PDF《等离子炉冶炼 铬铁工艺研究》

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6 卷第L 期1994年 3月西安冶金建j.

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19 94

1 l 一 等离子炉 冶炼铬铁工艺研究 州直 向顺 张艇『7-/(西安冶金建筑学院冶盒系,西安. 『玎而 第一作者男,3 3岁.副教授) / 摘要在Y J 一3.型交藏等面子炉上进行了铬铁生产工艺试验. 结果表明.以焦炭、 石油焦和无 烟煤 等作 为还原 剂 ,用抉 状或 粉状铬 矿可 以顺 利生 产 铬铁 .铬的回收率可达

9 3 一96.本研 究还 对 加料 速度 、操作电流 、工作 气体 流量 等工 艺参 数 的确 定作 了进一 步 的探 索.关键词等离子炉;

铬 铁/I艺研 究 中图 分类号 TF

6 z l l 引言铬铁 是工业用量大 生产能耗高的铁 合金 品种之一 , 其传统的生产方法有矿热 炉法 、 电弧炉法 等这些方法对 铬矿都有严格的要求.可是 , 铬矿特别是富铬矿 供应 日趋 紧张 , 如何 充分 利用粉矿及富选 的精矿生产铬铁 ,已成 为铬铁生产所面临的难题 .将等离子技 术应用于铁合金生产是 解决这 一难题的有效途径 之一 - '

. 笔 者开展 了等离 子炉冶炼铬铁的工艺试验研 究.采用 自行设 计制作 的YJ一3 0型交 流等离子炉0 ] , 以焦炭 、 石油焦 、 无烟煤等还原剂和块状及粉状铬 矿直接生产铬铁 , 取得 了满 意的结果 .

1 试 验研 究1.1试验设备试验设备为 Y卜一

3 O型交流等离子炉咖 该 炉主要 由中空石墨 等离子枪 、底 电极 、 炉 体及辅助 部分组成 .炉体用镁 砂打结 ,炉 膛为倒 圆台形坩埚 ,炉底直径 、炉 口直径及炉 膛高 度分别为

6 o ,7

8 ,1

7 0 m i t t .工作气体为工 业纯氲 .

1 .

2 块状铬 矿的冶炼工艺

1 .

2 .

1 炉料 组成 和配 比 本工作以硅石作为熔剂,以焦炭为还原剂生产铬铁合盒.为了寻求价格低廉的还原 剂 以降低 铬铁成本 ,本 工作 还分别对 以石 油焦和无烟煤 为还原剂生产铬铁进行研究 .炉收稿日期 :L

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7 2 西安冶金建筑学院学报第26卷炉欢原料铬矿焦炭 石油 焦无烟煤 硅石1.2.2操作要点(1)冶炼过程 由引弧 、加料 、熔化 、精炼 、出铁等

5 个 阶段 组成 ,其中熔 化阶段为 从加 料结 束到炉料全部熔融 为熔体 的阶段 . (

2 )初次开炉时 ,应 按要求烘炉 . ・ (

3 )烘 炉结束后 ,随即引弧 、通气 ,待 等离 子弧 稳定后 ,开始加料 冶炼 . (

4 )冶炼过 程中 ,根 据要求 ,控制操作 电流和氩 气流量 . (

5 )炉料全部熔化后 ,精炼 一定时间 ,然后停 电提升等 离子枪 ,倾炉 出铁 ,将 合金 与渣一同浇铸在锭模 内 ,得 到块 状铬 铁.1,3粉状铬矿冶炼工艺

1 ,

3 .

1 原料与配比为了考察粉矿 的冶炼 特性 ,本试验仅用焦炭作还原剂 原料成分见表

1 ,2. 配料 比例为粉矿 : 焦炭:硅石 =1

0 0:2 3:1

6 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 刘 应书 等 :等离子 炉冶炼 铬铁工 艺研 究731.3.2操作要点与块 矿比较 ,粉矿 受热快 ,熔化快 .除精炼阶段外 ,冶炼过程 中其他各 阶段的操作 电流和氩 气流量均应适当减 小 ,冶 炼时间也相对短些 ,且 粉料 宜从炉口边 缘缓缓加入.2结果与分 析2.1试验结果在本工作中 ,以块矿为原料炼 了 5炉 .以粉矿为原 料炼了 4炉 ,所得结果示于表

4 . 其 中第 4炉以石油焦作还原剂 ,第5炉以无烟煤 为还原剂 ,第6―9炉则 粉矿 为原料 . 冶炼 过程采用 的操 作 电流和 氩气流量于表5. 表4等离子炉冶炼铬铁产品成分 ( wt ) 块矿 ,焦炭石油焦 块矿 ,无熠煤 粉矿 ,焦炭

6 00

500 360

60 0

60 0

3 4O

4 00

4 00

4 O0

2 .

2 分析2.2.1操作I艺加料速度 、 精炼 时间、操作 电流和氩气 流量是

4 个 重要 的操作参数 . 加料 速度快 , 精 炼时间短 导致铬的回收率降低 加料过快 ,引起炉 口积料烧结 ,影响透气性 ,使 炉况不 稳定 ,产生喷溅 ,同时还会造成 粉矿 和无烟煤 的吹损量增加 ;

精炼时间太短 ,渣金反 应 不完全 ,致使 部分 铬矿滞 留渣中 ,直接影 响铬 的回收率 对于不同组成 的炉料 ,在加料 、熔化、精 炼各 阶段需采用不同的操 作电流和气体流 量制 度.2.2.2冶炼原 料 就矿 石形状而 言 ,块矿和粉矿都 可用于正 常冶炼 ,相 比之下 .粉矿 冶炼 时间短 ,铬 的回收率 高所以,等 离子炉 冶炼铬铁 生产工 艺对原料适用范围宽 ,且 可以使 用石油焦 和无烟煤等廉价还原 剂.

2 .

2 .

3 铬 回收 率 维普资讯 http://www.cqvip.com

7 4 西安冶金建筑学院学报第26卷 根据物料平衡,计算了铬的回收率附

图表示 出铬的 回收率与冶炼时 间的关 系 .适当延长冶炼时 间,可显著 提高铬的回收率+特 别是以粉 矿为原料时,因其在炉内熔化速度快 , c r回收率 随 冶炼 时间变化更 明显 . 从 图中可看 出, 理想状态 的冶炼时间 ( 对本工作而言) 约33rai n, 超过此时间,电耗会增大.块状铬矿在炉 内熔化速度较 慢 ,达割理想状 态的 回收率所需时 间比粉矿要 长些 ,电耗相应 增加 . 另外 , 从图中还可看到 , 延 长冶炼 时问有利于 降低铬铁 中 C含 量+这对生 产中低碳 铬铁 较为有益

2 .

3 等离子炉冶烁 铬铁工艺的特点2.31提供有利的热力学条件 I … ) 附图精炼时间对 铬的回收 率及合金 中 C含 量的影响 (

1 )等离子体降低 了炉内的 C O分压 碳热法还原金属氧化物的基本反应为 M e

0 ― ・ C―M e ― ・ C0 等离子体 复合气体 上升 ,使反应 区的 C O分压降低 ,有利于氧化铬 的还原反应 . (

2 )可提供足够高的温度 文献 指出 , 在等 离子弧区 , 铬矿与 还原剂 可能发 生闪烁 反应 而部 分碳 化和还原 , 但进一步 的还 原 尚需炉 内熔融相渣金反应才能完成 用碳还原金属氧化物 ,温度越 高 ,反 应的自由焓 负值越大 ,越有利于还原反应的进行 .在等离 子体炉 内 反应 区的温度 远高 于普通 电弧的温度 ,因而会加速铬矿的还原

2 3 .

2 良好的传热传 质条件 (

1 )等离子弧 区温度高 ,热辐射能力大 ,能使 炉料 快速加热并熔化 ,形成 渣金 熔融 相.(2)等离子体复 合气体 上升通过料 层 ,对未熔化 的炉 料有很强的预热作用 ,同时还 改善 了料面的透气性 . (

3 j等离子体流 动产 生的重力、压 力以及洛仑兹 力和 离子 化气体复合上 升通过 渣金 熔体 ,对熔池也产生强烈 的搅拌 作用 ,增 大了渣金接触 的表面积和速度 ,促进 了渣金反 应3结论(1)等离子炉 冶炼 铬铁工艺能以块状 、粉状铬矿为原料 ,以焦 炭、石油焦及无烟煤 为还原剂顺 利生产铬 铁 +且铬的回收率达到

9 3 一96(2)加料速度 、精 练时间 、操作 电流及气体流量是 4个主 要的操作 工艺参数 ,在冶 维普资讯 http://www.cqvip.com 第1期刘应书等 :等离子炉冶炼铬铁工艺研究

7 5 炼各 阶段 ,工艺参数值也 不相 同.(3)Y J 一30型等离子炉 内具有有利的热力学及 传热 传质条件 . 参考文献1Pi c k l e s C A .A n e w e l e c t r i c f u r n a c e p r o c e s s f o r t h e pr o d u c t i o n o f h r r o c h r o m i um . To r o n t o: U n i v e r s i t y o f To r o n t o,

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3 B a r c z a N A .Th e p r o d u c t i o n o f f e r r o c h r o mi u m i n a t r a n s f e r r e d- -;

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0 4 刘应书 . 粉 状铬 矿的 等离子 还原 法 .第七 届全 国铁合 金学 术讨 论会 .陕西 汉中,1

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0 5 刘应书 , 向顺 华, 张艇.YJ一3 0型等离子炉 开发 应用 .西 安情 金建筑 学院 学报 ,

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2 5 (

3 ) :

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6 黄 建华 .等 离子 炉冶 炼铬铁 工艺 研究 ( 块矿):[ 学位论 文].西安 , 西安 情金 建 筑学 院冶金 系,1

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1 7 壬聪林 .等 离子 炉冶 炼铬铁 工艺研 究(粉矿):[ 学位 论文].西安 西安 冶金 建 筑学院 情金 系,1

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1 Pl a s m a f u r nac e pr o c e s s f o r p r o du c t i o n o f f e r r oc hr o m i um Li u Yi n g s h u X i a n g S h u n h u a Zh a n g Ti n g ( De p t .o f M e t a l

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5 ) A b s t r ac t U s i n g p l a s m a f u r n a c e p r o c e s s f o r pr o d u c t i o n o f f e r r o c h r o m i u m i s r e p o r t e d i n t h e p a ― p e r . Th e r e s u l t s h o ws t h a t f e r r o c h o m i u m c a n b e o b t a i n e d f r o m b l o c k s a n d f in e s o f c h r o mi t e b y u s i n g c o k e,p e t r o l e um c o k e O r a n t h r a c i t e a s r e d u c i n g a g e n t . Th e r e c o v e r y r a t e o f c h r o m i u m i s

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9 6 , a n d t e c h n o l o g y c o n d i t i o n s o n t h e s pe e d o f a d d i n g c h r o m i t e ,C u r r e n t a n d Ar f l ux a r e d e t e r m i n e d i n t he wo r k . Ke y wo r d s :pl a s ma^ m a c e s , r r o c h r o mi u m/ t e c h n o l o g y$ t ud y 维普资讯 http://www.cqvip.com ........