CN112746143A - 一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其包括如下步骤：S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，S2.将直流电弧炉内部温度升高至1600‑1800℃；S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1600‑1800℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1600‑1800℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金。本发明不用焦炭作为还原剂，极大的减少炭排放和节省碳还原成本，又能变废为宝，环保节能，铁合金回收率高，提高了资源利用率。

Description

一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺
技术领域
本发明涉及冶炼工艺技术领域，具体涉及一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺。
背景技术
目前含铁矿石的冶炼工艺，主要有湿法冶炼和火法冶炼。湿法冶炼主要是通过加入强酸溶液或强碱溶液进行溶解；火法冶炼主要是通过加入还原剂进行氧化还原反应，还原剂通常使用焦炭。
对于含铁矿石，湿法往往很难冶炼出含铁量较高的低碳铁合金。对于火法冶炼，一般使用焦炭作为还原剂。
例如中国专利文献CN110592303A公开了一种含钒钛磁铁矿冶炼含钒生铁的方法，该方法以钒钛磁铁矿为原料，加入适量的溶剂，在矮炉身矿热炉中埋弧冶炼。本方法可利用低级的碳质还原剂，其中粒度0mm～20mm的用作还原剂，粒度为20mm～80mm的用于在电弧燃烧区形成“残碳层”；根据电炉容量定时放铁排渣，分离炉渣和铁水，铁水冷却后即为富钒生铁。其中碳质还原剂即是一种焦炭。
中国专利文献CN101020935A公开了一种用含镍铬烟尘或氧化皮冶炼镍铬生铁的方法，在矿热炉或电炉中进行，以烟尘或氧化皮中铬含量为参照，配以5－7％的萤石、20－25％的焦末、5－10％的石灰石/生石灰，投入炉中冶炼成镍铬生铁。其中焦末即是一种焦炭。
中国专利文献CN101020968A公开了一种综合利用高温镍冶炼熔融渣的方法，其是将镍冶炼熔融渣以热装的方式直接排入还原炉，并加入配合料、还原剂，进行熔炼后分离得到含还原铁镍和金属铁的硅酸盐溶渣。其中还原剂为焦炭还原剂。
可见，目前的含铁矿石的冶炼工艺基本都是采用还原剂焦炭进行，然后在还原炉内进行氧化还原反应，从而冶炼出含铁合金。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其不用焦炭作为还原剂，极大的减少炭排放和节省碳还原成本，又环保节能，铁回收率高，提高了资源利用率。
所采用的技术方案为：
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1600-1800℃；
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1600-1800℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1600-1800℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
进一步地，还包括S5.将S4的冶炼渣作为助熔剂，用于S1中。
进一步地，S2中，助熔剂为钾长石、钠长石、白云石、方解石、萤石、石英、滑石、霞石、石灰石、钟乳石、硅灰石中的两种或三种以上的混合物。
进一步地，S2中，所述助熔剂为钠长石、白云石、方解石、萤石和石英的混合物。
进一步地，S2中，所述助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由8％-12％的钠长石、8％-12％的白云石、22％-28％的方解石、3％-8％的萤石和8％-12％的石英组成的混合物。
进一步地，S2中，加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的50％-70％。
进一步地，S3中，生产出的低碳铁合金中含铁合金量为90wt％-95wt％。
进一步地，含铁矿石为锰铁矿石、磁铁矿石、褐铁矿石、铜渣、铬矿石、镍矿石与钨矿石中的一种或多种。
进一步地，作为一种替代方案，用交流矿热炉替代直流电弧炉。
即是一种交流矿热炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，用交流矿热炉替代直流电弧炉火法冶炼。
本发明的冶炼原理是：
本发明是采用高温分解法冶炼,通过一次冶炼,成品就是低碳铁合金。
发明人发现，如果没有助熔剂，而采用高温分解法冶炼，温度常常需要提高至2000℃-3000℃才能进行，其耗能巨大，且冶炼时间长。而将含铁矿石混合助熔剂,在炉内低温共熔(温度为1600-1800℃，相比于不加助熔剂的2000℃-3000℃，为低温),冶炼时间较短。助熔剂加速熔融含铁矿石，并降低熔浆的粘度,增加熔浆的流动性、导热性；助熔剂降低金属氧化物的分解温度,使金属氧化物在1600℃-1800℃之间发生分解反应。
本发明采用高温分解法，不采用氧化还原法，因此，不用焦炭作为还原剂，也不采用除焦炭之外的其他还原剂。本发明不加入还原剂。
本发明的有益效果在于：
1.节能。加入助熔剂使含铁矿石在炉内低温共熔，加快含铁矿石熔化而降低能耗成本。
2.减排。不用焦炭还原，极大的减少炭排放和节省焦炭成本；甚至也不用其他还原剂，极大的减少还原剂排放和节省还原剂成本。
3.节源。回收率高，铁或铁合金回收率在90％以上，冶炼渣中的铁含量不会超过1％，提高了资源利用率。
4.环保。本发明成品是低碳铁合金,而冶炼渣根据实际情况可以外卖水泥厂，或者除尘灰回收再冶炼出铅银合金(如果冶炼渣含有铅银)，冶炼渣又可以做冶炼铁的助熔剂，达成循环利用，实现零排放。
5.可在现有技术上进行改进。本发明可以在现有成熟的生产工艺进行改进使用。可以采用现有技术中的直流电弧炉，然后舍弃现有的焦炭，含铁矿石混合助熔剂即可进行火法冶炼。改进的可操作性强，便于在现有成熟的工业生产中展开。
6.变废为宝。含铁矿石可以是铜冶炼厂铜冶炼后的废弃的固废渣，简称铜渣，通过本发明加以利用，能够实现废弃物的高附加值，增加经济效益。
7.增添了新冶炼技术。将还原法改为分解法，采用了不同的冶炼原理，为含铁矿石的充分利用提供了新的冶炼技术支持。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为铜冶炼厂铜冶炼后的废弃的固废渣，其含铁量为40wt％以上；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的60％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的钠长石、10％的白云石、25％的方解石、5％的萤石和10％的石英组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
该冶炼渣为硅酸盐，是生产水泥的熟料。该低碳铁合金为低碳生铁，又俗称面包铁。经检测，该面包铁的含铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的铁含量不超过1％。
需要说明的是，本申请将低碳生铁作为一种特殊的低碳铁合金，含铁量作为一种特殊的含铁合金量。低碳铁合金的含铁合金量包括了低碳生铁的含铁量这一特殊情况。当冶炼出的产品主要含铁，也视为铁合金的一种。产品的含铁量视为产品的含铁合金量的一种。从而便于方案的概括。
实施例2
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为锰铁矿石；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的50％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的钠长石、10％的白云石、15％的方解石、5％的萤石和10％的石英组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
该低碳铁合金为低碳锰铁合金。经检测，该低碳锰铁合金的含锰铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的锰铁含量不超过1％。
实施例3
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为磁铁矿石；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的55％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的钠长石、10％的白云石、15％的方解石、10％的萤石和10％的石英组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
该经检测，该低碳铁合金的含铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的铁含量不超过1％。
如实施例1所述，当冶炼出的产品主要含铁，也视为铁合金的一种。
实施例4
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为褐铁矿石；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的60％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的钠长石、10％的白云石、25％的方解石、5％的萤石和10％的石英组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
经检测，该低碳铁合金的含铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的铁含量不超过1％。
如实施例1所述，当冶炼出的产品主要含铁，也视为铁合金的一种。
实施例5
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为铬矿石；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的60％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的长石、10％的白云石、15％的方解石、5％的萤石、10％的石英和10％的滑石组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
该低碳铁合金为低碳铬铁合金。经检测，该低碳铬铁合金的含铬铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的铬铁含量不超过1％。
实施例6
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为镍矿石；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的60％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的钠长石、10％的白云石、15％的方解石、5％的萤石、10％的石英和10％的霞石组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
该低碳铁合金为低碳镍铁合金。经检测，该低碳镍铁合金的含镍铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的镍铁含量不超过1％。
实施例7
一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中，该含铁矿石为钨矿石；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1700℃；加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的60％。该助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由10％的钠长石、10％的白云石、15％的方解石、5％的萤石、10％的石英和10％的硅灰石组成。
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1700℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1700℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
该低碳铁合金为低碳钨铁合金。经检测，该低碳钨铁合金的含钨铁量为90wt％-95wt％。冶炼渣中的钨铁含量不超过1％。
需要说明的是，本发明冶炼工艺所用的炉子优选使用直流电弧炉。例如用直流电弧炉冶炼，每吨含铁矿石的物料耗电800度-1200度。但本发明冶炼工艺所用的炉子并不局限于直流电弧炉，在某些实施例下，可以替换成其他的炉子，例如交流矿热炉、微波炉、感应炉等。这些替换都应属于本发明的保护范围。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将含铁矿石混合助熔剂加入直流电弧炉中；
S2.将直流电弧炉内部温度升高至1600-1800℃；
S3.用直流电弧炉火法冶炼，在助熔剂的作用下，含铁矿石与助熔剂在1600-1800℃共熔，含铁矿石中的金属氧化物在1600-1800℃下高温分解，冶炼出低碳铁合金；
S4.冶炼出的低碳铁合金和冶炼渣在直流电弧炉中分层后，分离出低碳铁合金和冶炼渣。
2.根据权利要求1所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于,还包括S5.将S4的冶炼渣作为助熔剂，用于S1中。
3.根据权利要求1所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，S2中，助熔剂为钾长石、钠长石、白云石、方解石、萤石、石英、滑石、霞石、石灰石、钟乳石、硅灰石中的两种或三种以上的混合物。
4.根据权利要求3所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，S2中，所述助熔剂为钠长石、白云石、方解石、萤石和石英的混合物。
5.根据权利要求4所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，S2中，所述助熔剂按重量比计，以含铁矿石的重量为基准，由8％-12％的钠长石、8％-12％的白云石、22％-28％的方解石、3％-8％的萤石和8％-12％的石英组成的混合物。
6.根据权利要求1所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，S2中，加入助熔剂的用量为含铁矿石重量的50％-70％。
7.根据权利要求1所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，S3中，生产出的低碳铁合金中含铁合金量为90wt％-95wt％。
8.根据权利要求1-7任一所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，含铁矿石为锰铁矿石、磁铁矿石、褐铁矿石、铜渣、铬矿石、镍矿石与钨矿石中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的直流电弧炉无焦炭冶炼低碳铁合金的工艺，其特征在于，用交流矿热炉替代直流电弧炉。
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