用熔浴反应器制造铁合金制造技术

本发明专利技术公开冶炼炉中生产铁合金的方法，将含合金金属物料注入炉内熔浴中，还注入助熔剂，含碳物料和含氧气。另外注气体进行搅拌。对各成分注入速度进行控制以使其炉内氧化还原环境一致。含合金金属物料还原并混入金属相或氧化并混入渣。将熔浴上的燃烧气氧化以进一步供热。合金化的金属或含合金金属的渣作为产品回收。该法适用于生产铁合金，如铬铁，锰铁，镍铁和钒铁。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将含合金金属矿石连同助熔剂和固体碳还原剂加入熔浴反应器而制造某些铁合金。本专利技术还提出通过氧化和还原精炼操作而提高铁合金中合金金属/铁之比。在本说明书中，“铁合金”一词意指铬铁，锰铁，镍铁和钒铁。而“合金金属”一词有对应的意义，即铬，锰，镍和钒，这正如“含合金金属矿石”和“含合金金属材料》的意义一样。这后面的意义更广泛的术语包括含合金金属矿石或精矿，或预热的含合金金属矿石或精矿或预热并预还原的含合金金属矿石或精矿。优选合金金属为铬，本文具体地用铬来举例说明本专利技术。铬铁或铬料的常见工业制造法是在埋弧电炉中进行的。将铬矿石，还原剂和助熔剂连续加入冶炼炉中。细粉进料使炉难于操作并且可能导致大量损失铬。因此，要避免用细粉进料或在进料前使其烧结。必要时还在矿石块和还原剂送入电弧炉之前进行预热和/或预还原。若细粉进料先进行了烧结，如经成粒或高温熔融法烧结，那么就可用这种材料。在电弧冶炼炉中，经埋入炉料中的碳电极提供能量。矿石和碳在炉内深处反应成的气体会向上流并在炉料顶面释放。炉顶常用水冷盖封住，盖上有电极和炉料输送管口。盖可使生成的气体积存起来。该气体的大部分由一氧化碳组成，可用作燃料。某些设施中，炉顶未封，气体在表面上烧掉。进料进行准确称重并配给是成功地操作炉的关键。反应区上的进料应有多孔性以使产品气体流过。而且，进料比例应这样进行配给，即应使进料自由地落入炉中而不致形成桥。一般不用粒径或粒径范围太大的进料混合物，因为一方面是难于形成，另一方面又会带来炉进料和成桥问题，还会带来更大的电阻。但进料混合物中粒径太小又会造成气体夹带损失，床层孔隙率低并且会形成混料桥。液渣和合金产品可经排放口连续或间断地从炉中放出。可采取从接收桶中倾析，扒渣或底板振动而将渣和合金分开。铬铁产品然后冷却铸型。尽管该铬铁生产方法应用最广，但其中确实存在一些问题。第一，冶炼工艺要求的绝大部分或所有能量是电能，很昂贵。第二，用焦炭作还原剂，也很贵并且越来越难于得到，因为世界上的焦化煤原料日益减少，而且对焦化炉的操作提出了越来越严格的要求。第三，进料粒径限制又排除了直接应用廉价的矿石细粉进料的可能性。目前渐开始应用的另一种铁合金(包括铬铁)的技术是等离子体碳热冶炼还原法。与埋弧炉工艺相比，该法优点如下细粉物料为优选进料;还原剂无需采用焦炭-煤细粉或煤屑即可;均匀一致的进料操作并不关键;渣组成的选择与电阻无关，从而可在尽量减少渣中合金金属损失的渣组成情况下操作;工艺控制得以大大改进，因为该工艺对进料操作并不那么敏感;等离子炉在低噪音水平下操作。但是，尽管有以上优点，但等离子体冶炼法仍存在严重不足，即所有的冶炼能量要求以电能形式供给。为了降低铬铁合金制造费用，已提出了大量方法，其中均避免了以电能形式提供冶炼能。在US4565574(NipponSteelCorporation)中提出了熔炼还原生产高铬合金的方法。在该法中含焦炭和铬的矿石粉造粒并干燥。将该料送入转窑去进行加热并部分还原。中途沿转窑补加焦炭和石灰石助熔剂以提高粒的还原性，将焦炭预热并焙烧石灰石。按照该NipponSteel专利，转窑中最高温度1400℃以上。排料时预还原粒，焦炭和助熔剂沿斜槽从窑落入冶炼还原炉顶部。该炉形状类似于普通炼钢转炉。其中一般有4个底吹供氧管，用丙烷进行保护，同时氧气的主体经喷氧管送到浴上。为了持续控制渣和金属相的温度和两相内的氧化水平，需在浴上下吹氧，而同时需将焦炭从冶炼还原器顶注入渣中。矿石冶炼分两步间歇进行。第一，将用158-1630℃转炉温度预热和预还原粒，焦炭以及助熔剂送入该容器，而顶部和底部均吹氧。然后在不加入矿石或助熔剂时进行第二步，其中加氧量逐渐减少，以尽量降低渣中铬含量。但是，第二步仍加焦炭，以控制渣和金属相的氧化状态。之后从容器中去除渣和金属。为了良好地应用含碳材料和焦炭，须用炉顶的喷氧管将至少30%离开浴的可燃气体烧掉。但不要使燃烧水平超过50%，因为要生成大量SOx和NOx，尽管该法的吸引力在于其中避免了使用电能，但仍有用焦炭作量料和还原剂并用块状或造粒的矿石作进料的缺点。还已知另一方法(日本专利No.58-117852SumitomoMetalIndustries)，其中将含铬矿石加入顶和底吹转炉内的熔融铁浴中。铬矿粉，助熔剂和块状焦炭落到熔体表面上，而氧气则经顶部喷管缓慢吹入。浮在渣表面的焦炭部分用该氧气燃烧，剩余焦炭通过侧吹喷嘴引入的氧气和氮气以及底吹氮气激起的搅拌作用被带入渣中。注入气体引发的旋流将热量传给渣和金属并可让焦炭将渣中氧化铬还原。固体进料在熔炼期间加入转炉中。然后进行最终还原，其间不加固体，只向浴表面上引入氧气。该最终还原步骤降低了渣中铬含量并得到含铬20-32%的不锈钢级铬合金。虽然该法避免了用电能冶炼并应用矿石细粉，但要求块状焦炭，且每批均要求加熔融铁。而且，只适于制造低铬合金。该法不能产出掺铬高质量铁合金。还已知另一方法(JP59-107011((Kawasaki))，其中含铬矿石细粉必要时进行预还原后与空气或富氧空气一起送入竖炉中。焦炭块用作固体还原物料，从顶部送入竖炉。注入的矿石在其注入风口前就熔融，并随其滴过焦炭床而还原成金属。通过位于矿石注入风口下面的第二排风口将煤和含氧气体注入竖炉可加大炉内热还原区。渣和铁合金从炉底排出。据报道，渣中铬含量低于0.6%，得到含铬8-50%的金属。尽管该法避免了采用电能进行冶炼，但仍应用了焦炭块。总的说来，现有技术的主要问题包括难于直接应用矿石细粉，要求昂贵的焦炭，用昂贵的电能进行冶炼，同时控制渣和金属相的氧化状态，化学能(还原势)和冶炼炉内产品气流显热应用有限。虽然已发现某些现有工艺已成为上述某些问题的特定解决方案，但现有工艺中没有任何方法能同时象本专利技术这样解决所有上述问题。现有技术中还已知可形成熔浴，其中主要含铁，氧化铁和成渣物料，铁氧化物直接还原成铁。在一种已知方法中，将含碳物料，载气和保护气注入浴中以提供能源。至少部分烯料进行燃烧。生成的反应气搅拌浴，使熔融物料从浴中注入浴上面的过渡区。含氧气体以喷流形式注入浴上空间。注入气随浴中释放的反应气燃烧。产生的气体部撞在过液构的熔融物料上，以将后续燃烧生成的能量传送给过渡区的熔融物料。本专利技术目的是提出将含合金金属物料，如含铬物料熔浴冶炼成例如不锈钢粗产品或掺铬高质量铁合金，其中可避免应用电能进行冶炼并且不要求块状或造粒的含合金金属物料。本专利技术另一目的是降低或完全取消对焦炭的需求。本专利技术再一目的是大量应用化学能和冶炼炉中产品气的显热。本专利技术又一目的是提出良好控制渣和金属相的氧化状态的方法。惊人的是，已发现上述主要含铁的熔浴适用于采用下述本专利技术方法制造铁合金，如铬铁。已发现含合金金属细粉物料可在该熔浴中加工而无须进行任何形式的进料造粒。还发现，降低或取消焦炭需求也能达到含合金金属物料冶炼还原所需的足够还原环境。本专利技术方法另一方面是含合金金属的冶炼可在熔浴冶炼工艺中进行，从而避免了电能要求。本专利技术方法实施方案之一是易于控制熔浴的氧化势以使铬进入渣或金属相。还可用助熔剂。本专利技术方法中还因为大量应用化学能和冶炼炉中产品气的显热而节约大量能源。所以说，本专利技术提出在冶炼炉中熔浴内冶炼含合金金属物料而生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
以冶炼炉中熔浴内冶炼含合金金属物料而生产铁合金的方法，其中　　（ａ）将含合金金属物料（ｉ）经炉顶注入熔浴或（ｉｉ）经炉底直接注入熔浴或（ｉｉｉ）经炉顶和底注入，　　（ｂ）在任何合适的位置单独或与含合金金属物料一起注入助熔剂，　　（ｃ）将含氧气（ｉ）注入熔浴上的空间或（ｉｉ）经炉底直接注入熔浴或（ｉｉｉ）注入浴上空间并经炉底注入，　　（ｄ）将至少部分气体，可为含氧气体，注入熔浴以进行搅拌，　　（ｅ）将含碳物料（ｉ）注入熔浴上的空间或（ｉｉ）经炉底直接注入熔浴或（ｉｉｉ）注入浴上空间并经炉底注入，　　对含铬物料，助熔剂，含氧气和含碳物料的比例进行控制以达到：　　（１）将含合金金属物料和助熔剂迅速混入熔浴，和　　（２）控制炉内氧化还原环境，从而使含合金金属物料中的合金金属还原并进入金属相或氧化并进入渣，而熔浴上的燃烧气氧化而进一步向该工艺供热，合金金属合金或含合金金属渣作为产品回收。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗宾约翰巴特汉，罗德里克麦克弗森格兰特，詹姆斯文森特哈普，格伦阿什利蒂多，
申请(专利权)人：克拉服务有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]