CN104878159A - 一种提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，属于炼钢钢水铬合金化的技术领域。是指把铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁制成粉料，按一定比例加入水玻璃成为混合料，并做成包芯线，在炼钢的精炼工序中喂入到的钢水中，还原出铬的一种方法。本发明方法可保证混合料在高温钢水下迅速反应，促进反应的平衡和粉剂与钢水的接触面积，有助于提高铬的回收率。

Description

一种提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法

技术领域

本发明属于转炉或电炉炼钢铬合金化领域，特别是涉及一种铬矿直接合金化钢水，提高铬收得率的方法。

背景技术

铬是不锈钢、耐热钢、合金工具钢、合金结构钢的重要合金，钢中的铬起到增加钢的淬透性，改善钢的物理及化学性能的作用。因此，在以上钢种中铬是必加的合金。在炼钢过程中加入铬的方法是加入铬合金。但由于制造铬合金消耗大量焦炭，排出粉尘和二氧化碳等对环境有害的物质，是个高能耗，高污染的过程，能够实现铬矿在炼钢中的直接合金化，取消铬合金的制造工序，是冶金工作者追求的目标之一。

从文献报道看，铬矿直接合金化在试验中有一定的效果，但在实际生产实践中效果不理想，没有得到广泛的应用和推广，主要原因如下：

(1)转炉或电炉冶炼时在炉内加入铬矿粉，如中国专利(申请号CN10391147990t顶底复合吹转炉中铬矿直接还原合金化的方法)公开了一种在顶底复合吹转炉中直接合金化的方法。把铬矿石和还原剂加入转炉内，但由于转炉内属于氧化气氛，铬矿的还原较差，铬的回收率仅为50％左右，铬矿的利用率较低。

(2)在转炉或电炉内从顶部或底部以喷粉的形式喷入铬矿粉，铬的回收率有所增加，但需要专门的顶吹喷枪或喷粉装置，设备较为复杂，成本高，维护困难，难以广泛应用。

(3)在炼钢出钢过程中加入，利用钢水的缓冲熔化铬矿，在精炼工序加以处理，如中国专利(申请号CN103540705 A一种转炉炼钢过程中添加金属铬的方法)。该方法明显比在转炉内加入铬矿获得更高的铬的回收率。但存在的问题是由于转炉出钢过程加入铬矿后，钢水温降较大，钢水的温度降低较快，同时铬矿加入后炉渣中氧化铬含量增加，炉渣的粘度较大，熔点较高，给随后精炼过程中的加热和脱氧、去除钢水中夹杂物带来较大的难度，导致处理时间延长，电耗增加。

由于上述的铬矿直接合金化的问题没有解决，目前该技术的应用较少。因此，开发出适合炼钢厂的铬矿直接合金化的方法是非常必要的。

发明内容

鉴于上述分析，本发明的目的在于提供一种能够快速提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法。通过改善铬矿的加入方法，缩短铬矿还原时间来提高铬的回收率，从而实现铬矿直接合金化钢水的目的。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，是指把铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁制成粉料，按一定比例加入水玻璃成为混合料，并将所述混合料做成包芯线，在炼钢的精炼工序中喂入到的钢水中，还原出铬的一种方法。

进一步讲，所述铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁、水玻璃组成的混合料，按重量％为：铬矿60～85％，石灰石0～5％，无烟煤或焦炭10～20％，水玻璃0～5％，硅铁5～15％。

所述铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁制粉的方法是：先烘干，然后破碎，再磨细，磨成粒度小于0.074mm的粉料。

所述包芯线的制作方法是：把配制好的所述混合料作为包芯线的内部芯料，用钢带包覆在芯料之外，形成一根钢带包裹的线性体。

所述芯料在钢带内形成的是等截面的实心圆柱体。

所述芯料在钢带内为均匀分布。

所述包芯线的加入方法是：在精炼工序中钢包进站时从钢包顶部进行喂线。

在喂线的同时在钢包底部吹入氩气。

所述钢水的温度要求在1550℃以上。

本发明与其他方法相比本发明具有如下优点：

(1)本发明用喂线的方法把配置好的混合料喂入钢水中，保证混合料在高温钢水下迅速反应，促进反应的平衡和粉剂与钢水的接触面积，有助于提高铬的回收率。与顶部加入铬矿混合物的专利相比具有较好的动力学条件。

(2)本发明通过喂线工位喂入包芯线，不用新增设备和投资，方法简单，易于操作，与顶部或底部喷粉铬矿粉的方法相比具有较大的优势。

(3)本发明用喂线的方法把按比例的铬矿混合物加入钢水中，按比例的混合物使铬矿的还原反应更接近化学反应平衡，大大缩短精炼的时间，降低电的消耗。与转炉出钢过程中加铬矿混合物的方法相比可节约电耗10％左右，大大降低生产成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

图1为铬氧化物直接还原热力学状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来说明本发明技术方案的实施过程并体现它的优点，但是不用于对本发明技术方案的限制。

本发明提供一种在炼钢中能够提高铬矿回收率、快速实现铬矿还原的方法。

根据实验研究结果表明，铬矿的主要成分是FeO·MgO·Cr₂O₃·Al₂O₃。图1为铬氧化物直接还原热力学状态图。由图可知，在温度大于1200℃，利用还原剂硅和碳完全可以把铬氧化物中的铬还原出来。碳和硅铁是还原铬矿用的可选还原剂，两者混合可保证发生如下的反应：

3(FeO·Cr₂O₃)+16C＝3[Fe]+2[Cr₃C₂]+12CO   (1)

$\frac{1}{2}(\mathrm{FeO}\·{\mathrm{Cr}}_2{O}_3)+\mathrm{Si}=\left[\mathrm{Cr}\right]+\frac{1}{2}\left[\mathrm{Fe}\right]+{\mathrm{SiO}}_2---\left(2\right)$

碳可取之于无烟煤或焦炭。

另外发现，在还原配料中还可加入石灰石，目的是加入钢水后石灰石分解生成二氧化碳气体，增大铬矿与碳粉反应间界面积，有助于铬矿的还原。因此可在配料中加入约占配料总重量5％的石灰石。

所以把铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁经过烘干、破碎、磨粉，粉粒度小于0.074mm，然后加入水玻璃可制成混合料，其配料组成按重量％为：铬矿60～85％，石灰石0～5％(石灰石起促进反应作用，可以不加，加上效果更好)，无烟煤或焦炭10～20％，水玻璃0～5％(起粘结作用，也可以不加，加上效果更好)，硅铁5～15％。合理的比例，会使铬还原率大大提高。本发明把各物质按比例混合，所取比例使铬矿的还原反应更接近化学反应平衡。

同时还发现，铬矿在炼钢中，在精炼工序中加入较好。在精炼工序中加入铬矿，主要是铬矿在还原条件下利于还原，精炼工序中炉渣FeO很低，＜1％；而转炉或电炉工序中FeO较高，＞10％。

除材料的选择性研究以外，在工艺上，本发明也做了革新研究。采用包芯线加入的方法把矿料和还原用料等制作成包芯线加入到冶炼钢水中。

通常加入铬矿和还原剂都是从钢包口以炉料的形式加入，缺少搅拌，且容易先与顶渣反应，而顶渣中氧化铁含量较高，影响铬矿的回收率。且加入冷料多会降低钢水温度。

鉴于上述分析，本发明采用铬矿在合金化钢水中直接还原的炼钢工艺，将铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭和硅铁的混合粉剂及硅铁制成的包芯线，利用包芯线加入的方法把矿料加入到钢水中，其方法是新技术。

其工艺过程如下：

1)首先把铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁经过烘干、破碎、磨粉，粉粒度小于0.074mm，然后加入水玻璃配成混合料，其配料组成按重量％为：铬矿60～85％，石灰石0～5％，无烟煤或焦炭10～20％，水玻璃0～5％，硅铁5～15％；

2)利用上述混合料制作包芯线：包芯线是由钢带包裹粉料构成的，铬矿混合物的包芯线按照如下方法制作：把配制好的铬矿混合物作为包芯线的芯料，用钢带将混合物包裹在其中，压紧压实即可。由于料中配有水玻璃，具有一定的粘性，所以混合物能够均匀地分布在包芯线内。这样能够保证包芯线插入钢水后按照合适的比例进行反应，从而提高铬矿还原时铬的回收率。

较佳的是铬矿混合物在钢带内形成一等截面圆的圆柱体，其制作可在包芯线机上完成。只是要注意，在布芯料时要均匀布料，保证包芯线喂入钢水后按照固定的比例进行反应，从而提高铬矿还原时铬的收得率和准确度；

3)将包芯线喂入到钢水中：包芯线的具体加入方法包括：在LF、CAS、RH、AOD、VOD、VD等精炼工序钢包进站时或在LF炉加热升温后进行喂线，包芯线通过喂线机喂入，喂线量根据钢种的要求确定，喂入的同时在钢包底吹氩气；

通过底吹透气砖在钢水底部吹氩气，吹入钢水中，起到搅拌的作用，增加反应的动力学条件；

喂入的精炼钢水中，钢水的温度要求在1550℃以上，芯料的粉剂会与钢水中的碳、硅反应，达到迅速还原铬矿的目的。

以上的方法可根据钢厂的具体工艺、钢种和设备条件选择操作。

下面是几个在500kg感应炉进行铬矿混合物包芯线的应用，主要考察铬矿喂入后钢水中铬回收率的情况：

实施例1

将铬矿(TCr＝32.85％，SiO₂＝9.55％，TFe＝15.1％，MgO＝15％，Al₂O₃＝11.81％)、石灰石、焦炭、硅铁经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：铬矿粉70％，石灰石5％，焦炭15％，水玻璃2％，硅铁粉8％。

将配制好的料经过混匀后作为铬矿混合物的备用料。利用薄钢带把配制的铬矿混合物包在一起，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。

在500kg级转炉热模拟试验炉中装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.3％，[Si]＝0.4％，[Cr]＝0.02％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。向熔池插入2根包芯线，熔池底部吹入氩气强度为0.03Nm³/t.min，3min后取钢样，测得钢样成分中[Cr]＝0.55％，铬矿的收得率为95％。

实施例2

将铬矿(TCr＝32.85％，SiO₂＝9.55％，TFe＝15.1％，MgO＝15％，Al₂O₃＝11.81％)、石灰石、无烟煤、硅铁经过烘干、破碎、磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：铬矿粉75％，石灰石5％，焦炭10％，水玻璃2％，硅铁粉8％。

将配制好的料经过混匀后作为铬矿混合物的备用料。利用薄钢带把配制的铬矿混合物包在一起，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.38％，[Si]＝0.35％，[Cr]＝0.06％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。

向熔池插入2根包芯线，熔池底部吹入氩气强度为0.02Nm³/t.min，5min后取钢样，测得钢样成分中[Cr]＝0.64％，铬矿的收得率为96％。

实施例3

将铬矿(TCr＝32.85％，SiO₂＝9.55％，TFe＝15.1％，MgO＝15％，Al₂O₃＝11.81％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、硅铁磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：铬矿粉65％，石灰石5％，焦炭15％，水玻璃2％，硅铁粉13％。

将配制好的料经过混匀后作为铬矿混合物的备用料。利用薄钢带把配制的铬矿混合包在一起，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.28％，[Si]＝0.43％，[Cr]＝0.02％，[P]＝0.02％，[S]＝0.02％。向熔池插入3根包芯线，熔池底部吹入氩气强度为0.05Nm³/t.min，5min后取钢样，测得钢样成分中[Cr]＝0.79％，铬矿的收得率为98％。

实施例4

将铬矿(TCr＝32.85％，SiO₂＝9.55％，TFe＝15.1％，MgO＝15％，Al₂O₃＝11.81％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、硅铁磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：铬矿粉60％，石灰石5％，焦炭20％，水玻璃5％，硅铁粉10％。将配制好的料经过混匀后作为铬矿混合物的备用料。利用薄钢带把配制的铬矿混合包在一起，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.22％，[Si]＝0.33％，[Cr]＝0.05％，[P]＝0.018％，[S]＝0.021％。向熔池插入3根包芯线，熔池底部吹入氩气强度为0.05Nm³/t.min，5min后取钢样，测得钢样成分中[Cr]＝0.74％，铬矿的收得率为97％。

实施例5

将铬矿(TCr＝32.85％，SiO₂＝9.55％，TFe＝15.1％，MgO＝15％，Al₂O₃＝11.81％)、石灰、焦炭经过烘干、破碎、硅铁磨细后作为原料，配料组成(重量％)为：铬矿粉85％，焦炭10％，硅铁粉5％。将配制好的料经过混匀后作为铬矿混合物的备用料。利用薄钢带把配制的铬矿混合包在一起，然后压紧，制成直径为40mm，长为500mm，重2.5kg的包芯线。在500kg级转炉热模拟试验炉，装入废钢200kg，感应加热升温到1650℃，取初始钢样，测得[C]＝0.24％，[Si]＝0.38％，[Cr]＝0.05％，[P]＝0.019％，[S]＝0.02％。向熔池插入3根包芯线，熔池底部吹入氩气强度为0.05Nm³/t.min，5min后取钢样，测得钢样成分中[Cr]＝1.06％，铬矿的收得率为98％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，是指把铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁制成粉料，按一定比例加入水玻璃成为混合料，并将所述混合料做成包芯线，在炼钢的精炼工序中喂入到的钢水中，还原出铬的一种方法。

2.根据权利要求1所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁、水玻璃组成的混合料，按重量％为：铬矿60～85％，石灰石0～5％，无烟煤或焦炭10～20％，水玻璃0～5％，硅铁5～15％。

3.根据权利要求1或2所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述铬矿、石灰石、无烟煤或焦炭、硅铁制粉的方法是：先烘干，然后破碎，再磨细，磨成粒度小于0.074mm的粉料。

4.根据权利要求1或2所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述包芯线的制作方法是：把配制好的所述混合料作为包芯线的内部芯料，用钢带包覆在芯料之外，形成一根钢带包裹的线性体。

5.根据权利要求4所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述芯料在钢带内形成的是等截面的实心圆柱体。

6.根据权利要求4或5所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述芯料在钢带内为均匀分布。

7.根据权利要求1或2或4或5所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述包芯线的加入方法是：在精炼工序中钢包进站时从钢包顶部进行喂线。

8.根据权利要求3所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述包芯线的加入方法是：在精炼工序中钢包进站时从钢包顶部进行喂线。

9.根据权利要求1或2或6或7所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，在喂线的同时在钢包底部吹入氩气。

10.根据权利要求1或7或8或9所述的提高铬矿直接合金化钢水铬收得率的方法，其特征在于，所述钢水的温度要求在1550℃以上。