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(guò)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(jìn)入鐵水。

由于在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)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(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，本申請(qǐng)人研制開(kāi)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(jìn)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(guò)2mm的鉻礦粉；同時(shí)，噴吹鉻礦粉的過(guò)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?dú)?。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(jìn)料口和爐門(mén)，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(shí)，有一噴吹管經(jīng)該爐門(mén)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(jìn)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(jìn)行改進(jìn)后即可滿足生產(chǎn)含鉻不銹鋼母液的要求，較為簡(jiǎn)單、方便。

本發(fā)明是對(duì)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(jìn)一步改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)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(diǎn)。本發(fā)明還公開(kāi)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(gè)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(jìn)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(diǎn)渣系，促使鉻礦熔融，同時(shí)，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(jìn)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(guò)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(shí)停止吹氧，采用電弧加熱部件對(duì)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(jìn)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(gè)熔融爐中進(jìn)行；

該底部吹氣元件吹出的是氮?dú)饣蚨栊詺怏w。

所述步驟（1）中，不采用電弧加熱部件對(duì)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(jìn)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(dòng)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(gè)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?tīng)t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(guò)有可升降電極，該上爐殼或該爐蓋上開(kāi)有加料口，同時(shí)，該上爐殼正面設(shè)有爐門(mén)，該下?tīng)t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(dòng)水冷氧槍和至少一根自耗式噴粉管，活動(dòng)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?tīng)t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?tīng)t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(diǎn)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(jìn)行鉻礦的熔融還原，通過(guò)吹氧，使得渣料和鉻礦熔化，同時(shí)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(jìn)行鉻的熔融還原，將延長(zhǎng)還原時(shí)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(jìn)一步反應(yīng)，使得渣中的Cr2O3降低，可以達(dá)到1%以下，達(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(mén)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(dòng)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(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明的實(shí)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?tīng)t殼，11、底部吹氣元件，12、出鋼口，13、固定式氧槍?zhuān)?/p>

20、上爐殼，21、爐門(mén)；

30、爐蓋；

40、可升降電極；

50、加料口；

60、活動(dòng)水冷氧槍?zhuān)?/p>

70、自耗式噴粉管。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

見(jiàn)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?tīng)t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(guò)有可升降電極40。該上爐殼20或該爐蓋30上開(kāi)有加料口50。本實(shí)施例中，該加料口50開(kāi)設(shè)于該爐蓋30上。同時(shí)，該上爐殼20的正面設(shè)有可開(kāi)啟的爐門(mén)21。該下?tīng)t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?tīng)t殼10的底部的邊側(cè)，該底部吹氣元件11為該下?tīng)t殼10底部中間的至少3個(gè)。

進(jìn)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(dòng)水冷氧槍60和至少一根自耗式噴粉管70?；顒?dòng)水冷氧槍60用于向該下?tīng)t殼10內(nèi)的熔池吹入氧氣，自耗式噴粉管70用于插入該下?tīng)t殼10內(nèi)熔池向熔池噴入碳粉。活動(dòng)水冷氧槍60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(dòng)水冷氧槍60和自耗式噴粉管70均可以從爐門(mén)21、爐壁或爐頂伸入爐內(nèi)。當(dāng)活動(dòng)水冷氧槍60和自耗式噴粉管70從該爐門(mén)21伸入時(shí)，均便于調(diào)節(jié)它們伸入該下?tīng)t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(duì)該熔融爐內(nèi)部進(jìn)行輔助吹氧。

由于鉻礦鐵浴熔融還原渣量大，該下?tīng)t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?tīng)t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(shí)質(zhì)上，本實(shí)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(shí)施例1所述的電弧爐。

實(shí)施例2

結(jié)合圖1和圖2所示，采用實(shí)施例1所述的熔融爐實(shí)施本實(shí)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(mén)，且針對(duì)于實(shí)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(jìn)行吹煉。加入氧氣可以采用活動(dòng)水冷氧槍60和/或固定式氧槍13，優(yōu)選采用活動(dòng)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(diǎn)渣系，促使鉻礦熔融。同時(shí)，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(jìn)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?dú)饣蚨栊詺怏w。顯然，底部吹氣元件11最好為多個(gè)。

（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(guò)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(shí)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(shí)，采用電弧加熱部件，即可升降電極40對(duì)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(jìn)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?dú)饣蚨栊詺怏w。

（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(shí)，爐渣中Cr2O3含量可以達(dá)到1%左右。

前述步驟均在同一個(gè)熔融爐中進(jìn)行。

優(yōu)化的：

該步驟（1）中，可以采用電弧加熱部件對(duì)電弧爐內(nèi)加熱，亦可不采用電弧加熱部件對(duì)電弧爐內(nèi)加熱。本實(shí)施例中，最好采用后者。即，不采用電弧加熱部件對(duì)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(duì)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(duì)熔融爐內(nèi)進(jìn)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(jìn)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(shí)施例3

下面，采用一個(gè)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(guò)程來(lái)進(jìn)一步說(shuō)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?tīng)t殼的底部裝有7只底部吹氣元件，從爐門(mén)處伸入一根活動(dòng)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?zhuān)娀t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(kāi)爐門(mén)，活動(dòng)水冷氧槍和固定式超音速氧槍對(duì)鐵水進(jìn)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(shí)，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(gè)氧氣吹煉狀態(tài)的鉻礦鐵浴熔融還原過(guò)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(lái)的黑色轉(zhuǎn)為黃灰色，可以停電，倒掉約80%的爐渣，出鐵。

全過(guò)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(gè)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(jià)的碳氧反應(yīng)熱對(duì)鉻礦進(jìn)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(jìn)行終還原，使終渣的Cr2O3含量小于1%，相對(duì)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(wú)害。經(jīng)多次測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，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(shí)間短，還原同樣量的鉻金屬，經(jīng)多次測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，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(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)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(yùn)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(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。