電熔鎂爐余熱回收利用技術

張銀梅

文章闡述了電熔鎂企業(yè)生產工藝流程，并應用節(jié)能減排和資源綜合利用技術，對電熔鎂冷卻過程中流失的余熱進行回收利用，解決電熔鎂生產高耗能、高污染、低效益的現狀，促進企業(yè)又好又快可持續(xù)發(fā)展。

1 概述

鎂作為極為重要的戰(zhàn)略資源，在現代工業(yè)中有著舉足輕重的地位，尤其是在國防、冶金、醫(yī)藥、電子等行業(yè)，鎂和鎂的化合物都有著重要的用途。作為鎂的常見化合物，氧化鎂的用途非常廣泛，其生產主要采用電熔法，經電熔法生成電熔鎂砂。

電熔鎂砂即電熔氧化鎂，是一種優(yōu)質的高級耐火材料。它具有熔點高、抗氧化和抗渣性強、組織致密、化學性能穩(wěn)定等特性，被廣泛用于航空航天、核工業(yè)、冶金等行業(yè)；在航空航天中用作運載工具及導彈彈體的結構材料、火箭發(fā)動機的噴嘴；在核工業(yè)中被用作核反應堆隔熱材料；在冶金行業(yè)中用作電爐干打料、噴補料。目前，很多國家都非常重視電熔鎂砂的生產和應用研究。

遼寧菱鎂礦資源豐富，已探明儲量占全國的85%，世界的20%，且品位高，埋藏淺，易開采，主要分布在鞍山地區(qū)的海城、岫巖和營口地區(qū)的大石橋。生產電熔鎂的電弧爐在這些地區(qū)廣泛分布，且還在繼續(xù)增加。僅岫巖縣便有31 家電熔鎂生產企業(yè)119 臺電熔鎂爐。電熔鎂企業(yè)為高耗能企業(yè)，熔煉爐的能耗占企業(yè)總能耗的95%以上，特別是在電熔鎂熔煉結束后，爐體經軌道移位進行自然冷卻，冷卻開始時物料表面溫度達到2000℃，即使冷卻到1000℃也會放出大量顯熱，而這些顯熱直接以紅外線向環(huán)境釋放，造成熱能嚴重浪費。電熔鎂企業(yè)必須依靠科技創(chuàng)新，開發(fā)應用節(jié)能減排和資源綜合利用技術，對電熔鎂冷卻過程中流失的余熱進行回收利用，解決電熔鎂生產高耗能、高污染、低效益的現狀，促進企業(yè)又好又快可持續(xù)發(fā)展。

2 電熔鎂企業(yè)生產工藝流程簡述

將購買的原料—高純輕燒鎂粉送到爐前，人工裝入放置在礦車上的三相電弧爐內，將在爐上方懸吊的石墨電極緩慢放入爐內接觸原料進行大電流放電，產生2750℃以上高溫使原料熔融。在電弧爐熔煉8 小時后，切斷電源并提升電極，爐體經軌道移位進行自然冷卻，使方鎂石晶體從熔體中結晶、長大，冷卻過程中一般需要4 天以上。然后，脫去爐體（脫殼），去掉外層欠熔料（皮砂），即為含MgO 達97%以上的大結晶電熔鎂砂。將去掉皮砂后的砣進行手工破碎，并按MgO 含量不同分級選塊，選好的塊入庫待售。對于需要粉碎的塊，裝入顎式破碎機、對輥式破碎機破碎，再入振動篩篩分成10mm～5mm、5mm～3mm、3mm～1mm、1mm～0mm 四種規(guī)格的粒料入庫待售。電弧爐熔煉中產生的粉塵，經除塵系統(tǒng)除塵后排放。（詳見圖1 大結晶電熔鎂砂生產工藝流程）

3 電熔鎂爐余熱回收利用可行性論證

電熔鎂爐余熱利用回收技術可行性分析

電熔鎂熔煉結束后，爐體經軌道移位進行自然冷卻，使方鎂石晶體從熔體中結晶、長大，冷卻過程中一般需要4 天以上。冷卻開始時，物料表面溫度達到2000℃，即使冷卻到1000℃也會放出大量顯熱，以每天熔煉8 爐的電熔鎂企業(yè)為例，每爐重6t 計算，理論顯熱4.8×106kJ。而這些顯熱以紅外線向環(huán)境釋放，容易回收加以利用。

表1 技術實施的投資收益情況分析

圖1 大結晶電熔鎂砂生產工藝流程

目前岫巖地區(qū)電熔鎂企業(yè)普遍利用電熔鎂余熱進行冬季采暖，余熱回收利用原理圖如圖2。

首先用鋼板自制“門”型水冷夾套，夾套的大小以不影響爐體進出為標準，如果供暖面積大可設計大些，一次放入4-5 個爐體。向水冷夾套中定期補水，注意保持夾套水位防止燒穿。夾套中的熱水可直接用循環(huán)水泵向用戶供熱或熱水，也可經換熱器換熱后向用戶供熱。

圖2 余熱回收利用技術原理圖

企業(yè)需要供暖的建筑物主要是辦公樓、職工宿舍、食堂。在電熔鎂余熱未回收前，企業(yè)廠內辦公樓、宿舍、食堂供暖利用一臺1t 燃煤小鍋爐。余熱回收利用技術實施后，可解決企業(yè)辦公樓、職工宿舍、食堂冬季采暖，節(jié)約煤炭消耗約100t/Y。

從技術上分析，電熔鎂爐余熱回收利用工藝簡單可靠，成功經驗多，該技術可行可以實施。

該余熱回收利用技術實施的投資及收益情況見表1。

由上表分析可見，該技術內部收益率大于社會平均收益率（13%），凈現值大于0，且靜態(tài)投資回收期短，僅4.4年，低于5年，因此從經濟角度看，本技術是可行的。

電熔鎂爐余熱回收利用的環(huán)境可行性分析

電熔鎂爐余熱回收利用技術的實施，可替代企業(yè)原有的采暖鍋爐1 臺（容量1t），每年可節(jié)煤100t，年減少煙塵排放1.0t，減少SO2排放1.13t，環(huán)境效益顯著。因此，從環(huán)保角度評估，該技術是可行的。

岫巖縣有31 家電熔鎂生產企業(yè)119 臺電熔鎂爐，若將余熱回收利用技術在全縣推廣應用，可替代31 臺燃煤供熱鍋爐，可節(jié)約煤炭3100t/Y，減排SO231t/Y，減少SO2排放35.03t，環(huán)境效益也很顯著，具有節(jié)能、降耗、減污、增效的綜合效能，明顯改善工人高溫操作環(huán)境，社會環(huán)境效益顯著，具有投資生產價值。該技術對岫巖地區(qū)環(huán)境空氣質量的改善及節(jié)能減排目標的實現具有重要意義，既推動了節(jié)能技術的進步，提高能源利用率，又大大減少了污染物排放量，促進節(jié)約能源和產業(yè)結構優(yōu)化升級，走循環(huán)經濟可持續(xù)發(fā)展之路，為建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會起到很好的推動作用。