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冶炼碳化锆的技术参数优化 张玉驰 中信锦州铁合金股份有限公司 内容摘要： 1、本文论述碳化锆冶炼的重要因素炉温、还原剂、批料冶炼电量和原料配比对产品质量的影响； 2、分析了极心圆、炉膛内径对碳化锆质量的影响，并且根据生产经验给出了合适的极心圆直径和炉膛内径； 3、分析了二氧化锆在不同温度下，碳量的多少对脱硅效果的影响，最后给出了合适的配碳依据； 4、批料冶炼电量部分，根据物质热容计算出了每批物料从常温升到1800℃时所需电量和时间，根据生产经验确定了化学反应（脱硅过程）所需的时间和电量。 5、总结优化了碳化锆生产的合理参数； 关键词：批料冶炼周期用电量、冶炼温度、炉膛内径、心圆直径、原料配比  前言： 碳化锆是高级耐火材料的添加剂，是生产原子能级海绵锆的原料，它的质量的好坏，直接影响到最终产品生产的效果。而影响碳化锆质量的因素比较多，根据近几年的生产经验，我们总结出以下几个因素：批料冶炼周期用电量、冶炼温度、炉膛内径、心圆直径、原料配比。  一、碳化冶炼基本原理 在高温下，碳与金属锆的亲合力大于金属锆与氧的亲合力。所以，在三相电弧炉中，用石油焦粉作还原剂，碳能把锆英石中的二氧化锆、二氧化铪还原成碳化锆、碳化铪。其反应方程式：ZrSiO4+4C=ZrC+3CO↑+SiO↑HfSiO4+4C=HfC+3CO↑+SiO↑2SiO+O2=2SiO22CO+O2=2CO2↑在反应过程中，锆英石中的主要杂质SiO，从烟道中燃烧成SiO2排出。氧化铁被还原成铁存在于碳化锆中，氧化钛、氧化铝等也都相应生成碳化物而进入碳化锆中。 二、影响碳化锆质量的几个因素 1、电弧炉内的熔炼温度 我们采用的是碳热法生产碳化锆，锆英砂的碳化过程是在三相电弧炉内进行的。炉衬用电极糊烧结，内插三根石墨电极，尾气（主要是SiO和CO）经烟道进淋洗塔排出。 ZrSiO4在碳化过程中首先被分解为SiO2和ZrO2，分解温度为1676℃，温度达到1800℃时分解较完全。电弧光的温度远远超过此温度，能够满足化学反应的温度条件。但是，如果三根电极分布不合理、炉膛过大等，生产中靠炉膛边部的产物，因温度低排出的SiO少，其含Si、C量较高，影响了碳化锆质量。这就有必要研究一下电极极心圆直径和炉膛内径。 （1）极心圆直径 在三相圆形电弧炉中按正三角形配置的三根电极的圆心所成的圆的直径称为极心圆直径，如图1所示图1 电极极心圆与三相电极电弧作用区 图1 电极极心圆与三相电极电弧作用区 电极极心圆直径适当 1、在电极极心圆直径选得比较适当时如图（B）三个电极电弧作用区部分 刚好相交于炉心，各反应区是彼此交错重叠的。这时炉心三角形地 区是相互串通的，温度高，SiO能够迅速排出，ZrC在炉内能形成一 个整体，且质量较好； 2、但当电极极心圆直径选择不够适当时，如电极极心圆直径过小 如图（A），三相电极电弧作用区相交太多，热量过于集中于炉心而造 成浪费，降低了电能的利用率； 3、如极心圆直径过大（C），三相电极电弧作用区相切，炉心热量不足，易造成三相隔绝现象，使炉心处的锆英砂碳化不完全且质量不好。 极心圆直径可根据极心圆单位面积功率计算 依据生产经验，冶炼ZrC这样高熔点的产品，合适的极心圆单位面 积功率应在4000kw／m2。根据公式计算如下： P极心= P视CoSφ/(0.785 D2极心) 式中：P极心－极心圆单位面积功率（kw/m2），数值为4000kw/m2 P视－变压器视在功率（kw），数值为1800kw CoSφ－功率因数，取0.89 D极心－极心圆直径，单位：米 将具体数值代入上式，得D极心为0.714m，实际操作中D极心取φ700mm。 （2）炉膛内径 炉膛内径也是一个重要参数，选择的合理，能提高电能的利用率和碳化锆的质量，对提高锆的碳化率也是有益的； 炉膛内径选择过小，不仅造成热量的浪费，而且会使炉壁烧损严重，缩短炉壳的使用寿命； 炉膛选择过大，会造成炉壁部分温度低，ZrSiO4分解效果不佳，ZrO2的碳化不完全，SiO2的还原率降低，产品中的C、Si量就会上升，影响ZrC的质量。 炉膛内径可根据炉膛单位值面积功率计算 依据生产经验，合适的炉膛单位面积功率应在800千瓦/平方米以上。根据公式计算如下： P炉膛= P视CoSφ/(0.785 D2炉膛) 式中： P炉膛－炉膛单位面积功率（kw/m2），数值为800kw/m2 P视－变压器视在功率（kw），数值为1800kw CoSφ－功率因数 取0.89 D炉膛－炉膛内径 单位：米 将具体数值代入上式，得D炉膛为1.6米，实际操作中P炉膛取1000