铬矿的冶炼还原方法技术

一种铬矿的冶炼还原方法，通过将碳素物和铬矿装入容纳在例如转炉等冶金反应容器内的灼热金属中、供给氧气以燃烧碳素物并且通过燃烧热实现铬矿的熔化与还原，从而产生含铬的熔融金属，其特征在于，一种哈德格罗夫可磨性指数（ＨＧＩ）不超过４５且挥发物（ＶＭ）不超过１０％的含碳物质被用作碳素物。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体而言，本专利技术涉及一种直接利用廉价的铬矿代替昂贵的合金铁以高效率达到稳定冶炼还原的方法。
技术介绍
到目前为止，不锈钢的生产是利用在电炉中铬矿等的碳还原得到的铁铬合金实现的。然而，铁铬合金的生产需消耗大量电能且因而生产费用很高，因此不锈钢的生产费用也很高。已经研究出一种所谓的冶炼还原方法来作为解决上述问题的对策，其中铬矿、或者经过预处理的铬矿的未还原或半还原颗粒在不需要电能的冶金反应容器、如转炉等中进行碳还原以制备含铬的熔融金属(例如日本专利A-58-9959和日本专利A-55-91913)。然而，上述的铬矿冶炼还原方法还存在下述问题。1)铬矿包含大量的脉石成分(MgO，Al2O3等等)，因为脉石成分包含在燃料和作为还原剂的碳素物中，所以在冶炼还原过程中产生了大量的炉渣。2)除了大量的炉渣之外，如果还原反应效率低，耐火材料将会因具有高氧化性能的金属氧化物成分(Cr2O3，FeO)而显著损失，且冶炼时间也更长。3)当碳素物仅依据由碳平衡和热平衡计算的需要量来装料时，会引起炉渣起泡和喷溅，因而操作变得不稳定。4)因此，在冶炼还原中装入过量的碳素物。然而，当碳素物被过量使用时，在吹炼结束后残留在炉渣中的碳量增大，这将会降低碳素物的利用并且对炉渣的有效利用施加了不利的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是有利地解决上述问题并且提供一种，其中(1)炉渣量的增长可以得到控制，(2)铬矿的还原反应效率可以得到提高以获得减轻的耐火材料冲蚀、减少的操作时间以及稳定的操作，以及(3)可以在冶炼还原步骤中有效地利用炉渣，并因此可以廉价且有效地获得含铬的熔融金属以作为不锈钢的基底金属。那就是说，本专利技术的基本点和结构如下所述。1.一种，通过将碳素物和铬矿装入容纳在例如转炉等冶金反应容器内的热金属中，供入氧气以燃烧碳素物并通过燃烧的热量而实现铬矿的熔化与还原，从而产生含铬的熔融金属，其特征在于，一种哈德格罗夫可磨性指数(HGI)不超过45且挥发物(VM)不超过10％的含碳物质被用作碳素物。2.一种按照第一条所述的冶炼还原方法，其中装入冶金反应容器中的碳素物具有这样的粒度组成，即大于由下列等式(1)计算出的给定粒度(dp)的粒度率不小于80％dp＝0.074·((Q+0.04·VM·W)/D2)2/3(mm)……(1)其中VM碳素物中的挥发物(％)W碳素物的供给速率(kg/min)Q由于氧的供给而从反应容器内部产生(CO+CO2)的速率(Nm3/min)D反应容器的开口直径(m)3.一种按照第1或2条所述的冶炼还原方法，其中所述碳素物以一定的量被装入冶金反应容器中，所述装入碳素物的总表面积不小于60m2/吨存在于反应容器中的炉渣。4.一种按照第1、2或3条所述的冶炼还原方法，其中粒度小于由等式(1)计算出的粒度的一部分碳素物发生结块。5.一种按照第1、2、3或4条所述的冶炼还原方法，其中所述反应容器是采用MgO-C砖的转炉，至少在反应容器与炉渣接触部分的局部该MgO-C砖的C含量为8-25％。6.一种按照第1、2、3、4或5条所述的冶炼还原方法，其中所述反应容器内部的二次燃烧比不大于30％。下面将具体描述本专利技术。专利技术人已经在小型熔炼炉中利用各种碳素物来研究冶炼还原状态，以便于更详细地研究冶炼还原时碳素物的作用。结果证明当采用的含碳物质具有较少的脉石成分和较少的挥发物时，铬矿的还原反应效率得以提高。随后，专利技术人作了实验实际上将上述含碳物质加入碳饱和的熔融金属以阐明上述原因。因此，已经发现当加入的含碳物质被热碎以形成细微颗粒时，尤其可以得到好的结果。那就是说，已经发现装入反应容器后通过热碎而被精细粉碎的碳素物其反应表面积的增加可以非常有效地提高冶炼还原步骤中的还原反应效率。附图说明图1中示出了冶炼还原完成后每吨炉渣(测量值考虑到粒度分布)的碳素物的总表面积与炉渣中总的铬浓度(T.Cr)二者关系的研究结果。由图1可见，与采用的碳素物的种类无关，当碳素物的反应表面积增加时，促进了还原反应并由此当冶炼还原结束后炉渣中的Cr浓度降低了。因此，利用碳素物使铬从熔渣中的还原可以由碳素物的总表面积表示。当所述总表面面积不小于60m2/吨炉渣时，炉渣中总的铬浓度(T.Cr)不大于1％，由此可以理解能得到约100％的还原。因此在本专利技术中，碳素物的总表面积被限制到不小于60m2/吨炉渣。此外，为了获得如上所述的总表面积不小于60m2/吨炉渣这一特征，考虑到装入的碳素物与同时装入的氧气以及炉渣中存在的氧化铬发生还原反应而被瞬时消耗，始终提供碳素物就是必需的。即控制碳素物的供给速率是重要的，以便于根据考虑了碳燃烧(一次和二次燃烧)的反应热、氧化铬的还原吸热等等全面的热平衡和质量平衡、通过确定氧气的供给速率和碳的供给速率，从而始终保持上述条件。那么，因为当粒度很小时，装入反应容器的碳素物的利用率降低，故在碳素物的装炉中其粒度是重要的。由于用于冶炼还原的反应容器内部温度非常高，装入的碳素物被剧烈加热以使其中包含的挥发物迅速气化。产生的气体被加入到由碳素物的一次和二次燃烧而产生的CO和CO2气体中，由此反应容器开口处的气体流速提高了，因而碳素物向反应容器外侧的散射率增加了而碳素物的利用率降低了。当粒度变得更小时，这种趋势是明显的。另一方面，当粒度大时，利用率没有问题。但是，为了实现先前提到的总表面积，与利用碳素物的细微颗粒相比就需要非常大量的碳素物。因此，吹炼后炉渣中残留了较大量的碳，从而碳素物的废料量增加了且不能获得炉渣的有效利用。在这个方面，当装入反应容器的碳素物具有并未由于从反应容器开口流出的气体而散射的粒度且该碳素物在装入反应容器后通过热碎而被精细粒化时，在利用率和所需的碳量方面不存在问题，因此可以达到有效的冶炼还原。因此，专利技术人就各种碳素物作出进一步研究，以便找到能满足上述性能的碳素物。首先，当研究通用煤时，已经证实在通用煤中只有挥发物膨胀且并未具体引起热碎。其次，当研究焦碳时，已经证实煤包含的气体成分例如氢等等在煤的焦化步骤中挥发，该步骤是焦碳的生产步骤，因此焦碳的孔隙度变高，但是煤包含的脉石成分例如SiO2、Al2O3等等作为一种集合体导致无法热碎。另一方面，比较致密的煤具有较少的脉石成分和较少的挥发物，与通用煤相比，其气体挥发量较少且集合体的量较少，因而已经发现当这些煤暴露于高温大气下时，它们迅速受热而引起挥发物或蒸汽的剧烈膨胀，因此当挥发物或蒸汽从系统中逸出时很容易引起热碎。当这样的一种含碳物质被用作冶炼还原的碳素物时，它在反应容器中被热碎以增加用于还原反应的碳素物的表面积，由此提高了还原反应效率。此外，当铬矿被装入小型试验转炉时，对磨蚀原理和耐火材料通过炉渣的速率进行研究。结果是，当铬矿从铬装料枪进行装料时，通常已经认为铬矿以颗粒组的形式而不是以单个颗粒的形式垂直下降且基本上未受到图2所示上升气流的影响而进入炉渣中，然后其熔于渣中并被渣包含的碳素物还原。然而事实上已经证实，如图3所示，一部分铬矿到达耐火材料壁且氧化物、具体是铬矿中包含的氧化铁与耐火材料的碳发生反应而促进了MgO-C砖的磨蚀。而且，已经证实在顶吹氧枪的高二次燃烧比的条件下，炉渣的过氧化状态变得非常大。在图2和3中，标号1是转炉，标号2是顶吹氧枪，标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：会田公治，竹内秀次，别所永康，寺知道，岸本康夫，西川广，数士文夫，
申请(专利权)人：川崎制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：