使用原煤作还原剂生产铁合金的方法 本发明属于铁合金技术领域，更具体地说，是使用原煤作还原剂生产铁合金的方法。
长期以来，铁合金的生产一直使用焦炭作还原剂。由于焦炭成本高，运输损耗大，因此世界各国都在致力于寻找能够替代焦炭的理想还原剂，其中有人试图用原煤替代焦炭。而传统的理论认为：原煤在低温下不导电，在高温下容易石墨化，气孔率低，化学反应活性差，因而不能很好地作为铁合金还原剂；并且由于一些关键技术得不到解决，所以长期没有取得突破，最多只能使用34％的原煤替代焦炭作还原剂生产铁合金。
本研究通过长期的实证观察和理论分析归纳出铁合金矿热电炉的电热能量分布特性，在此称为矿热电炉冶炼铁合金的电热能量分布论，阐述如下：
在矿热电炉冶炼铁合金中，焦炭、煤炭、石油炭、木炭等碳材都是作为化学反应的还原剂，而不是作为提供热能的燃料，冶炼过程的热能绝大部分是所输送的电能，电能在炉内转换成热能，形成反应需要的高温条件，完成合金的冶炼过程，这与硅热法、铝热法极不相同。我们将输送入矿热电炉的电能称为电热能量。既然冶炼主要依靠电能，因此如何提高电能的效率，就成为降低电耗的关键。在冶炼过程中，炉内电能的分布和传导性能直接影响电热效能。而优化炉内电热能量的分布，实际上就提高了电热效能。矿热电炉冶炼铁合金分溶剂法和无溶剂法，溶剂法冶炼的铁合金矿热电炉内分布一层渣液，而无溶剂法的铁合金炉内没有或仅有少量的渣液。输送入炉内地电能在炉内形成以下几个回路：①、电极——炉底——电极，②电极——炉墙——电极，③电极——料层——电极。电能在这几个回路内传导时转换成热能。一般情况下，②、③回路分布的电能应大于输送电能的70％，①回路的电能不应超过输送电能的30％。正常情况下的电能分布主要集中在下部的炽热料层、焦炭层、渣液及合金液体组成的冶炼区，其上部的未熔料区的只有少量的电热能量传导分布。
炉内电热能量的合理分布：(1)、电热能量的合理垂直分布：由于炉内冶炼区在下部，冶炼还原过程中产生大量的高温气体向上排出，通过未熔料区时将上部的未熔炉料加热，在冶炼过程中未熔炉料逐渐下沉时，预热过程基本可以完成。因此，减少通过未熔料区或称为生料区的电热能量，而将热能集中到冶炼区，非常有利于迅速形成反应需要的温度环境，可以大大提高电热能量的利用效率；而且热能向下部集中，高温区下移，未熔料区厚度适当，温度呈梯级分布，较厚和温度较低的未熔料层更有利于吸附冶炼区在高温下挥发损失的有用元素(如锰、硅、铬等)，这对整个冶炼过程非常有利，这样的电热能量分布是合理的。我们把这种电热能量集中在炉内下部冶炼区的分布情况称为电热能量的垂直合理分布。(2)电热能量的合理平面分布：在冶炼还原的整个过程中，炉内电能应主要通过炽热料层、焦炭层、渣液或合金液体的传导转换成热能并依靠炽热料层、焦炭层、渣液或合金液体层本身良好的热传导性能将热能迅速传导并相对地均匀分布在冶炼区，形成还原反应需要的温度条件，使冶炼顺利完成。这时，炉内冶炼区的电能主要在炽热料层、焦炭层、渣液、合金液体组成的冶炼区中传导，通过的电能迅速转化为热能，迅速将冶炼区的物质加热；在电能传导的同时，热能通过导电、导热性能良好的炽热料层、焦炭层、渣液、合金液体介质迅速散布到整个炉内底部，电热能量最大幅度、相对均匀地分布在整个炉内底部，炉内底部形成最大的、温度适合的冶炼还原反应区，还原反应充分、稳定地进行。这时的电热能量利用率最高。电热能量在炉内下部冶炼区的分布，即电热能量应在炉内下部的整个炉内尽可能均匀的分布，我们把这种分布情况称为电热能量的合理平面分布。电热能量的合理平面分布是整个冶炼顺行的核心要求，实现这个要求，整个冶炼就能顺利进行，冶炼的电热能量就能够充分利用，资源的利用率也随之提高。(3)、实现电热能量的合理垂直分布的是实现合理平面分布要求的必要条件，但实现垂直分布合理的情况下，平面分布不一定就能够合理。只有同时实现电热能量的合理垂直分布和电热能量的合理平面分布，才能保证炉内有足够大的还原反应区，这时的电热能量分布最合理，电热能量利用率和资源的回收率最高，冶炼过程达到最佳状态，这种状态就是电热能量的合理分布。
以上就是矿热电炉冶炼铁合金的电热能量分布论。
能量定向：电热能量分布论的核心是三点，即电极深插与冶炼区的导电、电热性能良好。电极深插与导电、导热性能良好是矛盾的。通过调整炉料的导电、导热性能并匹配合适的二次电流电压，实现电热能量的合理分布，实际就是能量定向。
电热能量分布论及能量定向广泛适用于所有的矿热电炉，包括铁合金、电石、黄磷、生铁等。
原煤化学活性好，低温下基本不导电，高温下导电，这个特点非常符合电热能相对集中的要求。
本办法运用铁合金的电热能量分布论，改进《原煤替代焦碳生产铁合金的方法》，是原煤替代焦碳生产铁合金的方法在理论和实践上的重大突破。
既然铁合金冶炼技术的关键是实现电热能量的合理分布。因而，能否保证电热能量在炉内合理分布就成了原煤法能否成功的关键。从前很多的研究和实践，往往都因为不能保证实现电热能量的合理分布而失败或未取得更为良好的效果。其原因有以下三点：一是电炉的参数不合适，主要是炉膛和极心圆通常偏小；二是原料粒度匹配不合理，因而炉况的比电阻太大或太小，炉内电热能量传导不好，电热能量分布不合理；三是还原剂煤炭的利用系数没有测准，根据已掌握的资料，铁合金的工艺计算中焦炭的利用系数通常按90％计算，而且通常忽略电极消耗带入炉料的碳材对整个冶炼过程的影响。以往使用原煤作还原剂生产铁合金的很多研究和实践，基本上都采用90％作为煤炭的利用系数，这和实际数据相差很大。由于对煤炭利用系数掌握不准，因而用量掌握不准，通常是过量的煤炭在炉内逐步积累而最终导致炉况运行紊乱。解决好这三个问题，就能用原煤作还原剂生产铁合金并取得良好的技术经济效益。
本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种以部分或全部原煤作还原剂生产铁合金的方法。
本发明的设计思想和主要技术方案：运用矿热电炉冶炼铁合金的电热能量分布论，通过调整或不调整设备参数，主要通过组合调整煤炭粒度并匹配合适的二次电流电压以取得合适的炉况运行比电阻和良好的电热能量传导特性，达到电热能量合理分布的目的，同时使用正确的煤炭利用系数进行配料计算，保证煤炭用量准确，实现炉况的稳定运行，从而实现使用原煤作还原剂的量达到35％以上，取得提高资源回收率和电热能量利用率的效果。
本发明的主要技术特征是使用原煤作还原剂的量达到35％以上，可通过综合运用以下具体技术方案来实现：
1.调大炉膛、极心圆：使用原煤的电炉，炉膛、极心圆都应比传统的炉膛、极心圆大1-3％，因为大炉膛、大极心圆能够增大炉况运行的比电阻。如能够调大设备的炉膛、极心圆，以调整炉况运行的比电阻，可以为后续工作创造好的条件；当改变炉膛直径有困难时，可以单独调大极心圆以改变导电特性而增大比电阻；当改变极心圆有困难时，也可以单独增大炉膛。一般情况下，无须对设备作调整，而是综合采用2.及3.的方法来实现。
2.在一般情况下，调整炉矿运行的比电阻，可以调节矿石、溶剂粒度，本方法主要通过组合使用不同粒度的煤炭，并通过调整不同粒度的煤炭的用量来取得比电阻和电热能量传导特性都良好的入炉原料组合，并匹配以合适的二次电流电压，以达到保证电极深插、电热能量炉内合理的分布的目的，从而顺利实现全原煤冶炼；
3.在采用2.中所述方法的同时正确掌握煤炭的利用系数，通过大量研究结果表明：①工艺计算配炭量必须考虑电极消耗带入的碳材；②煤炭利用系数比焦炭高0-10％，即可达到90-100％；③在当炉料水份含量超过6％时，要考虑炉内产生水煤气反应将额外消耗1-2％的炭()：③、使用白云石、石灰石作溶剂时，精确计算应考虑以下反应额外消耗的碳：()，()，()。
本方法所述的原煤包括各种烟煤和无烟煤，对其质量无特殊要求。
本方法所述的原煤部分或全部替代焦炭作还原剂生产铁合金技术适用于溶剂法和无溶剂冶炼工艺，适用于所有容量的电炉。
本方法的主要优点和效果：与传统的焦炭作还原剂或《原煤替代焦碳生产铁合金的方法》的工艺技术相比，本方法使冶炼电耗降低1-10％、原料中有用资源的回收率提高1-5％，技术经济指标明显改善；本发明的方法，不需要对原有设备进行改造即可应用，因此易为本技术领域的一般技术人员所掌握；本发明的方法广泛适用于矿热法用炭质还原剂冶炼的所有铁合金生产，特别适用于以下产品种类：①硅系合金，包括工业硅、硅铁等；②锰系合金，包括锰硅合金、炭素锰铁等；③铬系合金，包括高炭铬铁、硅铬合金等；④复合合金，包括硅钙合金、硅钡合金等；⑤其它使用炭质还原剂生产的铁合金；由于使用原煤，特别是无烟煤，这就可以减少炼焦的污染，对环境保护具有积极意义；由于使用原煤，降低了冶炼电耗，提高了主要元素的回收率，可以提高资源的利用率，大大的节约资源；由于原煤成本低，用量少，可以降低成本。综上所述，原煤替代焦炭生产铁合金是铁合金生产技术的重大突破，具有极大的技术、经济和社会价值。
下面通过实例进一步说明本办法的特点。
本实例在一台3600KVA电炉上进行，电炉的炉膛直径4200mm、极心圆直径1800mm，以硅锰合金FeMn68Si18为试验产品。实验中使用全部无烟煤作还原剂，改进前，无烟煤的粒度为5-18mm一个等级，改进后分5-15mm和18-32mm两个等级。本方法根据炉料中其它原料的粒度情况来调整两个粒度等级的煤炭用量，其小粒度煤炭的用量在全部煤炭用量的40-70％、大粒度煤炭的用量在全部煤炭用量的60-30％之间进行调整，二次电压从以前的4级92伏调高到5级的98伏。在冶炼过程中，大粒度的煤炭在下部的冶炼区聚集后形成一个稳定的导电、导热性能良好的碳层，由于上部的未熔料层导电、导热性能较弱，电热能量就集中到下部的冶炼区，实现了电热能量的合理分布。实验数据见表1，由表1数据可知，实施改进后电耗降低了4.6％，矿耗降低了3.7％，说明使用本方法定向能量后，电耗降低、资源利用率提高，技术经济指标改善。
最后要说明的是，对不同容量的矿热电炉、或同一容量的不同的矿热电炉、或同一矿热电炉生产不同品种的产品，这种调整不完全相同，应根据设备参数、原料条件、二次电流电压的不同情况进行相应的调整。这样的调整一般的专业技术人员就能掌握。
表1 项目 名称 煤炭粒度 (mm)煤炭利用系数 (％) 电 耗 (kwh/t) 矿 耗 (t) 改进前 5-18 90-95 4300 2.7 本方法 5-15、18-3 90-97 4100 2.6