高碳铬铁的冶炼工艺

高碳铬铁的冶炼工艺1.高碳铬铁的生产方法 12.矿热炉主要技术参数 23.冶炼高碳工艺流程 23.1.原料的选取 3 3.1.2.还原剂 43.2.原料的处理 4 5 5 6 6 73.3.高碳铬铁的冶炼 73.3.1.冶炼基本原理 73.3.2.冶炼操作 3.4.主要冶炼方法 3.5.原料选择与预处理 13.6.矿热炉冶炼工艺 13.7.关键参数与炉型设计 3.8.原料搭配与优化 3.9.环保与能效 4.总结 1.高碳铬铁的生产方法竖炉法现在只生产低铬合金(Cr<30%),较高铬含量(例如工艺尚处在研究阶段；后两种方法是正在探索中的新兴工艺；因此，绝大多数的商品高碳铬铁和再制铬铁均采用矿热炉(矿热炉)法生产。矿热炉冶炼具有以下(1)矿热炉使用电这种最清洁的能源。其他能源如煤、焦炭、原油、天然气等都不可避免地将伴生的杂质元素带入冶金过程。只有采用矿热炉才能生产最清洁的合金。(2)电是唯一能获得任意高温条件的能源。(3)矿热炉容易实现还原、精炼、氮化等各种冶金反应要求的氧分压、氮分压等热力学条件。矿热炉由炉体、供电系统、电极系统、烟罩(或炉盖)、加料系统、检测和控制系统、水冷却系统等组成。根据生产的品种和年产量，首先确定炉用变压器的额定容量，选择变压器的类型(三相或三台单相)、工作电压和工作电流。然后确定矿热炉的几何参数，包括电极直径，电极极心圆直径(或电极中心距),炉膛直径，炉膛深度，护壳直径，炉完高度等。所有这些参数，通常采用经验公式计算，并参照国内外生产实践进行选定。部分冶炼高碳铬铁的矿热炉主要技术参数列于表1。表1部分矿热炉主要技术参数电极直径极心圆直径炉膛直径炉膛深度级冶炼高碳铬铁的原料有铬矿、焦炭和硅石。其中焦炭以及硅石作为还原世界铬铁矿矿床主要分布在东非大裂谷矿带、欧卑斯—喜马拉雅矿带和环太平洋矿带。近南北向褶皱带中的铬铁矿资源量，占世界总量的90%以上。其中南非、哈萨克斯坦和津巴布韦占世界已探明铬铁矿总储量的85%以上，占储量基础的90%以上，仅南非就占去了约3/4的储量基①选矿原则：由于铬是用途最多的金属，而且在“战略金属”中列第一位。当今世界拥有铬矿资源的国家或资源缺乏的国家在上述铬矿选矿方法中，生产上主要采用重选方法别。有时重选精矿用弱滋选或强磁选再选，进②铬矿搭配原则：在高碳铬铁的实际生产中往往需要1)合适的铬铁比(Cr2o3/∑FeO)。一般来说，冶炼含铬量大于50%的合金要求入炉综合矿的Cr2o3/∑FeO比值大于2.0;而冶炼含铬量大于60%的合金要2)合适的MgO/Al2o3比值。它不但影响熔渣的导电性能和还原性能，而且影响合金的含碳盘。在实际生产中，使用MgO/Al2o3,比值偏低的铬矿需配足量的焦炭，以增加焦炭层的厚度，一方面是为了保证也是为了增加未还原矿核在焦炭层的滞留时间。减少渣中跑铬。3)合适的块度搭配。单独使用粉矿时，易造成粉矿烧结，使料面透气性变差，严重破坏了冶炼气氛；使用块度大的铬矿易增加精炼层厚度，造成合金含碳量偏低。4)合适的熔化性能。单纯使用易熔铬矿会造成成渣过早，使熔化速度快于还原速度，易造成渣中跑铬高现象；单纯使用难熔铬矿会增厚精炼层，出现大量未还原矿核以及合金含碳量偏低等现象，给正常冶炼带来了很大的困难。合理搭配铬矿使熔渣有合理的熔点，对改善经济指标非常重要。3.1.2.还原剂在合金生产中，使用最为普遍的是最便宜的一种还原剂-冶金焦“碎块”(高炉用焦经筛选后的筛下焦)。由于炼焦用煤的质量及焦化厂生产焦炭的条件不同，碎焦块的质量也各异.但是它们有一个共同的缺点，就是电阻不高，反应性能欠佳，灰分和硫、磷的含量较高，同时水分含量也较高，而且还不稳定。焦炭中含有的硫主要是有机琉及大量的硫化物，还有少量的硫酸盐和极少量以碳中固溶体状态存在的元素硫。焦炭的磷含量也各不相同。焦块具有海绵状组织，并有大量的裂纹，其气孔率波动于35%-55%范围内，焦炭的视密度为焦炭的性质依其块度不同而变化，如表2所示。表2焦炭性质随块度变化情况块度为25-40mm的焦块的电阻比焦粒(10-25mm)低10%-15%。生产铁合金用焦炭在破碎时产生的粉末量应尽量少，这一点是非常重要的，而且灰分成分应尽可能有利于所炼的铁合金品种。3.2.1.原料的质量要求：A原料的品位和纯洁度：冶炼要求原料尽可能高的品位。纯洁度高的原料B原料中的有害杂质：原料中的杂质以硫磷最为有害，因为它们进入铬铁C原料的粒度：原料粒度是否合适对冶炼进程是有很大的影响。原料粒度过大会造成不易熔化，还原因难，导电性增加，使渣量增大，炉况恶化，冶炼的各项技术经济指标变坏。但如原料粒度过小，粉末多，则会使炉料的透气性不好，电极周围压力大，造成刺火。而且粉末料易熔化，会使上层炉科烧结而悬料，导致塌料，其结果是电极不稳，刺火塌铬矿中Cr203>40%,Cr203/∑FeO>2.5,s<0.05%,P<0.07%,MgO和Al203含量不能过高；粒度10—70mm,如系难熔矿，粒度应适当小些。焦炭要求含固定炭不小于84%,灰分小于15%,S<0.6%,粒度3—硅石要求含SiO297%,Al2O3<1,0%,热稳定性能好，不带泥土，粒度203.2.2.原料的干燥：A原料的干燥也很重要，特别是焦炭更需干燥。因为使用湿焦有以下几方固定炭配比的准确性，其次水分的蒸发也消耗热量。特别当塌料时，湿料直接进入坩埚区，吸收大量的热，使耗电量增加。上述因素干燥焦炭可用转简干燥机。转筒干燥机的直径为1.5m;长12m,通入转筒的热风温度为200℃,这种干燥机每小时每立方米容积能蒸发水分24kg。3.2.3.破碎与筛分：由于入护的原料有一定的粒度规格，而使用直接往不能满足这个要求，因此必须先进行破碎筛分达到所动颚板之间进行破碎.偏心轴旋转时，通过连杆与推扳使可动颚板作前后往复矿热护要求焦炭的粒度比矿石小。对冶炼要求小粒对辊破碎机破碎。对辊破碎机由铸铁机架和一组互相对的辊面是乎的，也可以有一条宽为15-20mm,深4-5mm的小槽。对辊为硬面铸铁件，其质量好坏影响其使用寿命，质量好的对辊一般使用3个月。对辊破碎机的碎矿比一般为3-4。3.2.4.原料的输送与称量：将料配好卸人炉顶料仓。配料车上装有可开式料斗和称料挂在电葫芦上。电葫芦沿着炉子周围的单轨运行，料仓，用杠杆式秤配料，配好的炉料卸入上料小车，料运到炉顶平台上，再用小车把料推到炉顶料仓。上，配好的炉料直接送到加科平台上。配料时，称量的准确度要求达到5kg。炉料的混合是靠下料和倒运时进行的。所以为降低高碳铬铁生产设备的造价，各厂都趋向使用大型还原封闭矿这些矿热炉必须使用硬块铬铁矿。由于硬块铬铁矿用价廉的碎铬铁矿和粉矿，但这类矿必须经过预处理才能人炉。因此铬矿粉的造球工艺：铬矿资源中块矿只占总量的20%,其余80%是粉矿。有相当一部分铬矿居于易碎矿石，在开采和贮存过程中度高的块矿在加工过程也产生大量的细粉。粉矿直接入炉不仅会造成大量有用元素随炉渣和炉气流失，还会直接威胁矿热炉的生的大量粉尘也需要造块处理。目前球团和造块汽养生球团、碳酸化球团、烧结球团、预还原球团焙烧工艺过程：原料矿石中通常含有大量的高价和硫化物。焙烧是在适当温度和气氛条件下，使矿石发生脱水、分解、氧烧结工艺：烧结是利用矿石出现熔化或矿石与焙剂液相来润湿和粘结矿石颗粒，冷却后形成多孔的过程。烧结过程是物质表面能降低的过程。粉矿具3.3.高碳铬铁的冶炼矿热炉法冶炼高碳铬铁的基本原理是在电弧加热的铬和铁的氧化物.称为电碳热法。矿热炉在铬铁生产中用于对矿石等炉料进行按炉口形式分为高烟罩敞口式、矮烟罩敞口式(罩上部引入的一种改进型)、半封闭式和封闭式3种(见图1)。前两种为早期使用的形式，日趋淘汰。目前广泛采用的是封闭式。矿热炉烟罩多为矮烟罩演变而成的半封闭罩，通常在其侧部设置若干个可调节启闭度的炉门，以便既可在需要加料、捣炉操作时开启，又可按要求控制进风量，调节炉气温度，实现烟气除尘甚至余热利用。封闭式矿热炉，亦即带炉盖的密闭矿热炉，炉内产生的煤气由导管引出，再经净化处理后可回收利用。为便于操作检修，并保证安全运行，封闭矿热炉炉盖上设置若干个带盖的窥视、检修和防爆孔。这类矿热炉操作和控制技术要求较高。图2所示则为全封闭式矿热炉冶炼车间剖面图，主要由配料站、主厂房及辅助设施等组成。44电限：11一体2-4用代程图3封闭固定式还原电炉1一加料系统；2一气动系统；3一供电系统；4—水冷却系统；5-电极升降装置；6一电极压放装置；7一液压系统；8一电极把持器；图3全封闭固定还原电炉(矿热炉)矿热炉法冶炼高碳铬铁的基本原理是在电弧加热的铬和铁的氧化物.称为电碳热法。矿热炉是矿热炉的一种，在铬铁生产中用于对矿石等炉料进行还原熔炼。其持点是正常熔炼过程焦炭、硅石、铬矿顺序进行配料，以利混合均匀。敞口炉通过给料槽把料加到电极周围，料面呈大锥体。封闭炉由下料管直接把料加入炉内。无论还是封闭炉，均应随着炉内炉料的下沉而及时补充新料度。1—装料车；2一桥式吊车；3—抓斗；4—料仓；5—板式供料器；6一筛下硅石；7一颚式破碎机；8—返回料斗；9—料仓；10—双层筛；11一筛下弃料；12—对辊破碎机；13—供料分配仓；14—供料分配车；15—供料仓；16—下料管；17—矿热电炉；18一盛铁包；19一小车；20—渣罐；21—集装箱；22—粒化槽；23—流铁槽矿热炉内所发生化学反应生产高碳铬铁的主要过程是：碳还原氧化铬生成Cr3C2的开始温度为1385K,生成Cr7C3的反应开始温度1453K,而还原生成铬的反应开始温度为1520K,因而在碳还原铬矿时得到的是铬的碳化物，而不是金属铬。因此，只能得到含碳较高的高碳铬铁。于反应温度。生成含碳量高的碳化物比生成产中，炉料在加热过程中先有部分铬矿与焦炭反应生成Cr3C2,随着炉料温度升高.大部分铬矿与焦炭反应生成Cr7C3,温度进一步升高，三氧化二铬对合氧化铁还原反应开始温度比三氧化二铬还原反的氧化铁在较低的温度下就充分地被还原出来，并与碳化铬互溶，组成复化物，降低了合金的熔点。同时，由于铬与铁互应将铬矿中的铬和铁氧化物转化为高碳铬铁合金。以法。目前，矿热炉法是主流工艺，因其能精确控制产含铬量大于50%的合金。竖炉法仅能生产低铬合金(Cr<30%),而等离子法和0.05%和0.07%,粒度10-70mm。难熔矿需更小粒度。还原剂：冶金焦炭(固定碳≥84%,灰分<15%,粒度3-20mm)和硅石闭式和封闭式，后者可回收煤气。反应原理：碳还原铬矿的氧化物分阶段进行：Cr₃C₂生成(1385K)→Cr₇C₃生成(1453K)→铬还原(1520K),最终产物为高碳铬氧化铁优先还原，与碳化铬互溶降低合金熔点。操作：连续加料，保持料面高度，控制电极埋弧深度以稳定炉温。技术参数：变压器容量(2700-25000KVA)、电极直径(500-1580mm)、炉膛直径(1700-7700mm)等需根据产量和品种设计。炉渣控制：MgO/Al₂O₃比值影响导电性和合金含碳量，需搭配不同铬矿以优化熔渣性能。铬矿搭配原则：平衡铬铁