[发明专利]用熔浴反应器制造铁合金

说明书

本发明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。本发明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发明。

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（Nippon    Steel    Corporation）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Nippon    Steel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。

而且，虽然US4565574指出，需要“加强搅拌”，但搅拌强度的上限是由浴衬降解的速度确定的。在较高搅拌强度下，渣的搅拌促使衬里降解。而在浴温均匀时就可优化搅拌强度。