CN106755725B - 铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法和熔融炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其所用的设备为熔融炉，该熔融炉具有底部吹气元件、电弧加热部件，依次包括以下步骤：氧气吹炼状态下铬矿的熔融还原、电弧加热部件加热状态下铬矿的熔融还原、倒渣出铁等步骤。本发明的优点是：铬的还原率高、铬的生产成本低。本发明还公开了一种铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉。

Description

铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法和熔融炉

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法。本发明还涉及一种铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉。

背景技术

铬矿铁浴熔融还原生产不锈钢母液是将铬矿和焦碳加入铁水中，通过氧气吹炼，使铬矿熔融在适当的炉渣中，并与渣中的焦碳和铁水中碳的反应，使铬的氧化物还原进入铁水。

由于在转炉中进行铬矿铁浴熔融还原的铬的收得率不高，终渣铬的含量较高，很难进行工业化生产，本申请人研制开发了用电弧炉生产含铬不锈钢母液的方法及所用的电弧炉，就是用铬矿铁浴熔融还原技术在电弧炉中生产含铬不锈钢母液，该用电弧炉生产含铬不锈钢母液的方法为：将高炉铁水作为还原母液添加至电弧炉中，采用常规方法进行造渣，升温加热后，采用喷吹的方式向铁水或渣层喷入粒度不超过2mm的铬矿粉；同时，喷吹铬矿粉的过程中，添加常规量的石灰和焦炭；以及，电弧炉的底部设有底吹透气元件以全程吹入惰性气性或氮气。该用电弧炉生产含铬不锈钢母液的方法中所用的电弧炉，包括熔池、炉盖，以及下端部插在该熔池中的石墨电极，且该电弧炉具有进料口和炉门，该熔池的底部设有出铁口，所述熔池的底部设有出气端伸在该熔池内的底吹透气元件，同时，有一喷吹管经该炉门伸至该熔池内。所述电弧炉的侧壁上设有超音速射流氧枪。这样，能够直接使用铬矿粉在装有高炉铁水的电弧炉中进行铬的熔融还原，生产含铬的不锈钢母液，且具有流程短、成本低、铬还原较为完全，而该电弧炉采用常用的电弧炉进行改进后即可满足生产含铬不锈钢母液的要求，较为简单、方便。

本发明是对用电弧炉生产含铬不锈钢母液的方法及所用的熔融炉的进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，它具有铬的还原率高、铬的生产成本低的特点。本发明还公开了一种铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉。

本发明所采用的第一个技术方案是：

铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其所用的设备为熔融炉，该熔融炉具有底部吹气元件，该铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法依次包括以下步骤：

（1）氧气吹炼状态下铬矿的熔融还原：将铁水作为还原母液加到熔融炉中，用氧气进行吹炼，将铬矿和焦碳以及渣料不断地加入到熔融炉内，碳氧反应产生的大量热能使铬矿与渣料结合生成低熔点渣系，促使铬矿熔融，同时，往铁水和/或渣层中喷入碳粉，炉渣中铬和铁的氧化物不断被铁水中和渣层中碳还原进入铁水，该步骤中保持熔融炉的底部吹气元件的吹气；

（2）电弧加热部件加热状态下铬矿的熔融还原：铬矿经过氧气吹炼状态下熔融还原后，大部份的铬矿熔融并被还原，但渣中还有部份Cr2O3很难继续被还原，此时停止吹氧，采用电弧加热部件对熔融炉内加热，炉渣中尚未还原的铁和铬的氧化物与渣中的碳和铁水中的碳，在还原性气氛下进一步还原，该步骤中保持熔融炉的底部吹气元件的吹气；

（3）倒渣出铁：当铬矿得到充分还原后，停电，倒掉至少60%的炉渣，出铁；

以及

前述步骤在同一个熔融炉中进行；

该底部吹气元件吹出的是氮气或惰性气体。

所述步骤（1）中，不采用电弧加热部件对熔融炉内加热。

所述步骤（1）中，添加的铬矿是：采用铬矿粉与焦粉压制成干燥的铬碳球加入熔融炉中，或者，采用铬矿粉喷吹进入熔融炉中，或者，采用已经预还原的铬矿粉加入熔融炉中。

所述步骤（1）中，往铁水和渣层中喷入碳粉所用的工具为自耗式喷粉管。

所述步骤（1）中，向熔融炉中吹入氧气所采用的工具是活动水冷氧枪。

所述步骤（1）中，向熔融炉中吹入氧气所采用的工具还包括设置于熔融炉炉壁上的固定式氧枪。

本发明采用的第二个技术方案是：

铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉，包括下炉壳和上炉壳，该上炉壳上设有炉盖，该炉盖的中部自上而下的穿过有可升降电极，该上炉壳或该炉盖上开有加料口，同时，该上炉壳正面设有炉门，该下炉壳的底部设有底部吹气元件和出钢口，所述铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉还包括有至少一根活动水冷氧枪和至少一根自耗式喷粉管，活动水冷氧枪和自耗式喷粉管的内端均能够伸入该熔融炉内。

所述上炉壳的炉壁上设有固定式氧枪。

所述下炉壳形成的熔池的深度H与直径D的关系为：H：D=0.25—0.5。

所述下炉壳采用耐火材料砌筑，该上炉壳和该炉盖均为水冷式。

本发明所具有的优点是：铬的还原率高、铬的生产成本低。主要表现为：

1、充份利用氧气吹炼提供的化学热进行铬矿的熔融还原，通过吹氧，使得渣料和铬矿熔化，同时提高铁水温度，为熔融还原提供必要条件。即，以氧代电做到节能降耗。

2、氧气吹炼状态下铬的熔融还原，随着渣中Cr2O3的降低，铬的还原效率不断降低，继续用氧气吹炼进行铬的熔融还原，将延长还原时间，反而增加能耗，渣中的Cr2O3不应低于7%，就停止供氧，完全用电弧加热，在还原性气氛下，渣中的铬的氧化物与渣中的碳和铁水中的碳进一步反应，使得渣中的Cr2O3降低，可以达到1%以下，达到环保排放标准。

3、采用自耗式喷吹管插入渣层和铁水中进行喷碳粉，一方面，可以使渣层中保持有大量的碳粉，增加还原性，有助于铬的熔融还原；另一方面由于渣层中的Cr2O3和FeO不断地和铁水中的碳进行反应，使得铁水中的碳不断减少，铬的还原温度升温，不利于还原，往铁水中喷碳粉比单纯往熔池中加焦碳而言，更有助于使铁水保持较高的碳含量。

4、由于在熔融炉中进行铬矿铁浴熔融还原，不但需要装入铁水，而且需要装入铬矿、焦碳和渣料，这就要求熔融炉有较大的熔池。炉门下沿到新砌耐材的炉底上表面的距离到炉膛的直径的比值范围在０.２５～０.５之间。

5、采用活动氧枪可以调节氧枪喷射口到渣面的距离，改变氧气喷射位置，有助于铬矿的熔融和铁水的升温，提高了氧气利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的实施例1的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉的主视剖视图；

图2是图1的左视剖视图。

图中：

10、下炉壳，11、底部吹气元件，12、出钢口，13、固定式氧枪；

20、上炉壳，21、炉门；

30、炉盖；

40、可升降电极；

50、加料口；

60、活动水冷氧枪；

70、自耗式喷粉管。

具体实施方式

实施例1

见图1和图2所示，铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉，包括下炉壳10和上炉壳20。该上炉壳20上设有炉盖30，该炉盖30的中部自上而下的穿过有可升降电极40。该上炉壳20或该炉盖30上开有加料口50。本实施例中，该加料口50开设于该炉盖30上。同时，该上炉壳20的正面设有可开启的炉门21。该下炉壳10的底部设有底部吹气元件11和出钢口12。一般而言，该出钢口12位于该下炉壳10的底部的边侧，该底部吹气元件11为该下炉壳10底部中间的至少3个。

进一步的讲：

该铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的熔融炉还包括有至少一根活动水冷氧枪60和至少一根自耗式喷粉管70。活动水冷氧枪60用于向该下炉壳10内的熔池吹入氧气，自耗式喷粉管70用于插入该下炉壳10内熔池向熔池喷入碳粉。活动水冷氧枪60和自耗式喷粉管70的内端均能够伸入该熔融炉内。比如，该活动水冷氧枪60和自耗式喷粉管70均可以从炉门21、炉壁或炉顶伸入炉内。当活动水冷氧枪60和自耗式喷粉管70从该炉门21伸入时，均便于调节它们伸入该下炉壳10内的深度、角度和位置。

优化的：

该上炉壳20的炉壁上设有固定式氧枪13。固定式氧枪13可以对该熔融炉内部进行辅助吹氧。

由于铬矿铁浴熔融还原渣量大，该下炉壳10形成的熔池的深度H与直径D的关系为：H：D=0.25—0.5。比如，H：D=0.25、H：D=0.4或H：D=0.5。

该下炉壳10采用耐火材料砌筑，该上炉壳20和该炉盖30均为水冷式。

在实质上，本实施例1所述的熔融炉为一电弧炉，但是铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液能够适用于多种熔融炉，并不仅限于实施例1所述的电弧炉。

实施例2

结合图1和图2所示，采用实施例1所述的熔融炉实施本实施例2中的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法。即，所用熔融炉应该包括底部吹气元件、电弧加热部件。当然，常用的熔融炉必然还具有加料口、出钢口、炉门，且针对于实施例1所述的熔融炉而言，该电弧加热部件为可升降电极。

该铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法依次包括以下步骤：

（1）氧气吹炼状态下铬矿的熔融还原：将铁水作为还原母液加到熔融炉中，用氧气进行吹炼。加入氧气可以采用活动水冷氧枪60和/或固定式氧枪13，优选采用活动水冷氧枪60。加入氧气的量采用常用量。将铬矿和焦碳以及渣料不断地加入到熔融炉内，碳氧反应产生的大量热能使铬矿与渣料结合生成低熔点渣系，促使铬矿熔融。同时，往铁水和/或渣层中喷入碳粉，炉渣中铬和铁的氧化物不断被铁水中和渣层中碳还原进入铁水。比如，采用自耗喷粉管可以往铁水中喷碳粉，而别的方式只能往渣层里喷碳粉。喷入碳粉最好采用自耗式喷粉管70。本步骤（1）中保持熔融炉的底部吹气元件11的吹气。底部吹气元件11吹出的是氮气或惰性气体。显然，底部吹气元件11最好为多个。

（2）电弧加热部件加热状态下铬矿的熔融还原：铬矿经过氧气吹炼状态下熔融还原后，大部份的铬矿熔融并被还原，但渣中还有部份Cr2O3很难继续被还原，此时停止吹氧。其中，大部分铬矿熔融并被还原的界定一般指的是当铬矿熔融至少70%，停止吹氧。比如，当铬矿熔融70%、80%、90%或100%，停止吹氧。此时，采用电弧加热部件，即可升降电极40对熔融炉内加热，炉渣中尚未还原的铁和铬的氧化物与渣中的碳和铁水中的碳，在还原性气氛下进一步还原。该步骤中保持熔融炉的底部吹气元件11的吹气。同样，底部吹气元件11吹出的是氮气或惰性气体。

（3）倒渣出铁：当铬矿充分还原后，停电，倒掉60%以上炉渣，倒掉至少60%的炉渣，出铁。比如，倒掉80%、70%或60%的炉渣。本步骤中，判断铬矿充分还原的方法是观察到炉渣显还原色。此时，炉渣中Cr2O3含量可以达到1%左右。

前述步骤均在同一个熔融炉中进行。

优化的：

该步骤（1）中，可以采用电弧加热部件对电弧炉内加热，亦可不采用电弧加热部件对电弧炉内加热。本实施例中，最好采用后者。即，不采用电弧加热部件对熔融炉内加热，该熔融炉内仅仅依靠吹氧而加热。此处的电弧加热部件即为可升降电极40处于未通电的升起状态。与此对应的是，在步骤（2）中，最好停止吹氧，仅采用电弧加热部件对熔融炉内进行加热。

该步骤（1）中，添加的铬矿是：采用铬矿粉与焦粉压制成干燥的铬碳球从加料口50加入熔融炉，或者，采用铬矿粉喷吹进入熔融炉，或者，采用已经预还原的铬矿粉从加料口50加入熔融炉。铬碳球中铬矿粉与焦粉的比例并不需要特意限定。

实施例3

下面，采用一个更为具体的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的过程来进一步说明铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法。

熔融炉为炉壳直径为6200mm的EBT电弧炉，炉膛直径D为5300mm，炉膛深度H为2000mm。下炉壳的底部装有7只底部吹气元件，从炉门处伸入一根活动水冷氧枪和两根碳粉的自耗式喷粉管，电弧炉的上炉壳上装有3根固定式超音速氧枪，电弧炉变压器功率为30MVA。

含Cr2O3：45%，TFe：15%的粒度小于2mm的铬精矿粉和焦粉压成铬碳球，铬碳球的含碳量为15%。

往熔融炉中兑入70吨的铁水后，加入渣料和焦碳，打开炉门，活动水冷氧枪和固定式超音速氧枪对铁水进行吹氧，总氧气流量为8000m3/hr，当铁水温度升到1450℃，连续加入铬碳球、焦碳和渣料，并继续吹氧，使铬碳球、渣料熔化。同时，两根自耗式喷粉管插入渣层和铁水中，喷入碳粉，喷碳的流量为70kg/min，炉渣碱度控制在1~1.8，渣中MgO+Al2O3≤45%，加入的铬碳球和焦碳的比例为1:0.2。

连续加入35吨铬碳球后，在氧气吹炼下，全部熔融，铁水温度为1500℃左右，停止吹氧。整个氧气吹炼状态的铬矿铁浴熔融还原过程持续70分钟左右。

电极送电，起弧加热熔池中的铁水和炉渣，往炉渣和铁水中继续喷碳粉10分钟，喷碳粉量为70kg/min。通电20分钟后，取铁水样和渣样，炉渣由原来的黑色转为黄灰色，可以停电，倒掉约80%的炉渣，出铁。

全过程保持底吹透气元件通气。

综合所述，本发明的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法分为两个部份：纯氧气吹炼状态和纯电弧加热部件加热状态，使用较为廉价的碳氧反应热对铬矿进行熔融以及初步还原，再用电弧热等加热方式，在还原性气氛下，进行终还原，使终渣的Cr2O3含量小于1%，相对于转炉铬矿熔融还原，终渣的Cr2O3含量在7%左右，以及矿热炉终渣Cr2O3含量在3%左右。使用本发明的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其所用的设备为电弧炉等熔融炉，其铬的收率高，排放的炉渣更加环保、无害。经多次测试和实验，铬的收率维持在95%左右，远高于常用技术92%的平均水平。其次，由于通电时间短，还原同样量的铬金属，经多次测试和实验，使用本发明的方法只有传统矿热炉的用电量的20%左右，这主要是由于铬矿的熔融以及初还原所需要的热能完全由碳氧反应热提供，生产同样的铬金属综合成本较传统矿热炉低得多。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其所用的设备为熔融炉，该熔融炉具有底部吹气元件和电弧加热部件，该铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法依次包括以下步骤：

（1）氧气吹炼状态下铬矿的熔融还原：将铁水作为还原母液加到熔融炉中，用氧气进行吹炼，将铬矿和焦碳以及渣料不断地加入到熔融炉内，碳氧反应产生的大量热能使铬矿与渣料结合生成低熔点渣系，促使铬矿熔融，同时，往铁水和/或渣层中喷入碳粉，采用自耗喷粉管往铁水中喷碳粉，炉渣中铬和铁的氧化物不断被铁水中和渣层中碳还原进入铁水，该步骤中保持熔融炉的底部吹气元件的吹气；

（2）电弧加热部件加热状态下铬矿的熔融还原：铬矿经过氧气吹炼状态下熔融还原后，大部份的铬矿熔融并被还原，但渣中还有部份Cr2O3很难继续被还原，大部分铬矿熔融并被还原的界定指的是当铬矿熔融至少70%，停止吹氧，此时停止吹氧，采用电弧加热部件对熔融炉内加热，炉渣中尚未还原的铁和铬的氧化物与渣中的碳和铁水中的碳，在还原性气氛下进一步还原，该步骤中保持熔融炉的底部吹气元件的吹气；

（3）倒渣出铁：当铬矿得到充分还原后，停电，倒掉至少60%的炉渣，出铁，判断铬矿充分还原的方法是观察到炉渣显还原色；

以及

前述步骤在同一个熔融炉中进行；

该底部吹气元件吹出的是氮气或惰性气体；

所述步骤（1）中，不采用电弧加热部件对熔融炉内加热。

2.根据权利要求1所述的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，添加的铬矿是：采用铬矿粉与焦粉压制成干燥的铬碳球加入熔融炉中，或者，采用铬矿粉喷吹进入熔融炉中，或者，采用已经预还原的铬矿粉加入熔融炉中。

3.根据权利要求1所述的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，向熔融炉中吹入氧气所采用的工具是活动水冷氧枪。

4.根据权利要求3所述的铬矿铁浴熔融还原生产含铬不锈钢母液的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，向熔融炉中吹入氧气所采用的工具还包括设置于熔融炉炉壁上的固定式氧枪。