CN111780558A - 一种铌铁合金连续生产装置及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种铌铁合金连续生产装置及生产方法，包括冶炼炉、渣池、合金熔池，通过虹吸远离将冶炼炉中产生的合金熔融从合金熔池排出，将废渣从渣池中排出；可实现铌铁合金的连续式生产，过程的热利用效率较高，废热利用率提高20%以上，可进一步降低冶炼炉料发热剂的使用量，实现铁合金清洁生产，综合能耗低，节能降耗效果显著，大幅降低生产成本，尤其是热态熔融合金粒化免破工艺的运用可实现生产工序的减量化操作，富渣产生比例较间歇性生产工艺大幅降低，工序金属收得率提高2‑3%，综合经济效益好，生产效率较现行工艺提高30%以上，生产便捷高效，环境友好，技术进步及创新示范效应明显，提高产品质量，社会及经济效益显著。

Description

一种铌铁合金连续生产装置及生产方法

技术领域：

本发明属于铌铁合金生产技术领域，尤其是涉及一种铌铁合金连续生产装置及生产方法。

背景技术：

铌是一种高熔点稀有金属，金属铌可与铁以任何比例生成熔点较低的铌铁合金。尤其是熔点低于1600度、且具有冶炼工况状态的较好流动性的FeNb65牌号标准铌铁合金，较为容易地通过冶金熔体内扩散方式作为铌元素添加剂，广泛应用于特种钢铁冶金行业中。

当前铌铁生产领域，较为广泛地采用金属热还原法，间歇、积块方式生产铌铁合金，工艺过程遵循配料计算、物料混合、上部或下部点火冶炼、镇静积块、凝固精整、破碎包装至成品的技术路线、流程。

现行工艺突出特点为间歇性生产作业，生产效率提高受限；过程热效能低，生产成本高；因间歇单炉化作业方式所限，故以富渣形式的金属损失体量相对较大，导致综合回收率低；无法利用高温液态熔融合金粒化工艺的优势，增加破碎工序中的金属损失；铁锭在凝固结晶过程中易受温度梯度的影响而发生枝状结晶现象，增大化学成分偏析及不均匀性、降低铁合金物理性能；实现清洁生产技术难度大；冶炼可控性差，不易进行冶炼过程中的工艺优化调整等。

发明内容：

为了克服上述的不足，本发明提供了一种铌铁合金连续生产装置及生产方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种铌铁合金连续生产装置，包括

一冶炼炉；

一渣池，所述渣池的侧面下端通过虹吸口与所述冶炼炉的侧面底部联通，所述渣池的侧壁上设有排渣口，所述冶炼炉、渣池和排渣口共同构成虹吸结构；

一合金熔池，所述合金熔池的侧面下端通过进料口与所述冶炼炉的侧面底部联通，所述合金熔池的侧壁上设有排料口，所述冶炼炉、合金熔池和排料口共同构成虹吸结构；

所述渣池和合金熔池在冶炼炉两侧对称分布，所述渣池和冶炼炉的底部铺设有耐火浇注料，且所述耐火浇注料为倾斜设置，所述耐火浇注料在冶炼炉底部延伸至合金熔池的进料口；

所述排渣口的垂直高度高于排液口的高度。

所述虹吸口高度3-5cm，长度沿冶炼炉侧面下部圆周分布，长度占所述圆周周长的四分之一。

所述冶炼炉的顶部设有烟罩，所述冶炼炉的侧壁上设有夹层，夹层形成的空间为烟道，所述烟道与所述烟罩联通，所述烟道通过进烟口与渣池侧面联通，所述进烟口处设有向渣池斜向下延伸的挡烟板，所述挡烟板的低点高于排渣口的高点，所述渣池的顶部设有排烟口，排烟口通过管道与负压风机相连。

所述渣池和合金熔池上均设有备用电弧加热装置。

还包括配料系统，所述配料系统通过两段式配料后，将配好的物料投入到所述冶炼炉中；所述两段式配料包括：

一段，原矿物料之间的混合；

二段，一段混合均匀的原矿物料与氧化剂和还原剂之间的混合。

一种连续生产铌铁合金的方法，包括如下步骤：

A、将铌精矿、氧化铁矿、氧化钙通过预热或蓄热方式进行热量补偿，进行热配料前的热能储备；利用DCS配料控制系统给料，利用螺旋混合方式将铌精矿、氧化铁矿、氧化钙进行一段混合；利用DCS配料控制系统在一段混合末端加入强还原剂和强氧化剂，然后将上述混合物料利用螺旋混合方式进行二段混合，至混合均匀；

B、开启负压风机，关闭合金熔池的进料口，将上述二段混合均匀的热态物料，快速均匀加入冶炼炉内冶炼反应，在该段设置惰性气体安全保护装置；物料投入冶炼炉内的位置位于合金熔池进料口的上方；

C、利用金属热还原法的原理，在冶炼炉中，利用高热敏性、高活性的铝粉和强氧化剂放热触发反应，在炼炉上实现连续给料，直至冶炼炉中液面与渣池的排渣口高度一致，随着物料的继续投入，反应后的废渣通过虹吸口进入渣池，渣池的废渣会随着冶炼炉液位的升高而排出，进而降低冶炼炉中的液位，保持冶炼炉中液位的平衡；

D、待到反应稳定后，可以逐渐开启进料口，使铌铁熔融合金进入到合金熔池中，随着物料的继续投入，产生的铌铁熔融合金越来越多，进而合金熔池的液位也随之增高，液位达到排料口后，铌铁熔融合金从排料口中排出；

E、直至渣池、冶炼炉和合金熔池的液位达到平衡并且稳定，初期开机工作完成，能够实现进出平衡，连续冶炼；

F、将粒化装置通过废渣进行预热，开启合金熔池的电弧加热装置，将温度设定到大于铌铁合金熔点温度80-100度，保证合金熔池中的铌铁合金的流动性，将铌铁合金放置到预热后的粒化装置进行粒化，冷却后进行包装；或者将合金熔池中的铌铁合金熔体进行炉外二次沉淀、镇静，再进行热态免破成型浇注至规定粒度，通过无接触冷却方式进行脱模、包装。

所述步骤A中的预热方法包括：

可通过煅烧精矿过程中自身携带的物理显热进行物理性预热；或通过高热容的液态炉渣进行“气流喷射”粒化方法，采用挂壁式间接传热传质方式进行物料预热；或利用冶炼过程产生的冶炼烟气废热将冶金设备及物料进行连续式传质预热。

步骤A中的强还原剂包括铝粉或镁粉或铝粉和镁粉的混合物；强氧化剂包括氯酸钾或氯酸钠或硝酸钠或硝酸钾或过氧化钡中的一种或者是几种的混合物。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

本发明提供的一种铌铁合金连续生产装置及生产方法，可实现铌铁合金的连续式生产，过程的热利用效率较高，废热利用率提高20%以上，可进一步降低冶炼炉料发热剂的使用量，实现铁合金清洁生产，综合能耗低，节能降耗效果显著，大幅降低生产成本，尤其是热态熔融合金粒化免破工艺的运用可实现生产工序的减量化操作，富渣产生比例较间歇性生产工艺大幅降低，工序金属收得率提高2-3%，综合经济效益好，生产效率较现行工艺提高30%以上，生产便捷高效，环境友好，技术进步及创新示范效应明显，提高产品质量，社会及经济效益显著。

附图说明：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明在小车上的示意图；

图中：1、冶炼炉；2、配料系统；3、渣池；4、合金熔池；5、烟道；6、烟罩；8、虹吸口；9、小车；10、轨道；21、；22、；31、排烟口；32、排渣口；33、进烟口；34、挡烟板；35、耐火浇注料；41、排料口；42、进料口。

具体实施方式：

通过下面实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；

结合附图所述的一种铌铁合金连续生产装置，包括

一冶炼炉1；

一渣池3，所述渣池3的侧面下端通过虹吸口8与所述冶炼炉1的侧面底部联通，所述渣池3的侧壁上设有排渣口32，所述冶炼炉1、渣池3和排渣口32共同构成虹吸结构；随着冶炼炉1中不断的投入物料，不断的反应，产生的废渣不断的进入到渣池3中，渣池3中的废料也会通过排渣口32不断的排出，这样在冶炼炉1和渣池3中就形成了一个稳定的熔液面；

一合金熔池4，所述合金熔池4的侧面下端通过进料口42与所述冶炼炉1的侧面底部联通，所述合金熔池4的侧壁上设有排料口41，所述冶炼炉1、合金熔池4和排料口41共同构成虹吸结构；随着冶炼炉1中不断的投入物料，不断的反应，产生的熔融合金不断的进入到合金熔池4中，合金熔池4中的熔融合金也会通过排料口41不断的排出，这样在冶炼炉1和合金熔池4中就形成了一个稳定的熔液面；

所述渣池3和合金熔池4在冶炼炉1两侧对称分布，所述渣池3和冶炼炉1的底部铺设有耐火浇注料35，且所述耐火浇注料35为倾斜设置，所述耐火浇注料35在冶炼炉底部延伸至合金熔池的进料口；从图1中也可以看出耐火浇注料35的厚度是从渣池3到合金熔池4依次递减，由于耐火浇注料35占据了渣池的一部分，这样减少了渣池3的容积，让渣池3中的废渣更快的排出，而耐火浇注料35在冶炼炉1中倾斜至合金熔池的进料口，这是为了方便收集熔融合金，由于熔融后的合金密度要大于废渣的密度，所以在冶炼炉中物料反应后，生成的熔融合金会慢慢沉降，通过具有倾斜度的耐火浇注料35，慢慢聚集到合金熔池的进料口42，通过虹吸作用被吸入到合金熔池4，同时废渣的密度小于熔融合金，通过虹吸作用会从虹吸口8处进入到渣池3中，最后被排出。需要说明的还有，通过耐火浇注料35将虹吸口8的高度进行了抬升，使虹吸口8的底部并没有直接与冶炼炉1的底部相连，这就说明虹吸口8的高度要大于进料口42的高度，同时又由于熔融后的合金密度大于废渣的密度，所以废渣会位于熔融合金的上层，这样通过耐火浇注料35将虹吸口8的高度进行了抬升，使虹吸口位于废渣所在的层次，更加容易的将废渣排出，同时不会或者尽可能减少熔融合金进入渣池3的可能性。

所述排渣口32的垂直高度高于排液口41的高度。往往提到垂直高度需要指定一个基准面为参考，那么这里的垂直高度是以冶炼炉1、合金熔池4和渣池3三者所在的底面作为参考物，因为三者联通，内部的溶液液位也是同高，所以需要将排液口41的高度稍低于排渣口32的高度，这样排液口41就会先排液，一但排液口41排液，那么根据虹吸原理，冶炼炉1中靠近进料口42的熔融合金就会被吸入到合金熔池4中，这样能够保证冶炼炉中的熔融合金不会保留太多，避免进入到渣池3中，如果排渣口低于排料口，那么合金液体就会进入到渣池中，回收率降低。

所述虹吸口高度3-5cm，长度沿冶炼炉侧面下部圆周分布，长度占所述圆周周长的四分之一，这样增大了废渣进入的通道，方便冶炼炉中废渣的排出。

所述冶炼炉1的顶部设有烟罩6，所述冶炼炉1的侧壁上设有夹层，夹层形成的空间为烟道5，所述烟道5与所述烟罩6联通，所述烟道5通过进烟口33与渣池3侧面联通，所述进烟口33处设有向渣池斜向下延伸的挡烟板34，所述挡烟板34的低点高于排渣口的高点，保证废渣不会挡住烟气排出，所述渣池3的顶部设有排烟口31，排烟口31通过管道与负压风机相连。首先，冶炼炉侧壁设有夹层，形成烟道5，冶炼反应产生的高温废烟和废气在负压风机的作用下进入到烟道5中 ，这样能够对冶炼炉1起到一定的保温效果，减小冶炼炉1中与外界的热量传递，进而能够减少氧化剂和还原剂的使用量，同时，烟道5中的废气进入到渣池3后，会对渣池3中的废渣进行保温，充分利用废气中的热能。

所述渣池3和合金熔池4上均设有备用电弧加热装置，电弧加热装置用于给渣池和合金熔池加热，这个根据需要开启，如果渣池3中的废渣有凝结的现象，那么可以开启进行熔融，同样的，如果合金熔池4中的熔融合金有凝结的现象，那么可以开启进行熔融。

还包括配料系统，所述配料系统通过两段式配料后，将配好的物料投入到所述冶炼炉中；所述两段式配料包括：

一段，原矿物料之间的混合；

二段，一段混合均匀的原矿物料与氧化剂和还原剂之间的混合。

为了使整个装置具有一定的机动性，方便选择物料投入到冶炼炉1中的位置，所以将可以将整个装置放置到小车9上，通过小车在轨道10上移动，使得物料投放到冶炼炉中合适的位置，如图1中的A区域，在此区域进行反应，反应后的合金熔融直接沉降到合金熔池4的进料口42处 ，缩短合金熔融的沉降路径。

一种连续生产铌铁合金的方法，包括如下步骤：

A、将铌精矿、氧化铁矿、氧化钙通过预热或蓄热方式进行热量补偿，进行热配料前的热能储备；利用DCS配料控制系统给料，利用螺旋混合方式将铌精矿、氧化铁矿、氧化钙进行一段混合；利用DCS配料控制系统在一段混合末端加入强还原剂和强氧化剂，然后将上述混合物料利用螺旋混合方式进行二段混合，至混合均匀；

B、开启负压风机，关闭合金熔池的进料口，将上述二段混合均匀的热态物料，快速均匀加入冶炼炉内冶炼反应，在该段设置惰性气体安全保护装置；物料投入冶炼炉内的位置位于合金熔池进料口的上方；

C、利用金属热还原法的原理，在冶炼炉中，利用强还原剂和强氧化剂放热触发反应，在炼炉上实现连续给料，直至冶炼炉中液面与渣池的排渣口高度一致，随着物料的继续投入，反应后的废渣通过虹吸口进入渣池，渣池的废渣会随着冶炼炉液位的升高而排出，进而降低冶炼炉中的液位，保持冶炼炉中液位的平衡；

D、待到反应稳定后，可以逐渐开启进料口，使铌铁熔融合金进入到合金熔池中，随着物料的继续投入，产生的铌铁熔融合金越来越多，进而合金熔池的液位也随之增高，液位达到排料口后，铌铁熔融合金从排料口中排出；

E、直至渣池、冶炼炉和合金熔池的液位达到平衡并且稳定，初期开机工作完成，能够实现进出平衡，连续冶炼；

F、将粒化装置通过废渣进行预热，开启合金熔池的电弧加热装置，将温度设定到大于铌铁合金熔点温度80-100度，保证合金熔池中的铌铁合金的流动性，将铌铁合金放置到预热后的粒化装置进行粒化，冷却后进行包装；或者将合金熔池中的铌铁合金熔体进行炉外二次沉淀、镇静，再进行热态免破成型浇注至规定粒度，通过无接触冷却方式进行脱模、包装。

所述步骤A中的预热方法包括：

可通过煅烧精矿过程中自身携带的物理显热进行物理性预热；或通过高热容的液态炉渣进行“气流喷射”粒化方法，采用挂壁式间接传热传质方式进行物料预热；或利用冶炼过程产生的冶炼烟气废热将冶金设备及物料进行连续式传质预热。

步骤A中的强还原剂包括铝粉或镁粉或铝粉和镁粉的混合物；强氧化剂包括氯酸钾或氯酸钠或硝酸钠或硝酸钾或过氧化钡中的一种或者是几种的混合物。

步骤B中之所以将物料投入冶炼炉内的位置位于合金熔池进料口的上方，是由于待冶炼过程稳定后，反应区域会在图1中的A区域，该区域位于进料口42的上方，随着反应的进行，熔融合金会随之下沉，聚集在进料口42附近，便于收集熔融合金。

以上内容中未细述部份为现有技术，故未做细述。

Claims (8)

1.一种铌铁合金连续生产装置，其特征在于：包括

一冶炼炉；

一渣池，所述渣池的侧面下端通过虹吸口与所述冶炼炉的侧面底部联通，所述渣池的侧壁上设有排渣口，所述冶炼炉、渣池和排渣口共同构成虹吸结构；

一合金熔池，所述合金熔池的侧面下端通过进料口与所述冶炼炉的侧面底部联通，所述合金熔池的侧壁上设有排料口，所述冶炼炉、合金熔池和排料口共同构成虹吸结构；

所述渣池和合金熔池在冶炼炉两侧对称分布，所述渣池和冶炼炉的底部铺设有耐火浇注料，且所述耐火浇注料为倾斜设置，所述耐火浇注料在冶炼炉底部延伸至合金熔池的进料口；

所述排渣口的垂直高度高于排液口的高度。

2.根据权利要求1所述的铌铁合金连续生产装置，其特征在于：所述虹吸口高度3-5cm，长度沿冶炼炉侧面下部圆周分布，长度占所述圆周周长的四分之一。

3.根据权利要求2所述的铌铁合金连续生产装置，其特征在于：所述冶炼炉的顶部设有烟罩，所述冶炼炉的侧壁上设有夹层，夹层形成的空间为烟道，所述烟道与所述烟罩联通，所述烟道通过进烟口与渣池侧面联通，所述进烟口处设有向渣池斜向下延伸的挡烟板，所述挡烟板的低点高于排渣口的高点，所述渣池的顶部设有排烟口，排烟口通过管道与负压风机相连。

4.根据权利要求3所述的铌铁合金连续生产装置，其特征在于：所述渣池和合金熔池上均设有备用电弧加热装置。

5.根据权利要求4所述的铌铁合金连续生产装置，其特征在于：还包括配料系统，所述配料系统通过两段式配料后，将配好的物料投入到所述冶炼炉中；所述两段式配料包括

原矿物料之间的混合；

一段混合均匀的原矿物料与氧化剂和还原剂之间的混合。

6.一种如权利要求5所述装置来连续生产铌铁合金的方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、将铌精矿、氧化铁矿、氧化钙通过预热或蓄热方式进行热量补偿，进行热配料前的热能储备；利用DCS配料控制系统给料，利用螺旋混合方式将铌精矿、氧化铁矿、氧化钙进行一段混合；利用DCS配料控制系统在一段混合末端加入强还原剂和强氧化剂，然后将上述混合物料利用螺旋混合方式进行二段混合，至混合均匀；

B、开启负压风机，关闭合金熔池的进料口，将上述二段混合均匀的热态物料，快速均匀加入冶炼炉内冶炼反应，在该段设置惰性气体安全保护装置；物料投入冶炼炉内的位置位于合金熔池进料口的上方；

C、利用金属热还原法的原理，在冶炼炉中，利用高热敏性、高活性的铝粉和强氧化剂放热触发反应，在炼炉上实现连续给料，直至冶炼炉中液面与渣池的排渣口高度一致，随着物料的继续投入，反应后的废渣通过虹吸口进入渣池，渣池的废渣会随着冶炼炉液位的升高而排出，进而降低冶炼炉中的液位，保持冶炼炉中液位的平衡；

D、待到反应稳定后，可以逐渐开启进料口，使铌铁熔融合金进入到合金熔池中，随着物料的继续投入，产生的铌铁熔融合金越来越多，进而合金熔池的液位也随之增高，液位达到排料口后，铌铁熔融合金从排料口中排出；

E、直至渣池、冶炼炉和合金熔池的液位达到平衡并且稳定，初期开机工作完成，能够实现进出平衡，连续冶炼；

F、将粒化装置通过废渣进行预热，开启合金熔池的电弧加热装置，将温度设定到大于铌铁合金熔点温度80-100度，保证合金熔池中的铌铁合金的流动性，将铌铁合金放置到预热后的粒化装置进行粒化，冷却后进行包装；或者将合金熔池中的铌铁合金熔体进行炉外二次沉淀、镇静，再进行热态免破成型浇注至规定粒度，通过无接触冷却方式进行脱模、包装。

7.根据权利要求6所述的连续生产铌铁合金的方法，其特征在于： 步骤A中的预热方法包括：

可通过煅烧精矿过程中自身携带的物理显热进行物理性预热；或通过高热容的液态炉渣进行“气流喷射”粒化方法，采用挂壁式间接传热传质方式进行物料预热；或利用冶炼过程产生的冶炼烟气废热将冶金设备及物料进行连续式传质预热。

8.根据权利要求6所述的连续生产铌铁合金的方法，其特征在于： 步骤A中的强还原剂包括铝粉或镁粉或铝粉和镁粉的混合物；强氧化剂包括氯酸钾或氯酸钠或硝酸钠或硝酸钾或过氧化钡中的一种或者是几种的混合物。

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