[发明专利]直接从铬铁矿生产铬铁合金

说明书

交叉引用

本申请要求题目为“PRODUCTIONOFCHROMIUMIRON ALLOYSDIRECTLYFROMCHROMITEORE”、2013年10月21日提交 的、美国临时专利申请号为61/893,400的申请的优先权，通过引用将其 全部内容并入本文。

发明背景

本发明涉及直接从铬铁矿生产铬铁合金。

铬是所有等级的不锈钢中不可替代的成分。它是使钢变得“不锈”的 成分。它以12％至约35％的Cr的量存在于合金中，一般Cr越多越耐 腐蚀。它也是用于涡轮机和喷气发动机的高端“超合金”的关键成分。铬 铁矿是铬的唯一来源。大多数铬铁矿被加工成称为高碳铬铁(highcarbon ferro-chrome)或高碳铬铁(chargechrome)的中间产品，该中间产品是含 有大于50％的Cr、约6-8％的C、不同量的Fi(0-4％，取决于所使用的 方法)、余量为Fe的合金。

这种材料是氩氧脱碳(ArgonOxygenDecarburiser)(AOD)工艺的原 料，其是改性的钢转炉(modifiedsteelconverter)且是生产Cr和Fe的低 碳熔体的第一步，在将液态钢浇铸成板、然后卷成片之前，在所述Cr 和Fe的低碳熔体中添加其它合金元素(如Ni)，所述片是不锈钢市场的 主要部分，且是工业和国内消费者所需的各种的不锈钢产品的原料，所 述不锈钢产品诸如为管道、储罐、容器、法兰、阀门等。在AOD工艺、 及其各种衍生工艺(derivatives)和混合工艺(hybrids)开发之前，生产 不锈钢是非常昂贵的，因为使用铬铁矿，中间低碳产品需要棘手且费时 的脱碳步骤。

含铬的不锈的低合金的钢的生产迅速扩大，特别是在亚洲。不锈钢 中的铬源是部分来自废料回收，但是这受这样的材料的可用性的限制， 特别是在发展中国家。不锈钢中的铬不存在被其他金属替代的可能性。 它对材料的耐腐蚀和耐热性是必不可少的。在炼钢过程中所需的铬添加 物的短缺通过添加铬和铁的合金(统称为“铁铬”)来满足。这些合金利 用固体含碳还原剂在埋弧电炉(SubmergedElectricArcFurnace)(SAF)中通 过铬铁矿的熔炼来生产。这个过程是极其能源和碳密集型的。使用“全球 最佳实践”的现有工厂生产每吨铁铬合金消耗3-4兆瓦时(MWH)的电 力和200-300千克的碳。全面的气体净化系统需要满足清洁空气标准。 大量的矿渣产生并以长期存储的方式放置在地面上的垃圾场中。

少量的Cr通过使化学级氧化铬与金属铝反应而产生，这类似于用 于产生熔融铁的氧化铁和铝之间的常见的铝热反应。直接从铬铁矿通过 铝热(aluminoghermic)还原产生低碳FeCr合金还没有被完全实行，因为 通常不利的能源需求，特别是在低级矿石的情况时。

在美国没有商业上可行的铬铁矿藏，且钢铁生产中所使用的所有铁 铬通常是从南非和哈萨克斯坦进口的。最近在加拿大，在被称为“环太平 洋火山带(RingofFire)”(ROF)的地理区域中发现了这样的矿石的非 常大型的矿藏。

在美国和加拿大，天然页岩气的大量矿藏的开发产生了天然气的长 期成本的降低和今后多年的稳定价格的前景。本发明利用环太平洋火山 带的铬铁矿和低成本天然气的可得性。

许多国家目前正在利用现有的工艺生产大量的直接还原的铁 (DRI)。本发明利用这种基本的和良好地确立的技术的改进，通过使用 天然气来还原包含在ROF铬铁矿中的铬和铁两者的氧化物，来生产铬铁 合金，ROF铬铁矿的形态已经在测试中被证明有利于还原反应的进程。

发明内容

本发明提供了用于直接从铬铁矿生产适合于炼钢的铬铁合金的方 法，其中使具有碳粉(carbonfinds)添加物的铬铁矿粉、促进剂和粘合 剂团聚(agglomerated)并干燥，然后将团聚物(agglomerates)供给到具 有作为还原剂的天然气、处于适合于还原的升高的温度下的反应容器 中，用于由此生产适于炼钢的铬铁合金。

该促进剂是氧化物、氢氧化物或碳酸盐形式的碱(alkaline)，如氢 氧化钠或氢氧化钾。在测试过程中，氢氧化钠已经被发现在使所需的反 应迅速还原来自铬铁矿精矿的铬和铁的氧化物方面，比其它碱性化学品 更有效。