CN110055453A - 一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种的密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，包括以下步骤：将400～600份的铬矿粉、40～50份的膨润土以及60～80份的含镁助剂，将铬矿粉、含镁助剂、膨润土经配料、混料后用皮带输送到回转窑内部，利用含镁助剂的燃烧热量对原料干燥和/或预热，通过膨润土的粘结作用将粉状的铬矿烧结成满足电炉需要的块状铬矿；由配料中心混合配料后经炉顶料仓加入密闭明弧电炉内，利用铬矿粉为原料，利用焦粉或煤粉做还原剂冶炼高碳铬铁，新工艺100％使用粉铬矿和粉状还原剂，使用焦粉或煤粉作还原剂代替了旧工艺使用块焦生产的工艺，实现节约资源和降低生产成本的目标；本发明内容包括密闭直流电炉技术，设备简单、运行安全、便于维护。

Description

一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺
技术领域：
本发明涉及铁合金冶炼工艺和铁合金生产装备技术领域，更具体地说，尤其涉及一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺。
背景技术：
高碳铬铁在炼钢中是做为合金剂使用的；铬含量为0.5％左右的钢，韧性和硬度会显著提高；含铬2％～6％的钢具有良好的耐磨性和抗腐蚀性；铬含量超过12％的钢具有高温强度高的优点；不锈钢是最常见的含铬量高的钢种；生产不锈钢消耗的铬铁约占铬系铁合金的80％以上，高碳铬铁的原料为铬铁矿；铬矿资源的一个重要特点是块矿资源越来越少；自然界含铬大于42％的铬矿储量并不多；目前铬矿市场的主流是精矿和易碎矿；块铬矿已经接近枯竭，目前铁合金冶炼最主要的设备是埋弧电炉；埋弧电炉生产高碳铬铁主要使用块状铬矿、球团矿、烧结矿或冷压球等人工造块的粉铬矿，粉铬矿造球、造块、烧结是当今铬铁生产必不可少的工序；入炉矿石中粉矿的比例过高会使冶炼电耗增加，铬的回收率降低和冶炼时发生塌料事故而发生严重设备和人员伤亡事故；入炉矿石中粉矿的比例一般不能超过15％；为此高碳铬铁生产需要将铬矿预处理烧结成球或块；其生产工序长、能耗高、成本高，目前铁合金冶炼大多使用冷矿直接入炉冶炼；尽管采用预热矿石技术会显著降低电耗，但矿石预热和热装技术难度大、工艺流程长、设备投资大，底阳极导电和冷却是冶炼直流电炉的关键技术；目前使用的技术主要有：导电炉底型、触针型、环形钢片型等；由于底阳极温度高、导电炉底易于损坏，底阳极是发展直流电炉冶炼的限制性环节，明弧冶炼烟气温度极高，干法回收煤气难度非常大，国外直流电炉全部采用湿法煤气除尘，设备复杂造价高、水资源消耗大、容易造成水体污染，炉壳电压高会带来安全隐患。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，实现了铁合金生产中资源利用的创新、冶金设备节能技术的创新和冶炼技术的创新，以解决现有技术中存在的缺点。
本发明由如下技术方案实施：一种密闭明弧电炉高碳铬铁，由以下按照重量份的原料组成：铬矿粉：400～600份、膨润土：40～50份、硅石：59～65份、还原剂：135～140份、石灰：30～40份和含镁助剂：60～80份。
作为优选：所述石灰研磨后CaO的有效含量在大于85％，所述还原剂为焦粉、无烟煤其中的一种或几种，所述焦粉固定碳有效含量大于82％，且焦粉经过干燥处理，所述硅石中二氧化硅的有效含量大于96％，粒度小于40mm。
作为优选：所述铬矿中氧化铬的质量分数为40.31～40.48％，氧化铁的质量分数为26.57～27.69％，二氧化硅的质量分数为3.64～4.21％，氧化镁的质量分数为9.67～10.29％，氧化钙的质量分数为0.4～2％，氧化铝的质量分数为14.19～14.94％。
作为优选：所述含镁助剂包括含镁氧化物、含镁盐和含镁矿物中的一种或多种。
作为优选：由以下按照重量份的原料组成：铬矿粉：500份、膨润土：45份、硅石：61份、还原剂：135份、石灰：35份和含镁助剂：70份。
本发明提供了一种的密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1：将400～600份的铬矿粉、40～50份的膨润土以及60～80份的含镁助剂，将铬矿粉、含镁助剂、膨润土经配料、混料后用皮带输送到回转窑内部，利用含镁助剂的燃烧热量对原料干燥和/或预热，通过膨润土的粘结作用将粉状的铬矿烧结成满足电炉需要的块状铬矿；
S2：由配料中心混合配料后经炉顶料仓加入密闭明弧电炉内，每批配料总重量≤800kg，每批配料后再送入混合料仓进行混合，配料时控制配料误差在±0.5％以内；
S3：将预混料加入密闭明弧电炉中，通电熔炼，使电极中心至炉衬内壁之间形成流动性的熔池，将温度为200～800℃的炉料连续和/或直接加入密闭熔池，进行电炉熔炼；
S4：然后密闭明弧电炉在电极下端的熔炼区温度提高到1700℃～1900℃，使用炉料和半熔融料成为假炉衬保护炉墙，炉底形成高温固态合金或流动性不好的半熔融态的合金保护炉底，使用导热性好的耐火材料，并在炉壳外部增加喷淋水冷设备，在炉底采用通风设备冷却；
S5：铁水经扒渣后浇铸、粒化得到高碳铬铁；
S6：密闭明弧电炉煤气经二次冷却后，经旋风器除尘后风冷器除尘降温，空冷器进一步降温，煤气温度达到190～210℃后进入引风机送往用户使用。
作为优选：所述导热性好的耐火材料为隔热耐火砖、硅酸铝纤维针刺毯和硅酸铝纤维模块中的一种或多种组合。
作为优选：所述喷淋水冷设备采用喷淋式水冷冷水机组，所述通风设备采用负压风机。
一种密闭明弧电炉，包括：
用于冶炼高碳铬铁的明弧电炉，其包括若干个进料管、炉壳、出铁口和出渣口,所述进料管安装于所述炉壳的顶部，且与所述炉壳的内部炉顶料仓连通；
用于对明弧电炉水冷降温的喷淋式水冷冷水机组；所述喷淋式水冷冷水机组包括水箱、上水管道、蛇形盘管、外壳、喷淋水泵和下水管道；
用于对明弧电炉风冷降温的负压风机，所述负压风机包括散热壳体、冷却管、散热风机、过滤网，所述散热风机的进风端和出风端分别设有冷却管和过滤网。
作为优选：所述水箱的出水口与所述喷淋水泵连通，所述喷淋水泵的出水口与所述上水管道的底端进水口连通，所述外壳设置于所述炉壳的中段外部，所述蛇形盘管套接于所述外壳与所述炉壳之间，所述蛇形盘管的上下两端分别与所述上水管道的出水口和下水管道的进水口连通，所述蛇形盘管靠近所述炉壳的一端面上安装有若干组喷头。
本发明的优点：
1.本发明工艺利用铬矿粉为原料，利用焦粉或煤粉做还原剂冶炼高碳铬铁，使用粉状铬矿和粉状还原剂，使用焦粉或煤粉作还原剂代替了旧工艺使用块焦生产的工艺，实现节约资源和降低生产成本的目标。
2.本发明包含采用回转窑原料干燥或预热技术；温度为200～800℃的炉料连续或直接加入密闭熔池技术、明弧直流电炉冶炼高碳铬铁；本发明缩短了高碳铬铁冶炼工序，节约了资源，降低了生产成本。
3.本发明包括明弧电炉回收电炉煤气技术；本发明大大降低了煤气净化导致的水资源消耗，避免了水体污染。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的密闭明弧电炉结构示意图；
图2为本发明的负压风机的立体结构示意图；
图3为本发明的蛇形盘管的结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1：将400份的铬矿粉、40份的膨润土以及60份的含镁助剂，将铬矿粉、镁氧化物、膨润土经配料、混料后用皮带输送到回转窑内部，利用镁氧化物的燃烧热量对原料干燥和/或预热，通过膨润土的粘结作用将粉状的铬矿烧结成满足电炉需要的块状铬矿；
S2：由配料中心混合配料后经炉顶料仓加入密闭明弧电炉内，每批配料总重量小于800kg，每批配料后再送入混合料仓进行混合，配料时控制配料误差在±0.5％以内；
S3：将预混料加入密闭明弧电炉中，通电熔炼，使电极中心至炉衬内壁之间形成流动性的熔池，将温度为200℃的炉料连续和/或直接加入密闭熔池，进行电炉熔炼；
S4：然后密闭明弧电炉在电极下端的熔炼区温度提高到1700℃，使用炉料和半熔融料成为假炉衬保护炉墙，炉底形成高温固态合金或流动性不好的半熔融态的合金保护炉底，使用隔热耐火砖，并在炉壳增加采用喷淋式水冷冷水机组，在炉底采用负压风机冷却；
S5：铁水经扒渣后浇铸、粒化得到高碳铬铁；
S4：最后密闭明弧电炉煤气经二次冷却后，经旋风器除尘后风冷器除尘降温，空冷器进一步降温，煤气温度达到190℃后进入引风机送往用户使用。
实施例2
一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1：将500份的铬矿粉、45份的膨润土以及70份的含镁助剂，将铬矿粉、含镁盐、膨润土经配料、混料后用皮带输送到回转窑内部，利用含镁盐的燃烧热量对原料干燥和/或预热，通过膨润土的粘结作用将粉状的铬矿烧结成满足电炉需要的块状铬矿；
S2：由配料中心混合配料后经炉顶料仓加入密闭明弧电炉内，每批配料总重量等于800kg，每批配料后再送入混合料仓进行混合，配料时控制配料误差在±0.5％以内；
S3：将预混料加入密闭明弧电炉中，通电熔炼，使电极中心至炉衬内壁之间形成流动性的熔池，将温度为500℃的炉料连续和/或直接加入密闭熔池，进行电炉熔炼；
S4：然后密闭明弧电炉在电极下端的熔炼区温度提高到1800℃，使用炉料和半熔融料成为假炉衬保护炉墙，炉底形成高温固态合金或流动性不好的半熔融态的合金保护炉底，使用隔热耐火砖，并在炉壳增加采用喷淋式水冷冷水机组，在炉底采用负压风机冷却；
S5：铁水经扒渣后浇铸、粒化得到高碳铬铁；
S6：最后密闭明弧电炉煤气经二次冷却后，经旋风器除尘后风冷器除尘降温，空冷器进一步降温，煤气温度达到200℃后进入引风机送往用户使用。
实施例3
一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1：将600份的铬矿粉、50份的膨润土以及80份的含镁助剂，将铬矿粉、含镁矿物、膨润土经配料、混料后用皮带输送到回转窑内部，利用含镁矿物的燃烧热量对原料干燥和/或预热，通过膨润土的粘结作用将粉状的铬矿烧结成满足电炉需要的块状铬矿；
S2：由配料中心混合配料后经炉顶料仓加入密闭明弧电炉内，每批配料总重量≤800kg，每批配料后再送入混合料仓进行混合，配料时控制配料误差在±0.5％以内；
S3：将预混料加入密闭明弧电炉中，通电熔炼，使电极中心至炉衬内壁之间形成流动性的熔池，将温度为800℃的炉料连续和/或直接加入密闭熔池，进行电炉熔炼；
S4：然后密闭明弧电炉在电极下端的熔炼区温度提高到1900℃，使用炉料和半熔融料成为假炉衬保护炉墙，炉底形成高温固态合金或流动性不好的半熔融态的合金保护炉底，使用隔热耐火砖，并在炉壳增加采用喷淋式水冷冷水机组，在炉底采用负压风机冷却；
S5：铁水经扒渣后浇铸、粒化得到高碳铬铁；
S6：最后密闭明弧电炉煤气经二次冷却后，经旋风器除尘后风冷器除尘降温，空冷器进一步降温，煤气温度达到210℃后进入引风机送往用户使用。
本发明提供关于一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺的直流电炉生产实例：2018年10月开炉生产，本发明统计了11月15日～22日指标。
铬矿：％
产地 氧化铬 氧化铁 二氧化硅 氧化镁 氧化钙 氧化铝 配入量
南非精矿1 40.31 27.69 3.83 10.08 0.4 14.19 80％
南非精矿2 40.48 26.57 4.21 9.67 2 14.41 20％
南非精矿3 40.34 26.68 3.64 10.29 0.72 14.94 100％
硅石：熔剂，用于调整炉渣熔点。二氧化硅>96％。粒度<40mm。
硅石成分：％
二氧化硅 氧化铁 氧化镁 氧化钙 氧化铝
96 0.14 0.13 0.31 0.42
焦炭：还原剂。冶金焦粉，固定碳大于82％。焦粉干燥处理。
焦炭成分：％
固定炭 灰分 挥发份 灰分成分 二氧化硅 氧化铝 氧化铁 氧化钙 氧化镁
84 13 3 52.0 27.0 5.0 3.0 1.0
无烟煤:还原剂。
白灰:CaO>85％。
膨润土：吸附剂。
含镁助剂：助燃剂。
冶炼配料比为:
配料比一：铬矿：500kg、硅石59kg、膨润土：45kg、焦粉135kg、白灰35kg、含镁助剂：70kg。
配料比二：铬矿：500kg、硅石65kg、膨润土：35kg、焦粉135kg、白灰30kg、含镁助剂：60kg。
合金成份：如下表所示
冶炼的炉渣成份：如下表所示
冶炼指标:如下表所示
11月15日～19日用煤做还原剂，20日～22日用焦粉做还原剂。合金含铬量分别为51.42％和49.07％。使用煤做还原剂使合金铬含量高2％。说明煤的还原效果优于焦炭。
回收煤气的成分：％
CO H<sub>2</sub> O<sub>2</sub>
使用煤做还原剂 62 10 0.06
使用焦炭做还原剂 82 2 0.06
通过上述数据可以得出：本发明利用无烟煤做还原剂，氢含量较高。在冶炼过程中对氧化铬的还原有利。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种密闭明弧电炉高碳铬铁，其特征在于，由以下按照重量份的原料组成：铬矿粉：400～600份、膨润土：40～50份、硅石：59～65份、还原剂：135～140份、石灰：30～40份和含镁助剂：60～80份。
2.根据权利要求1所述的一种密闭明弧电炉高碳铬铁，其特征在于：所述石灰研磨后CaO的有效含量在大于85％，所述还原剂为焦粉、无烟煤其中的一种或几种，所述焦粉固定碳有效含量大于82％，且焦粉经过干燥处理，所述硅石中二氧化硅的有效含量大于96％，粒度小于40mm。
3.根据权利要求1所述的一种密闭明弧电炉高碳铬铁，其特征在于：所述铬矿中氧化铬的质量分数为40.31～40.48％，氧化铁的质量分数为26.57～27.69％，二氧化硅的质量分数为3.64～4.21％，氧化镁的质量分数为9.67～10.29％，氧化钙的质量分数为0.4～2％，氧化铝的质量分数为14.19～14.94％。
4.根据权利要求1所述的一种密闭明弧电炉高碳铬铁，其特征在于：所述含镁助剂包括含镁氧化物、含镁盐和含镁矿物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种密闭明弧电炉高碳铬铁，其特征在于：由以下按照重量份的原料组成：铬矿粉：500份、膨润土：45份、硅石：61份、还原剂：135份、石灰：35份和含镁助剂：70份。
6.一种权利要求1～5所述的密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将400～600份的铬矿粉、40～50份的膨润土以及60～80份的含镁助剂，将铬矿粉、含镁助剂、膨润土经配料、混料后用皮带输送到回转窑内部，利用含镁助剂的燃烧热量对原料干燥和/或预热，通过膨润土的粘结作用将粉状的铬矿烧结成满足电炉需要的块状铬矿；
S2：由配料中心混合配料后经炉顶料仓加入密闭明弧电炉内，每批配料总重量≤800kg，每批配料后再送入混合料仓进行混合，配料时控制配料误差在±0.5％以内；
S3：将预混料加入密闭明弧电炉中，通电熔炼，使电极中心至炉衬内壁之间形成流动性的熔池，将温度为200～800℃的炉料连续和/或直接加入密闭熔池，进行电炉熔炼；
S4：然后密闭明弧电炉在电极下端的熔炼区温度提高到1700℃～1900℃，使用炉料和半熔融料成为假炉衬保护炉墙，炉底形成高温固态合金或流动性不好的半熔融态的合金保护炉底，使用导热性好的耐火材料，并在炉壳外部增加喷淋水冷设备，在炉底采用通风设备冷却；
S5：铁水经扒渣后浇铸、粒化得到高碳铬铁；
S6：最后密闭明弧电炉煤气经二次冷却后，经旋风器除尘后风冷器除尘降温，空冷器进一步降温，煤气温度达到190～210℃后进入引风机送往用户使用。
7.根据权利要求6所述的一种密闭明弧电炉高碳铬铁的冶炼工艺，其特征在于：所述导热性好的耐火材料为隔热耐火砖、硅酸铝纤维针刺毯和硅酸铝纤维模块中的一种或多种组合。
8.一种根据权利要求1-7所述的密闭明弧电炉，其特征在于，包括：
用于冶炼高碳铬铁的明弧电炉(10)，其包括若干个进料管(110)、炉壳(120)、出铁口(130)和出渣口(140),所述进料管(110)安装于所述炉壳(120)的顶部，且与所述炉壳(120)的内部炉顶料仓连通；
用于对明弧电炉水冷降温的喷淋式水冷冷水机组(20)；所述喷淋式水冷冷水机组(20)包括水箱(210)、上水管道(220)、蛇形盘管(230)、外壳(240)、喷淋水泵(250)和下水管道(260)；
用于对明弧电炉风冷降温的负压风机(30)，所述负压风机(30)包括散热壳体(310)、冷却管(320)、散热风机(330)、过滤网(340)，所述散热风机(330)的进风端和出风端分别设有冷却管(320)和过滤网(340)。
9.根据权利要求8所述的一种密闭明弧电炉，其特征在于：所述水箱(210)的出水口与所述喷淋水泵(250)连通，所述喷淋水泵(250)的出水口与所述上水管道(220)的底端进水口连通，所述外壳(240)设置于所述炉壳(120)的中段外部，所述蛇形盘管(230)套接于所述外壳(240)与所述炉壳(120)之间，所述蛇形盘管(230)的上下两端分别与所述上水管道(220)的出水口和下水管道(260)的进水口连通，所述蛇形盘管(230)靠近所述炉壳(120)的一端面上安装有若干组喷头(2301)。
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