CN116640937B - 一种高质量金属铬的冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高质量金属铬的冶炼方法，包括以下步骤：（1）常压冶炼完成后，将冶炼金属铬的炉体采用专用设备移出冶炼间，在指定真空位置固定后对炉体中的炉液同时进行氩气底吹和抽真空；（2）待氩气底吹结束后破真空，关闭氩气系统，关闭真空泵，完成真空脱气；（3）真空脱气完成后，将炉体移出真空位置，自然冷却40‑50 h，将炉体翻转，倒出渣及铬锭，最后对铬锭进行喷砂、破碎、取样和包装即得；本发明采用炉体一体化常压冶炼、底吹氩气除杂与真空脱气相结合，得到的金属铬产品中含[O]量可以有效控制在300 ppm以下，含[N]量可有效控制在70 ppm以下，合金内部无夹渣；极大改善了合金性能，满足客户对产品质量的严格要求，增强产品市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体是一种高质量金属铬的冶炼方法。
背景技术
金属铬主要用于炼钢工业上，具有耐高温、抗腐蚀等特性，与镍、钴等可以构成高温合金，用于航天航空、精密合金、电器及仪表等工业部门。
目前，金属铬冶炼普遍采用常压冶炼，其反应原理是氧化还原反应，采用铝热法进行，将氧化铬中的[O]夺走，从而置换出Cr，得到纯度较高的金属铬，反应方程式如下：
Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
但是由于氧化铬与铝反应放出的热量不足以使反应正常进行，因此，需要配制一定量的发热剂，如氯酸钠、氯酸钾，当配入的单位热量达到760卡/公斤时，这样反应放出的热量才足以使反应顺利进行。氧化铬、铝粒、氯酸钾通过混料机混合均匀后，由输送皮带机输送到冶炼间炉体上方，采用镁屑点燃后放置入炉体内物料上点燃物料，反应开始进行，然后陆续往炉体内输送混合料，持续时间约40 min后反应结束。
上述常压冶炼过程中使用的炉体一般采用两半式，上下两个部分采用炉圈或销子固定，形成一个无底桶形状，然后在炉底铺设镁砂，进行浇筑或砌筑镁砖。采用上述工艺得到的金属铬产品，其中的气体[O]、[N]等含量较高，通过情况下[O]含量部分超过1500 ppm，[N]含量部分也超过500 ppm，氮含量对金属铬的显微组织和热处理有影响，氮含量上升，韧性下降；残余含量过高会导致宏观组织疏松或气孔。而且产品中有时反应不好还夹渣，严重影响产品质量，难以满足对产品质量要求高的客户需求。金属铬产品中气体含量高，产品夹渣，均严重影响下游产品质量，如何有效降低金属铬中气体含量、有效去除产品夹渣，满足客户对金属铬产品质量的要求，是本发明研究的重要课题。
综上所述，现有技术中公开了常压冶炼金属铬的方法，但是上述方法没有将如何有效降低金属铬中气体含量、如何有效去除产品夹渣，满足客户的需求进行进一步研究，这也正是本发明得以完成的动力所在和基础所倚。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有的金属铬冶炼得到的产品中气体含量高，产品夹渣，影响下游产品质量等问题，研发一种高质量金属铬的冶炼方法。
为实现上述目的，本发明申请人进行了大量的深入研究，在付出了创造性劳动后，从而完成了本发明，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种高质量金属铬的冶炼方法，包括以下步骤：
（1）常压冶炼完成后，将冶炼金属铬的炉体采用专用设备移出冶炼间，在指定真空位置固定后对炉体中的炉液同时进行氩气底吹和抽真空；由于氩气是惰性气体，炉体底部吹氩气的作用主要是对炉液进行搅拌，使液体成分均匀，让液体中夹杂物上浮，净化产品质量；而抽真空的目的是让液体里的O、N等气体排出，顺带也把吹入的氩气也排出去；
（2）待氩气底吹结束后破真空，关闭氩气系统，关闭真空泵，完成真空脱气；
（3）真空脱气完成后，将炉体移出真空位置，自然冷却40-50 h，将炉体翻转，倒出渣及铬锭，最后对铬锭进行喷砂、破碎、取样和包装即得。
本发明所述金属铬中[O]含量低于300 ppm，[N]含量低于70 ppm。
本发明中所述炉体为一体化结构，炉体的底部装有吹氩系统。
本发明中所述氩气底吹的压力为0.6-1.2 MPa，吹氩时间10-60 min，氩气的纯度大于99.9 %。
本发明中所述抽真空时的真空度为20-200 Pa，抽气时间10-60 min，待真空度达到50-100 Pa后，保持10-30 min。
本发明中所述金属铬的液体容量为5-15吨/炉，液位距离炉体上沿800-1200 mm。
本发明中所述专用设备包括移动平车，移动平车的上方设置有真空烟罩，真空烟罩外连接有真空管道，真空管道上装有真空泵，移动平车上放置有与真空烟罩密封配合的真空室。
本发明中所述真空室为环形罐体结构。
本发明的工作原理是：由于空气中成分比例为氮约占78 %；氧约占21 %。氮在铬液中的溶解度较高（约为氢的15倍），因为氮原子的半径较大，扩散速度低，与其他合金元素反应生成氮化物，所以在实际冶炼过程中脱氮效果较差。而本发明在常压冶炼后，通过同时进行底吹氩气和抽真空，由于氩气是惰性气体，炉体底部吹氩气的作用主要是对炉液进行搅拌，使液体成分均匀，让液体中夹杂物（夹杂物大部分是Al2O3）上浮，Al2O3在上浮的同时，也把液体中的O带出去了，从而净化产品质量；而抽真空的目的是让液体里的O、N等气体排出，顺带也把吹入的氩气也排出去。
本发明相对现有技术，具有以下优点：
（1）本发明是在传统金属铬真空炉外冶炼法基础上的重大提升，本发明采用炉体一体化常压冶炼、底吹氩气除杂与真空脱气相结合，跟完全在真空炉内直接冶炼脱气的方法有本质上的区别。采用本发明方法得到的金属铬产品中含[O]量可以有效控制在300 ppm以下，含[N]量可有效控制在70 ppm以下，合金内部无夹渣。极大改善了合金性能，满足客户对产品质量的严格要求，增强产品市场竞争力。
（2）金属铬常压冶炼后，再移动进入真空室进行底吹氩气与真空脱气，能够均匀铬液温度、成分，并促使铬液中夹渣物上浮，有良好的去除杂物的作用，极大改善了化学反应间的热力学和动力学条件，使铬中的O、N等气体含量显著下降，大幅提高了铬的纯洁度，能满足客户对产品质量的严格要求。
（3）本发明采用常压冶炼，生产批量大，可以达到5-15吨氧化铬/炉，而直接在真空炉内冶炼（比如公开号为CN 116121564 A公开了一种真空炉外法冶炼金属铬的方法），生产批量比较小，一般氧化铬批量为0.5-1吨/炉，因此，在生产费用方面，本发明具有显著的成本优势。
附图说明
图1是本发明冶炼装置的结构示意图；
图2是本发明中炉体的剖面结构示意图；
其中：1-炉体，2-移动平车，3-真空烟罩，4-真空管道，5-真空泵，6-真空室，7-吹氩系统。
实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸的连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
本实施例的一种高质量金属铬的冶炼方法，参见图1-2，称取冶炼原材料氧化铬7吨，铝粒2.55吨，氯酸钾0.7吨，三种原料混合在一起，共计10.25吨，此时液位距离炉体上沿约为920 mm，在常压下冶炼60 min。冶炼完成后，将炉体1采用专用设备移出冶炼间，在指定真空位置固定后对炉体中的炉液同时进行氩气底吹和抽真空；氩气是惰性气体，炉体底部吹氩气的作用主要是对炉液进行搅拌，使液体成分均匀，让液体中夹杂物上浮，净化产品质量；而抽真空的目的是让液体里的O、N等气体排出，顺带也把吹入的氩气也排出去。其中氩气底吹的压力为0.8 MPa，吹氩时间30 min，氩气的纯度大于99.9 %；抽真空时的真空度为20-200 Pa，抽气时间15 min，待真空度达到67 Pa后，保持15 min。待氩气底吹结束后破真空，关闭氩气系统，关闭真空泵，完成真空脱气。真空脱气完成后，将炉体移出真空位置，自然冷却45 h，将炉体翻转，倒出渣及铬锭，最后对铬锭进行喷砂、破碎、取样和包装，得到金属铬产品约为4.2吨。本实施例得到的铬产品经检测，[O]含量为280 ppm，[N]含量为65ppm。
本发明中所述炉体1为一体化结构，炉体的底部装有吹氩系统7。
本实施例中所述专用设备包括移动平车2，移动平车2的上方设置有真空烟罩3，真空烟罩3外连接有真空管道4，真空管道4上装有真空泵5，移动平车2上放置有与真空烟罩3密封配合的真空室6。
本发明中所述真空室6为环形罐体结构。
实施例
本实施例的一种高质量金属铬的冶炼方法，参见图1-2，称取冶炼原材料氧化铬10吨，铝粒3.80吨，氯酸钾0.9吨，三种原料混合在一起，共计14.70吨，此时液位距离炉体上沿约为800 mm，在常压下冶炼60 min。冶炼完成后，将炉体1采用专用设备移出冶炼间，在指定真空位置固定后对炉体中的炉液同时进行氩气底吹和抽真空；氩气是惰性气体，炉体底部吹氩气的作用主要是对炉液进行搅拌，使液体成分均匀，让液体中夹杂物上浮，净化产品质量；而抽真空的目的是让液体里的O、N等气体排出，顺带也把吹入的氩气也排出去。其中氩气底吹的压力为0.6 MPa，吹氩时间60 min，氩气的纯度大于99.9 %；抽真空时的真空度为20-200 Pa，抽气时间30 min，待真空度达到50 Pa后，保持30 min。待氩气底吹结束后破真空，关闭氩气系统，关闭真空泵，完成真空脱气。真空脱气完成后，将炉体移出真空位置，自然冷却50 h，将炉体翻转，倒出渣及铬锭，最后对铬锭进行喷砂、破碎、取样和包装，得到金属铬产品约为6.5吨。本实施例得到的铬产品经检测，[O]含量为262 ppm，[N]含量为63ppm。
本发明中所述炉体1为一体化结构，炉体的底部装有吹氩系统7。
本实施例中所述专用设备包括移动平车2，移动平车2的上方设置有真空烟罩3，真空烟罩3外连接有真空管道4，真空管道4上装有真空泵5，移动平车2上放置有与真空烟罩3密封配合的真空室6。
本发明中所述真空室6为环形罐体结构。
实施例
本实施例的一种高质量金属铬的冶炼方法，参见图1-2，称取冶炼原材料氧化铬4.0吨，铝粒1.25吨，氯酸钾0.3吨，三种原料混合在一起，共计5.55吨，此时液位距离炉体上沿约为1200 mm，在常压下冶炼60 min。冶炼完成后，将炉体1采用专用设备移出冶炼间，在指定真空位置固定后对炉体中的炉液同时进行氩气底吹和抽真空；氩气底吹的压力为1.2MPa，吹氩时间30 min，氩气的纯度大于99.9 %；抽真空时的真空度为20-200 Pa，抽气时间15 min，待真空度达到95 Pa后，保持15 min。待氩气底吹结束后破真空，关闭氩气系统，关闭真空泵，完成真空脱气。氩气是惰性气体，炉体底部吹氩气的作用主要是对炉液进行搅拌，使液体成分均匀，让液体中夹杂物上浮，净化产品质量；而抽真空的目的是让液体里的O、N等气体排出，顺带也把吹入的氩气也排出去。其中真空脱气完成后，将炉体移出真空位置，自然冷却40 h，将炉体翻转，倒出渣及铬锭，最后对铬锭进行喷砂、破碎、取样和包装，得到金属铬产品约为2.6吨。本实施例得到的铬产品经检测，[O]含量为265 ppm，[N]含量为60ppm。
本发明中所述炉体1为一体化结构，炉体的底部装有吹氩系统7。
本实施例中所述专用设备包括移动平车2，移动平车2的上方设置有真空烟罩3，真空烟罩3外连接有真空管道4，真空管道4上装有真空泵5，移动平车2上放置有与真空烟罩3密封配合的真空室6。
本发明中所述真空室6为环形罐体结构。
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。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，比如采用固定式真空炉，将常压下冶炼后的炉体吊装至固定真空炉内进行吹氩及脱气，或者采用两半式炉体在常压下冶炼后，移动或吊装至真空室进行吹氩及脱气等所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1. 一种高质量金属铬的冶炼方法，其特征在于，所述金属铬的液体容量为5-15吨/炉，液位距离炉体上沿800-1200 mm，包括以下步骤：
（1）常压冶炼完成后，将冶炼金属铬的炉体采用专用设备移出冶炼间，在指定真空位置固定后对炉体中的炉液同时进行氩气底吹和抽真空；所述炉体为一体化结构，炉体的底部装有吹氩系统；
（2）待氩气底吹结束后破真空，关闭氩气系统，关闭真空泵，完成真空脱气；所述氩气底吹的压力为0.6-1.2 MPa，吹氩时间10-60 min，氩气的纯度大于99.9%；所述抽真空时的真空度为20-200 Pa，抽气时间10-60 min，待真空度达到50-100 Pa后，保持10-30 min；
（3）真空脱气完成后，将炉体移出真空位置，自然冷却40-50 h，将炉体翻转，倒出渣及铬锭，最后对铬锭进行喷砂、破碎、取样和包装即得；
所述专用设备包括移动平车，移动平车的上方设置有真空烟罩，真空烟罩外连接有真空管道，真空管道上装有真空泵，移动平车上放置有与真空烟罩密封配合的真空室，所述真空室为环形罐体结构；
所述金属铬中[O]含量低于300 ppm，[N]含量低于70 ppm。
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| CN (1) | CN116640937B (zh) |
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| CN116121564A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-05-16 | 吴芳芳 | 一种真空炉外法金属铬冶炼的方法 |
-
2023
- 2023-05-31 CN CN202310629575.9A patent/CN116640937B/zh active Active
Patent Citations (7)
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