一種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，屬于冶金領(lǐng)域。本發(fā)明采用如下步驟：(1)礦熱爐連續(xù)生產(chǎn)高碳鉻鐵；(2)引入CO2轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中低碳鉻鐵；(3)中低碳鉻鐵成品的生產(chǎn)。通過(guò)引入CO2轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中低碳鉻鐵延長(zhǎng)了耐火爐襯的使用壽命，在脫碳同時(shí)抑制鉻氧化，提高了鉻的回收率，提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的品位，降低了冶煉成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鐵合金冶煉領(lǐng)域，具體涉及一種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳 鉻鐵的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，冶煉中低碳鉻鐵的方法主要有三種：冷裝法，電爐-搖包法和吹氧法。其 中，冷裝法是將鉻礦、硅鉻合金和石灰加入電爐中使?fàn)t料熔化，利用硅鉻合金中的硅還原鉻 礦中的Cr 2O3，通過(guò)脫硅增鉻反應(yīng)生產(chǎn)中低碳鉻鐵。該方法電耗高，損耗嚴(yán)重。電爐-搖包 法是將礦熱爐冶煉出的硅鉻合金通過(guò)搖包、精煉爐進(jìn)行脫硅增鉻反應(yīng)生產(chǎn)中低碳鉻鐵，與 冷裝法相比，能耗、礦耗均有大幅度降低。但電爐-搖包法需要硅鉻爐、精煉爐和搖包三部 分聯(lián)合作業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備較多，實(shí)際生產(chǎn)中需要多爐聯(lián)動(dòng)，協(xié)調(diào)性較難把握，同時(shí)棄渣量大，環(huán) 境污染嚴(yán)重。吹氧法也稱(chēng)為"一步法"，是將礦熱爐冶煉出來(lái)的高碳鉻鐵液直接兌入轉(zhuǎn)爐進(jìn) 行吹氧，利用氧氣的強(qiáng)氧化性對(duì)碳、硅等元素進(jìn)行氧化，不需要硅鉻合金中間產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán) 節(jié)，一步得到中低碳鉻鐵產(chǎn)品。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：冶煉周期短，生產(chǎn)節(jié)奏緊湊，無(wú)硅鉻合金中 間產(chǎn)品的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其反應(yīng)所需的能量為自身產(chǎn)生的化學(xué)熱無(wú)需額外提供電能；但這種工 藝難以得到推廣的原因是：在我國(guó)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐方法冶煉中低碳鉻鐵時(shí)，基于溫度越高越有利 于脫碳和抑制鉻氧化的觀(guān)念，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采用高溫吹煉工藝，比如：生產(chǎn)FeCr55C200 時(shí)，溫度為1800°C ;生產(chǎn)FeCr55C100時(shí)，溫度為1900°C ;生產(chǎn)FeCr55C50時(shí)，溫度甚至高于 2000°C。過(guò)高的吹煉溫度不僅造成爐襯壽命短，耐火材料消耗大，而鉻的回收率也非常低， 只有81 %左右。
[0003] 1970年代，Mannion和Fruehan闡述了采用CO2作為Fe-C熔體脫碳劑的原理，其 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明大約有1/5的CO 2可以被有效地利用在脫碳反應(yīng)中。Heise等將CO2引入AOD 精煉（氬氧混吹脫碳）碳鋼過(guò)程中，結(jié)果表明CO2的加入提高了 AOD過(guò)程的脫碳效率。申 請(qǐng)人在博士課題研究期間，利用CO2和O2混合氣體，對(duì)不銹鋼熔體（Fe-Cr-C體系）進(jìn)行脫 碳，取得明顯的脫碳保鉻效果。由上可知，引入二氧化碳脫碳是可行的。并且，通過(guò)純吹CO 2 和純吹O2的對(duì)比可知，純吹CO2，碳含量從3%降到1 %左右，Cr幾乎沒(méi)有損失；而純吹O2碳 含量從3%降到1%，Cr的損失高達(dá)1. 5%。因此，CO2具有脫碳同時(shí)保鉻的作用。
[0004] 瑞典的UHT公司開(kāi)發(fā)了將水蒸氣引入AOD冶煉中低碳鉻鐵的工藝。由于水蒸氣高 溫下分解吸熱，通過(guò)控制水蒸汽加入的比例，可以達(dá)到控制熔池溫度的目的，這與引入二氧 化碳進(jìn)行冶煉具有異曲同工之妙。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，解 決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉中低碳鉻鐵Cr損失高的問(wèn)題。
[0006] -種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，包括如下步驟：
[0007] (1)礦熱爐連續(xù)生廣商碳絡(luò)鐵：
[0008] (I. 1)礦熱爐中的原料配制及加入：原料按照焦炭-硅石-鉻礦的順序進(jìn)行配入， 隨著爐料的下降不斷補(bǔ)充新料從而保證料面高度不變；
[0009] (1. 2)熔煉：所述熔煉的溫度為1650?1700°C，采用礦熱爐的電弧進(jìn)行加熱；
[0010] (1. 3)出鐵：出鐵間隔時(shí)間為1. 5?2. 5h，渣鐵同時(shí)從鐵口放出，每次出鐵持續(xù)時(shí) 間為8?12min ;
[0011] (1. 4)堵眼：出鐵后采用鎂砂粉和耐火粘土制成的球泥堵眼；
[0012] 所述出鐵的產(chǎn)品為高碳鉻鐵，其成分按照重量百分比為：Cr :60. 2?72. 0%，Si : 0· 9 ?3. 5%，C :6. 0 ?9. 5%，P :0· 04 ?0· 06%，S :0· 04 ?0· 06%，余量為鐵和不可避免 的雜質(zhì)；
[0013] (2)引入CO2轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中低碳鉻鐵：
[0014] (2. 1)原料準(zhǔn)備：選用步驟（1)得到的高碳鉻鐵、造渣料和硅鉻合金作為原料；
[0015] (2.2)冶煉：將步驟（1)得到的液態(tài)高碳鉻鐵經(jīng)過(guò)稱(chēng)量?jī)度朕D(zhuǎn)爐，液體溫度為 1460?1600°C，轉(zhuǎn)爐采用頂?shù)讖?fù)合吹煉的方式，底吹二氧化碳和氧氣混合氣，頂吹氧氣；吹 煉開(kāi)始2?6min后加入造渣料，吹煉時(shí)間為30?90min ;
[0016] (2. 3)出鐵：出鐵時(shí)，向鐵水包中加入硅鉻合金，加入量以使得終渣中Cr2O3含量在 27%以下，堿度在0. 3?0. 6之間；該步驟所述出鐵的產(chǎn)品為中低碳鉻鐵；
[0017] (2. 4)制粒或澆鑄步驟（2. 3)所得的液態(tài)中低碳鉻鐵；
[0018] 所述中低碳鉻鐵成分按照重量百分比為：Cr :63. 0?75. 9%，Si :2. 5?3. 0%，C: I. 0?2. 9%，P :0. 04?0. 06%，S :0. 03?0. 05%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
[0019] (3)中低碳鉻鐵成品的生產(chǎn)：
[0020] 采用步驟（2. 3)所得的液態(tài)中低碳鉻鐵作為原料，采用現(xiàn)有鐵水?；ㄉa(chǎn)得到 中低碳鉻鐵成品；或采用步驟（2.3)所得的液態(tài)中低碳鉻鐵作為原料，采用現(xiàn)有模鑄法生 產(chǎn)得到中低碳鉻鐵成品。
[0021] 作為優(yōu)選，步驟（2)中所述造渣料為鉻礦、石灰和鎂砂的混合物，其配入量為：鉻 礦：60?100kg/t，石灰40?70kg/t，鎂砂0?12kg/t，所述t為每噸高碳鉻鐵液。
[0022] 作為優(yōu)選，所述步驟（1)和（2)中的鉻礦中Cr2O3為45.2?53. 5wt%，Σ FeO 為 14. 1 ?22. 6wt %，SiO2 為 3. 6 ?4. 8wt %，Al2O3 為 10. 9 ?14. 8wt %，MgO 為 9. 8 ? 12. 9wt%，CaO 為 0· 11 ?0· 28wt%，P〈0. 07wt%，并且 Cr2O3/ Σ FeO 為 2. 0 ?3. 8,這是因 為當(dāng)Cr2O3/ Σ FeO > 2. 0時(shí)，才能夠保證鉻礦有較高的品位，能夠冶煉出鉻含量較高的鉻鐵 產(chǎn)品，但當(dāng)Cr2O3/ Σ Fe0>3. 8后，由于渣中Cr2O3含量升高，會(huì)使?fàn)t渣黏度增大，熔點(diǎn)升高，給 供氧和CO氣泡的逸出造成困難，不利于脫碳反應(yīng)的進(jìn)行；所述鉻礦的粒度為10?70mm。
[0023] 作為優(yōu)選，步驟（1)中的焦炭中固定碳含量彡84wt%，灰分〈15wt%, S〈0. 6wt%, 粒度為3?20mm ;所述娃石中，SiO2 > 97wt %，Al2O3 < I. Owt %，粒度為20?80mm。
[0024] 作為優(yōu)選，步驟（2)中石灰中CaO彡85wt%，P彡0· 02wt%，粒度為10?50mm ; 緩砂中 MgO > 96wt %, SiO2O. 5 ?Iwt %, CaOl ?I. 4wt %。娃絡(luò)合金中 Si > 40wt %， Cr 彡 30wt%，CO. 02 ?0· 04wt%，PO. 02 ?0· 04wt%，S 彡 0· Olwt%，粒度為 3 ?18mm。
[0025] 作為優(yōu)選，步驟（2)中的轉(zhuǎn)爐采用側(cè)吹、頂吹、底吹來(lái)替換頂?shù)讖?fù)合吹煉，二氧化 碳和氧氣從同一側(cè)吹入。
[0026] 作為優(yōu)選，步驟（2)中頂吹氧氣的氧槍距離爐料液面為400?600_。
[0027] 所述鐵水?；ㄊ墙柚诹；b置將鐵水冷凝成氧化物含量極低、化學(xué)性質(zhì)均 勻、致密的金屬顆粒；所述模鑄法是將鐵液注入具有一定形狀的模型中，為防止粘錠模，澆 鑄時(shí)先靜置一段時(shí)間，待溶體溫度降低后澆上一層渣再鑄錠。
[0028] 本發(fā)明噴吹氣體采用的是二氧化碳和氧氣的混合氣體，混氣的壓力要與吹氧法噴 吹氧氣的壓力相當(dāng)。高壓混氣流從噴孔流出后經(jīng)過(guò)高溫爐氣以很高的速度沖擊金屬熔池。 由于高速混氣流與金屬熔池間的摩擦作用，混氣流的動(dòng)量傳給金屬液，引起金屬熔池的循 環(huán)運(yùn)動(dòng)，起到攪拌作用，并且在熔池中心（即混氣流和熔池沖擊處）形成一凹坑狀的混氣流 作用區(qū)。在作用區(qū)內(nèi)，氣液相混，形成乳化液，這大大增加了反應(yīng)物的接觸面積，氧氣和二氧 化碳會(huì)與C、Si、Cr、Fe等元素迅速發(fā)生反應(yīng)。在高溫下，C、Si大部分被氧化，Cr、Fe部分 被氧化。
[0029] 本發(fā)明所用的高碳鉻鐵液溫度的選擇是因?yàn)閮度朕D(zhuǎn)爐的高碳鉻鐵液要求溫度高， 以減少初期鉻的氧化，鐵水的含鉻量要求高于60%，但也不宜太高，鉻含量太高會(huì)導(dǎo)致鐵液 黏度過(guò)大，對(duì)脫碳不利。鐵水中的含碳量要低一些，以減少吹煉過(guò)程中脫碳的負(fù)擔(dān)。鐵水中 含硅量不超過(guò)2%，吹煉過(guò)程中大部分硅氧化形成二氧化硅，二氧化硅造成的高硅酸性爐渣 嚴(yán)重侵蝕鎂質(zhì)爐襯。同時(shí)，由于吹煉后鐵水中的硫大部分進(jìn)入合金，為保證中低碳鉻鐵含硫 合格，要求鐵水含硫量小于〇. 06%。
[0030] 在二氧化碳、氧氣氣源與氧槍之間需有混氣裝置，旨在使進(jìn)入轉(zhuǎn)爐熔池的氣流成 分均勻，避免造成一邊降溫而一邊升溫的現(xiàn)象。二氧化碳、氧氣氣源與混氣裝置之間，混氣 裝置與氧槍之間均需要設(shè)置調(diào)節(jié)閥，能夠?qū)崟r(shí)控制氣體的流量。
[0031] 本發(fā)明的效果在于：
[0032] (1)在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過(guò)程中加入了 CO2進(jìn)行吹煉，雖然CO2是一種弱的氧化劑，但在高 溫下，CO2能和C進(jìn)行反應(yīng)生成C0,因此CO 2不同于A(yíng)r等攪拌氣體，它既能參與攪拌，增大氣 體與金屬液中C、Si等元素的反應(yīng)接觸面積，又能與碳進(jìn)行反應(yīng)，起到脫碳的作用；在熔池 發(fā)生的眾多反應(yīng)中，大部分反應(yīng)是放熱反應(yīng)，這些反應(yīng)使熔池的溫度不斷升高，嚴(yán)重?fù)p壞爐 襯。而CO 2與C的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，通過(guò)控制CO2和O2比例，可以防止熔池溫度過(guò)高，延長(zhǎng) 耐火爐襯的使用壽命；由于CO 2氣泡內(nèi)其他氣體的分壓接近于零，對(duì)于H2、N2等氣體來(lái)說(shuō)相 當(dāng)于真空,通過(guò)攪拌鐵液,可使H 2、N2等氣體擴(kuò)散進(jìn)入CO2氣泡內(nèi)，并隨CO2氣泡排出，達(dá)到 凈化鐵液的目的。此外，由于一體積CO 2與C反應(yīng)生成兩體積的C0,這會(huì)增加對(duì)熔池?cái)嚢枳?用，增強(qiáng)脫碳效果，同時(shí)生成的CO可以增加爐氣中CO的比例，增加其熱值，可進(jìn)一步回收利 用；通過(guò)純吹CO 2和純吹O2的對(duì)比可知，純吹CO2，碳含量從3 %降到1 %左右，Cr幾乎沒(méi)有 損失；而純吹O2碳含量從3%降到1%，Cr的損失高達(dá)1. 5%，即CO2具有脫碳同時(shí)抑制鉻 氧化的作用；由于噴吹氣體中含有CO2，其降溫作用可以減少?gòu)U鋼、硅鐵等冷卻劑的用量，可 以節(jié)約成本；CO 2作為冷卻劑的副產(chǎn)品是C0,提高了轉(zhuǎn)爐煤氣的品位；
[0033] (2)通過(guò)合理調(diào)整礦熱爐連續(xù)生產(chǎn)高碳鉻鐵工藝，使得生產(chǎn)出的高碳鉻鐵更加符 合CO 2轉(zhuǎn)爐吹煉中低碳鉻鐵的生產(chǎn)要求，并且使得該流程成本得到降低；
[0034] (3)通過(guò)合理調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉的各個(gè)工藝參數(shù)，使得其更加適合CO2的吹煉生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵，它包括如下步驟：將高碳鉻鐵液兌入 轉(zhuǎn)爐內(nèi)，搖正爐體，并用氧槍或透氣磚向轉(zhuǎn)爐內(nèi)通入氣源，氣源為氧氣和二氧化碳的混合氣 體，氣體在混合器混合均勻后噴吹，二者的比例由鐵合金成分及吹煉溫度所決定。吹煉開(kāi) 始時(shí)鐵水溫度較低，硅、鉻等元素首先被氧化，形成SiO 2含量較高的自然爐渣，因而吹煉約 4min時(shí)要加造渣料用以保護(hù)爐襯并為后期還原氧化鉻創(chuàng)造條件。隨著熔體溫度的升高，O 2 和CO2均參與脫碳反應(yīng)，由于CO2的稀釋作用，使CO的分壓降低，促進(jìn)C與02、C與CO 2反應(yīng) 的進(jìn)行，使鉻鐵液中碳的濃度降低。出鐵前，向爐內(nèi)加入硅鉻合金，降低渣中Cr2O 3含量和爐 渣堿度，增加渣的流動(dòng)性。最后，進(jìn)行終點(diǎn)控制，待判斷碳含量合格即停吹出鐵。本發(fā)明的 主要化學(xué)反應(yīng)如下：
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 礦熱爐連續(xù)生產(chǎn)高碳鉻鐵： (1. 1)礦熱爐中的原料配制及加入：原料按照焦炭-硅石-鉻礦的順序進(jìn)行配入，隨著 爐料的下降不斷補(bǔ)充新料從而保證料面高度不變； (1. 2)熔煉：所述熔煉的溫度為1650?1700°C，采用礦熱爐的電弧進(jìn)行加熱； (1. 3)出鐵：出鐵間隔時(shí)間為1. 5?2. 5h，渣鐵同時(shí)從鐵口放出，每次出鐵持續(xù)時(shí)間為 8 ?12min ; (1. 4)堵眼：出鐵后采用焦粉和耐火粘土制成的球泥堵眼； 所述出鐵的產(chǎn)品為高碳鉻鐵，其成分按照重量百分比為：Cr :60.2?72.0%，Si : 0· 9 ?3. 5%，C :6· 0 ?9. 5%，P :0· 04 ?(λ 06%，S :0· 04 ?(λ 06%，余量為鐵和不可避免 的雜質(zhì)； (2) 引入C02轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)中低碳鉻鐵： (2. 1)原料準(zhǔn)備：選用造渣料和硅鉻合金以及步驟（1)得到的高碳鉻鐵作為原料； (2. 2)冶煉：將步驟（1)得到的液態(tài)高碳鉻鐵經(jīng)過(guò)稱(chēng)量?jī)度朕D(zhuǎn)爐，兌入溫度為1460? 1600°C，轉(zhuǎn)爐采用頂?shù)讖?fù)合吹煉的方式，底吹二氧化碳和氧氣混合氣，頂吹氧氣；吹煉開(kāi)始 2?6min后加入造渣料，吹煉時(shí)間為30?90min ; (2. 3)出鐵：出鐵時(shí)，向鐵水包中加入硅鉻合金，加入量以使得終渣中Cr203含量在27% 以下，堿度在〇. 3?0. 6之間；該步驟所述出鐵的產(chǎn)品為中低碳鉻鐵； (2. 4)制粒或澆鑄步驟（2. 3)所得的液態(tài)中低碳鉻鐵； 所述中低碳鉻鐵成分按照重量百分比為：Cr :63. 0?75.9%，Si :2. 5?3.0%，C: 1. 0?2. 9%，P :0. 04?0. 06%，S :0. 03?0. 05%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)； (3) 中低碳鉻鐵成品的生產(chǎn)： 采用步驟（2.3)所得的液態(tài)中低碳鉻鐵作為原料，采用現(xiàn)有鐵水?；ㄉa(chǎn)得到中低 碳鉻鐵成品；或采用步驟（2.3)所得的液態(tài)中低碳鉻鐵作為原料，采用現(xiàn)有模鑄法生產(chǎn)得 到中低碳鉻鐵成品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在 于，步驟（2)中所述造渣料為鉻礦、石灰和鎂砂的混合物，其配入量為：鉻礦：60?100kg/ t，石灰40?70kg/t，鎂砂0?12kg/t，所述t為每噸高碳鉻鐵液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在 于，所述步驟（1)和（2)中的鉻礦中〇20 3為45.2?53.5￥七％，[?6〇為14.1?22.6￥七％， Si02 為 3. 6 ?4. 8wt%，Al203 為 10. 9 ?14. 8wt%，MgO 為 9. 8 ?12. 9wt%，CaO 為 0· 11 ? 0· 28wt%，P〈0. 07wt%，并且 Cr203/ Σ FeO 為 2. 0 ?3. 8 ;所述鉻礦的粒度為 10 ?70mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在 于，步驟（1)中的焦炭中固定碳含量彡84wt%，灰分〈15wt%，S〈0. 6wt%，粒度為3?20mm ; 所述娃石中，Si02 > 97wt %，A1203 < 1. Owt %，粒度為 20 ?80mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其 特征在于，步驟⑵中石灰中CaO彡85wt %，P彡0· 02wt %，粒度為10?50mm ;鎂 砂中 MgO > 96wt %，Si020. 5 ?lwt %, CaOl ?1. 4wt % ;娃絡(luò)合金中 Si > 40wt %， Cr 彡 30wt%，CO. 02 ?0· 04wt%，Ρ0· 02 ?0· 04wt%，S 彡 0· Olwt%，粒度為 3 ?18mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在 于，步驟（2)中的轉(zhuǎn)爐采用側(cè)吹、頂吹、底吹來(lái)替換頂?shù)讖?fù)合吹煉，二氧化碳和氧氣從同一 側(cè)吹入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在 于，步驟（2)中頂吹氧氣的氧槍距離爐料液面為400?600_。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的引入二氧化碳轉(zhuǎn)爐一步法冶煉中低碳鉻鐵的方法，其特征在 于，所述鐵水?；ㄊ墙柚诹；b置將鐵水冷凝成氧化物含量極低、化學(xué)性質(zhì)均勻、致密 的金屬顆粒；所述模鑄法是將鐵液注入具有一定形狀的模型中，為防止粘錠模，澆鑄時(shí)需先 靜置一段時(shí)間，待溶體溫度降低后澆上一層渣再鑄錠。
【文檔編號(hào)】C22B4/06GK104294002SQ201410574974
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】王海娟, 郁鴻超, 韓培偉 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)