林祖德
云南宏盛锦盟企业集团有限公司/云南省硅材料工程技术研究中心 云南昆明 650000
摘要：硅锰合金生产中普通存在渣铁分离不好、翻渣、电流送不上、产量低、电耗高等问题，在很大程度上导致了能耗较高、污染难以控制。论文分析了传统的硅锰生产污染控制方式及不足，分析了硅锰合金生产节能技术及应用，旨在为硅锰合金生产企业提供一些参考和简介，实现节能环保。
关键词：硅锰合金；生产；节能技术
锰硅合金是炼钢常用的复合脱氧剂，也是低碳锰铁和电硅热法生产金属锰的还原剂。随着我国钢铁工业的快速发展和需求的扩大，铁合金工业得到了长足的发展与进步。2018年，我国的硅锰产量达到了 945万吨，占铁合金产量的比重达到30.3%，相比2017年增长了1.43倍。硅锰产能逐渐向宁夏、广西、内蒙古、贵州等地转移，是增产的主要省份，在建产能也主要集中在云南、内蒙古、宁夏、贵州、重庆等地。宁夏晟晏、乌兰察布旭峰新创和惠义铁合金等公司，是硅锰企业产量排名靠前的企业。
在倡导环保节能的背景下，硅锰合金在生产过程需要合理运用各种控制措施，才能实现节能降耗目标。因为硅锰合金企业在生产过程中，会向外部排放大量的烟尘、粉尘、二氧化硫等有害气体，对大气造成污染；产生挥发酚、氰化物、氨氮等对水体污染的物质，以及尘泥、废渣等固体污染物。硅锰铁合金生产给环境带来的污染，要求企业要重视节能生产、清洁生产，更好地保护环境。
一、传统的硅锰生产污染控制方式及不足
传统的硅锰生产污染控制，理念上采取末端控制的思路，即在污染产生之后，针对大气污染、水污染或固体污染采取针对性的措施。这种控制理念，在硅锰合金生产早期的污染控制中，发挥了重要的作用，然而伴随硅锰合金企业生产效率的提升、工业化进程的加快，这种理念的不足越来越多，例如投资成本越来越大、经济效益越来越低、污染控制效果越来越差等。从工艺方面来看，传统的硅锰生产污染控制主要通过计算机和留渣法进行控制，例如空心电极设备的运用，改进了矿热炉自身的用电，起到了节能降耗效果；此外还有一些直流矿热炉、低压补偿、低频供电等技术也运用到了硅锰合金生产中，对保护环境、控制污染起到了较好作用。但是，很多技术发展不够成熟，在降低成本、控制污染方面的效果还不够理想。
基于传统的硅锰生产污染控制存在的弊端，现在无论是生产实践领域还是学术领域，都开始重视在生产过程中使用技能技术，通过清洁生产实现从源头控制污染的目标。
二、硅锰合金生产节能技术分析及应用
目前，有关硅锰合金生产的技能技术有很多，有的技术起步较早因为较为成熟，有的技术正处于发展阶段。硅锰合金生产企业，要结合自己的经济实力、生产规模等情况进行科学选择。
（一）空心电极技术
该项技术出现较早，早在上世纪中期就开始运用，但真正到了20世纪末期才在硅锰合金生产的节能方面取得明显效果。空心电极技术的原理为，中心管上安置电极，并对实心电极进行中空化处理，实现时间上的自由控制。可以根据实际需要，增加适量的粉料与原料到炉内，做到节能。
首先，空心电极技术的使用，可以把喷吹煤粉放到炉内使用，电极在还原反应中的损耗被大大降低，实现了电极节省。电弧和电阻会因电弧体冷却而加大，原理就在于空心电极加料过程是持续的，持续料流经过电极底端时会冷却电弧体。因此，硅锰合金生产中可以利用高电压低电流，缩减电极直径、减少电极耗损。通过空心电极技术的使用的应用，企业可以减少大量的电机壳与电极糊，同时据统计可以减少40%左右的电极耗损。
其次，调整电极插入深度，实现节约物料的效果。料批中还原剂和电极插入深度具有一定的比例关系，这个比例会直接影响到物料量和电能。利用空心电极调整炉料含碳量的比例，调整电极深度的使其控制在一定范围之内，实现明显的节能效果。硅锰合金企业生产中，利用空心电机技术大约可以节省15%的电能以及40%的电极消耗，减少了物料量的加入，对于铁成本而言，每吨可以节约近200元。
（二）冶炼周期控制技术
冶炼周期控制技术，就是对矿热炉的硅锰合金冶炼周期进行控制，适当延长时间，但也不能过长。通过适当延长冶炼时间，依据炉内熔池反应区容量大小对渣中元素 Mn、Si 的还原期刊进行控制，尽可能实现低渣比。
硅锰合金矿热炉实施低渣比冶炼操作，炉内的有功功率和温度大大提高，炉内焦炭层反应区的温度条件更加有利于Mn、Si 的还原率，从而实现了电能的节约。冶炼时间的延长要适度，避免过长造成出铁温度过高，导致合金中挥发损失过多的锰，Mn的回收率大大降低。冶炼时间过长，还会因产生的“乏渣”较多导致电能损耗过多。所以，硅锰合金企业在利用该技术时，要根据现场实际条件进行操作，控制好延长的时间。根据经验，小型矿热炉的冶炼时间以5小时左右出炉为宜，大型矿热炉的冶炼时间以3.5小时左右出炉为宜。
（三）直流矿热炉技术
现代直流电炉技术首先由ASEA公司研发，经过多年的发展和使用，在铁合金冶炼方面取得了明显的成绩，因而被一些硅锰合金企业应用在生产中。直流矿热炉的优点为：消耗电极少，电弧稳定，噪音低，功率比较集中，生产效率高。单电极直流矿热炉由于炉内温度分布均匀，不会出现炉料冷热区的问题，所以功率分布均衡，能有效划分电极柱与烟罩等位置。但是在实践中，容易受到直流电源设备、大容量变压器以及自焙电极直径等条件的约束。所以，尽管三电极直流矿热炉的电极分布存在炉料冷热区的情况，如果我们弄进一步研发和改造三相电极支流炉技术，那么就会很好地迎合我国的矿热炉容量，和很多硅锰合金企业的厂房结构、三相电机设备配套，那么对于硅锰合金企业降低生产成本、改进工艺程序等意义重大，将帮助企业很好地实现技能目标。
（四）留铁法操作技术
日本的硅锰合金生产技术中，有一项就是留铁法操作技术。该项技术摒弃了电弧热，以炉渣的电阻热来进行替换，扩大炉内反应区。通过该原理，实现电耗的降低以及硅、锰回收率、提高产量的目标。应用留铁法，出炉操作中放出的熔渣温度更容易控制，确保了稳定性；同时，渣中能量转换率可控；反应区被扩大，因此气体分布比较均匀，有利于热量的利用；分离的效率高，炉渣和合金分离较彻底。硅锰合金和高碳锰铁的冶炼均可使用留铁法操作，相关技术指标可以大大改善，同时电炉生产能力也得到了保障和提高。
（五）低压补偿技术
21世纪以来，矿热炉无功低压补偿设备开始运用在生产实践中，受到了企业的好评。负载阻抗、变压器与短网等的无功消耗问题，是锰硅炉运行经常出现的，为了解决这些问题，通过低压无功补偿技术就可以实现。低压无功补偿技术的应用，对于高压线路和变压器与短网消耗具体有弥补作用，进而提升功率。低压无功补偿技术比较适合应用于三相矿热炉中，通过电容在各个环节的增加，能改变电极插入深度差异导致的炉内坩埚交流问题，提高产量，确保三相电极功率因数保持一致（大于0.9）。由于低压无功补偿技术的应用，确保了三相有功功率的平衡，整合了电炉的热力中心、功率中心以及炉膛中心，炉内坩埚能进行有效交流和扩张，实现热量的均匀分布和节能降耗。
（六）焦炭配入量和粒度级配调整技术
焦炭层附着在炉内，其位置在固态炉渣层和液压冶炼层间，焦炭层的厚度、具体位置对于电极而言影响较大，因此控制好焦炭层的厚度非常关键，可以改变电极工作端的位置和电极操作的稳定性。如何调整焦炭层厚度呢？调整粒度和增加焦炭配加量是一项很好的技术，通过粒度的调整，控制电极深度和熔池温度，降低电耗和渣比。一般而言，在大型炉中焦炭粒度为15-30mm左右，在小型炉中焦炭粒度为10-20mm左右。
此外，还有炉料电阻技术、合理渣型技术、入炉含锰物料品位技术和降低渣比技术等，这些技术的核心理念都是降低渣比、降低炉渣粘度、渣量，提高炉温，提高锰回收率，节约电能。硅锰合金生产企业在应用过程中，要根据实际情况进行科学选择。
结语
硅锰合金生产过程中可以使用的节能技术有很多，通过某种或某几种节能技术的应用，对于硅锰合金生产企业而言可以实现降低电能、控制污染的目标。未来，推行节能降耗和清洁生产是硅锰合金行业发展的必然趋势之一，因而行业能耗较高且污染较大，通过各种先进技术来进行控制具有很大的空间。硅锰合金企业要结合自身实际，制定科学的生产技术措施和方案，强化对节能降耗的认识，提高环保与节能意识，在硅锰合金生产中不断发现并改进存在的问题，提高环境效益、社会效益和经济效益。
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