CN103917669B - 制造铬铁的方法 - Google Patents

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Abstract

制造铬铁合金的方法，其包括步骤：提供粒化进料，其中该粒化进料包含铬铁矿矿石和作为唯一碳质材料和唯一还原剂的碳化硅；粒化该粒化进料以获得粒料；烧结该粒料以获得烧结粒料；将该烧结粒料与外部还原剂混合以获得熔炼进料；和熔炼该熔炼进料。

Description

制造铬铁的方法
本发明涉及一种制造铬铁合金的方法。
碳化硅经常被用作还原剂，其可以用于冶金方法例如熔炼中。
EP1274870B1涉及一种熔炼方法，其中通过将碳化物加入到含有氧化物形式的铬和铁的材料中来制造铬铁合金。
US4,576,637涉及一种由粒料来制备合金的方法。该粒料包含氧化物、碳质还原剂和/或碳化物。
本发明的目标是提供一种制造铬铁合金的改进方法，其特征在于铁和铬的高回收率。
已经令人惊讶的发现，在生坯/湿粒料(烧结进料)中存在碳化硅对于制造烧结粒料(烧结方法)和制造相应的合金(熔炼方法)是有利的。
在烧结过程中，碳化硅的轻度氧化在该粒料内部产生了热(放热反应：C→CO2和Si→SiO2)，和因此该烧结方法不需要加入碳。换句话说，当使用碳化硅时，该粒料中不需要额外的碳。用于烧结的燃料(例如丁烷)的量低得多，这归因于发生了所述放热反应。此外，铁的金属化低(通常小于4％)和特别是烧结过程中铬的还原是可忽略的。因此，改善了铬铁矿矿石的使用和降低了能耗，其节约了自然资源例如矿石、化石燃料和能量。还应当强调的是，烧结粒料的耐压强度平均高于无碳化硅的粒料。甚至进一步地，该烧结方法过程中碳化硅的损失小。所以，碳化硅仍然留在该烧结粒料中；所述未使用的碳化硅支持了熔炼过程中的还原过程。
通过使用碳化硅，生产了高等级烧结粒料，其表现出良好的熔炼特性。无碳化硅的烧结粒料的熔炼中炉渣的铬含量远高于碳化硅粒料。因此，该烧结粒料中存在碳化硅降低了炉渣中的铬含量。此外，当使用含有碳化硅的粒料时，铬和铁的回收率相当高。如上所述，碳化硅的氧化是放热的(释放热能)。因此，熔炼需要较少的外部还原剂例如焦炭或者冶金焦炭。所以，需要较少的化石燃料和降低了自然资源的消耗。此外，碳化硅的存在提高了熔炼进料中的电阻，其又降低了电能消耗，这又节约了原材料。
出于本说明书的目的，术语“铬铁合金”和“碳化硅”分别缩写为“FeCr”和“SiC”。
本发明的第一方面涉及一种制造铬铁合金的方法，其包括步骤：
a)提供粒化进料，其中该粒化进料包含
-铬铁矿矿石，和
-作为唯一碳质材料和唯一还原剂的碳化硅；
b)粒化该粒化进料以获得粒料；
c)烧结该粒料以获得烧结粒料；
d)将该烧结粒料与外部还原剂混合以获得熔炼进料；和
e)熔炼该熔炼进料。
优选地，该粒化进料包含
-作为唯一金属矿石的铬铁矿，和
-作为唯一碳质材料和唯一还原剂的碳化硅。
出于本说明书的目的，术语“作为唯一碳质材料的碳化硅”表示该粒化进料包含碳化硅作为唯一的碳源；换言之，该粒化进料不包含任何其他的碳质材料，而仅有碳化硅。类似地，术语“作为唯一还原剂的碳化硅”表示碳化硅是该粒化进料中唯一的还原剂；换言之，该粒化进料不包含任何其他的还原剂，而仅有碳化硅。此外，术语“碳质材料”表示充当元素碳的来源的任何化合物，其可以在冶金方法例如熔炼中经历向二氧化碳的氧化。碳质材料典型的例子是碳化物、木炭、煤和无烟煤。出于本说明书的目的，术语“作为唯一金属矿石的铬铁矿”表示铬铁矿是该粒化进料中唯一的金属矿石；换言之，该粒化进料不包含任何其他的金属矿石，而仅有铬铁矿。此外，术语“粒化进料”优选表示固体混合物，其充当在粒化设备中制造粒料的起始材料(原材料)；所获得的粒料随后在烧结设备中加工以生产烧结粒料，其又充当用于获得FeCr的熔炼方法的起始材料。
优选该粒化进料由以下组成：
-作为唯一金属矿石的铬铁矿，
-作为唯一碳质材料和唯一还原剂的碳化硅，和
-粘合剂。
关于该粒化进料，术语“由……组成”表示该粒化进料仅由所述组分组成，并因此排除了任何另外的组分的存在。换言之，组分铬铁矿、碳化硅和粘合剂的百分比之和是100％。
优选该粒化进料是固体混合物例如研磨的粉末。
该粒化进料包含优选4-20wt％的SiC，更优选4-15wt％的SiC，甚至更优选4-7wt％的SiC，最优选4-6.5wt％的SiC，和特别是6±0.5wt％的SiC。典型地，该粒化进料包含6wt％的SiC。
该粒化进料可以包含助熔剂例如石灰石、白云石、石英、石英岩、方解石或硅灰石或者其任意混合物。优选使用助熔剂石英岩或方解石或者其任意混合物。在一种优选的实施方案中，该粒化进料不包含任何的助熔剂，和因此该粒料和烧结粒料也不包含任何助熔剂。在这种情况中，合适的助熔剂可以稍后加入以获得各自的熔炼进料。
优选该粒化进料包含粘合剂。该粘合剂优选是膨润土，特别是活化膨润土例如钠活化的钙系膨润土。
该粒化进料包含优选0.5-3wt％，更优选0.75-2.5wt％，甚至更优选1-2wt％，最优选1.2±0.3wt％和特别是1.2wt％的粘合剂例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土。
膨润土例如钠活化的钙系膨润土的吸水能力优选是500-750％，更优选550-700％，和甚至更优选600-650％。
膨润土例如钠活化的钙系膨润土的平均粒度优选是2.5-5μm(d50％)，更优选3-4μm(d50％)，甚至更优选3.7±0.5μm(d50％)和最优选3.7μm(d50％)。
膨润土例如钠活化的膨润土的比表面积优选是20-30m2/g，更优选24-27m2/g，甚至更优选26±0.3m2/g，和最优选25.9m2/g。
粘合剂例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土表现出优选7-13％，更优选10-11.5％，和甚至更优选10.8％的燃烧损失。
优选该铬铁矿和SiC的粒度分布是60-90％低于200目，更优选75-85％低于200目，和甚至更优选80％低于200目。
SiC的粒度分布优选是70-80％低于74μm，更优选75±2％低于74μm，和甚至更优选75％低于74μm。在另一优选的实施方案中，SiC的粒度分布优选是70-80％低于74μm和40-60％低于37μm，更优选75±2％低于74μm和45-55％低于37μm，和甚至更优选75％低于74μm和50％低于37μm。
铬铁矿的粒度分布优选是70-90％低于74μm，更优选75-90％低于74μm，甚至更优选79-85％低于74μm。在另一优选的实施方案中，铬铁矿的粒度分布优选是70-90％低于74μm和40-60％低于37μm，更优选75-90％低于74μm和45-55％低于37μm，和甚至更优选79-85％低于74μm和47-54％低于37μm。
该粒化进料可以根据包括以下步骤的方法来制造：
-提供铬铁矿、碳化硅和粘合剂，
-混合所述组分。
优选该铬铁矿为来自于选矿装置的铬铁矿精矿的形式。在一种优选的实施方案中，铬铁矿是所提供的唯一的金属矿石；即，没有其他的金属矿石加入到该粒化进料中。在另一优选的实施方案中，加入该粒化进料中的唯一的碳质材料和还原剂是碳化硅；即，没有其他的碳质材料例如煤、木炭或者无烟煤加入到该粒化进料中。
优选每个组分(即碳化硅、粘合剂、铬铁矿)单独加入，目的是实现工艺混合物最佳的均化。
在一种优选的实施方案中，组分的混合在研磨步骤之前、期间或之后进行。
优选该碳化硅根据铬铁矿或者铬铁矿精矿来定量。典型地，在研磨之前将碳化硅进料到铬铁矿，和因此该铬铁矿和碳化硅优选一起研磨。在研磨之前进料该碳化硅对于烧结方法是有利的，因为以此方式，碳化硅均匀地分布到所获得的粒料中。但是，单个组分的研磨也可以分别进行，并且该分别研磨的组分优选在研磨步骤之后彼此混合。还可以分别研磨组分的任意混合物和/或任意单个组分，并且该分别研磨的混合物和/或单个组分优选在研磨后彼此混合。
取决于粘合剂的粒度分布，粘合剂例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土在研磨之前或之后加入到工艺混合物中。在它在研磨后加入的情况中，该工艺混合物可以用混合器，优选用双壳混合器进行均化。
优选粘合剂例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土以7-12kg/公吨铬铁矿精矿的量加入到该粒化进料中。
在研磨工序中，该工艺混合物优选是湿研磨的。湿研磨优选在球磨机中，更优选在开放工序(无再循环)的球磨机中进行。研磨的目的是将该粒化进料研磨到特定的粒度和获得指定的粒度分布，其适于粒化和烧结。
优选研磨该工艺混合物，直到获得下面的粒度分布：
筛分 参考值
200目(74μm) 80-82％
300目(53μm) 65-72％
400目(37μm) 50-58％
<1μm ≤2％，优选≤1％
研磨机优选是溢出型球磨机。优选在研磨过程中浆料密度保持恒定。该浆料密度优选是2.15-2.25kg/dm3，其对应于70-72wt％的固含量。优选在研磨过程中测量研磨功率。通常，每个工艺混合物具有特定的研磨能量要求(通常表达为kWh/t)，其会影响进料速率和研磨功率。优选将指定尺寸的研磨球加入研磨机中以获得所需的功率输入和该粒化进料的所需粒度分布。参数可以通过调整待研磨的材料的进料速率来优化。优选在研磨后将>2mm的超尺寸颗粒过滤掉。
经研磨的粒化进料通常以浆料的形式获得，其优选在研磨过程后脱水。
在一种优选的实施方案中，使用陶瓷过滤器例如毛细管盘式过滤器来脱水该浆料以获得滤饼。该滤饼的含水量优选是7-16wt％，更优选7-11wt％，甚至更优选8-10wt％，最优选8.5-9.7wt％，和特别是9.3-9.7wt％。
典型地，每个过滤器的能力取决于精矿、工艺混合物和浆料的特性(例如粒度分布和温度)和取决于周围条件如高度。优选过滤器半连续操作。在工艺混合物进入过滤过程之前，优选将它引入到浆料混合槽中。典型地，该浆料混合槽充当了研磨机和过滤器之间的缓冲槽，并且它甚至可以平衡研磨进料和操作中的偏差，和它可以彻底混合该浆料。浆料的均匀性对于该粒化和烧结过程是重要的。优选槽的搅拌功率是约1kW/m3，以保持浆料处于适当的悬浮体中。优选槽的搅拌器以这样的方式运行，即甚至0.3mm的重的铬铁矿颗粒以及较轻的颗粒保持在均匀的悬浮体中，甚至在整个槽中都是如此。该搅拌器优选装备有变速驱动器，以使得搅拌功率可以根据槽中的浆料水平来控制。
优选将具有合适的粒度分布的粘合剂例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土在过滤该工艺混合物之后加入滤饼中。
优选将该滤饼、粘合剂(例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土)和任选的助熔剂存储在配料仓中。该滤饼配料仓优选装备有盘式进料器，以测量和控制材料向混合过程的进料。通常，在正常操作过程中使用全部的进料器来保持材料流入配料仓中。优选将具有称重带的螺旋进料器或者失重补偿进料器用于膨润土。典型地，每种进料材料(滤饼、膨润土和任选的助熔剂)是分别配料的。任选的助熔剂可以以与主要的滤饼流成比例来进料。
通常，将经配料的材料(滤饼、膨润土和任选的助熔剂)进料到混合器中并在粒化前充分混合。混合器优选包含旋转混合盘，其典型地装备有两个高速转子。优选通过控制卸料口的打开，来将混合器中的水平保持恒定。优选混合器保持为对于有效混合而言可行地尽可能满(填充度约80％)。通常，所需的粘合剂(例如膨润土或者钠活化的钙系膨润土)的量取决于混合功率。
在一种优选的实施方案中，铬铁矿是存在的唯一的金属矿石；即在混合和/或研磨过程中不加入其他金属矿石。在另一优选的实施方案中，存在的唯一的碳质材料和还原剂是碳化硅；即在混合和/或研磨过程中不加入其他还原剂和碳质材料例如煤、木炭或者无烟煤。
优选将获得的混合物(粒化进料)提供到粒化罐以形成粒料。
如上所述，使用该粒化进料来获得粒料形式的烧结进料。
出于本说明书的目的，术语“烧结进料”表示粒料，优选生坯粒料(湿粒料)，形成用于通常在烧结设备中进行的制造烧结粒料的起始材料(原材料)；该烧结粒料又充当用于获得FeCr的熔炼方法的起始材料(熔炼进料)。
优选该粒料(烧结进料)包含铬铁矿作为唯一的金属矿石；即该烧结进料不包含任何其他金属矿石，而仅有铬铁矿矿石。在另一优选的实施方案中，该粒料包含碳化硅作为唯一的碳质材料和唯一的还原剂；即该粒料不包含任何其他碳质材料和还原剂，而仅有碳化硅。
SiC包含在该粒料(烧结进料)中，因为所述SiC是用来获得该粒料的该粒化进料的组分。包含在粒料中的SiC在此也称作“内部还原剂”。
在一种优选的实施方案中，该粒料，优选生坯粒料(湿粒料)，由根据本发明的粒化进料组成。
关于该粒料，术语“由……组成”表示该烧结进料仅由该粒化进料组成，和因此排除了任何另外的组分的存在。换言之，该粒化进料合计为100％。因此，该粒料包含SiC作为唯一的碳质材料和唯一的还原剂。
该粒料的粒尺寸优选是8-16mm，更优选10-14mm，甚至更优选12±1mm，和最优选12mm。
该粒料优选为生坯粒料(湿粒料)的形式。该粒料也可以为干粒料的形式，或者为含有生坯粒料(湿粒料)和干粒料的任意混合物的形式。但是，烧结进料典型地为生坯粒料(湿粒料)的形式。
该湿粒料(生坯粒料)的含水量优选是7-16wt％，更优选7-11wt％，甚至更优选7-10wt％，最优选8-10wt％，和特别是9-10wt％。
生坯粒料的耐压强度优选是1-3kg/粒，更优选1.2-2.8kg/粒，和甚至更优选1.2-2.1kg/粒。
干粒料的耐压强度优选是5-15kg/粒，更优选5.5-14kg/粒，和甚至更优选7-14kg/粒。典型地，干粒料如下来获得：在橱式干燥机中将生坯粒料干燥到恒重，优选在升高的温度(例如100-150℃)和大气压、负压或真空下进行。
干粒料的密度优选是3±1g/cm3，更优选2.8-3.4g/cm3，甚至更优选3-3.3g/cm3，和最优选3-3.25g/cm3。
典型地，通过将该粒化进料进料到粒化设备的粒化罐中来获得粒料。
从该粒化罐的卸料优选在位于粒化罐卸料端下面的滚动筛中筛分。通常，将过大尺寸的块压碎并与筛分的过小尺寸一起作为再循环装料返回该粒化罐。所需尺寸的生坯粒料优选落到传送带上，进料到烧结炉的梭式进料器。产物生坯粒料和再循环细粒的比率可以称重。在正常操作中，再循环装料优选是产物的约2.5倍。
如上所述，该粒料(烧结进料)用作用于制造烧结粒料的起始材料。因此，该烧结粒料源于该粒料，优选上面定义的湿/生坯粒料。
优选该烧结粒料由上面定义的粒料(烧结进料)组成；即该烧结粒料仅源于该粒料(烧结进料)(不加入其他添加剂)；换言之，生坯粒料(烧结进料)的量占该烧结粒料的100％。
优选该烧结粒料包含铬铁矿作为唯一的金属矿石；即该烧结进料不包含任何其他金属矿石，而仅有铬铁矿矿石。在另一优选的实施方案中，该烧结粒料包含SiC作为唯一的碳质材料和唯一的还原剂；即该烧结进料不包含任何其他碳质材料和还原剂，而仅有SiC。
SiC包含在该烧结粒料中，因为所述SiC是该烧结粒料所源自的该粒料(烧结进料)的组分。包含在烧结粒料中的SiC在此也称作“内部还原剂”。
归因于烧结条件，在生坯粒料(烧结进料)烧结时组分SiC会经历氧化。根据本发明，在完成该烧结过程之后该烧结粒料仍然包含SiC。换言之，存在于生坯粒料(烧结进料)中的SiC在烧结过程中仅部分氧化。
根据本发明的烧结粒料包含优选≥25％，更优选≥30％，甚至更优选≥40％，最优选≥50％，和特别是≥60％的残留碳。
在另一优选的实施方案中，该烧结粒料包含优选10-100％，更优选20-100％，仍然更优选30-100％，仍然更优选40-100％，最优选50-100％，和特别是60-100％的残留碳。该烧结粒料还可以包含70-100％、80-100％、90-100％或者甚至95-100％的残留碳。
出于本说明书的目的，术语“残留碳”表示留在该烧结粒料中的可氧化的碳相对于该粒料(烧结进料)或者粒化进料中存在的初始量的碳的百分比。它可以根据下式来计算：
[C]R＝[C]S/[C]F*100％，其中
[C]R：残留碳；
[C]S：烧结粒料中碳的量[wt％]；
[C]F：粒化进料或者烧结进料中碳的量[wt％]。
该烧结粒料包含优选≥25％，更优选≥30％，甚至更优选≥40％，最优选≥50％，和特别是≥60％的残留SiC。
在另一优选的实施方案中，该烧结粒料包含优选10-100％，更优选20-100％，仍然更优选30-100％，仍然更优选40-100％，最优选50-100％，和特别是60-100％的残留SiC。该烧结粒料还可以包含70-100％、80-100％、90-100％或者甚至95-100％的残留SiC。
出于本说明书的目的，术语“残留SiC”表示留在该烧结粒料中的SiC相对于该粒料(烧结进料)或者粒化进料中存在的初始量的SiC的百分比。它可以根据下式来计算：
[SiC]R＝[SiC]S/[SiC]F*100％，其中
[SiC]R：残留SiC；
[SiC]S：烧结粒料中SiC的量[wt％]；
[SiC]F：粒化进料或者烧结进料中SiC的量[wt％]。
该烧结粒料的总孔隙率优选是15-55vol％，更优选20-50vol％，甚至更优选30-48vol％，最优选34-45vol％，和特别是35.5-41.5vol％。
该烧结粒料的粒料尺寸优选是8-16mm，更优选10-14mm，甚至更优选12±1mm，和最优选12mm。
该烧结粒料的耐压强度优选≥200kg/粒，其表达为F12mm。耐压强度F12mm可以根据下式计算：
F12mm＝(12/D)2*FD，其中
D：测量的粒料的直径[mm]；
12：期望的粒料的参考直径[mm]；
FD：测量的粒料的耐压强度[kg/粒]。
该烧结粒料在8分钟后测量的耐磨性优选是2-8％≤5mm和2-8％≤0.59mm，更优选3-7％≤5mm和3-7％≤0.59mm，甚至更优选4-6％≤5mm和4-6％≤0.59mm，最优选4.5-5.5％≤5mm和4.5-5.5％≤0.59mm，和特别是4.9％≤5mm和4.9％≤0.59mm。
该烧结粒料在32分钟后测量的耐磨性优选是5-11％≤5mm和5-11％≤0.59mm，更优选6-10％≤5mm和6-10％≤0.59mm，甚至更优选7-9％≤5mm和7-9％≤0.59mm，最优选7.5-8.5％≤5mm和7.5-8.5％≤0.59mm，和特别是7.8％≤5mm和7.8％≤0.59mm。
该烧结粒料在90分钟后测量的耐磨性优选是10-16％≤5mm和10-16％≤0.59mm，更优选11-15％≤5mm和11-15％≤0.59mm，甚至更优选12-14％≤5mm和12-14％≤0.59mm，最优选12.5-13.5％≤5mm和12.5-13.5％≤0.59mm，和特别是12.8％≤5mm和12.8％≤0.59mm。
耐磨性根据改进的滚筒测试(Tumbler Test)来测量。
该烧结粒料的真密度优选是3-5g/cm3，更优选3.5-4.5g/cm3，和最优选3.8-4.1g/cm3。
该烧结粒料的闭口孔隙率优选是7-10％，更优选8-9％，和最优选8.4％。
根据本发明的烧结粒料的容重优选是1-3g/cm3，更优选1.4-2g/cm3，和最优选1.8g/cm3。
根据本发明的烧结粒料的辊角度(roller angle)优选是20-40°，更优选25-35°，甚至更优选28-32°，和最优选29.5°。
该烧结粒料的热负荷温度优选是1218℃T-1％，1263℃T-2％，1292℃T-3％，1313℃T-4％，1330℃T-5％。
在一种优选的实施方案中，在1330-1350℃的范围内发生了5％的收缩率，其是用于熔炼的最佳值。
该烧结粒料的特征在于铬的金属化率优选<5％，更优选<4％，仍然更优选<3％，仍然更优选<2％，最优选<1％，和特别是<0.5％，相对于铬铁矿矿石中铬的初始总量。
该烧结粒料包含优选<1wt％，更优选<0.75wt％，甚至更优选<0.5wt％，最优选<0.25，和特别是<0.2wt％的金属铬。
该烧结粒料的特征在于铁的金属化率优选<35％，更优选<30％，甚至更优选<25％，最优选<21％，和特别是<15％。
根据本发明的烧结粒料包含优选<10wt％，更优选<7.5wt％，甚至更优选<5wt％，最优选<4wt％，和特别是<3.7wt％的金属铁。
典型地，该烧结粒料是在烧结设备(烧结炉)中，通过将生坯粒料(烧结进料)加热来诱导烧结而获得的。该粒料优选通过钢带传送过该烧结炉。
钢带优选作为环形传送带用于传送该烧结进料穿过烧结炉的阶段。这种方法也称作Outotec钢带烧结方法(SBS)。
将该粒料(烧结进料)加热到优选1250-1500℃，更优选1300-1450℃，和最优选1350-1420℃的最大烧结温度。
烧结炉优选是多隔间炉，生坯粒料携带在穿孔的钢传送带上穿过其中。优选冷却气体的逆流流动将废热从烧结粒料携带至进入前端隔间的粒料。典型地，吸入气体和将冷却空气吹过位于传送带下面的风室。优选将烧结粒料(分级的产物粒料)用作钢带上的底层来保护它防止过高的温度。
形成底层的粒料可以从位于烧结炉进料端的底层进料仓进料到传送带。该底层的厚度优选是180-250mm；该厚度典型地取决于进料速率和操作者的经验。该底层甚至可以厚于250mm，例如在试车和升温阶段过程中。
优选通过进料系统将生坯粒料供给到烧结炉，该进料系统由梭式进料器和辊式进料器(具有宽的进料带)组成。辊式进料器优选将粒料铺展到底层粒料上，并且优选调整该系统以形成到烧结炉的生坯粒料床。底层和生坯粒料层的总床厚度优选固定到400-500mm，更优选450mm。生坯粒料床的厚度可以取决于各自的底层。生坯粒料层的标称厚度因此优选是约250mm。
优选传送带(优选为钢带形式)将待烧结的粒料在烧结炉中传送过烧结过程的不同阶段，如下所述。
烧结炉典型地包括干燥隔间作为第一级。在该干燥隔间中，热气(其优选从第三冷却区再循环)可以被吸过该床，和作为结果，该床开始干燥。该干燥气体的温度优选是320-400℃。所述温度可以通过调整流过第三冷却区的冷却空气来控制。典型地，将额外的再循环气体引导绕过该干燥隔间。优选使用位于旁路管线中的旁通气门来进行温度控制。
该烧结炉典型地进一步包括加热隔间作为第二级。在该加热隔间中，热气(其优选从第二冷却区再循环)通常被吸过该床以提高床温。该床优选加热到生坯粒料床中的碳(来自SiC的堵塞)点燃而开始烧结反应的温度。加热气体的温度优选是1050-1150℃。优选通过在位于循环气管中的燃烧器中的燃烧燃料气来获得加热。
此外，该烧结炉典型地包括烧结隔间作为第三级以获得烧结粒料。在该烧结隔间中，热气(其优选从第一冷却区循环)通常吸过该床。该床的温度优选增加到烧结温度，其取决于矿物学可以是1250-1500℃。烧结气体的温度优选是1250-1500℃，更优选1300-1450℃，和最优选1350-1420℃。优选该烧结阶段所必需的加热通过如加热阶段中那样在燃烧器中燃烧燃料气体来获得。
优选工艺气体分别从每个前端区域中取出以控制烧结炉中的烧结温度、压力和气体流动分布。典型地，该气体在湿(例如阶式)洗涤器中清洁。气流可以通过控制(例如手动控制)废气风扇的速度来调整。
在一种优选的实施方案中，该烧结粒料在几个连续的冷却隔间中冷却。该烧结粒料优选通过将空气从带下面吹过该床来冷却。优选该烧结炉包括或者由三个冷却区组成。冷却气体可以循环到前端隔间。典型地，根据床上隔间中的压力设定将空气分别吹到每个风室。该烧结反应通常在冷却区中仍然持续(至少部分)，以进一步增强产物粒料。
典型地，根据本发明的新鲜烧结粒料与底层粒料一起排出，并且优选在传送带(例如钢带)上传输去筛分和粒料仓。在使用不正常条件的情况中，粒料可以在进入该仓之前通过分流器斜槽在料堆上取出。典型的不正常条件可以包括在启动过程中的骤冷情况，这归因于温度分布的不平衡，或者通常归因于床中的压挤或者粒料中过多的燃烧碳。典型地，所产生的粒料筛分到最大粒度6mm(即筛分到+6mm)，并且进料以在烧结机前端处填充底层进料仓。最终的产物粒料(熔炼进料)可以筛分到最大粒度约2或6mm(即筛分到粒度约+2/+6mm)，然后典型地传送到熔炉。
根据本发明，将该烧结粒料与外部还原剂混合以获得熔炼进料。因此，该烧结粒料被作为用于制造铬铁合金的一种起始材料。
出于本说明书的目的，术语“外部还原剂”表示加入到烧结粒料以获得熔炼进料的任何还原剂。与“内部还原剂”SiC(其是烧结粒料的组分)相反，“外部还原剂”不是烧结粒料的组分。
外部还原剂优选是充当了元素碳的来源的化合物。在另一优选的实施方案中，该外部还原剂是焦炭(例如冶金焦炭)、木炭、无烟煤或碳化物或者其任意混合物。在另一优选的实施方案中，该外部还原剂选自焦炭、木炭和无烟煤或者它是其任意混合物。
在一种优选的实施方案中，该外部还原剂为自由流动固体的形式(例如固体粉末)。因此，该外部还原剂优选不是粒料形式和不是任何其他压缩形式。这确保了该外部还原剂与含有铬铁矿和SiC的烧结粒料密切接触(该外部还原剂能够围绕/包围该烧结粒料)。但是，该外部还原剂可以为含有另外的组分例如助熔剂的固体混合物的形式。
典型地，煤是难以使用的，因为它会在预热窑中和在封闭的熔炼炉中形成焦油。无烟煤也会发生相同的问题。焦油会堵塞预热窑和气体管线。因此，如果不使用煤或无烟煤，则预热窑的可利用性会更高，并且作为合适的外部还原剂，焦炭或冶金焦炭或者其任意混合物优于其他碳质材料。冶金焦炭优选具有高水平的固定碳。
在一种优选的实施方案中，该外部还原剂是焦炭例如冶金焦炭，并且该熔炼进料不包含任何其他外部还原剂，而仅有焦炭例如冶金焦炭。
该外部还原剂的粒度优选100％<2.5-5mm，更优选100％≤297μm。
该熔炼进料包含优选<220，更优选<210，和甚至更优选150-210，最优选160-210，和特别是169-207单位的外部还原剂，基于1000粒料单位。该熔炼进料包含优选<220，更优选<210，和甚至更优选150-210，最优选160-210，和特别是169-207单位的焦炭，优选冶金焦炭，基于1000粒料单位。
在另一实施方案中，根据本发明的熔炼进料进一步包含至少一种上面定义的助熔剂。优选的助熔剂是石英岩或方解石或者其任意混合物。同样可以使用其他助熔剂例如石灰石、白云石、石英或硅灰石或者其任意混合物，这取决于矿石中炉渣形成组分的比例。
优选助熔剂例如石英岩的二氧化硅含量是高的。在一种优选的实施方案中，该品质可以加热而不会解体。熔炼优选基于酸炉渣。可以加入一些石灰石或者白云石以用于炉渣化学的精细调节。
石英岩和方解石的粒度优选<5mm，更优选为小于2-5mm。
该熔炼进料包含优选20-80石英岩单位，更优选30-70，甚至更优选40-60石英岩单位，最优选45-55石英岩单位，和特别是49石英岩单位，基于1000粒料单位。该熔炼进料包含优选41方解石单位/1000粒料单位。在另一实施方案中，该熔炼进料包含49石英岩单位/1000粒料单位和41方解石单位/1000粒料单位。
根据本发明的熔炼进料可以进一步包含成块矿石，优选成块铬铁矿矿石。但是在一种优选的实施方案中，根据本发明的熔炼进料不含任何成块矿石添加剂。
根据本发明，通过熔炼以上所述的熔炼进料来获得铬铁合金。
该熔炼方法优选在封闭和密封的埋弧炉中，使用该烧结粒料、少量外部还原剂来进行；该熔炼进料的任选组分是助熔剂和成块矿石。该熔炼进料优选在位于熔炼炉上面的竖窑中预热。典型地，将炉气在两个文氏管洗涤器中和在一氧化碳(CO)过滤器中清洁。在熔炼过程中产生的CO气体可以用于预热和烧结方法中。
这里所述的高速率铬铁合金生产技术基于在熔炼方法中使用如上所述的烧结铬铁矿粒料。该烧结粒料的组成对于熔炼是有利的，这归因于它的SiC含量。
优选原材料是根据本发明的烧结粒料，任选的成块矿石，作为外部还原剂的少量焦炭，和用于助熔的石英岩。同样也可以使用其他助熔剂，这取决于矿石中炉渣形成组分的比例。
优选选择高品质焦炭例如冶金焦炭作为外部还原剂。冶金焦炭优选特征在于高的固定碳含量。典型地，煤和无烟煤不应当用于该熔炼方法中，这是因为在预热窑和封闭的熔炼炉中形成了焦油，其会堵塞预热窑和气体管线。典型地，焦炭的强度是重要的，以使得它可以通过预热窑和进料系统进料而不解体。优选焦炭在定量之前干燥，以确保精确定量。
在一种优选的实施方案中，将原材料(例如烧结粒料、冶金焦炭、助熔剂例如方解石和石英岩)直接进料到日仓位(day bin)中，或者存储在遮盖的仓库中。该日仓位优选位于熔炼设备之外。该原材料可以通过在收集带上的自动投配系统来进料，并且提升到窑炉进料仓。典型地，该投配系统对于控制熔炼进料到熔炼方法的进料来说是至关重要的：它必须精确和可靠地运行。优选用于熔炼的全部材料的校正在预热之前在定量站进行。典型地，在定量后该方法在封闭系统中进行。定量系统优选基于根据配方对进料材料进行投配：将一次批量中的每个组分称重，并且在下面的批量中校正过量的材料或者不足。
典型地，预热的目的是消除进料加料混合物中的水分，并将它煅烧和预热到尽可能高的温度，而不燃烧内部还原剂(即SiC)和外部还原剂(例如焦炭如冶金焦炭)。消碳反应(carbon eating reaction)，特别是Boudouard反应C(s)+CO2(g)→2CO(g)，通常是限制性因素。竖窑中的预热温度可以局部最大是650-700℃，这取决于还原剂的反应性，但是热加料的平均温度典型地是约450-550℃。在正常操作中预热的热功率通常是约8-11MWh/h。
通常，预热降低了熔炼方法的电能消耗，但是它也提高了炉气中的CO含量和稳定了负荷耐力。典型地，预热改进了熔炼的操作、生产和安全性。
典型地，预热在位于熔炼炉上面的竖窑(优选为钢筒)中进行。该窑优选包括耐火材料衬里。该筒下部优选分成将物料进料到各自的加料管中的料斗。该筒内的气体分配系统典型的由耐火材料形成。燃烧室优选连接到气体分配室。根据本发明的熔炼进料优选通过两个振动进料器从窑炉进料仓半连续进料到预热窑。该窑可以具有旋转分配装置，其将加料分配到各区域。每个区域优选包括水平指示器来控制窑中的物料水平。典型地，物料通过加料管自由流到熔炼炉。该管和该筒中的物料优选在该炉和该窑中的气体空间之间形成气封。
典型地，熔炼在埋弧炉中进行，其优选装备有三个电极。预热进料通常形成电极端部周围的负荷。典型地，内部和外部还原剂将铬和铁还原成FeCr，并且其他组分形成炉渣。较重的液体金属通常沉积在炉底部，并且炉渣典型地形成金属上的层。熔炼温度和炉渣粘度可以通过使用助熔剂例如石英岩和/或方解石来调整。所形成的FeCr和炉渣可以通过共用的漏孔从炉中间歇放出(优选每2-21/2小时)。
优选熔炼炉用平顶来封闭。该顶可以包含水冷元件和耐火材料。典型地，密封该炉以使得在炉中没有气体燃烧或者没有到周围环境的泄漏。CO风扇可以用于将顶下的炉中的压力控制为大气压水平以避免泄漏。
该电极系统优选是自焙电极类型。特定类型的干燥密封典型的用于电极开口中。
在一种优选的实施方案中，使用三个单相炉变压器来为电极供电。电极通过水冷铜管连接到该变压器上。该变压器优选装备有抽头变换器，用于控制到该炉的二级电压。
该炉通常具有耐火衬里和开放的水冷钢壳。炉底优选用空气风扇冷却。熔炼中的具体能耗通常取决于原材料品质。烧结粒料是熔炼进料的高品质组分，其产生了稳定的熔炼条件和高回收率和小能耗。可以任选地与烧结粒料混合的成块矿石优选也应当是高品质的。随着细粒和灰分的量增加，操作变得不平衡，这导致功率输入降低和因此减少了生产。该混合有高品质成块矿石的烧结粒料允许高的操作效率和可以使用大的生产装置。
本发明的另一实施方案涉及能够通过进行根据本发明的方法获得的铬铁合金。

Claims (14)

1.制造铬铁合金的方法，其包括步骤：
a)提供粒化进料，其中该粒化进料包含
-铬铁矿矿石，和
-作为唯一碳质材料和唯一还原剂的碳化硅；
b)粒化该粒化进料以获得粒料；
c)烧结该粒料以获得烧结粒料；
d)将该烧结粒料与外部还原剂混合以获得熔炼进料；和
e)熔炼该熔炼进料，
其中该烧结粒料的总孔隙率是15-55vol％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该粒化进料进一步包含粘合剂。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中该粒化进料包含4-20wt％的碳化硅。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中铬铁矿矿石是存在的唯一金属矿石。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中该粒化进料中的铬铁矿和碳化硅的粒度分布是60-90％低于200目。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中该粒料的粒度是8-16mm。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中该粒料为生坯粒料的形式。
8.根据权利要求7所述的方法，其中该生坯粒料的含水量是7-16wt％。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中该生坯粒料的耐压强度是1-3kg/粒。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中该烧结粒料包含≥10％的残留碳。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中该烧结粒料包含≥10％的残留碳化硅。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中该烧结粒料的耐压强度≥200kg/粒，其表达为F12mm。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中该烧结粒料的特征在于铬的金属化<5％。
14.铬铁合金，其能够通过根据权利要求1-13中任一项所述的方法获得。
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