极位置及功率密度场 图三 电炉主要参数示意图
以10000千伏安硅铁炉为例，d＝95厘米，则料面高度，即电极端到炉底的距离与电极埋入炉料的有效深度的和，应为h=0.67d＋1.5d＝206.15厘米。炉膛的深度为204厘米时，料面应控制在平炉口。由于我们使用的炭质还原剂以冶金焦为主，炉料电阻较小，不宜有过厚的预热料层，否则炉料总电阻更小，迫使电极上抬，高温区上移，炉底炭和温度不足。据此，我们将料面从原来高于炉口30厘米降低到平炉口。提高了反应区功率密度，75%硅铁电耗降低。
根据同样的原理，对炭质炉衬来说，从电极表面到炉墙的距离与电极端头到炉底的距离也要相适应，以保持电极埋入炉内的稳定和恰当的功率分配。以10000千伏安硅铁炉为例，ho＝0.67d＝63.7厘米。而该炉电极表面到炉墙的距离是65厘米，相当于0.68d，与电极端到炉底的距离相近，与电极表面到反应区边界的距离50厘米也相近，易使功率转移，电极不稳。为此，我们放大了炉膛直径，使电极表面到炉墙的距离增加到96厘米，为1.01d。并把炉墙炭砖的高度从120厘米降低到80厘米。使电极埋入炉料的位置既合适又稳定。
通过上述电炉参数的改进，达到了节电目的，那台改进的10000千伏安电炉，从1983年10月-1985年5月节电452.864万度。见表1。