專利名稱：生產(chǎn)含鎳鉻熔融金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用含碳物為燃料或還原劑、在熔煉還原爐中直接熔煉并還原鎳礦石和鉻礦石以生產(chǎn)含鎳和鉻的熔融金屬的方法。
在生產(chǎn)不銹鋼的熔融精制步驟，原都使用金屬屑，鐵合金和電解鎳之類的原料，在電爐或煉鋼爐中將這些原料熔融。作為不銹鋼的主要成分鎳和鉻是以鎳鐵和鉻鐵的狀態(tài)加到電爐或煉鋼爐中。鎳礦石和鉻礦石需事先在電爐之類的爐中還原成鎳鐵和鉻鐵，為此要消耗昂貴的電能。因此可以說，使用鎳鐵或鉻鐵為原料的方法不是經(jīng)濟(jì)上合理的方法。
另外，下述四種方法使用并不昂貴的原料為鎳源。在第一種方法中，為降低熔融成本，在電爐中直接使用鎳鐵熔融物，此方法在期刊“鐵和鋼”中已詳述(“IronandSteel”69(19837，P.59)。第二種方法在日本專利文獻(xiàn)104153/83中公開，它在煉鋼爐中熔煉還原鎳源。第三種方法公開在日本專利文獻(xiàn)36613/85中，此法中，將鎳的氧化物與含碳物混合形成混合物的物料加熱并預(yù)還原，然后將此預(yù)還原后的物料加到煉鋼爐之類的反應(yīng)器中，熔煉還原。第四種方法公開在日本專利文獻(xiàn)291911/86中，該方法使用了鎳的氧化物。
另外，還有幾種方法采用鉻礦石作為鉻源;鉻礦石在煉鋼爐或其他熔煉爐中熔煉并還原。例如，通過從頂部吹氧，從底部噴口吹氧并同時(shí)從側(cè)面吹氮以熔煉并還原鉻礦石的方法;另外還有從底部噴口吹氧同時(shí)從側(cè)面噴口吹氮和氧以熔煉并還原鉻礦石的方法。作為后一種方法實(shí)例，日本專利文獻(xiàn)279608/86中已經(jīng)敘述。
下面討論先有技術(shù)中的問題。在現(xiàn)有的生產(chǎn)含鎳熔融金屬的方法中，并沒有采用將鎳礦石直接加到熔煉爐中的方法熔煉并還原鎳礦石。因鎳礦石只含2～3%(重量)的鎳，而鎳礦石80%的重量會(huì)轉(zhuǎn)變成爐渣，所以在鎳礦石熔煉還原過程中，會(huì)產(chǎn)生大量礦渣。當(dāng)試圖得到預(yù)定含量的鎳時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量爐渣。例如，當(dāng)?shù)玫胶?%的鎳的熔融金屬時(shí)，生產(chǎn)每噸含金會(huì)產(chǎn)生2-3噸的爐渣。大量爐渣的產(chǎn)生會(huì)使下述問題十分明顯。
(1)在熔煉還原步驟中氧與作為還原劑或熱源加到熔煉爐中的含碳物反應(yīng)非常容易產(chǎn)生濺溢;這樣難于穩(wěn)定地操作。
(2)由于濺溢，設(shè)備處于損害狀態(tài)。
(3)由于濺溢，降低了鎳的有效產(chǎn)量。
鑒于上述問題，在前面所引文獻(xiàn)中，作為鎳源的鎳礦石并沒有直接加到熔煉還原爐中，而是采用了已經(jīng)預(yù)處理使含鎳百分比增加到某一數(shù)值的材料。
另一方面，作為鉻源的鉻氧化物難于熔化，還原鉻氧化物需要可觀的能源;因此先有技術(shù)的熔煉還原法中，鉻氧化物的還原速率很低，需要很長時(shí)間去處理鉻氧化物。這個(gè)問題可用下述原因說明。
(1)在熔煉還原爐中，鉻礦石的還原是在其熔化在渣中后，通過與含碳物中的碳反應(yīng)逐漸進(jìn)行。鉻礦石的熔化速度強(qiáng)烈地影響著它的還原速度。因此，為縮短工藝所需時(shí)間，技術(shù)上注意力集中在測定爐渣成分上。但是，鉻礦石確實(shí)十分難熔，用促進(jìn)鉻礦石熔化的方法去提高鉻礦石的還原速度是有限度的。
(2)有一種方法是可想得到的，使熔煉爐中的CO氣后燃燒，并用該燃燒熱提高鉻礦石在爐渣中的熔化速度，由此提高鉻礦石的反應(yīng)速度。在先有技術(shù)中，也采用了從爐壁上部吹入后燃燒所需氧的方法。但是，在先有技術(shù)中，雖然提高了后燃燒率并提高了廢氣溫度，但是并沒有有效地將廢氣中的熱轉(zhuǎn)移到熔融金屬中的技術(shù)措施。結(jié)果，熱轉(zhuǎn)移效率很低，高溫廢氣被排放掉了。出現(xiàn)了這樣的問題，高溫廢氣加快了廢氣區(qū)耐火材料的磨損，使人們一般認(rèn)為，后燃燒率不能提得太高。
用熔煉和還原鎳礦石和鉻礦石的手段能夠得
含鎳和鉻的熔融金屬。將此含鎳和鉻的熔融金屬進(jìn)行脫碳處理，即可得到不銹鋼。希望伴隨著爐中熔煉還原過程，不斷在同一爐中進(jìn)行脫碳處理。以前，還沒有研究過在鎳礦石和鉻礦石熔煉還原后再在同一爐中對熔融金屬進(jìn)行脫碳處理的工藝方法。這一事實(shí)可用以下理由來解釋。
(1)當(dāng)所說熔融金屬在煉鋼爐之類的反應(yīng)器中進(jìn)行脫碳處理時(shí)出現(xiàn)明顯地鉻氧化損失。因此，即使鎳礦石和鉻礦石可在煉鋼爐式的反應(yīng)器中熔煉還原，對于脫碳處理，也不得不采用鉻氧化損失小的真空方法(例如RH-OB法)。
(2)在脫碳處理中需要大量起攪拌作用的氣體。在先有技術(shù)的熔煉還原過程中，無法想到怎樣供應(yīng)為完成脫碳處理所必需的大量攪拌氣體。因此，即使想到用同樣類型煉鋼爐式反應(yīng)器完成熔煉還原和脫碳處理，也可想象到這兩者在結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。
(3)要在同一爐內(nèi)脫碳，熔煉還原鎳鉻礦石所產(chǎn)生的大量爐渣需要從進(jìn)行熔煉還原的爐中排掉。但是，現(xiàn)在常規(guī)使用的電爐都沒有能夠排掉爐渣的結(jié)構(gòu)。
(4)在先有技術(shù)的熔煉還原和脫碳方法中，熔煉還原和脫碳所用的時(shí)間都很長。因此，當(dāng)熔煉還原和脫碳在同一爐中進(jìn)行時(shí)，完成所有處理要占用非常長的時(shí)間。結(jié)果，由于生產(chǎn)效率低和熔煉還原爐耐火材料的損壞嚴(yán)重，工業(yè)上很難進(jìn)行這樣的操作。
本發(fā)明的目的在于提供一種生產(chǎn)含鎳和鉻的熔融金屬的方法，按此方法能夠穩(wěn)定操作而且能夠提高鎳鉻礦石精煉還原率。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供包括下述步驟的生產(chǎn)含鎳和鉻的熔融金屬的方法熔煉還原鎳礦石，制成含鎳的熔融金屬;
在制成含鎳的熔融金屬后熔煉還原鉻礦石;
熔煉還原鎳礦石的過程包括下述步驟將熔化鐵水加到有頂部吹氧噴槍，該噴槍上有脫碳噴嘴和后燃燒噴嘴，以及吹送攪拌氣體風(fēng)口的熔煉還原爐中;
再將鎳礦石，含碳物和助熔劑加到該爐中;
從所說頂部吹氧噴槍將脫碳氧和后燃燒氧吹進(jìn)熔煉還原爐中;
從所說風(fēng)口將對熔煉還原爐內(nèi)的熔融金屬和爐渣起攪拌作用的氣體吹入熔煉還原爐內(nèi);
將后燃燒比控制在H2O+CO2/H2+H2O+CO+CO2為0.3或高于0.3。
所說熔煉還原鉻礦石的步驟如下向所說內(nèi)有通過上述熔煉還原鎳礦石制備的含鎳熔融金屬的熔煉還原爐內(nèi)添加鉻礦石，含碳物和助熔劑;
從所說頂部吹氧噴槍將脫碳氧和后燃燒氧吹入熔煉還原爐中;
從所說風(fēng)口將對熔煉還原爐內(nèi)的熔融金屬和爐渣起攪拌作用的氣體送入爐中;
將后燃燒比控制在H2O+CO2/H2+H2O+CO+CO2的值為0.3或0.3以上。
結(jié)合附圖和下述詳細(xì)說明，本發(fā)明上述目的和其它目的以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)很明確。


圖1是說明本發(fā)明熔煉還原爐的縱剖面圖;
圖2是表明本發(fā)明的預(yù)定后燃燒率和實(shí)測后燃燒率之間關(guān)系的說明圖;
圖3是表明本發(fā)明中溢濺出現(xiàn)頻繁程度與后燃燒率關(guān)系的說明圖;
圖4是表明本發(fā)明中溢濺出現(xiàn)頻繁程度與底部吹氣體量之間關(guān)系的說明圖;
圖5是表明濺溢時(shí)單位爐渣重S與熔融金屬中的含碳量之間的關(guān)系的說明圖;
圖6(A)和(B)是表明本發(fā)明熔煉還原鎳礦石中操作過程的說明圖;
圖7是表明本發(fā)明熔煉還原鉻礦石過程中向熔融金屬底吹和側(cè)吹攪拌氣體的工作說明圖;
圖8是表明本發(fā)明熔煉還原鉻礦石時(shí)，在熔煉還原爐內(nèi)，相對于后燃燒的改變?nèi)廴诮饘僦辛蚝土椎某煞忠约懊繃嵢廴诮饘傧慕固剂恐g的關(guān)系的說明圖;
圖9是表明本發(fā)明熔煉還原鉻礦石所需時(shí)間的說明圖;
圖10A和B是表明對比的熔煉還原方法的說明圖;
圖11是表明與添加純鉻相比本發(fā)明熔融金屬中鉻的成分增加的速度;
圖12是表明本發(fā)明中鉻氧化損失與底吹氣體量關(guān)系的說明圖;
圖13是表明本發(fā)明中熔融金屬中碳含量與鉻氧化的損失之間關(guān)系的說明圖;
圖14A和B表明熔煉還原鎳礦石后，在熔煉還原鉻源和脫碳的過程中各種操作參數(shù)的變化。
通過脫碳氧的作用，熔融金屬中的碳轉(zhuǎn)變成CO氣并從中逸出，后燃燒氧將CO氧化成CO2。脫碳和后燃燒產(chǎn)生的熱是熔煉還原爐的主要熱源。從底部吹入熔融金屬的攪拌氣體對熔融體和爐渣有強(qiáng)烈的攪拌作用，由此促進(jìn)了CO變成CO2的氧化反應(yīng)。因此，當(dāng)將攪拌氣吹入熔煉還原爐以促進(jìn)氧化反應(yīng)時(shí)，可保持爐內(nèi)高的后燃燒率。這能夠?qū)μ岣哝嚨V石和鉻礦石的熔化速度和還原速度產(chǎn)生很大影響。本文中后燃燒率由H2O+CO2/H2+H2O+CO+CO2的值代表。
在熔煉還原鎳礦石時(shí)，提高后燃燒率能夠降低添加到熔煉還原爐中的焦碳(含碳物)的單位消耗(每噸熔融金屬)。相應(yīng)地，也減少了引起出現(xiàn)溢濺的CO氣和CO2氣的量。結(jié)果，大大地降低了出現(xiàn)溢濺的頻繁程度。另外，當(dāng)用增加底吹氣體量提高傳熱效率后，能夠產(chǎn)生與提高后燃燒率相一致的減少溢濺的效果。
熔煉并還原了鎳礦石后，希望從熔融體排掉爐渣并除去磷。脫磷，再使熔融金屬脫硫后，將鉻礦石加到熔煉還原爐中。這一工藝程序?qū)τ诜乐广t氧化和提高操作效率十分起作用。
在熔煉還原難于還原的氧化鉻時(shí)，為了用在熔融金屬中的碳使留在渣層下部的氧化鉻還原，希望比熔煉還原鎳礦石時(shí)，在高后燃燒率條件下更強(qiáng)烈地?cái)嚢锠t渣和熔融金屬。為此，除底吹攪拌外，另加側(cè)吹是很有效的。在熔煉還原鎳礦石時(shí)，不管是否進(jìn)行側(cè)吹，提高底吹氣量能夠減少溢濺。
在含鎳和鉻熔融金屬脫碳處理時(shí)，從頂部噴槍單獨(dú)向熔融金屬內(nèi)吹進(jìn)氧。此時(shí)，為降低噴槍口接觸到熔融金屬部位(以后簡稱火點(diǎn))氧的分壓，由惰性氣體稀釋的氧吹入熔融金屬。同時(shí)，從底部風(fēng)口吹入的惰性氣體強(qiáng)烈地?cái)嚢枞廴诮饘佟５状档膹?qiáng)攪拌作用和稀釋頂吹氧能夠促進(jìn)熔融金屬脫碳并能限制鉻的氧化損失。
在先有技術(shù)中，有從底部吹氧的情況。但在本發(fā)明中，不使用氧作為底吹氣體。當(dāng)氧作為底吹氣體時(shí)，熔融金屬內(nèi)產(chǎn)生大量CO氣并且過分地?cái)嚢枇巳廴诮饘?，造成熔融金屬飛濺散落。飛濺散落的熔融金屬會(huì)與后燃燒氧反應(yīng)，這就阻礙了CO氣的后燃燒，從而降低了后燃燒率。另外，如果用氧為底吹氣體，還需要將冷卻氣體加到底吹氣體中，用以防止風(fēng)口在過高溫度時(shí)損壞。使用冷卻氣體會(huì)增加生產(chǎn)成本并且又因過分加強(qiáng)了熔融金屬的強(qiáng)攪拌作用而增加了熔體的飛濺現(xiàn)象。
下面，參看具體附圖，敘述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。圖1是表明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中熔煉還原爐10的縱剖面圖。圖中，數(shù)21指頂部吹氧噴槍，22是脫碳噴嘴，23是后燃燒噴嘴，24是底吹風(fēng)口，11是爐渣層，12是熔融金屬，26是向熔煉還原爐裝填鎳和鉻礦石，含碳物和助熔劑的料斗。
在有上述結(jié)構(gòu)的熔煉還原爐中，熔煉還原鎳和鉻礦石能夠得到較高的后燃燒率，下面敘述其工作情況。
通過C-CO和CO-CO2的氧與含碳物反應(yīng)，為熔煉鎳和鉻礦石提供熱能。從置于頂部吹氧槍21的脫碳噴嘴22吹出的氧主要與熔融金屬中的碳反應(yīng)并生成CO。從后燃燒噴嘴23吹出的氧與CO反應(yīng)生產(chǎn)CO2。從脫碳噴嘴吹出的氧用符號PcO2代表。由于安排了兩種噴嘴22和23，提高了后燃燒率。
在本發(fā)明中，由于主要在渣層形成后燃燒區(qū)，因此實(shí)現(xiàn)了高后燃燒率，同時(shí)得到高熱傳輸效果。為此，希望將后燃燒氧吹進(jìn)渣中，使后燃燒區(qū)主要在渣中形成。這樣就能保證后燃燒率為0.3或更高，得到較高鎳和鉻礦石的還原率，并且在鎳和鉻礦石的還原過程中降低了單位熔融金屬的含碳物的消耗量。
在本發(fā)明中，不希望用氧作為攪拌氣體。當(dāng)氧為攪拌氣體時(shí)，熔融金屬中會(huì)產(chǎn)生大量CO氣并且會(huì)過分地?cái)嚢枞廴诮饘伲瑥亩鳳cO2與熔融金屬中的碳反應(yīng)，妨礙了后燃燒反應(yīng)。圖2表明用N2為攪拌氣體的情況與氧為攪拌氣體的比較。圖中A表示用N2為攪拌氣體，B表示用氧為攪拌氣體;橫軸表示預(yù)定的后燃燒率(PcO2/DCO2+礦石中O2)，縱軸表示實(shí)測后燃燒率(H2O+CO2/H2+H2O+CO+CO2)。OD是后燃燒率的縮寫。當(dāng)氧為攪拌氣體時(shí)，實(shí)測后燃燒率比預(yù)定的要低，因此可以認(rèn)為，底吹氧妨礙了后燃燒。
所說預(yù)定后燃燒率是基于假設(shè)所有的PcO2都在后燃燒消耗并且所有的氧(DCO2和礦石中的氧)都用于氧化熔融金屬中的碳。因此，實(shí)測后燃燒率越接近預(yù)定后燃燒率，則PcO2的后燃燒率越理想。CO，N2或Ar之類的惰性氣體都可單獨(dú)或混合起來作為攪拌氣體。
下面敘述用能得到高后燃燒率的熔煉還原爐10進(jìn)行熔煉還原鎳礦石的過程。先將熔融金屬放到爐10中，在爐內(nèi)加入含碳物并從頂部吹氧噴槍21供應(yīng)氧使熔融金屬的溫度升到約1500℃后，再將鎳礦石添加到爐中。自熔融金屬加到爐中開始就從底風(fēng)口24和側(cè)風(fēng)口25吹送攪拌氣體到爐中，這樣就能防止風(fēng)口被堵住;還有，如果需要，可增加攪拌氣體的吹入量。但是，在熔煉還原鎳礦石時(shí)，不需要積極地從側(cè)風(fēng)口25吹入攪拌氣體，從側(cè)風(fēng)口25吹入的氣體量可以只是為保持側(cè)風(fēng)口25不被堵住。這是因?yàn)?，?cè)吹攪拌氣的效果并不明顯。
鎳礦石中含金屬的量一般為20%，金屬含量之外，礦石含鎳量為2-3%，礦石的另外80%是渣。約礦石重的90%會(huì)轉(zhuǎn)變成渣;除鎳礦石中的渣成分之外，助熔劑中的渣成分也落在爐渣中。因此，為得到每噸含8%的鎳的合金會(huì)產(chǎn)生2～3噸的爐渣。由于爐渣中有CO和CO2，其表觀密度在0.5～1.0之間，所以爐渣體積為熔融金屬體積10～20倍。在產(chǎn)生過量CO和CO2的情況下，會(huì)出現(xiàn)溢濺。這樣會(huì)妨礙穩(wěn)定操作，甚致中斷運(yùn)行，損壞機(jī)器設(shè)備。
基于此點(diǎn)，本發(fā)明人研究了產(chǎn)生溢濺的因素。圖3表明了熔煉還原爐內(nèi)后燃燒率和出現(xiàn)溢濺的頻繁程度之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)條件如下熔煉還原爐的容量為7噸，碳含量為1-2%，為脫碳和后燃燒提供的氧氣為每小時(shí)2，500標(biāo)準(zhǔn)m3，單位爐渣重S為1噸。標(biāo)準(zhǔn)m3指1大氣壓0℃時(shí)的體積，單位爐渣重S是指對每噸熔融金屬的爐渣重，以后用符號T/HMT表示。如圖3所示，當(dāng)后燃燒率為0.15時(shí)，出現(xiàn)溢濺的頻繁程度為50%，這是相當(dāng)高的。當(dāng)用改變噴槍高度或者相對增加后燃燒噴嘴吹氣量成功地提高了后燃燒率時(shí)，出現(xiàn)溢濺的頻繁度就降低了。當(dāng)后燃燒率為0.3或更多時(shí)，實(shí)際上已經(jīng)不再出現(xiàn)溢濺現(xiàn)象。
其原因是，當(dāng)提高了后燃燒率后，熱能增加了，由此可減少含碳物的增加量，減少了產(chǎn)生CO氣的量，所以不再發(fā)生溢濺現(xiàn)象。與此相關(guān)，后燃燒(CO+O-CO2)產(chǎn)生的熱量約是脫碳反應(yīng)(C+O-CO)產(chǎn)生熱量的2.5倍。圖4中，橫軸代表對每噸熔融金屬的底吹氣體量。當(dāng)?shù)状禋怏w量增加后，出現(xiàn)溢濺的頻繁降低。因通過增加底吹氣體量使所說熱量有效地傳到熔融金屬中，減少了出現(xiàn)溢濺的機(jī)會(huì)，說明了提高后燃燒率更有效果。希望底吹氣體的量對每噸熔融金屬定在0.4Nm3/分。圖4所示情況的試驗(yàn)條件與圖3的相同。
圖3和圖4所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是在單位渣重量為1噸/HMT的條件下得到的?？深A(yù)料單位爐渣重S在實(shí)驗(yàn)中增加的情況。對此的研究結(jié)果示于圖5，其中包括了出現(xiàn)溢濺與熔融金屬中碳含量的關(guān)系。圖5是熔融金屬中碳含量和單位爐渣重(T/HMT)與溢濺關(guān)系的曲線。實(shí)驗(yàn)中后燃燒率為0.3或更高。圖5中，符號O處表示無溢濺，穩(wěn)定運(yùn)行;符號X處表示有溢濺，不穩(wěn)定運(yùn)行。斷線劃出表示無溢濺的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)的邊界。圖5的邊界曲線可用下述關(guān)系式表示S(T/HMT)＝3(C)%因此，無溢濺的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)可用下述關(guān)系式表示S(T/HMT)≦3(C)%按上述完成鎳礦石的熔煉還原后，從熔煉還原爐中排掉爐渣。再使熔融金屬脫磷，脫硫。為使5.9噸熔融金屬脫磷，將507公斤石灰，70公斤氟石，70公斤鐵屑(Scale)和206公斤焦碳填加到熔煉還原爐中，并且從頂部吹氧噴槍將氧吹入熔融金屬。熔融金屬中占0.45%(重)的磷減少到占0.005%(重)。
接著，從熔煉還原爐排渣，然后再脫硫。為使5.9噸熔融金屬脫硫，將15.2公斤石灰，10公斤氟石，10公斤硅石和526公斤焦碳填加到熔煉還原爐中，并且從頂部吹氧噴槍吹氧?？墒谷廴诮饘僦姓?.6%(重)的硫減少到占0.04%。
圖6(A)和(B)表明按上述鎳礦石熔煉還原方法的具體實(shí)例。在此實(shí)例中，后燃燒率為0.3或更高，熔融金屬中的含碳量保持在1～2%(重)。圖6中序號1表示操作步驟的改變;2表示熔融體的溫度;3表示總供氧量，4表示熔煉還原爐排出氣的
化程度，它與后燃燒率相應(yīng)5表示填加鎳礦石的量;6表示隨著時(shí)間填加焦碳的量。在操作步驟序號1，開始，將3.1噸熔融態(tài)鐵加到熔煉還原爐中(加鐵水步驟Ⅰ)。然后，步驟1-3的熔融還原和步驟Ⅱ-Ⅳ的排渣重復(fù)進(jìn)行。再后進(jìn)行步驟4的脫磷和步驟5的脫硫。填加焦碳使熔融金屬的溫度2升到高于1500℃。表示供氧量3的曲線的扁平部分，表示加鎳礦石量5的曲線的扁平部分和表示加焦碳量6的曲線的扁平部分分別代表的對應(yīng)值為2900Nm3/小時(shí)，120Kg/分和59Kg/分。
每次排渣自然都使渣量7減少。如圖6B所示，渣量的峰值在4.8～6.2噸。在熔煉還原爐中，開始的熔融金量7為3.1噸最后增加到5.9噸，這是因熔煉還原鎳礦石得到的鎳和鐵也加到開始的熔融金屬中。在熔融金屬中鎳的含量8在第一次排渣時(shí)可高到4.5%(重)，而經(jīng)三次向爐中填加鎳礦石后，熔融金屬中的鎳含量可高達(dá)8.15%(重)。
在完成鎳礦石的熔煉還原，脫磷和脫硫過程后，如前述將進(jìn)行鉻礦石的熔煉還原過程。將鉻礦石，含碳物和助熔劑加到爐10的熔融金屬中，在此處只是敘述鉻礦石為鉻源的工藝方法，并不是本發(fā)明只限于用鉻礦石為鉻源。和熔煉還原鎳礦石一樣，從頂吹氧噴槍和后燃燒噴嘴將氧送進(jìn)熔煉還原爐，并且在熔煉還原鉻礦石的第一步到最后一步還要從底風(fēng)口24吹入攪拌氣體。在這一過程中，除從底風(fēng)口24吹入攪拌氣體外，還要從側(cè)風(fēng)口25將攪拌氣體吹到熔煉還原爐中。
和前述底吹氣體的情況相似，不希望用氧作為風(fēng)口25的側(cè)吹攪拌氣體。如果氧為側(cè)吹氣體，因攪拌與渣混合的熔融金屬中的碳會(huì)與氧反應(yīng)，從而妨礙了鉻礦石的還原。另外，與前述底吹風(fēng)口的情況相似，還會(huì)出現(xiàn)損害爐子耐火層的問題。
圖7是用圖1所示熔煉還原爐處理鉻礦石的工藝說明圖。因礦石中的氧化鉻難于熔融，不可期待鉻礦石熔化后再還原的熔煉還原速度會(huì)提高很多。為積極促進(jìn)鉻礦石被熔融金屬中的碳還原，從側(cè)風(fēng)口25向渣層11的下部(在此處懸浮著鉻礦石)吹送攪拌氣體。這樣鉻礦石與熔融金屬混合。同時(shí)，在底風(fēng)口24和側(cè)風(fēng)口25吹入攪拌氣體的共同作用下，熔融金屬與渣混合。這樣可有效地提高還原速度。在此過程中，由于底吹風(fēng)口24吹入的攪拌氣體的作用，熔融金屬形成膨脹部分，如圖7(A)所示。與此同時(shí)，攪拌氣體使至少有一部分從側(cè)風(fēng)口25吹入的氣體能沖擊到上述膨脹部分(A)。由于側(cè)吹氣體的作用，膨脹部分(A)中熔融金屬散落到渣中。渣的表觀密度一般為0.5～1.0。因此，大部分渣中鉻礦石懸浮在渣中，并集中在渣層的下部。當(dāng)因側(cè)吹風(fēng)而使熔融金屬的膨脹部分散落時(shí)，散落的熔體就與渣層11下部的鉻礦石混合并且熔體中的碳會(huì)以很快速度將氧化鉻還原。
同樣，鉻礦石也是在后燃燒率為0.3或更高的條件下還原。另外，由于底吹或側(cè)吹的共同作用，還大大提高了熱傳遞的效果，從而降低了每噸熔融金屬的焦碳消耗。因熔融金屬中的大部分磷是由焦碳(含碳物)帶進(jìn)來的，所以在填加焦碳的量較少的情況下，熔融金屬中磷成分量也會(huì)降低。從這一點(diǎn)看，后燃燒率應(yīng)定在0.3或更高。圖8示出熔煉還原爐內(nèi)，后燃燒率的改變和熔融金屬中磷、硫成分及焦碳單位消耗之間的關(guān)系?？刂坪笕紵蕿?.3或更高，能夠降低熔融金屬中磷、硫成分和焦碳單位消耗。
圖9表示本發(fā)明熔煉還原鉻礦石的處理時(shí)間與圖10所示對比實(shí)例所用時(shí)間的比較。此處所說處理時(shí)間是指從開始至還原反應(yīng)結(jié)束。在圖(10(A)中，表明了從頂部噴槍吹入氧和細(xì)煤粉并從底風(fēng)口吹入攪拌氣體的對比方法1。在圖10(B)中，表明了從頂部噴槍將氧吹到爐渣上，從側(cè)吹風(fēng)口吹入氧或氮，從底吹風(fēng)口吹入氮的對比方法2。具體的操作條件如下對比方法1頂吹氧 1700Nm3/Hr(指在完成還原反應(yīng)時(shí))底吹氮 350Nm3/Hr(指在完成還原反應(yīng)時(shí))熔融鐵10噸鉻礦石4600公斤(從一噴槍注入)含碳物(煤粉)6700公斤(從一噴槍注入)
對比方法2頂吹氧 1000Nm3/Hr(在完成還原反應(yīng)時(shí))底吹氮 120Nm3/Hr(在完成還原反應(yīng)時(shí))側(cè)吹氮 350Nm3/Hr(在完成或還原反應(yīng)時(shí))熔融鐵5噸鉻礦石5000公斤(投入熔煉還原爐內(nèi))含碳物(焦碳)3000公斤(投入熔煉還原爐內(nèi))根據(jù)圖9，對比方法2中，鉻的含量只有6-7%(重)。在對比方法1中，鉻的含量達(dá)到目標(biāo)為18%，但是為處理鉻礦石需要120分鐘。在本發(fā)明的熔煉還原鉻礦石的方法中，鉻含量達(dá)到18%(重)只需要60分鐘的處理時(shí)間，這比對比方法1少用一半時(shí)間。這說明，本發(fā)明的方法對處理鉻礦石具有非常好的能力。在本發(fā)明的實(shí)例中，已經(jīng)研究了，相對于填加鉻的速度熔融金屬中出現(xiàn)鉻成分的速度，結(jié)果示于圖11。此處所說的填加鉻的速度是指填加鉻礦石的速度，以換算成純鉻的量的數(shù)值計(jì)算。在本發(fā)明的熔煉還原鉻礦石的方法中，能得到很快的鉻在熔融金屬中出現(xiàn)的速度，而在對比方法1和2中鉻出現(xiàn)的速度較慢。圖11中的符號O和△表示了本發(fā)明熔煉還原鉻礦石所取得的數(shù)據(jù)。O表示使用粒度為10mm的鉻礦石為原料所得數(shù)據(jù)，而△表示使用粒度為1mm或更細(xì)的鉻礦石為原料的數(shù)據(jù)。
按上述還原了鉻礦石之后，排掉爐渣，再對含鎳和鉻的熔融金屬在同一爐內(nèi)進(jìn)行脫碳處理。脫碳處理是依靠從頂部吹氧噴槍將氧送進(jìn)爐內(nèi)并同時(shí)從爐上安裝的風(fēng)口吹進(jìn)攪拌氣體進(jìn)行。此時(shí)，不希望使用純氧，應(yīng)吹入用惰性氣體稀釋的氧。脫碳處理是在環(huán)境壓力下按下述條件進(jìn)行1.氧只從頂部噴槍21吹入，不從底風(fēng)口吹入;
2.從頂部噴槍21吹入的不是純氧，而是用惰性氣體稀釋的氧;
3.從底風(fēng)口24吹入惰性氣體，激烈地?cái)嚢枞廴诮饘佟?br> 上述條件1和3的原因下面敘述。在公知的AOD方法中，采用從爐底風(fēng)口吹氧的方法。根據(jù)本發(fā)明人的研究，可以認(rèn)為，底吹氧是造成增加鉻氧化損失的原因。這就是說，因底吹氧增加了熔融鋼合金的靜壓力，也提高CO的分壓，所以妨礙了脫碳。因此，在本發(fā)明中不采用底吹氧，而從頂部噴槍21吹送氧。
可以認(rèn)為，只用頂吹氧的手段不能滿意地防止鉻氧化損失。其原因是，脫碳反應(yīng)大都強(qiáng)烈地發(fā)生在由于從頂吹噴槍送進(jìn)氧所產(chǎn)生的火點(diǎn)部位。只吹送進(jìn)氧，在此部位CO的分壓可升得很高;結(jié)果是妨礙了脫碳反應(yīng)，氧將鉻氧化。因此，在本發(fā)明中，從頂吹氧噴槍吹送用N2，Ar之類的惰性氣體稀釋的氧，由此降低了火點(diǎn)部位的CO分壓，促進(jìn)了脫碳反應(yīng)。為了縮短脫碳處理的時(shí)間，希望從頂部噴槍吹送大量氣體。
在本發(fā)明中，為了促使熔融金屬與頂部噴槍送入的氣體混合，還要從底風(fēng)口吹送惰性氣體，攪拌熔融金屬。從底風(fēng)口吹送惰性氣體攪拌與從頂吹噴槍吹送用惰性氣體稀釋氧的共同作用，實(shí)現(xiàn)了高效的脫碳過程并使Cr氧化損失受到控制。
為強(qiáng)烈地?cái)嚢枞廴诮饘?，需要將大量的惰性氣體吹送到熔煉還原爐中。為具體地限定鉻氧化損失為1%或更少，對每噸熔融金屬需要吹送0.5Nm3/分或更多的惰性氣體。而限定鉻氧化損失為0.5%或更少，對每噸熔融金屬就需要吹送1Nm3/分或更多的惰性氣體。但是，如吹送進(jìn)過量的氣體，會(huì)造成熔融合金的散落。因此，在本發(fā)明中，對每噸熔融金屬底吹氣體量一般為0.5～5Nm3/分，最好在1-3Nm3/分。
圖12表示在發(fā)明中底吹氣體量與脫碳過程中的鉻氧化損失量之間的關(guān)系。通過從底吹風(fēng)口吹送大量氣體，有效地利用了氧，理想地控制了鉻的氧化損失。
為了比較，圖中也示出先有技術(shù)的脫碳方法中鉻氧化的損失量與底吹氣體量的關(guān)系。在先有技術(shù)的方法中，例如AOD法中，鉻氧化的損失量對底吹氣體量的比值是相當(dāng)大的。
為了更合理地減少鉻氧化的損失，在脫碳處理過程中，有效的是減少熔融金屬中的碳含量，從而減少了吹送供氧的量。但是，在用頂部吹氧噴槍供氧中，噴送壓力的降低有一定限度，用噴嘴減少供氧量是有一定限度的。因此，吹送供氧的量只能降低到最大供氣量的一半。根據(jù)這樣的情況，優(yōu)選的方法是在脫碳吹氧過程中，不斷提高頂吹氣體中用來稀釋氧的惰性氣體的百分比，這樣就能在不過分降低吹送壓力下，有效地隨脫碳進(jìn)展減少供氧量。
增加惰性氣體和減少供氧量可以逐步進(jìn)行，或者說可以連續(xù)進(jìn)行。下面敘述吹送氣體的具體方法。從頂吹噴槍送入用惰性氣體稀釋的氧。對每噸熔融金屬，從頂吹噴槍送入的氣體量保持在3Nm3/分，其中氧的量依據(jù)熔融金屬中的含碳量不斷改變。
碳占3%或更多 3Nm3/分，每噸熔融金屬碳占3～2% 2-3Nm3/分，每噸熔融金屬碳占2～0.5% 1-2Nm3/分、每噸熔融金屬碳低于0.5% 1Nm3/分，每噸熔融金屬根據(jù)吹進(jìn)氧的積累量進(jìn)行推斷，或者測量熔融金屬樣品的固化溫度，都可了解到脫碳過程中熔融金屬中的含碳量。
在一涉及脫碳過程中鉻氧化損失的具體實(shí)例中，其操作條件類似于圖14所示操作步驟中的條件。在此實(shí)例中，經(jīng)過脫碳處理40分鐘，熔融金屬中的碳含量由6.7%降到0.038%。盡管熔融金屬已經(jīng)脫碳到低含碳量，但鉻氧化的損失只有約0.5%，這是相當(dāng)?shù)偷膿p失。在上述條件下，用改變脫碳反應(yīng)的程度使熔融金屬脫碳，研究脫碳反應(yīng)程度與鉻氧化損失之間的關(guān)系。圖13表示了與AOD和LD-OB法對比的結(jié)果。在本發(fā)明的實(shí)例中，可以認(rèn)為，甚至在含碳量很低的范圍，也可將鉻氧化的損失限制到足夠低。
圖14(A)和(B)說明熔煉還原鉻礦石和脫碳處理操作條件的具體實(shí)例。圖中所示工藝過程緊接在圖6所示熔煉還原鎳礦石的脫磷和脫硫操作步驟之后。在圖14(A)中，1表示操作步驟的改變，2表示熔融金屬中的碳和鉻的含量，3表示隨著時(shí)間推移熔融金屬的溫度。圖14(B)中，1表示操作步驟的改變，4表示從噴槍吹出的氧和惰性氣體的量，5是噴槍高度，6是底吹氣體量，7是側(cè)吹氣體量，8是增加鉻礦石量，9是填加焦碳量。圖14(A)和(B)中，序號1-9相對應(yīng)。
在操作步驟中，在步驟1產(chǎn)生渣，步驟1中的溫度排渣Ⅰ后升高在步驟2進(jìn)行熔煉還原，最后還原在步驟3完成，除步驟1-3之外從噴槍送入4表示的氧氣量，后燃燒所用氧的量用斜線表示，脫碳所用氧的量以空白部分表示。接著，在排渣Ⅱ后在步驟4進(jìn)行脫硫處理。在脫碳處理過程中，從噴槍吹送氧氣和氮?dú)獾牧糠謩e用空白部分和斜線部分表示。
下面敘述本發(fā)明的整體效果。因?yàn)橛糜诿撎继幚砗秃笕紵难醮邓瓦M(jìn)熔煉還原爐，還原爐內(nèi)裝有熔化鐵水，鎳礦石，焦碳(含碳物)等，而且從還原爐底吹送攪拌氣體，由此，可將后燃燒率提到0.3或更高并且不會(huì)產(chǎn)生溢濺現(xiàn)象。因此，能夠進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)而且保證鎳的有效使用率為90%或更高。之后，通過裝在熔煉還原爐上的風(fēng)口向爐內(nèi)吹送攪拌氣體，攪拌熔融金屬對鉻材料進(jìn)行熔煉還原。這樣大大提高了鉻源材料的還原速度，并使鉻源材料能在很短時(shí)間內(nèi)完成熔煉還原。另外，因從頂部噴槍將氧送入爐內(nèi)并且同時(shí)將攪拌氣體吹送到熔融金屬的脫碳處理過程，所以能夠降低鉻的氧化損失。還有，因?yàn)樯鲜鰪娜蹮掃€原到脫碳處理步驟都在同一熔煉還原爐內(nèi)進(jìn)行，所以用簡單的設(shè)備，較短的處理時(shí)間就能直接用鎳礦石和鉻礦石為原料生產(chǎn)不銹鋼，而且產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低。
權(quán)利要求
1.包括熔煉還原鎳礦石以得到含鎳熔融金屬(12)，以及在得到所說含鎳熔融金屬后熔煉還原鉻礦石，以生產(chǎn)含鎳和鉻的熔融金屬的方法，其特征在于熔煉還原鎳礦石的過程包括下述步驟將熔融鐵水加到裝有頂部吹氧噴槍21和吹送攪拌氣體的風(fēng)口的熔煉還原爐10內(nèi)，在所說噴槍21上有脫碳噴嘴22和后燃燒噴嘴23；將鎳礦石，含碳物和助熔劑加到所說熔煉還原爐內(nèi)；從所說頂部吹氧噴槍，將脫碳氧和后燃燒氧吹送到熔煉還原爐中；從所說風(fēng)口，吹送攪拌熔煉還原爐內(nèi)的熔融金屬和爐渣的氣體；將后燃燒率H2O+CO2/H2+H2O+CO+CO2控制在0.3或高于0.3；熔煉還原鉻礦石的過程包括下述步驟將鉻礦石，含碳物和助熔劑加到含有在熔煉還原鎳礦石的過程所得到的含鎳的熔融金屬的熔煉還原爐中；從所說頂部噴槍，將脫碳氧和后燃燒氧吹送到所說熔煉還原爐中；從所說風(fēng)口，吹送攪拌熔煉還原爐內(nèi)的熔融金屬和爐渣的氣體；將后燃燒率H2O+CO2/H2+H2O+CO+CO2控制在0.3或高于0.3。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所說熔煉還原鎳礦石的過程中，還包括控制熔融金屬中的含碳量(C%)與每噸熔融金屬爐渣量S(t/HMT)之間的關(guān)系，使其滿足下式S(t/HMT)≦3(C)%
3.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熔煉還原鎳礦石的過程中，所說攪拌氣體從設(shè)在熔煉還原爐底部的風(fēng)口24吹入。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所說攪拌氣體的吹送量對每噸熔融金屬為0.4Nm3/分或更多。
5.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熔煉還原鎳礦石的過程中，控制所說頂部吹氧噴槍的位置，使其尾端在渣層11中。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熔煉還原鉻礦石的過程中，控制所說頂部吹氧噴槍的位置，使其尾端在渣層11中。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熔煉還原鉻礦石的過程中，至少要使部分所吹送的攪拌氣體沖擊到由底風(fēng)口24所吹攪拌氣體造成的膨脹的熔融金屬部分。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所說從底風(fēng)口吹送的攪拌氣體量對每噸熔融金屬為0.5～5Nm3/分。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所說從底風(fēng)口吹送的氣體量為1-3Nm3/分。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熔煉還原鎳礦石的過程中，所用的攪拌氣體至少是CO、N2和Ar中的一種。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在熔煉還原鉻礦石的過程中，所用的攪拌氣體至少是CO，N2和Ar中的一種。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括脫磷和脫硫過程，所說脫磷過程包括在熔煉還原鎳礦得到含鎳的熔融金屬后，排掉爐渣;再將石灰，氟石、鐵屑(Scale)和含碳物加到熔煉還原爐中;從頂部吹氧噴槍向爐中吹氧;所說脫硫過程包括再排一次爐渣并將石灰、氟石、硅石和含碳物加到熔煉還原爐中;從頂部吹氧噴槍向爐中吹氧。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括含鎳和鉻熔融金屬的脫碳處理過程，它包括從頂部吹氧噴槍吹送用惰性氣體稀釋的氧;從底吹風(fēng)口吹送攪拌熔煉還原爐內(nèi)的熔融金屬和爐渣的攪拌氣體。
全文摘要
熔煉還原鎳和鉻礦石生產(chǎn)含鎳和鉻的熔融金屬的方法，包括熔煉還原鎳礦石，向有頂部吹氧噴槍和攪拌氣體風(fēng)口的爐10填加鐵水、鎳礦石，碳和助熔劑；從頂部吹氧噴槍送脫碳氧和后燃燒氧；從吹風(fēng)口吹送攪拌爐內(nèi)熔體和爐渣的氣體；將后燃燒率控制在0.3或更高；和精煉還原鉻礦石將鉻礦石，碳和助熔劑加到裝有含鎳熔體的爐中；再從頂部噴槍吹進(jìn)脫碳氧和后燃燒氧；從吹風(fēng)口送入攪拌爐內(nèi)熔體和爐渣的氣體；將后燃燒率控制在0.3或更高。
文檔編號C21C7/064GK1045132SQ9010085
公開日1990年9月5日 申請日期1990年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月21日
發(fā)明者田辺治良, 滝千∴, 巖崎克博, 川上正弘, 高岡利夫 申請人:日本鋼管株式會(huì)社