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概 況

棕剛玉是一種人造工業(yè)原料，廣泛應用于耐火材料工業(yè)、各種材質(zhì)的固結磨具、涂附磨具或研磨膏等，在國家現(xiàn)代化建設中它又是一個不可缺少的行業(yè)，棕剛玉在我國起步較晚，是1951年由當時的沈陽蘇家屯砂輪廠研制成功，至今已經(jīng)走過六十三年的里程，半個世紀以來我國的棕剛玉產(chǎn)業(yè)從無到有，從小到大。在上世紀八十年代之前，我國的棕剛玉生產(chǎn)，也只有中國第一砂輪廠、第二砂輪廠、第三砂輪廠、第四砂輪廠、第七砂輪廠等幾家大的國營企業(yè)在生產(chǎn)，當時的產(chǎn)量也不過十幾萬噸，自從我國改革開放以來，棕剛玉生產(chǎn)像雨后春筍般蓬勃發(fā)展起來，到目前為止，全國的棕剛玉生產(chǎn)能力已經(jīng)突破300萬噸，成為世界上棕剛玉生產(chǎn)第一大國，但是棕剛玉的生產(chǎn)是非常消耗能源的，當今世界，節(jié)能減排不僅是國家政策所趨，也是降低成本、提倡低碳經(jīng)濟所需，它關系能源、關乎環(huán)保，將永遠為人類所重視、所追求，所以今天我們就棕剛玉節(jié)能措施的研究展開論述：

在這里，主要闡述的是在棕剛玉傾倒煉爐生產(chǎn)中積累的一些認識和體會。作為這項產(chǎn)品多年的生產(chǎn)廠家，我們通過不斷的學習、摸索、改進、實踐，一步一個臺階，達到現(xiàn)在這樣一個比較理想的階段。

降 低 冶 煉 成 本

棕剛玉傾倒爐在生產(chǎn)過程中大量消耗電能，是名副其實的電老虎，在如何降低耗電量這方面我們經(jīng)過不斷實踐，主要從以下三方面進行改進：鋁礬土是生產(chǎn)棕剛玉的主要原材料，但它也是鋁工業(yè)、耐火材料工業(yè)和石油工業(yè)的主要原材料。隨著國家工業(yè)化進程的不斷提速以及鋁工業(yè)、耐火材料工業(yè)、石油工業(yè)的飛速發(fā)展，高品位的鋁礬土礦已蹤跡難覓，棕剛玉生產(chǎn)對鋁礬土礦的要求與鋁工業(yè)、耐火材料工業(yè)不同，后者要求鋁礬土礦的品位較低。

我國的棕剛玉生產(chǎn)起初都是用固定爐進行生產(chǎn)的，上世紀七十年代出現(xiàn)了傾倒爐生產(chǎn)工藝，目前我國棕剛玉生產(chǎn)使用固定爐和傾倒爐的比例大約為3:4。不論是固定爐也好或是傾倒爐生產(chǎn)也罷，其生產(chǎn)工藝基本相似，都是以鋁礬土為主要原材料，再配以其它輔助材料在礦熱爐中經(jīng)高溫熔化，經(jīng)一系列的物理化學反應而制得的，是一種能耗比較高的產(chǎn)品，其能耗費用在生產(chǎn)成本中約占2/5-1/2，因此鋁礬土品質(zhì)的好壞決定了能耗的高低。上世紀八十年代之前，生產(chǎn)棕剛玉所用的鋁礬土其Al?O?含量均為80%左右，鋁硅比為20:1，用這種高品鋁礬土生產(chǎn)棕剛玉時，固定爐的單位耗電為2600KWh左右，傾倒爐單位耗電為2500KWh左右。鋁礬土中的Al?O?含量與單位耗電的關系如圖

目前在我國境內(nèi)Al?O?含量達到85%的鋁礬土礦奇缺，或者說已經(jīng)枯竭?，F(xiàn)在生產(chǎn)棕剛玉所用的鋁礬土其Al?O?的含量多在70%-80%之間,SiO?含量在5%-15%之間。鋁礬土中SiO?含量的高低對單位耗電的影響顯著，有資料表明，SiO?在鋁礬土中的含量每增加2%時其單位耗電可增加8%-16%，為此目前各棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)單位耗電都居高不下，固定爐單位耗電達到2800KWh左右，傾倒爐單位耗電達到2700KWh左右，有些甚至更高，加之電力和原材料價格不斷上漲，使生產(chǎn)成本長期在高位運行，企業(yè)生產(chǎn)成本壓力很大，同時也給節(jié)能減排帶來了巨大的困難。

目前用于生產(chǎn)棕剛玉所用的鋁礬土其Al?O?的含量為70%-75%左右的礦居多，從上文中的圖表上可以看出，用這樣的鋁礬土礦去冶煉棕剛玉時單位耗電已在3000KWh以上，按當前的電價計算能耗費用要占生產(chǎn)成本的2/5以上，生產(chǎn)企業(yè)已基本上無利可圖，由于諸多基礎工業(yè)及剛玉制造業(yè)的快速發(fā)展，鋁礬土需求量迅猛增長，也由于鋁礬土資源的匱乏，再加上有的礬土供應商和中間環(huán)節(jié)的不規(guī)范行為，致使棕剛玉冶煉所用的熟鋁礬土數(shù)量保證困難，而且質(zhì)量嚴重下滑，棕剛玉冶煉成本更是節(jié)節(jié)攀升，因此嚴格控制原材料入廠標準，不僅是降低生產(chǎn)能耗的要求更是企業(yè)生存的需要。

2.1進料控制

在鋁礬土礦原料入廠前，必須依據(jù)技術條件或質(zhì)量標準來對其品質(zhì)進行嚴格控制，抓住源頭第一關，加強管理，對每批進廠礬土及輔料要有質(zhì)量記錄，以便合理配料和控制冶煉成本。

2.2備料前預選

備料工序是將合格的鋁礬土、鐵屑、無煙煤(焦碳)按質(zhì)量和粒度要求進行準備，以便冶煉使用。在這個環(huán)節(jié)中，要有專人負責，必須嚴格控制入爐三大原料的質(zhì)量。對礬土而言，首先要把混入的劣質(zhì)不合格的雜質(zhì)礦分揀出去，其次要區(qū)分粉料質(zhì)量，對高含泥土的劣質(zhì)粉料，必須過篩清除，這是重要的一個經(jīng)濟技術保障環(huán)節(jié)。

2.3爐料粒度控制

根據(jù)棕剛玉冶煉工藝規(guī)程的要求，入爐礬土粒度一般控制在30mm以下。分期爐料配制入爐礬土粒度對冶煉過程的技術經(jīng)濟指標有一定的影響。在實際冶煉過程中，前、中、后期的入爐礬土粒度要求是不一樣的，以前期投入混合料、中期顆粒料、后期細粒、精煉期粉料的工藝為最佳工藝。

改 進 冶 煉 設 備

3.1縮短短網(wǎng)的長度

縮短短網(wǎng)的具體措施有以下幾個：電爐變壓器要在滿足安全距離和操作間距的情況下盡量靠近爐體，在變壓器下加支持底座，使各段短網(wǎng)處于同一水平面上，變壓器低壓出線的中部位置與短網(wǎng)的水平面相等，這樣就省略了從變壓器出線至短網(wǎng)水平面這一段。

此外，短網(wǎng)還要有可撓部分，用以達到電極升、降的要求，為了滿足傾倒爐生產(chǎn)要求，在變壓器外墻與電極橫臂間采用撓性水冷電纜(或軟銅帶)。水冷電纜(或軟銅帶)的長度應考慮電極的升降高度，以及在保證其曲率半徑及扭曲的情況下盡可能縮短，以減少短網(wǎng)導體電阻。

3.2減少接觸電阻

為了減少短網(wǎng)電阻，短網(wǎng)各部分連接方式應盡量采用焊接，或減少接頭或增大接觸面積，并有足夠的接觸壓力，以減少短網(wǎng)各部分的接觸電阻。傾倒爐短網(wǎng)的接頭較多，而通過短網(wǎng)的電流很大。連接不良，就會使接觸電阻增大，不但會增大短網(wǎng)的功率損耗，而且還可能燒毀接頭。因此應盡量減少接頭，對不拆卸的接頭應采用焊接的方法或增大接面積，接觸面應保持清潔平整，使之有足夠的壓力。

近年來，隨著電極接觸導電膏的問世，在接頭處涂抹導電膏又成為降低接觸電阻的新方法。導電膏是一種含導電填料和膠黏劑的具有流動性的糊狀導電涂料，使用導電膏不僅可以降低接頭的接觸電阻值，而且還可以降低溫升，據(jù)相關資料介紹，使用導電膏后，可使夾頭的電阻值下降25%--75%，溫升下降25%--75%。

3.3減少附加電阻

附加電阻的產(chǎn)生與短網(wǎng)附件的鐵磁構件在電磁感應作用下產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗有關。這些構件的損失約占電阻損失的15%--20%。降低附加電阻的辦法是在短網(wǎng)周圍盡量避免使用磁性材料;鋼質(zhì)物體應離短網(wǎng)遠些;在閉合的鋼性物體中建立空氣隙和加絕緣墊。

由于變壓器低壓出線端的電流很大，因此用來固定變壓器出線的變壓器箱體材料均采用非導磁材料;由于大電流在鐵質(zhì)構件類構件中產(chǎn)生的渦流損耗是非常大的，該損耗很難計算，因此短網(wǎng)附件盡可能不布置鐵質(zhì)構件，所有的短網(wǎng)夾件、吊件、固定構件均使用非導磁材料，如鋁、銅、耐火磚等;由于棕剛玉冶煉傾倒爐一般均有爐罩，

而電極又必須穿過爐罩，為了減少渦流損耗，將電極穿過的周圍爐罩部分用不銹鋼制作;減少電極與電極卡子之間的接觸電阻，采用壓縮空氣操動氣缸，使電極卡子與電極接觸處有較大的接觸壓力值。

此外，盡量使三相負荷平衡，使三相短網(wǎng)長度的差距縮小，以此來減少短網(wǎng)的附加電阻。

3.4降低短網(wǎng)溫度

短網(wǎng)電阻隨著溫度升高會增大，使短網(wǎng)的功率損耗增加。如在10KA運行下的短網(wǎng)，溫度每升高1攝氏度，每米母線約增加3-6W損失，因此需要降低短網(wǎng)的溫度，減少電能損耗，在采用水冷短網(wǎng)的基礎上，將原來位于爐罩正上方的撓性電纜部分移至傾倒爐側面，通過此方法來進一步降低短網(wǎng)溫度。

為了避免因變壓器靠近傾倒爐而引起輻射熱增加，在傾倒爐爐體上增設循環(huán)水對傾倒爐進行冷卻。

3.5改進電極把持器

由于原卡頭通有冷卻水部分和無水冷部分是一個整體，無水冷部分和把持臂部分用大螺栓固定，通過中間的絕緣云母片產(chǎn)生絕緣的作用，二者連接在一起，更換損壞的卡頭時不得不來回松動用來絕緣的云母片螺絲，由于云母片比較脆，這樣頻繁的更換極易造成云母片被擰透，導致冶煉過程中卡頭漏電打火的惡性循環(huán)。

現(xiàn)將通有冷卻水部分和無水冷部分分離，每次更換只需換掉水冷部分，無水冷部分仍和電極把持臂連接，不需要拆掉，克服了打弧和漏水現(xiàn)象，提高了絕緣性能。

設計氣動壓緊式自動松緊裝置，代替人工壓緊螺栓松緊裝置，利用杠桿壓緊力量，鎖緊電極，空氣壓縮機壓氣缸，傳動桿動作，壓縮彈簧，放松壓緊環(huán)，電極下移，當下移一定高度，氣壓傳動桿回到原位置，彈簧動作、電極鎖緊。

設計的氣動壓緊式自動松緊裝置，冶煉時，在整個傳動作業(yè)過程中電極下移，不需停電，不需間斷冶煉，爐溫保持不變。該裝置具有結構簡單，傳動平穩(wěn)，操作方便，安全可靠，省時節(jié)電，并改善了工人工作條件的優(yōu)點。

改進后裝置不易變形，工作可靠，特別是電極夾緊裝置改進后，電極把持器夾緊力大，增大其接觸壓力，提高了電極導電能力，在冶煉過程中電極基本上沒有滑落現(xiàn)象。事故率減少95%以上。改造后卡頭結構簡單，體積小，維修方便，大大地提高了電極卡頭及銅帶的壽命。

3.6改進循環(huán)水冷卻方式

棕剛玉冶煉冷卻水由原來的噴淋式改為全密閉式，設備使用全密閉方式對水冷蓋、爐體和電氣設備進行循環(huán)冷卻，水量損失僅僅來源于循環(huán)水在換熱過程中的能量損失，能較好的減少對水資源的浪費，改進循環(huán)水冷卻方式就是在盡量節(jié)約水資源的前提下，合理利用現(xiàn)有資源對棕剛玉冶煉設備進行更好的冷卻。有效的提高冶煉設備的換熱效果，防止冶煉設備或電氣設備因過熱造成的損壞，減少熱停爐現(xiàn)象，避免因事故造成的冶煉過程中斷，延長了循環(huán)設備的使用壽命和維護周期，確保冶煉設備的降溫效果。

改造后傾倒爐平均電耗得到了明顯下降。

改進冶煉工藝

半個世紀以來，棕剛玉生產(chǎn)仍沿用傳統(tǒng)的工藝從未改變。隨著時代的變遷，礦產(chǎn)資源銳減，礦產(chǎn)品的質(zhì)量不斷下降，原材料和能源價格的不斷提升，節(jié)能減排任務日趨繁重，棕剛玉生產(chǎn)已經(jīng)四面楚歌，如果在技術上沒有新的突破，可以預測十年之后生產(chǎn)棕剛玉的單位能耗及生產(chǎn)成本均會出現(xiàn)驚人的大幅上升，一部分棕剛玉生產(chǎn)企業(yè)也會因此而被迫關停。按照目前市場價格為不變價進行測算，屆時棕剛玉的生產(chǎn)成本將會在4500-5000元之間，節(jié)能減排將成為不可逾越的難題，鑒于以上各種因素，未來的棕剛玉生產(chǎn)和發(fā)展必須在科學發(fā)展觀的指導下盡快轉(zhuǎn)變生產(chǎn)發(fā)展方式，走技術創(chuàng)新之路。

棕剛玉的冶煉工藝過程分為起弧、熔煉、控制、精煉四個階段。

起弧是棕剛玉冶煉的前提，為使三相電極之間電流相同，要擺放起弧焦。起弧焦擺放時，先加少量礬土，平整爐底，電極稍離爐底。用鐵屑與碳?；旌弦砸欢ㄐ螤钿佋O在爐池中心，三根電極下部多鋪設起弧焦，使三項電極互相成通路。起弧焦擺放方法有三種：星形擺放法、實心三角形擺放法和空心三角形擺放法。經(jīng)過實踐對比選擇星形擺放法，其優(yōu)點是起弧焦用量少，爐內(nèi)增碳少，起弧快，熱量集中在爐池中心。

擺放好起弧焦后進行送電起弧，落下三項電極至起弧焦上時，看到弧光和聽到電弧聲時，說明已經(jīng)起弧。待電流升至正常負荷的20%～50%時，在電極外側和弧光區(qū)加少量爐料壓住弧光。待電流上升到80%負荷時，正常加料、進入熔煉階段。

熔煉占全部冶煉時間的80%以上，能有效把握棕剛玉冶煉的熔煉階段是十分重要。在熔煉階段，要使爐料熔化成液態(tài)，雜質(zhì)還原，生成鐵合金并與剛玉溶液分離。在熔煉過程中，要不斷的用粘棍對熔液質(zhì)量檢查做出必要的爐前調(diào)整，還要防止各種“反?，F(xiàn)象”的發(fā)生。根據(jù)熔煉程度料層會緩慢下落，保證爐內(nèi)熔液充足在熔煉過程中要進行投料，投料以加滿電爐使熔煉期終了為主要目標。新工藝改進主要是更進一步掌控熔煉階段這一重要環(huán)節(jié)，熔煉階段是關系著冶煉生產(chǎn)安全、能源消耗、冶煉單位時間利用、煙塵排放和工人勞動強度的重要環(huán)節(jié)。

所謂“控制”就是在一定時期內(nèi)，停止加料，讓爐內(nèi)的料盡量熔融和還原，并使熔化面積向外擴大，爐況“控制”的好，溶液緩慢上升，整個料面均勻下沉，料下得多，熔化的快。在控制期內(nèi)盡量把熱量用到擴大熔化面積上。待結束后在投入爐邊預熱料繼續(xù)熔煉。控制期內(nèi)爐料并未完全熔融，避免溶液溫度降低會讓爐料緩慢進入熔液，弧光暴露在外，爐內(nèi)熱損失大，電能損耗過大。

精煉的目的是把雜質(zhì)充分還原，鐵合金較好的沉淀聚集，爐內(nèi)氣體暢通排出，同時進一步提高熔液溫度和擴大熔化面積。電爐轉(zhuǎn)入精煉時要停止加料，采用低電壓，使投入的爐料盡量熔化。精煉充分的特征是：爐內(nèi)料層很薄，電極周圍的爐料和熔液緊緊相貼，液面十分穩(wěn)定;三相電極電流表指針穩(wěn)定。電極根逸出氣體不多，電弧聲一致不間斷。精煉期如果控制不好會過分的增加電能的消耗。精煉的好壞直接影響剛玉的質(zhì)量和產(chǎn)量。

在長期的實踐過程中，我們對冶煉工藝不斷進行改進，摸索出一套適合生產(chǎn)現(xiàn)狀的冶煉新方法，傾倒爐冶煉新工藝的采用，結合了自身條件，在冶煉過程中調(diào)整碳量的配比，彌補因化驗的誤差、配方的不準導致的爐況不穩(wěn)定。增加補料次數(shù)，將暴露在外的弧光掩埋，提高對電弧熱能的利用。降低料面高度，增大爐殼上部到水冷蓋下部空間，增加爐內(nèi)空間，保證煙塵很好的捕集，降低煙塵的排放。采用薄料面運行，使還原反應產(chǎn)生的氣體均勻排出，降低爐內(nèi)氣體壓力，避免噴爐現(xiàn)象的發(fā)生。通過比較敞弧法和埋弧法的優(yōu)缺點，結合我們生產(chǎn)中的實際運用，棕剛玉冶煉新工藝采用半敞半埋的方式，新工藝控制原料的投入量，降低了料面高度，跟傳統(tǒng)傾倒爐冶煉工藝相比料面高度降低40cm，增加了爐內(nèi)空間。降低了煙塵在爐內(nèi)的密度,有效的對排放出來的煙塵進行處理，使得煙塵不外逸在操作區(qū)內(nèi)，相比傳統(tǒng)傾倒爐冶煉工藝的環(huán)保效果更加明顯，讓工人避免接觸到排放出的煙塵，比傳統(tǒng)冶煉工藝更加能保障工人的健康。

從實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以看出傾倒爐冶煉工藝能有效的提高產(chǎn)量，降低電耗，保證經(jīng)濟效益的穩(wěn)步增長。

總 結

節(jié)能關乎企業(yè)的發(fā)展和生命，通過不斷改革創(chuàng)新，增加企業(yè)的競爭力、生命力，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益和社會效益畢竟是企業(yè)所追求的。

隨著近年來中國經(jīng)濟快速發(fā)展，棕剛玉行業(yè)技術創(chuàng)新力度不斷加強，未來其將成為中國磨料磨具大類中占比最大的產(chǎn)品種類，同時由于棕剛玉在研磨工業(yè)鏈后期的獨特優(yōu)勢，極大的推動了棕剛玉拋光中的應用。只有不斷的技術創(chuàng)新，走節(jié)能減排的道路，才是棕剛玉行業(yè)今后發(fā)展的必經(jīng)之路。

中國耐火材料行業(yè)協(xié)會剛玉分會