本發(fā)明涉及金屬冶煉技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法。本發(fā)明還涉及一種鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐。

背景技術(shù)：

鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)不銹鋼母液是將鉻礦和焦碳加入鐵水中，通過氧氣吹煉，使鉻礦熔融在適當(dāng)?shù)臓t渣中，并與渣中的焦碳和鐵水中碳的反應(yīng)，使鉻的氧化物還原進入鐵水。

由于在轉(zhuǎn)爐中進行鉻礦鐵浴熔融還原的鉻的收得率不高，終渣鉻的含量較高，很難進行工業(yè)化生產(chǎn)，本申請人研制開發(fā)了用電弧爐生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法及所用的電弧爐，就是用鉻礦鐵浴熔融還原技術(shù)在電弧爐中生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液，該用電弧爐生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法為：將高爐鐵水作為還原母液添加至電弧爐中，采用常規(guī)方法進行造渣，升溫加熱后，采用噴吹的方式向鐵水或渣層噴入粒度不超過2mm的鉻礦粉；同時，噴吹鉻礦粉的過程中，添加常規(guī)量的石灰和焦炭；以及，電弧爐的底部設(shè)有底吹透氣元件以全程吹入惰性氣性或氮氣。該用電弧爐生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法中所用的電弧爐，包括熔池、爐蓋，以及下端部插在該熔池中的石墨電極，且該電弧爐具有進料口和爐門，該熔池的底部設(shè)有出鐵口，所述熔池的底部設(shè)有出氣端伸在該熔池內(nèi)的底吹透氣元件，同時，有一噴吹管經(jīng)該爐門伸至該熔池內(nèi)。所述電弧爐的側(cè)壁上設(shè)有超音速射流氧槍。這樣，能夠直接使用鉻礦粉在裝有高爐鐵水的電弧爐中進行鉻的熔融還原，生產(chǎn)含鉻的不銹鋼母液，且具有流程短、成本低、鉻還原較為完全，而該電弧爐采用常用的電弧爐進行改進后即可滿足生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的要求，較為簡單、方便。

本發(fā)明是對用電弧爐生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法及所用的熔融爐的進一步改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法，它具有鉻的還原率高、鉻的生產(chǎn)成本低的特點。本發(fā)明還公開了一種鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐。

本發(fā)明所采用的第一個技術(shù)方案是：

鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法，其所用的設(shè)備為熔融爐，該熔融爐具有底部吹氣元件，該鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法依次包括以下步驟：

（1）氧氣吹煉狀態(tài)下鉻礦的熔融還原：將鐵水作為還原母液加到熔融爐中，用氧氣進行吹煉，將鉻礦和焦碳以及渣料不斷地加入到熔融爐內(nèi)，碳氧反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱能使鉻礦與渣料結(jié)合生成低熔點渣系，促使鉻礦熔融，同時，往鐵水和/或渣層中噴入碳粉，爐渣中鉻和鐵的氧化物不斷被鐵水中和渣層中碳還原進入鐵水，該步驟中保持熔融爐的底部吹氣元件的吹氣；

（2）電弧加熱部件加熱狀態(tài)下鉻礦的熔融還原：鉻礦經(jīng)過氧氣吹煉狀態(tài)下熔融還原后，大部份的鉻礦熔融并被還原，但渣中還有部份Cr2O3很難繼續(xù)被還原，此時停止吹氧，采用電弧加熱部件對熔融爐內(nèi)加熱，爐渣中尚未還原的鐵和鉻的氧化物與渣中的碳和鐵水中的碳，在還原性氣氛下進一步還原，該步驟中保持熔融爐的底部吹氣元件的吹氣；

（3）倒渣出鐵：當(dāng)鉻礦得到充分還原后，停電，倒掉至少60%的爐渣，出鐵；

以及

前述步驟在同一個熔融爐中進行；

該底部吹氣元件吹出的是氮氣或惰性氣體。

所述步驟（1）中，不采用電弧加熱部件對熔融爐內(nèi)加熱。

所述步驟（1）中，添加的鉻礦是：采用鉻礦粉與焦粉壓制成干燥的鉻碳球加入熔融爐中，或者，采用鉻礦粉噴吹進入熔融爐中，或者，采用已經(jīng)預(yù)還原的鉻礦粉加入熔融爐中。

所述步驟（1）中，往鐵水和渣層中噴入碳粉所用的工具為自耗式噴粉管。

所述步驟（1）中，向熔融爐中吹入氧氣所采用的工具是活動水冷氧槍。

所述步驟（1）中，向熔融爐中吹入氧氣所采用的工具還包括設(shè)置于熔融爐爐壁上的固定式氧槍。

本發(fā)明采用的第二個技術(shù)方案是：

鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐，包括下爐殼和上爐殼，該上爐殼上設(shè)有爐蓋，該爐蓋的中部自上而下的穿過有可升降電極，該上爐殼或該爐蓋上開有加料口，同時，該上爐殼正面設(shè)有爐門，該下爐殼的底部設(shè)有底部吹氣元件和出鋼口，所述鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐還包括有至少一根活動水冷氧槍和至少一根自耗式噴粉管，活動水冷氧槍和自耗式噴粉管的內(nèi)端均能夠伸入該熔融爐內(nèi)。

所述上爐殼的爐壁上設(shè)有固定式氧槍。

所述下爐殼形成的熔池的深度H與直徑D的關(guān)系為：H：D=0.25—0.5。

所述下爐殼采用耐火材料砌筑，該上爐殼和該爐蓋均為水冷式。。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點是：鉻的還原率高、鉻的生產(chǎn)成本低。主要表現(xiàn)為：

1、充份利用氧氣吹煉提供的化學(xué)熱進行鉻礦的熔融還原，通過吹氧，使得渣料和鉻礦熔化，同時提高鐵水溫度，為熔融還原提供必要條件。即，以氧代電做到節(jié)能降耗。

2、氧氣吹煉狀態(tài)下鉻的熔融還原，隨著渣中Cr2O3的降低，鉻的還原效率不斷降低，繼續(xù)用氧氣吹煉進行鉻的熔融還原，將延長還原時間，反而增加能耗，渣中的Cr2O3不應(yīng)低于7%，就停止供氧，完全用電弧加熱，在還原性氣氛下，渣中的鉻的氧化物與渣中的碳和鐵水中的碳進一步反應(yīng)，使得渣中的Cr2O3降低，可以達到1%以下，達到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

3、采用自耗式噴吹管插入渣層和鐵水中進行噴碳粉，一方面，可以使渣層中保持有大量的碳粉，增加還原性，有助于鉻的熔融還原；另一方面由于渣層中的Cr2O3和FeO不斷地和鐵水中的碳進行反應(yīng)，使得鐵水中的碳不斷減少，鉻的還原溫度升溫，不利于還原，往鐵水中噴碳粉比單純往熔池中加焦碳而言，更有助于使鐵水保持較高的碳含量。

4、由于在熔融爐中進行鉻礦鐵浴熔融還原，不但需要裝入鐵水，而且需要裝入鉻礦、焦碳和渣料，這就要求熔融爐有較大的熔池。爐門下沿到新砌耐材的爐底上表面的距離到爐膛的直徑的比值范圍在０.２５～０.５之間。

5、采用活動氧槍可以調(diào)節(jié)氧槍噴射口到渣面的距離，改變氧氣噴射位置，有助于鉻礦的熔融和鐵水的升溫，提高了氧氣利用率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：

圖1是本發(fā)明的實施例1的鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐的主視剖視圖；

圖2是圖1的左視剖視圖。

圖中：

10、下爐殼，11、底部吹氣元件，12、出鋼口，13、固定式氧槍；

20、上爐殼，21、爐門；

30、爐蓋；

40、可升降電極；

50、加料口；

60、活動水冷氧槍；

70、自耗式噴粉管。

具體實施方式

實施例1

見圖1和圖2所示，鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐，包括下爐殼10和上爐殼20。該上爐殼20上設(shè)有爐蓋30，該爐蓋30的中部自上而下的穿過有可升降電極40。該上爐殼20或該爐蓋30上開有加料口50。本實施例中，該加料口50開設(shè)于該爐蓋30上。同時，該上爐殼20的正面設(shè)有可開啟的爐門21。該下爐殼10的底部設(shè)有底部吹氣元件11和出鋼口12。一般而言，該出鋼口12位于該下爐殼10的底部的邊側(cè)，該底部吹氣元件11為該下爐殼10底部中間的至少3個。

進一步的講：

該鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的熔融爐還包括有至少一根活動水冷氧槍60和至少一根自耗式噴粉管70?；顒铀溲鯓?0用于向該下爐殼10內(nèi)的熔池吹入氧氣，自耗式噴粉管70用于插入該下爐殼10內(nèi)熔池向熔池噴入碳粉?；顒铀溲鯓?0和自耗式噴粉管70的內(nèi)端均能夠伸入該熔融爐內(nèi)。比如，該活動水冷氧槍60和自耗式噴粉管70均可以從爐門21、爐壁或爐頂伸入爐內(nèi)。當(dāng)活動水冷氧槍60和自耗式噴粉管70從該爐門21伸入時，均便于調(diào)節(jié)它們伸入該下爐殼10內(nèi)的深度、角度和位置。

優(yōu)化的：

該上爐殼20的爐壁上設(shè)有固定式氧槍13。固定式氧槍13可以對該熔融爐內(nèi)部進行輔助吹氧。

由于鉻礦鐵浴熔融還原渣量大，該下爐殼10形成的熔池的深度H與直徑D的關(guān)系為：H：D=0.25—0.5。比如，H：D=0.25、H：D=0.4或H：D=0.5。

該下爐殼10采用耐火材料砌筑，該上爐殼20和該爐蓋30均為水冷式。

在實質(zhì)上，本實施例1所述的熔融爐為一電弧爐，但是鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液能夠適用于多種熔融爐，并不僅限于實施例1所述的電弧爐。

實施例2

結(jié)合圖1和圖2所示，采用實施例1所述的熔融爐實施本實施例2中的鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法。即，所用熔融爐應(yīng)該包括底部吹氣元件、電弧加熱部件。當(dāng)然，常用的熔融爐必然還具有加料口、出鋼口、爐門，且針對于實施例1所述的熔融爐而言，該電弧加熱部件為可升降電極。

該鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法依次包括以下步驟：

（1）氧氣吹煉狀態(tài)下鉻礦的熔融還原：將鐵水作為還原母液加到熔融爐中，用氧氣進行吹煉。加入氧氣可以采用活動水冷氧槍60和/或固定式氧槍13，優(yōu)選采用活動水冷氧槍60。加入氧氣的量采用常用量。將鉻礦和焦碳以及渣料不斷地加入到熔融爐內(nèi)，碳氧反應(yīng)產(chǎn)生的大量熱能使鉻礦與渣料結(jié)合生成低熔點渣系，促使鉻礦熔融。同時，往鐵水和/或渣層中噴入碳粉，爐渣中鉻和鐵的氧化物不斷被鐵水中和渣層中碳還原進入鐵水。比如，采用自耗噴粉管可以往鐵水中噴碳粉，而別的方式只能往渣層里噴碳粉。噴入碳粉最好采用自耗式噴粉管70。本步驟（1）中保持熔融爐的底部吹氣元件11的吹氣。底部吹氣元件11吹出的是氮氣或惰性氣體。顯然，底部吹氣元件11最好為多個。

（2）電弧加熱部件加熱狀態(tài)下鉻礦的熔融還原：鉻礦經(jīng)過氧氣吹煉狀態(tài)下熔融還原后，大部份的鉻礦熔融并被還原，但渣中還有部份Cr2O3很難繼續(xù)被還原，此時停止吹氧。其中，大部分鉻礦熔融并被還原的界定一般指的是當(dāng)鉻礦熔融至少70%，停止吹氧。比如，當(dāng)鉻礦熔融70%、80%、90%或100%，停止吹氧。此時，采用電弧加熱部件，即可升降電極40對熔融爐內(nèi)加熱，爐渣中尚未還原的鐵和鉻的氧化物與渣中的碳和鐵水中的碳，在還原性氣氛下進一步還原。該步驟中保持熔融爐的底部吹氣元件11的吹氣。同樣，底部吹氣元件11吹出的是氮氣或惰性氣體。

（3）倒渣出鐵：當(dāng)鉻礦充分還原后，停電，倒掉60%以上爐渣，倒掉至少60%的爐渣，出鐵。比如，倒掉80%、70%或60%的爐渣。本步驟中，判斷鉻礦充分還原的方法是觀察到爐渣顯還原色。此時，爐渣中Cr2O3含量可以達到1%左右。

前述步驟均在同一個熔融爐中進行。

優(yōu)化的：

該步驟（1）中，可以采用電弧加熱部件對電弧爐內(nèi)加熱，亦可不采用電弧加熱部件對電弧爐內(nèi)加熱。本實施例中，最好采用后者。即，不采用電弧加熱部件對熔融爐內(nèi)加熱，該熔融爐內(nèi)僅僅依靠吹氧而加熱。此處的電弧加熱部件即為可升降電極40處于未通電的升起狀態(tài)。與此對應(yīng)的是，在步驟（2）中，最好停止吹氧，僅采用電弧加熱部件對熔融爐內(nèi)進行加熱。

該步驟（1）中，添加的鉻礦是：采用鉻礦粉與焦粉壓制成干燥的鉻碳球從加料口50加入熔融爐，或者，采用鉻礦粉噴吹進入熔融爐，或者，采用已經(jīng)預(yù)還原的鉻礦粉從加料口50加入熔融爐。鉻碳球中鉻礦粉與焦粉的比例并不需要特意限定。

實施例3

下面，采用一個更為具體的鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的過程來進一步說明鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法。

熔融爐為爐殼直徑為6200mm的EBT電弧爐，爐膛直徑D為5300mm，爐膛深度H為2000mm。下爐殼的底部裝有7只底部吹氣元件，從爐門處伸入一根活動水冷氧槍和兩根碳粉的自耗式噴粉管，電弧爐的上爐殼上裝有3根固定式超音速氧槍，電弧爐變壓器功率為30MVA。

含Cr2O3：45%，TFe：15%的粒度小于2mm的鉻精礦粉和焦粉壓成鉻碳球，鉻碳球的含碳量為15%。

往熔融爐中兌入70噸的鐵水后，加入渣料和焦碳，打開爐門，活動水冷氧槍和固定式超音速氧槍對鐵水進行吹氧，總氧氣流量為8000m3/hr，當(dāng)鐵水溫度升到1450℃，連續(xù)加入鉻碳球、焦碳和渣料，并繼續(xù)吹氧，使鉻碳球、渣料熔化。同時，兩根自耗式噴粉管插入渣層和鐵水中，噴入碳粉，噴碳的流量為70kg/min，爐渣堿度控制在1~1.8，渣中MgO+Al2O3≤45%，加入的鉻碳球和焦碳的比例為1:0.2。

連續(xù)加入35噸鉻碳球后，在氧氣吹煉下，全部熔融，鐵水溫度為1500℃左右，停止吹氧。整個氧氣吹煉狀態(tài)的鉻礦鐵浴熔融還原過程持續(xù)70分鐘左右。

電極送電，起弧加熱熔池中的鐵水和爐渣，往爐渣和鐵水中繼續(xù)噴碳粉10分鐘，噴碳粉量為70kg/min。通電20分鐘后，取鐵水樣和渣樣，爐渣由原來的黑色轉(zhuǎn)為黃灰色，可以停電，倒掉約80%的爐渣，出鐵。

全過程保持底吹透氣元件通氣。

綜合所述，本發(fā)明的鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法分為兩個部份：純氧氣吹煉狀態(tài)和純電弧加熱部件加熱狀態(tài)，使用較為廉價的碳氧反應(yīng)熱對鉻礦進行熔融以及初步還原，再用電弧熱等加熱方式，在還原性氣氛下，進行終還原，使終渣的Cr2O3含量小于1%，相對于轉(zhuǎn)爐鉻礦熔融還原，終渣的Cr2O3含量在7%左右，以及礦熱爐終渣Cr2O3含量在3%左右。使用本發(fā)明的鉻礦鐵浴熔融還原生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的方法，其所用的設(shè)備為電弧爐等熔融爐，其鉻的收率高，排放的爐渣更加環(huán)保、無害。經(jīng)多次測試和實驗，鉻的收率維持在95%左右，遠(yuǎn)高于常用技術(shù)92%的平均水平。其次，由于通電時間短，還原同樣量的鉻金屬，經(jīng)多次測試和實驗，使用本發(fā)明的方法只有傳統(tǒng)礦熱爐的用電量的20%左右，這主要是由于鉻礦的熔融以及初還原所需要的熱能完全由碳氧反應(yīng)熱提供，生產(chǎn)同樣的鉻金屬綜合成本較傳統(tǒng)礦熱爐低得多。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。