棕刚玉用高硅、钙铝矾土原料冶炼的工艺设计与控制

在棕刚玉冶炼过程中，原料的选择和原料的质量控制是非常重要的，必须严格控制，原料的选择在一定程度上决定了其产品的应用范围。原材料的质量能否得到有效的控制，不仅严重影响产品的质量和性能，而且直接影响到棕刚玉的生产成本。下面就让小编给大家详细介绍棕刚玉用高硅、钙铝矾土原料冶炼的工艺设计与控制！

因此，在棕刚玉生产过程中，必须严格控制主要原料铝土矿、铁屑和无烟煤，特别是SiO2和CaO。SiO2和CaO的引入不仅给生产带来了困难，影响了生产成本，降低了Al2O3和TiO2中有价组分的含量，而且由于产品质量差，影响了产品的商品价格和应用范围。

一、冶炼棕刚玉主要原料技术条件

生产普通棕刚玉(用作耐磨或耐高温材料)时，熟料、铁屑和无烟煤(焦炭)的化学成分具有一定的技术质量指标。

二、高硅、高钙铝土矿原料的成因分析

用于冶炼棕刚玉的铝土矿熟料不同于用于生产金属铝和耐火原料的铝土矿。冶炼棕刚玉用铝土矿熟料是高品位、高Al2O3、低二氧化钛、低CaO的铝土矿。用于生产金属铝和耐火原料的铝土矿对上述指标的要求相对较低，可以满足生产需要。

目前，我国约有170家刚玉材料生产企业，生产能力约200万吨。按生产能力计算，仅用高铝高质量铝土矿生产刚玉约240万吨。由于许多基础工业和刚玉制造业的快速发展，对铝土矿的需求迅速增长，加上铝土矿资源的缺乏，再加上一些铝土矿供应商和中间环节行为不规范，致使褐刚玉冶炼熟料数量难以保证，质量严重下降。A/S已从1980年代的25/30/1降至1990年代的15/20/1。目前，一些企业经常使用A/S10-12：1铝土矿。甚至有些企业使用铝土矿时，SiO2的含量超过10%还没有引起企业决策者的重视，如何摆脱技术和经济的双重困境，更是无能为力。目前，国产普通棕刚玉(耐磨料或耐高温材料)所用铝土矿南部和北部的Al2O3、SiO2和Fe2O3的含量大致相同。

通过数理统计分析，确定了生产棕刚玉所用铝土矿中的有害杂质SiO2和CaO：一是铝土矿中的固结物本身，二是它是与铝土矿熟料混合的细粒土面带入的。前者包含在原料本身中，可以根据原料来源的酌处权加以控制，也可以通过矿石选择来保证原料的质量，而后者则是更重要的参与来源。

这就要求棕色刚玉制造商严格控制自己。随着铝土矿资源的日益短缺，掺入细粒土表的铝土矿熟料可能会变得越来越严重，使生产企业陷入“弃而不用”的两难境地。同时也给棕刚玉生产企业带来了严重的困难和挑战。此外，通过对上述原料的数学分析可以看出，无烟煤和铁屑中引入的有害杂质SiO2和CaO也应引起足够的重视和严格控制。由于SiO2和CaO的过度混合，使棕刚玉生产企业消耗电能和原材料，增加了生产成本，更重要的是产品质量严重失控，性能受到限制。必须找到经济合理的解决办法。

三、工艺设计与控制

SiO2和CaO对棕刚玉的产品质量和应用范围都有很大的危害，在生产和工艺上必须严格控制。在褐刚玉冶炼过程中，SiO2可以通过气化升华或还原去除，得到低硅铁，而CaO在褐刚玉冶炼过程中很难去除。因此，有必要严格控制CaO在原料(铝土矿、无烟煤、铁屑)中的投入量，设计合理、合适的工艺和技术方案，对其进行分流和控制。

(一)工序控制

1、对采购原材料的来源进行分类和控制，使其得到控制。冶炼棕刚玉的主要原料中的SiO 2和CaO在正常条件下一般控制在6%以下，而CaO应控制在0.5%以下。

2、为保证冶炼原料的纯化和稳定性而购买的铝土矿细土表面的筛选(或者除尘)。

3、严格控制无烟煤(焦)、铁屑中杂质含量，从源头控制煤矸石、铸砂等杂质含量，确保原料处于受控状态。

4、不仅对铝土矿、无烟煤和铁屑进行了严格的配料前挑选，而且对炉子主要原料的化学成分和粒度进行了合理的设计和严格控制，并分别设计了冶炼前、中、后期所用物料的合理比例，严格控制料粒度范围，确保冶炼过程顺利进行。

5.回收细粉的合理设计和利用。在冶炼过程中，根据冶炼原理，调整刚玉熔体的PH值，并按比例还原剂，澄清剂，助熔剂，促进剂等原料。通过加工成球形或一定程度的复合材料，然后进行冶炼，综合效益更好，不仅经济合理，而且降低了冶炼难度。更重要的是，在熔炼过程中有效控制棕色熔融氧化铝的质量。

(二)工艺方案设计

1、工艺流程：

铝土矿(无烟煤、铁屑)原料入库进行原料制备(分级控制球团制备干燥处理)配料熔炼、冷却、分离、计量和贮存铝土矿(无烟煤、铁屑)原料(分级控制球团制备干燥处理)

2、冶炼工艺设计

熔炼是棕刚玉生产中的一个重要工序。通过熔炼控制适当的冶炼气氛，使铝土矿和还原剂(无烟煤或焦炭)和澄清剂(铁屑)高温氧化还原反应去除杂质。α-Al2O3是为了获得符合质量要求的刚玉块而形成的.

1)炉料设计用于合理控制进入炉子的物料;通过合理调节炉内熔体的pH值，优化炉料的设计，获得良好的熔炼指数。

2)炉内主要化学反应：

在分析了粉尘的成分后，其中sio2约为40<垃圾>，al2o3约为40<垃圾>，k2o约为10<垃圾>，剩下的是2:3和墨粉。

在冶炼过程中，50%左右的TiO2被还原成Ti进入低Fe-Si合金中，剩下的TiO2以有价的成分进入刚玉块中，而铝土矿杂质中有价的MgO和CaO基本保持在刚玉块中的固有含量。

3)负荷率计算：

其中：SiO2%，Fe2O3%，TiO2%分别代表原料中SiO2，Fe2O3，TiO2的百分比，C%是无烟煤中固定碳的百分比，Fe%是铁屑中的铁含量，K是铁硅比率，(K值5.5)

4)冶炼周期设计

根据冶炼设备的产能状况，配料分配系统的设计以及配料前后的配料分配是解决配料差异的合理优化工艺设计，对其技术经济效益十分有利。

3、冶炼过程控制

1)炉前调整：

在生产过程中，可根据用户质量指标的要求，适当控制熔融还原的程度，实现对质量的有效控制。由于受铝土矿的批次和数量、取样方法和冶炼操作方法的影响，在实际生产过程中，有时需要用棒法调整炉前判断(在熟悉工艺配比和工艺操作后，可取消炉前调整工艺)。

2)炉内还原控制：由于铝土矿中Al_2O_3含量的降低和SiO_2含量的增加，在冶炼过程中需要增加碳的含量，从而强化了炉内还原气氛的团聚，产生了大量的高温气体。从而增加了冶炼操作和炉况控制的难度。在增加C和Fe含量的情况下，SiO_2可以被有效地去除。然而，由于过度还原，矿物中有价值的成分如TiO2也被过度还原，以金属Ti的形式进入低硅铁中，导致棕色刚玉的质量和性能下降。由于其应用领域有限，需要通过适当的开弧排气来有效地排出SiO_2和SiO_2废气。

3)熔炼参数控制：为了获得良好的技术经济指标，应根据材料的变化程度调整冶炼过程，根据熔池情况合理调整冶炼过程中的电流和电压齿轮。是一种必要的控制方法和装置。

4)冶炼过程控制和操作技巧

冶炼是刚玉生产的主要工艺。通过冶炼，铝土矿与还原剂、澄清剂在高温下反应，除去杂质，形成A-Al2O3，得到符合质量要求的刚玉块。对于SiO 2和CaO含量较高的铝土矿，固定炉和卸料炉的冶炼工艺不同于传统的棕刚玉冶炼工艺。

四、高硅钙炉熔炼工艺设计：

冶炼方案1：非分离熔炼。工艺和技术计划(简称)

冶炼方案2：单独单一棕刚玉冶炼。工艺和技术计划(简介)

冶炼计划3：根据材料化学成分，其他刚玉或特殊产品(SiO21.2-1.5; CaO1%)的生产，工艺技术方案需要单独设计。

五、生产组织经济效益及可行性分析

任何企业的工业生产或任何工艺技术方案都必须技术上可行，经济上合理，生产工艺简单方便。否则，它不是最好的生产或技术项目。

在褐刚玉生产过程中，一般冶炼工艺要求为：保温期在早期，质量控制期在中期，质量和产量的双重保证期在后期(同时尽量缩短熔炼时间)。以达到最佳的技术经济效果。通过对装料前处理及工艺技术方案的新设计，可望取得以下技术经济效果：

1、有利于冶炼过程的顺利进行，减少了炉内的剧烈反应，提高了生产效率，预期相同冶炼周期的生产能力将提高5%~10%左右。

2、减少或消除反应中炉内停电时间，可降低冶炼厂的劳动强度，降低单位消耗，缩短冶炼时间。

3、可有效提高或实现强化冶炼作业、强化冶炼率、提高生产能力、提高企业综合效益、降低成本。

4、它可以提高产品质量，实现对质量的有效控制，为提高企业品牌效率奠定良好的基础，有助于创造市场，赢得市场，增加市场份额，最终为公司实现良好的社会效益和经济效益。

5、冶炼部分直接降低铝土矿除尘损失约2%，配料系统可降低铝土矿除尘损失约3%。以万吨刚玉年产量为例，将这部分铝土矿粉尘回收利用，按5%计算。所需铝土矿约12000吨，每年可节约600吨铝土矿。一万元。从企业生产的十年来看，这将是一个很大的效益。

6、净化劳动和生产环境，提高员工健康水平。

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