CN113661259A - 回收氧化铬和形成铬合金钢的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了回收氧化铬和生产铬合金钢的方法。氧化铬被还原成金属铬，金属铬与钢混合形成铬合金钢。

Description

回收氧化铬和形成铬合金钢的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年4月1日递交的美国临时专利申请No.62/827,543的优先权权益，其全部内容通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及金属回收和生产金属合金的方法。特别地，本发明涉及回收氧化铬和生产铬合金钢的方法。
背景技术
含氧化铬的废料如含氧化铬的废催化剂主要作为垃圾填埋物处置，并可造成环境危害。需要用于含氧化铬废料的成本有效的回收方法。
发明内容
已发现提供了处置含氧化铬的组合物的问题的解决方案。该解决方案的前提是回收氧化铬中的铬以形成铬合金钢。
在本发明的方面中，描述了回收氧化铬和形成铬合金钢的方法。该方法可包括步骤(a)和(b)。在步骤(a)中，可以将有效量的含氧化铬的第一组合物添加到含钢水的第二组合物中。在步骤(b)中，氧化铬可以被还原形成金属铬，并且金属铬可以与钢水混合形成铬合金钢。该方法可以在二次炼钢过程期间在钢包炉中进行。氧化铬可以在1400℃至1800℃，优选1500℃至1650℃，更优选1550℃至1600℃的温度下被还原。在一些方面，氧化铬可以是氧化铬(III)(Cr2O3)。在一些方面，第一组合物还可包含氧化铝。在一些方面，第一组合物可包含10至25重量％，优选15至20重量％的Cr2O3和70至85重量％，优选75至80重量％的氧化铝。在一些具体方面，第一组合物还可包含总量为0至5重量％的SiO2和K2O。在一些方面，第一组合物是废催化剂。在步骤(b)中，氧化铬可以被铝(例如金属铝)还原并且该方法可包括将铝添加到第二组合物中。铝可以在将第一组合物添加至第二组合物之前、期间或之后添加至第二组合物。添加的至少一部分铝可以还原氧化铬以形成氧化铝和金属铬，并且添加的至少一部分铝可以与钢水中的溶解氧反应生成氧化铝。在一些方面，可以将铝渣和/或铝线材形式的铝添加到第二组合物中。在一些方面，第二组合物可包含钢水顶部的炉渣。在步骤(a)中，可以将第一组合物添加到炉渣中。炉渣可以吸收在该方法中形成和/或添加的氧化铝的至少一部分并且可以从钢水中去除氧化铝。在一些方面，可以向炉渣中添加石灰。在一些方面，可以向炉渣中添加炉渣调节剂。可以从钢水的底部吹扫含氩气体。可以以适合提升钢水中氧化铝颗粒的速率吹扫含氩气体。在一些方面，该方法还可以包括将一种或多种金属添加到第二组合物中，并且该一种或多种金属可以与钢水混合以形成一种或多种金属-铬-合金钢。在一些具体方面，该一种或多种金属可选自由钼、钴、铜、铋、钛、钨、钒、锰和镍组成的组。
以下包括在整个说明书中使用的各种术语和短语的定义。
石灰是主要由氧化物和氢氧化物组成的含钙无机矿物，通常为氧化钙和/或氢氧化钙。本公开中讨论的石灰的添加可包括氧化钙或氢氧化钙或两者的添加。
术语“约”或“近似”被定义为接近于，如本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施方案中，这些术语被定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别是指基于包括组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数计的组分的重量、体积或摩尔百分比。在非限制性实施例中，在100mol材料中的10mol组分为10mol％的组分。
术语“基本上”及其变体被定义为包括10％以内，5％以内，1％以内或0.5％以内的范围。
当用在权利要求和/或说明书中时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”或这些术语的任何变体包括任何可测量的减少量或完全抑制以实现所需的结果。
如在说明书和/或权利要求书中使用的术语“有效”是指足以实现期望的、预期的或打算的结果。
当在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”一起使用时，词语“一(a)”或“一(an)”的使用可表示“一个(one)”，但其也具有“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。
词语“包含(comprising)”(以及包含的任何形式，例如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)、“具有(having)”(以及具有的任何形式，例如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(以及包括的任何形式，例如“包括(include)”和“包括(includes)”)或“含有(containing)”(以及含有的任何形式，例如“含有(contain)”和“含有(contains)”)是包含的或开放的且不排除额外的、未列举的元素或方法步骤。
本发明的方法可以“包含”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等，“基本上由其组成”或“由其组成”。
术语“主要”，如在说明书和/或权利要求中使用的该术语，表示大于50重量％、50摩尔％和50体积％中的任一个。例如，“主要”可以包括50.1重量％至100重量％和其间的所有值和范围、50.1摩尔％至100摩尔％和其间的所有值和范围、或50.1体积％至100体积％和其间的所有值和范围。
本发明的其它目的、特征和优点将从以下附图、具体实施方式和实施例中变得显而易见。然而，应当理解，在指示本发明的具体实施方案的同时，附图、具体实施方式和实施例仅以说明的方式给出，而不意味着限制。另外，预期从本具体实施方式中，在本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。在其他实施方案中，来自具体实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征组合。在进一步实施方案中，可以向本文所述的具体实施方案添加附加特征。
附图说明
为了更全面的理解，现结合附图参考以下描述，其中：
图1：根据本发明的一个实施方案，在二次炼钢过程期间在钢包炉中回收氧化铬并形成铬合金钢。
具体实施方式
已发现提供了处置含氧化铬的废料的问题的解决方案。该方案的前提是将氧化铬还原为金属铬，并利用金属铬生产铬合金钢。
在本发明的方面中，描述了回收氧化铬和形成铬合金钢的方法。可以将含氧化铬的第一组合物添加到含钢水的第二组合物中。氧化铬可以被还原形成金属铬，并且金属铬可以与钢水混合形成铬合金钢。添加的氧化铬量可取决于所形成的铬合金钢的目标铬含量。
第一组合物可以是含有氧化铬的废料。在一些方面，第一组合物是含氧化铬的废催化剂。在一些方面，铬可以是氧化铬(III)(Cr2O3)。在一些方面，第一组合物可包含氧化铝和Cr2O3。在一些具体方面，第一组合物可包含至少10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％、21重量％、22重量％、23重量％、24重量％和25重量％中的任何一个、等于其中的任何一个或介于其中任何两个之间的Cr2O3以及至少70重量％、71重量％、72重量％、73重量％、74重量％、75重量％、76重量％、77重量％、78重量％、79重量％、80重量％、81重量％、82重量％、83重量％、84重量％和85重量％中的任何一个、等于其中的任何一个或介于其中任何两个之间的Al2O3。第一组合物可任选地包含SiO2和K2O，其中SiO2和K2O总含量至少为0重量％、1重量％、2重量％、3重量％、4重量％和5重量％中的任何一个、等于其中的任何一个、或介于其中任何两个之间。铬可以在至少1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃和1800℃中的任何一个、等于其中的任何一个、或介于其中任何两个之间的温度下被还原。
氧化铬可以被铝还原并且该方法可包括将铝添加到第二组合物中。铝可以在将第一组合物添加至第二组合物之前、期间和/或之后添加至第二组合物。在一些方面，添加的至少一部分铝可以还原氧化铬以形成氧化铝和金属铬，并且添加的至少一部分铝可以通过与溶解氧反应生成氧化铝而去除钢水中存在的溶解氧。在一些方面，可以添加最小量的铝，其中最小量取决于钢水的溶解氧含量和添加到第二组合物中的氧化铬的量。
在一些方面，第二组合物可包含钢水顶部的炉渣。在一些方面，可以将第一组合物添加到炉渣中。在某些方面，第一组合物可以从炉渣进入钢水中，氧化铬可以在钢水中被还原以形成金属铬，并且金属铬可以与钢水混合。炉渣可以吸收氧化铝，并可以从钢水中去除氧化铝。钢水中存在的氧化铝颗粒可以上浮并被炉渣吸收。钢水中的氧化铝颗粒可以是在该方法中添加和/或形成的氧化铝的至少一部分。在该方法中添加的氧化铝可以是来自添加的第一组合物的氧化铝。在该方法中形成的氧化铝可以是用添加的铝还原氧化铬形成的氧化铝以及钢水中的溶解氧与添加的铝反应形成的氧化铝。在一些方面，可以从钢水的底部吹扫含氩气体。含氩气体可以有助于浮起钢水中的氧化铝颗粒。在某些方面，可以向炉渣中添加石灰。添加的石灰可以帮助炉渣吸收氧化铝。添加的石灰量可取决于在该方法中添加和/或形成的氧化铝。在一些方面，可以向炉渣中添加炉渣调节剂。可以根据需要使用炉渣调节剂以达到目标炉渣条件以促进最终钢合金的形成并有效地从钢水中去除氧化铝。在一些方面，炉渣调节剂可以是石灰石、白云石、铝酸钙、萤石或它们的组合。
在一些方面，炉渣可以是碱性炉渣。在一些方面，炉渣可包含CaO、Al2O3、SiO2和MgO。
在一些方面，可以将一种或多种金属添加到第二组合物中，并且该一种或多种金属可以与钢水混合以形成一种或多种金属-铬-合金钢。该一种或多种金属可选自由钼、钴、铜、铋、钛、钨、钒、锰和镍组成的组。
在一些方面，该方法可以在二次炼钢过程期间在钢包炉中进行。可以在钢包炉中将第一组合物加入到第二组合物中。氧化铬可以被还原，形成的金属铬可以与钢包炉中的钢水混合。钢水可以在钢包炉中精炼。在钢包炉中，可以对钢水进行脱硫并且可以去除钢水中的杂质。图1显示了二次炼钢过程期间在钢包炉中回收氧化铬并形成铬合金钢。
在本发明的上下文中，至少描述了下面20个实施方案。实施方案1是回收氧化铬和形成铬合金钢的方法，所述方法包括：(a)将有效量的含氧化铬的第一组合物添加到含钢水的第二组合物中；和(b)在适合形成金属铬的条件下将氧化铬还原，其中金属铬与钢水混合形成铬合金钢。实施方案2是根据实施方案1所述的方法，其中所述氧化铬是氧化铬(III)(Cr2O3)。实施方案3是根据实施方案2所述的方法，其中所述第一组合物还包含氧化铝。实施方案4是根据实施方案3所述的方法，其中所述第一组合物包含10至25重量％的Cr2O3和70至85重量％的氧化铝。实施方案5是根据实施方案4所述的方法，其中所述第一组合物还包含总量为0至5重量％的SiO2和K2O。实施方案6是根据实施方案1至5中任一项所述的方法，其中所述第一组合物是废催化剂。实施方案7是根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中，所述氧化铬被铝还原并且所述方法包括将铝添加到所述第二组合物中。实施方案8是根据实施方案7所述的方法，其中在将第一组合物添加至第二组合物之前、期间和/或之后将铝添加至第二组合物。实施方案9是根据实施方案7或8所述的方法，其中添加的至少一部分铝将添加的氧化铬还原以形成金属铬和氧化铝，并且添加的至少一部分铝与钢水中的溶解氧反应生成氧化铝。实施方案10是根据实施方案7至9中任一项所述的方法，其中铝作为铝渣和/或铝线材加入。实施方案11是根据实施方案1至10中任一项所述的方法，其中步骤(b)的条件包括1200至2000℃的温度。实施方案12是根据实施方案1至11中任一项所述的方法，其中所述第二组合物包括在钢水顶部的炉渣。实施方案13是根据实施方案12所述的方法，其中在步骤(a)中将第一组合物加入炉渣中。实施方案14是根据实施方案12或13所述的方法，其中所述方法还包括向炉渣中添加石灰。实施方案15是根据实施方案12至14中任一项所述的方法，其中所述炉渣吸收在所述方法中形成和添加的至少一部分氧化铝。实施方案16是根据实施方案1至15中任一项所述的方法，其中所述方法还包括从所述钢水的底部吹扫含氩气体。实施方案17是根据实施方案1至16中任一项所述的方法，其中所述方法在二次炼钢过程期间进行。实施方案18是根据实施方案17所述的方法，其中所述方法在钢包炉中进行。实施方案19是根据实施方案1至18中任一项所述的方法，所述方法还包括将一种或多种金属添加到第二组合物中，其中所述一种或多种金属与钢水混合以形成一种或多种金属-铬-合金钢。实施方案20是根据实施方案19所述的方法，其中所述一种或多种金属选自由钼、钴、铜、铋、钛、钨、钒、锰和镍组成的组。
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的实施方式的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变、替换和更改。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施方案。如本领域普通技术人员将从以上公开内容容易地理解的，可以利用目前存在的或以后将开发的起到与本文所描述的相应实施方案基本相同的功能或实现与本文描述的相应实施方案基本相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (20)

1.一种回收氧化铬和形成铬合金钢的方法，所述方法包括：
(a)将有效量的含氧化铬的第一组合物添加到含钢水的第二组合物中；和
(b)在适合形成金属铬的条件下将氧化铬还原，其中金属铬与钢水混合形成铬合金钢。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化铬是氧化铬(III)(Cr2O3)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一组合物还包含氧化铝。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一组合物包含10至25重量％的Cr2O3和70至85重量％的氧化铝。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一组合物还包含总量为0至5重量％的SiO2和K2O。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第一组合物是废催化剂。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中，所述氧化铬被铝还原并且所述方法包括将铝添加到所述第二组合物中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在将第一组合物添加至第二组合物之前、期间和/或之后将铝添加至第二组合物。
9.根据权利要求7所述的方法，其中添加的至少一部分铝将添加的氧化铬还原以形成金属铬和氧化铝，并且添加的至少一部分铝与钢水中的溶解氧反应生成氧化铝。
10.根据权利要求7所述的方法，其中铝作为铝渣和/或铝线材加入。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中步骤(b)的条件包括1200至2000℃的温度。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述第二组合物包括在钢水顶部的炉渣。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在步骤(a)中将第一组合物加入炉渣中。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括向炉渣中加入石灰。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述炉渣吸收在所述方法中形成和添加的至少一部分氧化铝。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括从所述钢水的底部吹扫含氩气体。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述方法在二次炼钢过程期间进行。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法在钢包炉中进行。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法进一步包括将一种或多种金属添加到第二组合物中，其中所述一种或多种金属与钢水混合以形成一种或多种金属-铬-合金钢。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述一种或多种金属选自由钼、钴、铜、铋、钛、钨、钒、锰和镍组成的组。
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