專利名稱：鉻原料的熔化還原法及熔化還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Cr礦石和Cr球團(tuán)礦等Cr原料的熔化還原方法。
歷來，不銹鋼等高Cr鋼是以由Cr礦石制造的鉻鐵為原料熔煉而成的。與此歷來方法對比，最近，從省能、低制造成本的觀點(diǎn)考慮，由Cr礦石等Cr原料(以下以Cr礦石為例說明)直接得到高Cr鐵水的所謂熔化還原法引人注目。此熔化還原法是將Cr礦石、碳質(zhì)材料等投入還原爐中，將Cr還原，而直接得到高Cr鐵水。
作為此熔化還原法，原來提出了幾種方式，作為其中之一，已知有在從吹氧管頂吹O2的同時，分別從底吹風(fēng)口吹入O2、從側(cè)吹風(fēng)口吹入N2的方法;或者在從吹氧管頂吹O2的同時，分別從底吹風(fēng)口吹入O2、從側(cè)吹風(fēng)口吹入O2及N2的方法。例如，作為后者的例子，可舉出特開昭61-279608號專利申請。
但是，歷來這些方法都存在Cr的還原速度小、處理費(fèi)時這一大問題。在此背景下，可引出以下幾點(diǎn)(1)歷來，爐內(nèi)Cr礦石的還原是在爐渣中Cr礦石熔化后，通過碳質(zhì)材料的C作用進(jìn)行的，而Cr礦石的熔化被認(rèn)為是支配Cr還原的主要因素，因此，為縮短處理時間的主要技術(shù)集中于特定的爐渣組成等方面。但是，Cr礦石基本上具有難熔化性，促進(jìn)Cr礦石熔化而提高還原速度是有限度的。
(2)為了提高Cr礦石在爐渣中的熔化速度，使Cr礦石的還原處理速度加快，可考慮使?fàn)t內(nèi)的CO氣體進(jìn)行二次燃燒，而利用其熱量的方法，歷來也采用了從上部爐壁吹入二次燃燒用O2的方法。但是，歷來，如果提高二次燃燒比，廢氣溫度雖然升高，但因沒有使廢氣顯熱高效地傳向金屬熔液的技術(shù)，其結(jié)果，著熱效率下降，不得不排出高溫廢氣。而且，此種高溫廢氣有嚴(yán)重?fù)p耗爐內(nèi)壁耐火材料和排氣罩耐火材料這一大問題，因此，一般的想法是不過分提高二次燃燒比。
與此歷來的認(rèn)識相反，本發(fā)明者們對熔化還原的機(jī)理以及與其相應(yīng)的具體手段進(jìn)行了反復(fù)研究，結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了如下事實(shí)①如上所述，歷來，認(rèn)為是Cr礦石熔化于爐渣中之后，通過爐渣中的碳質(zhì)材料而被還原。但是，現(xiàn)已判明實(shí)際上大部分還原反應(yīng)是金屬熔液中的C作為還原物質(zhì)而起作用。因而，并不是Cr礦石向爐渣中熔化，而金屬熔液因與高溫下過熱的Cr礦石的接觸才是支配還原速度的主要因素，因此通過積極使金屬熔液與礦石接觸才能有效地提高還原速度。
②如上所述，歷來，在對于提高著熱效率的技術(shù)界限和耐火材料損耗方面，基本的考慮方法是不大幅度提高二次燃燒比，但是，通過吹入O2，使二次燃燒主要在爐渣中產(chǎn)生，并且強(qiáng)烈攪拌爐渣，即可以一面確保高二次燃燒;一面有效地提高著熱效率。由于這種高二次燃燒，高著熱效率，使?fàn)t渣及爐渣中的Cr礦石的溫度升高，可有效地提高由下式表示的C(金屬熔液中C)所決定的Cr礦石還原速度。
③在歷來方法中，有在還原處理的一段時間或整個時間內(nèi)進(jìn)行O2底吹的例子，但此種O2底吹對二次燃燒是有害的。也就是說，如果進(jìn)行O2底吹，那么，在金屬熔液中就會產(chǎn)生大量CO氣體，而強(qiáng)烈攪拌金屬熔液，其結(jié)果，金屬熔液飛濺到達(dá)二次燃燒區(qū)，由于金屬熔液中C與O2和CO2反應(yīng)而生成CO，就會妨礙二次燃燒。因而，不管在還原期間的一部分時間或全部時間內(nèi)都必須絕對避免底吹O2。
另外，Cr原礦石的粒徑非常小，通常粒徑在1mm以下的約占90%。因此，此種粉狀Cr原礦石從爐上方裝入轉(zhuǎn)爐型的還原爐內(nèi)時，礦石會向爐外飛散，其飛散損失達(dá)30%之多。
為防止此飛散損失，也可考慮采用噴射裝料，但此方法需要為此而設(shè)置特殊設(shè)備，另外，由于Cr礦石硬度相當(dāng)高，存在輸送管很快被損耗的問題，故現(xiàn)在未被實(shí)際采用。
由于這個問題，目前，不得不將Cr原礦石制成球團(tuán)礦或燒結(jié)塊而使用，這樣，提高了制造成本。另外，如將礦石制成塊狀，礦石的比表面積變小，預(yù)熱時間增長，就會產(chǎn)生還原速度下降、處理時間延長的問題。
本發(fā)明者就此問題研究了與其相應(yīng)的具體方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了通過加大投入速度，每個Cr原礦石粒子暴露于上升氣流的概率就會降低，飛散損失就會減少，特別是將Cr原礦石的投入速度以純Cr計(jì)提高到4公斤/分·噸金屬熔液以上時，可使飛散損失大幅度降低。
本發(fā)明根據(jù)上述見解規(guī)定了下述條件，根據(jù)此條件就有可能在高處理速度下進(jìn)行還原處理(1)通過攪拌氣的底吹與側(cè)吹相組合，使金屬熔液積極地?cái)U(kuò)散于爐渣中存在Cr礦石的區(qū)域，以促進(jìn)金屬熔液中C對Cr礦石的還原作用;
(2)為得到規(guī)定水平以上的二次燃燒比，除吹入脫碳用O2外，另外還要吹入二次燃燒用O2。而且，從頂吹吹氧管將此二次燃燒用O2吹入爐渣中，使之在爐渣中形成二次燃燒區(qū)，并且，利用側(cè)吹氣體強(qiáng)烈攪拌爐渣，使由二次燃燒所產(chǎn)生的熱量加熱Cr礦石;
(3)為了不妨礙由金屬熔液中C引起的還原作用及由頂吹O2引起的二次燃燒，側(cè)吹氣體及底吹氣體要采用CO或惰性氣體，不使用O2。
也就是說，本發(fā)明在使用備有底吹風(fēng)口、側(cè)吹風(fēng)口及頂吹吹氧管的熔化還原爐，利用碳質(zhì)材料的C源還原Cr礦石等Cr原料，而得到高Cr鐵水的方法中，在還原時間內(nèi)要進(jìn)行下述(1)～(3)的氣體吹入(1)從底吹風(fēng)口吹入CO或/和惰性氣體;
(2)為使至少一部分氣流沖擊由底吹氣體引起的金屬熔液隆起部，從側(cè)吹風(fēng)口吹入CO或/和惰性氣體;
(3)在從頂吹吹氧管向金屬熔液中吹入脫碳用O2的同時，要向爐渣中吹入二次燃燒用O2。
并且，要一面將二次燃燒比保持在0.3以上，一面進(jìn)行還原處理。
根據(jù)本發(fā)明，為積極促進(jìn)由金屬熔液引起的Cr礦石的還原作用，并進(jìn)行確保高二次燃燒比與著熱效率的處理，可以較之以前水平大幅度提高Cr礦石的還原速度，為此，可以在短時間內(nèi)高效地進(jìn)行熔化還原處理。另外，由于二次燃燒比高，在可以降低碳質(zhì)材料消耗定額的同時，可以將所得鐵水中的P、S含量降低。
本發(fā)明提供了在上述熔化還原處理中，可有效地降低礦石飛散損失的方法。也就是說，該方法是在遵從上述條件的基礎(chǔ)上，一面將以純Cr計(jì)的投入速度(換算為純Cr量的Cr原礦石的投入速度)保持在4公斤/分·噸金屬熔液以上，一面進(jìn)行Cr原礦石的還原處理。
另外，本發(fā)明還提供了在上述熔化還原處理中，可正確把握熔化還原的進(jìn)行狀況，適當(dāng)迅速地結(jié)束吹煉的方法。
也就是說，本發(fā)明是著眼于隨著還原反應(yīng)的減少，廢氣中的O2源量亦減少這一關(guān)系，可根據(jù)廢氣中的O2源與吹入O2之間的差判斷還原結(jié)束時間，具體來說，在熔化還原處理中，測定廢氣流量與廢氣中的CO及CO2濃度，由該測定值利用下式求取Cr原料還原率R，根據(jù)該Cr原料還原率R判斷熔化還原處理結(jié)束時間，而結(jié)束還原處理。
式中，WoreCr原料投入量(t)OoreCr原料中O2含量 (Nm3/t)QE廢氣流量 (Nm3/min)(%CO)廢氣中的CO濃度(%)(%CO2)廢氣中的CO2濃度 (%)Fo2吹入O2流量 (Nm3/min)另外，本發(fā)明還提供了一種適于實(shí)施上述熔化還原的爐的構(gòu)造。也就是說，本發(fā)明提供的熔化還原爐的構(gòu)造是備有底吹風(fēng)口與側(cè)吹風(fēng)口，至少配設(shè)一個底吹風(fēng)口和側(cè)吹風(fēng)口，并使兩者的氣體吹入管線相交叉。
在本發(fā)明提供的熔化還原爐上，可以分別設(shè)置數(shù)個底吹風(fēng)口及側(cè)吹風(fēng)口，在此場合，一個底吹風(fēng)口與側(cè)吹風(fēng)口為一組，為使各組風(fēng)口的氣體吹入管線相一致，希望分別配設(shè)風(fēng)口。
圖的簡單說明如下

圖1及圖2表示本發(fā)明的熔化還原原理的模式圖。圖3(a)及(b)是表示對于底吹風(fēng)口理想的側(cè)吹氣體噴射方向的說明圖。圖4表示在本發(fā)明法與進(jìn)行氧氣底吹的比較法中，實(shí)測二次燃燒比與設(shè)定二次燃燒比的關(guān)系。圖5表示頂吹吹氧管高度與著熱效率的關(guān)系。圖6表示側(cè)吹氣體量與著熱效率的關(guān)系。圖7表示爐內(nèi)二次燃燒比與金屬熔液中的S量、P量及焦炭消耗定額的關(guān)系。圖8概略表示本發(fā)明中Cr升高速度與底吹氣體量的關(guān)系。圖9表示實(shí)施例中的金屬熔液中Cr、C濃度、浴溫、二次燃燒比、吹氧管送氧量、原料供應(yīng)量等隨時間的變化。圖10表示與歷來方法相比本發(fā)明實(shí)施例的還原處理時間。圖11(a)及(b)表示圖10中所示的歷來方法(1)、(2)的處理方法的說明圖。圖12表示與歷來方法相比本發(fā)明例中以純Cr計(jì)投入速度與Cr升高速度的關(guān)系。圖13表示Cr原礦石的投入速度對粉狀Cr原礦石飛散損失的影響。圖14表示實(shí)施例3中金屬熔液溫度與爐渣中Cr濃度的時間變化。圖15表示實(shí)施例3中R值與爐渣中Cr濃度的關(guān)系。圖16表示實(shí)施例3中還原終了時爐渣中的Cr濃度。圖17同樣表示實(shí)施例3中停吹時的金屬熔液溫度。圖18表示本發(fā)明提供的熔化還原爐的一實(shí)施例的說明圖。圖19表示使用圖18所示的本發(fā)明提供的爐進(jìn)行熔化還原時底吹氣 量及側(cè)吹氣體量對〔Cr〕升高速度的影響。圖20作為側(cè)吹氣體吹入管線與底吹氣體吹入管線不正交的比較例的還原爐的說明圖。圖21表示使用圖20所示爐進(jìn)行熔化還原時底吹氣體量及側(cè)吹氣體量對〔Cr〕升高速度的影響。
在圖中，(1)、(1a)、(1b)是底吹風(fēng)口，(2)是側(cè)吹風(fēng)口，(3)是頂吹吹氧管，(A)是金屬熔液隆起部。
以下對本發(fā)明的詳細(xì)情況加以說明。
圖1及圖2是表示本發(fā)明的模式圖。
在本發(fā)明中，主要是使用轉(zhuǎn)爐型熔化還原爐，進(jìn)行Cr礦石和Cr球團(tuán)礦等Cr原料的還原，具體說，是使用配備有底吹風(fēng)口(1)、側(cè)吹風(fēng)口(2)及頂吹吹氧管(3)的爐。
根據(jù)本發(fā)明，在上述熔化還原爐中的金屬浴中裝入Cr原料(以下以Cr礦石為例說明)，碳質(zhì)材料及助熔劑，在下述條件下進(jìn)行還原處理首先，還原處理中，從其初期到終期，都要從底吹風(fēng)口(1)、側(cè)吹風(fēng)口(2)及頂吹吹氧管(3)進(jìn)行氣體吹入。
從底吹風(fēng)口(1)及側(cè)吹風(fēng)口(2)吹入氣體要利用兩者的協(xié)同作用使金屬熔液向爐渣中擴(kuò)散，以取得大幅度提高還原速度的效果。
此時，側(cè)吹氣體從側(cè)吹風(fēng)口(2)噴射的氣流方向不一定是水平的，沖擊該金屬熔液隆起部(A)，使金屬熔液最好以噴濺的形式起到向爐渣中飛濺或擴(kuò)散的作用。因而，從側(cè)吹風(fēng)口(2)噴射的氣流方向也可與水平方向稍稍向下或向上偏斜一定角度。
如前所述，本發(fā)明者們搞清了這樣的事實(shí)，即爐渣中Cr礦石的還原大部分是以金屬熔液中的C作為還原物質(zhì)而進(jìn)行的，根據(jù)這一事實(shí)，強(qiáng)烈攪拌金屬熔液，使之積極向爐渣(Cr礦石浮游區(qū))中擴(kuò)散，以提高還原速度。為此，本發(fā)明是從底吹風(fēng)口(1)供給攪拌氣體，在金屬熔液面形成隆起部(A)，同時，從側(cè)吹風(fēng)口(2)供給攪拌氣體，至少使一部分氣流沖擊上述金屬熔液隆起部(A)。由于此側(cè)吹氣體的作用，金屬熔液隆起部(A)的金屬熔液即向爐渣中飛濺。爐渣的視比重通常為0.3～0.5，另一方面，Cr礦石的松比重為3.0左右，因而，如圖2所示，爐渣中的Cr礦石大部分集中并浮游于爐渣下部區(qū)域。如上所述，如果用側(cè)吹氣體使金屬熔液隆起部飛濺，那么，如圖2所判斷的那樣，此飛濺金屬熔液就會向存在Cr礦石的爐渣下部區(qū)域擴(kuò)散，此飛濺金屬熔液中的C將Cr2O3還原，可得到高的還原速度。為得到此種效果，都需要從底吹或側(cè)吹風(fēng)口一起吹入比較大量的氣體，以進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌。此吹入氣體的量可根據(jù)金屬熔液量、金屬熔液深度等來決定。圖8是概略表示底吹氣體量(一個底吹風(fēng)口、1噸金屬熔液的Nm3/min數(shù))與金屬熔液中的Cr升高速度的關(guān)系，已判明隨著底吹氣體量的增加，Cr升高速度即Cr還原速度上升，發(fā)生高效的還原反應(yīng)。
為得到此種作用，希望使側(cè)吹氣體在爐的上下方向及水平方向盡量正確地沖擊上述金屬熔液隆起部(A)，例如，在水平方向，由于如圖3(a)及(b)所示的位置關(guān)系，設(shè)置底吹風(fēng)口(1)及側(cè)吹風(fēng)口(2)是理想的。
側(cè)吹氣體除促進(jìn)上述飛濺金屬熔液的擴(kuò)散作用外，還起到對形成二次燃燒區(qū)的爐渣進(jìn)行攪拌的作用，關(guān)于這個問題留待后述。
本發(fā)明中所使用的側(cè)吹氣體及底吹氣體限定為CO及惰性氣體(N2、Ar等)，不使用O2。這是基于下述理由首先，如果使用O2作為側(cè)吹氣體，那么，存在的基本問題是為Cr礦石還原而使之飛濺的金屬熔液中的C就會與此O2發(fā)生反應(yīng)，而阻礙由金屬熔液中C引起的還原作用。另外，使用O2時，耐火材料的溫度升高，就會產(chǎn)生耐火材料損耗的問題。
如果使用O2作為底吹氣體，那么，如上所述，就會在金屬熔液中生成大量的CO氣體，并且過于強(qiáng)烈地?cái)嚢杞饘偃垡海浣Y(jié)果，金屬熔液飛濺到二次燃燒區(qū)(參見圖2)，金屬熔液中C與后述的二次燃燒用O2反應(yīng)而阻礙二次燃燒。另外，如使用O2，由于底吹風(fēng)口等耐火材料的溫度過高，就需要添加冷卻氣體(C3H8等)，這也會使底吹氣體量增加，過大地助長從強(qiáng)攪拌到金屬熔液飛濺的發(fā)生。關(guān)于進(jìn)行N2底吹的本發(fā)明法與以O(shè)2代替N2進(jìn)行底吹的比較例，研究了與設(shè)定二次燃燒比〔PcO2/(DcO2+礦石中O2)〕對應(yīng)的實(shí)際二次燃燒比(實(shí)測)，其結(jié)果如圖4所示，從圖中可知，由于O2底吹，二次燃燒受到阻礙。
還有，作為攪拌氣體可以單獨(dú)或混合使用CO和N2、Ar等惰性氣體。
其次，從頂吹吹氧管(3)向金屬熔液中吹入脫碳用O2的同時，可向爐渣中吹入二次燃燒用O2。頂吹吹氧管(3)備有脫碳用O2的噴嘴孔和二次燃燒用O2的噴嘴孔，二次燃燒用O2要從其供氧用噴嘴孔向比脫碳用O2噴嘴孔更外側(cè)的斜下方供給。
在本發(fā)明中，一面使二次燃燒區(qū)主要在爐渣內(nèi)形成，一面使之實(shí)現(xiàn)高二次燃燒，這樣，由于在爐渣中形成二次燃燒區(qū)，并利用側(cè)吹氣體強(qiáng)烈攪拌爐渣，就可在確保二次燃燒的同時，得到高的著熱效率。因而，需要將上述二次燃燒用O2吹入爐渣中，以便主要在爐渣中形成二次燃燒區(qū)。
具體來說，頂吹吹氧管高度距爐渣和金屬熔液液面要適當(dāng)。也就是說，頂吹吹氧管(3)的噴嘴孔高度可位于爐渣面上方或爐渣面下方，但是，如果其高度過高，二次燃燒區(qū)就不會在爐渣中形成，就會產(chǎn)生著熱效率下降的問題，另外，如果吹氧管高度過低，二次燃燒用O2就會吹入爐渣中的Cr礦石浮游區(qū)(參見圖2)，就不能適當(dāng)?shù)匦纬啥稳紵齾^(qū)。
圖5是表示吹氧管尖端距爐渣面(成形面)的高度與著熱效率的關(guān)系，從圖可知，如吹氧管距爐渣面過高，就不能得到良好的著熱效率。另外，圖6是表示側(cè)吹氣體量與著熱效率的關(guān)系，由圖可知，通過大量吹入側(cè)吹氣體，強(qiáng)烈攪拌爐渣層，即可得到良好的著熱效率。
上述二次燃燒比由廢氣中的氣體成分比(CO+H2O)/(CO+CO2+H2+H2O)定義，在本發(fā)明中要在二次燃燒比為0.3以上的條件下進(jìn)行上述還原處理。在本發(fā)明中，為得到高著熱效率，將二次燃燒比提高到上述0.3以上，即可得到高還原處理性(還原速度)，除此之外，通過提高二次燃燒比，還可以降低碳質(zhì)材料(主要是焦炭)的添加量，其結(jié)果，可以減少碳質(zhì)材料消耗定額，同時，由于金屬熔液中的大部分P含量是由碳質(zhì)材料帶入，所以可以達(dá)到降低金屬熔液中P的目的。另外，如二次燃燒比增高，氣化脫硫現(xiàn)象就會很活躍，金屬熔液中的S也隨之降低。從此觀點(diǎn)出發(fā)，在本發(fā)明中規(guī)定二次燃燒比要在0.3以上。圖7是表示本發(fā)明方法的金屬熔液還原的爐內(nèi)二次燃燒比與焦炭消耗定額、金屬熔液中P成分及S成分的關(guān)系，通過將二次燃燒比提高到0.3以上，焦炭消耗定額得以壓低，并且，金屬熔液中的P、S也適當(dāng)降低了。
以上為本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容，但在實(shí)際實(shí)施本發(fā)明時，通常工序?yàn)檠b入一造渣·升溫-Cr礦石熔化還原。
這里所謂裝入工序意味著裝入鐵水等Fe源，在爐內(nèi)形成金屬浴。在造渣·升溫工序中，要向浴中吹氧和裝入碳質(zhì)材料、助熔劑等，在形成成為Cr礦石還原區(qū)的爐渣的同時，將浴溫提高到還原所需要的溫度。在Cr礦石熔化還原工序中，要將Cr礦石、碳質(zhì)材料、助熔劑順序地投入熔化還原爐中。在此工序后期，不再投入Cr礦石，而完成終級還原，在金屬熔液中的Cr濃度達(dá)到目標(biāo)值時結(jié)束還原處理。
還有，在本發(fā)明中，Cr原料、碳質(zhì)材料等原料可以采取從爐口上方裝入的方法。
實(shí)施例1使用轉(zhuǎn)爐型熔化還原爐(5t)，裝入3.7t鐵水后，裝入Cr礦石、焦炭及助熔劑，進(jìn)行熔化還原，得到5.5t18%Cr鐵水。圖9是表示此時的鐵水中Cr、C濃度、浴溫、二次燃燒比OD等的變化，以及由吹氧管吹入的氧氣量、原料裝入量。
與圖11(a)及(b)所示歷來方法的處理時間相比較，本實(shí)施例的處理時間(從還原開始到結(jié)束的時間)如圖10所示。還有，歷來方法(1)是從頂吹吹氧管頂吹微粉炭及O2，而從底吹風(fēng)口吹入攪拌氣的方法，歷來方法(2)是從頂吹吹氧管向爐渣上吹入O2，同時，分別從底吹風(fēng)口吹入N2、O2的方法，具體操作條件如下。
歷來方法(1)頂吹O21700Nm3/hr(終級還原期)底吹N2350Nm3/hr(終級還原期)鐵水10tCr礦石4600kg(從吹氧管裝入)碳質(zhì)材料6700kg(從吹氧管裝入)
歷來方法(2)頂吹O21000Nm3/hr(終級還原期)底吹N2120Nm3/hr(終級還原期)側(cè)吹N2350Nm3/hr(終級還原期)鐵水5tCr礦(粉礦石)5000kg(頂裝)碳質(zhì)材料3200kg(頂裝)根據(jù)圖10，歷來方法(2)中Cr濃度只有6～7%，另外，在歷來方法(1)中，Cr濃度雖然達(dá)到目標(biāo)值18%，但處理時間需要120分鐘之多。與此不同，根據(jù)本發(fā)明，在為其約一半的60分鐘的處理時間內(nèi)即達(dá)18%Cr，表示出本發(fā)明具有非常優(yōu)良的處理性能。
再者，圖12表示Cr升高速度與本發(fā)明中的以純Cr計(jì)投入速度(換算為純Cr量的Cr礦石的投入速度)的關(guān)系，由圖可知，較之歷來方法(1)、(2)可得到高的Cr升高速度。
還有，以Cr原礦石為原料，進(jìn)行上述熔化還原處理時，希望將以純Cr計(jì)的投入速度(換算為純Cr量的Cr原礦石的投入速度)保持在4kg/分·噸金屬熔液以上，而進(jìn)行還原處理。這樣，通過控制以純Cr計(jì)的投入速度，降低各個Cr原礦石粒子暴露于上升氣流中的概率，大幅度降低礦石的飛散損失。
還有，如上所述，利用頂吹吹氧管吹入的上述二次燃燒用O2需要吹入主要可在爐渣內(nèi)形成二次燃燒區(qū)那樣的爐渣中，但如上所述，為防止Cr原礦石的飛散損失，在采用高的Cr原礦石投入速度時，為了不降低金屬熔液溫度而保持高的投入速度，需要一面確保高二次燃燒，一面得到高的著熱效率。
實(shí)施例2使用與實(shí)施例1相同的轉(zhuǎn)爐型熔化還原爐，改變粉狀Cr原礦石的投入速度，進(jìn)行了熔化還原。在此熔化還原中，往爐內(nèi)裝入鐵水后，裝入Cr礦石、焦炭及助熔劑，在下列條件下進(jìn)行熔化還原，得到5t18%Cr鐵水頂吹脫碳用O21500Nm3/hr頂吹二次燃燒用O21100Nm3/hr底吹氣體量(N2) 700Nm3/hr側(cè)吹氣體量(N2) 300Nm3/hr另外，裝入的Cr原礦石的粒度分布如下
還有，Cr原礦石中所含總Cr量為30%。圖13是表示本實(shí)施例中的Cr原礦石的投入速度(以純Cr計(jì)投入速度)與礦石飛散損失的關(guān)系，從圖中可知將Cr原礦石(以純Cr計(jì))投入速度提高到4kg/分·噸金屬熔液以上時，飛散損失顯著降低。
在熔化還原處理中，從確保操作穩(wěn)定性、原材料利用率等方面考慮，要求正確把握熔化還原的進(jìn)行狀況，適時結(jié)束處理。特別是如果Cr礦石還原結(jié)束后還繼續(xù)吹煉，那么，由于Cr的再熔化和金屬熔液中〔C〕的脫碳反應(yīng)，金屬熔液溫度會以10～15℃/分的速度升高，就會明顯增大耐火材料的損耗。因而，正確地得知還原結(jié)束，就立即結(jié)束吹煉，這對于經(jīng)濟(jì)操作也是不可缺少的。歷來是根據(jù)Cr原料投入量等預(yù)測還原處理所需要的時間，在處理開始后經(jīng)過一定時間的某一點(diǎn)結(jié)束處理，但實(shí)際上因還原速度存在誤差等，所以處理結(jié)束或者過早;或者過晚，為此，或者在熔渣中還大量殘存未還原Cr;或者無益地使金屬熔液溫度升高等，這對進(jìn)行穩(wěn)定而經(jīng)濟(jì)操作是有問題的。
本發(fā)明者們著眼于隨著還原反應(yīng)的減少，而廢氣中的O2源量亦減少這一關(guān)系，根據(jù)廢氣中的O2源與吹入O2之間的差來判斷還原結(jié)束時間，從而解決了上述問題。
歷來，認(rèn)為Cr礦石是在熔化于爐渣中后，被爐渣中的碳質(zhì)材料所還原，但是，如上所述，本發(fā)明者們查明了實(shí)際的大部分還原反應(yīng)實(shí)際上是由于金屬熔液中的C作為還原物質(zhì)起作用而產(chǎn)生的。
而且，在此種Cr礦石的熔化還原中，作為總反應(yīng)，還原反應(yīng)是通過下式進(jìn)行的
(Cr礦石中)(金屬熔液中)(金屬熔液中)(廢氣)還原反應(yīng)越活潑，CO的發(fā)生量越多。因而，通過測定廢氣CO、CO2中O2源的含量，求取此O2源量與吹入O2量之差，即可了解還原反應(yīng)的進(jìn)行程度。
廢氣中O2含量可由下式(1)求得QE×(〔%CO〕× 1/2 +〔%CO2〕)/100……(1)
式中，QE廢氣流量 (Nm3/min)(%CO)廢氣中的CO濃度(%)(%CO2)廢氣中的CO2濃度 (%)并且，如下式(2)所示，求取由上式求得的值與吹入爐內(nèi)的O2量之差，通過求取此值與Cr原料中O2含量的比例，即可求得Cr原料的還原程度，即Cr原料還原率R。
……(2)式中，WoreCr原料投入量(t)OoreCr原料中O2含量 (Nm3/t)Fo2吹入O2流量 (Nm3/t)在本方法中，測定廢氣流量與氣中的CO、CO2濃度，根據(jù)上式(2)，在Cr原料還原率R值達(dá)到預(yù)先確定的目標(biāo)值時使還原處理結(jié)束。
具體來說，R值在0.01(min-1)以下的范圍內(nèi)，就可認(rèn)為Cr礦石還原基本完結(jié)，因而，R達(dá)到0.005(min-1)以下時使吹煉結(jié)束是理想的。另外，通過觀察此R值，可以把握Cr礦石的反應(yīng)速度，例如，在判斷為此反應(yīng)速度小而還原遲滯時，可以采取增加攪拌氣流等措施。再者，根據(jù)R值可以推定金屬熔液溫度，在吹煉結(jié)束之前可以采取措施以確保金屬熔液溫度。
實(shí)施例3使用轉(zhuǎn)爐型熔化還原爐(5t)，裝入2.7t鐵水后，裝入Cr礦石、焦炭及助熔劑，進(jìn)行熔化還原，得到5.5t18%Cr鐵水。在此熔化還原中，終級還原期的氣體吹入條件如下所示吹氧管送氧量Fo21500 Nm3/hr底吹氣體量(N2) 750 Nm3/hr側(cè)吹氣體量(N2) 360 Nm3/hr在此還原處理中，根據(jù)如下標(biāo)準(zhǔn)使終級還原處理結(jié)束(1)本發(fā)明法在R值為0.005(min-1)以下時結(jié)束處理。
(2)比較法終級還原的處理時間一定為15分鐘。
圖14是比較法終級還原的一例，在13分時終級還原結(jié)束，但從圖中可知，實(shí)際上因進(jìn)行了15分鐘吹煉，所以金屬熔液溫度急劇上升，一度還原后的Cr再次被氧化，溫度急劇上升。
圖15是表示R值與此時爐渣中Cr量的關(guān)系，從圖中可知，如果R值在0.01以下，爐渣中的Cr量則為1%以下。
圖16及圖17是表示本發(fā)明法及比較法中還原結(jié)束時的爐渣中Cr濃度及停吹時的金屬熔液溫度，從圖中可知，根據(jù)本發(fā)明法，爐渣中的Cr被有效還原，并且，停吹時的金屬熔液溫度也大致處于目標(biāo)水平。因而，在本發(fā)明中，正確地檢知還原結(jié)束，即可迅速地結(jié)束吹煉。
對此，從圖中可知，在比較法中，爐渣中Cr濃度和停吹時的金屬熔液溫度等存在相當(dāng)大的誤差，或者吹煉結(jié)束過晚;或者相反結(jié)束過早;或者產(chǎn)生金屬熔液溫度下降及上升或原材料利用率下降。
本發(fā)明的熔化還原爐如圖3所示，其結(jié)構(gòu)為備有底吹風(fēng)口(1)和側(cè)吹風(fēng)口(2)，至少要設(shè)置一個底吹風(fēng)口(1)與側(cè)吹風(fēng)口(2)，使兩者的氣體吹入管線相交叉。
底吹風(fēng)口(1)及側(cè)吹風(fēng)口(2)如圖3(b)所示，可以設(shè)置數(shù)個，在此場合，希望1個底吹風(fēng)口與側(cè)吹風(fēng)口為一組，分別設(shè)置風(fēng)口，使各組風(fēng)口的氣體吹入管線相一致。
還有，從側(cè)吹風(fēng)口(2)吹入的氣體使金屬熔液隆起部(A)飛濺是很重要的，為此，要決定側(cè)吹風(fēng)口與在金屬熔液面的高度方向上的位置關(guān)系。
圖18是表示本發(fā)明的一實(shí)施例，在爐體底部中心及偏離中心部分的兩個地方設(shè)置底吹風(fēng)口(1a)、(1b)，在爐側(cè)面設(shè)置側(cè)吹風(fēng)口(2)，使氣體吹入管線X與底部中心的底吹風(fēng)口(1a)的氣體吹入管線垂直相交。
底吹風(fēng)口如圖3(a)所示，可以只設(shè)置一個，但是，如果要從一個底吹風(fēng)口供給全部氣體，那么，氣體壓力會非常高，氣體就會將金屬熔液吹起，有不能形成如圖2所示那樣的適當(dāng)?shù)慕饘偃垡郝∑鸩?A)的危險(xiǎn)。為此，在本實(shí)施例中，作為底吹風(fēng)口，除與側(cè)吹風(fēng)口對應(yīng)的風(fēng)口(1a)外，又設(shè)置了一個風(fēng)口。
其次，分別使用此實(shí)施例的還原爐與如圖20所示那樣的側(cè)吹風(fēng)口(2′)和底吹風(fēng)口(1′)的氣體吸入管線不交叉的比較例的還原爐，進(jìn)行了熔化還原的實(shí)施結(jié)果。
在此熔化還原中，往爐中裝入3.7t鐵水后，在下述頂吹及原料投入條件下，對底吹氣體量、側(cè)吹氣體量作各種變化進(jìn)行了熔化還原。
頂吹脫碳用O21400Nm3/hr頂吹二次燃燒用O2800Nm3/hrCr原料粉狀Cr礦石投入速度(換算為純Cr量的Cr礦石的投入速度)3.5～4.0kg/分·噸金屬熔液風(fēng)口噴嘴直徑φ13mm圖19(本發(fā)明爐)及圖21(圖20的爐)分別表示底吹氣體量及側(cè)吹氣體量與金屬熔液中〔Cr〕升高速度的關(guān)系，在本發(fā)明提供的熔化還原爐上，可根據(jù)底吹氣體量及側(cè)吹氣體量，而得到高的〔Cr〕升高速度。與此相反，在圖20的爐上，隨著底吹氣體量的增加，金屬熔液的飛濺稍變活躍，〔Cr〕升高速度稍有增大，但與本發(fā)明的爐相比，其程度很小，側(cè)吹氣體量的變化也基本上沒有效果。
本發(fā)明為了能由Cr礦石和Cr球團(tuán)礦直接得到高Cr鐵水，通過與脫碳處理工序的組合，就可以直接由Cr礦石等制造不銹鋼等高Cr鋼。
權(quán)利要求
1.一種Cr原料的熔化還原法，使用備有底吹風(fēng)口、側(cè)吹風(fēng)口及頂吹吹氧管的熔化還原爐，利用碳質(zhì)材料的C源還原Cr礦石等Cr原料而得到高Cr鐵水，在此方法中，在還原時間內(nèi)，要進(jìn)行下述(1)～(3)的氣體吹入；(1)從底吹風(fēng)口吹入CO和/或惰性氣體，(2)從側(cè)吹風(fēng)口吹入CO和/或惰性氣體，以便至少使一部分氣流沖擊由底吹氣體引起的金屬熔液隆起部，(3)從頂吹吹氧管向金屬熔液中吹入脫碳用O2，同時，向爐渣中吹入二次燃燒用O2，并且，一面將二次燃燒比保持在0.3以上，一面進(jìn)行還原處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Cr原料的熔化還原法，其特征在于利用其尖端位于操作中的爐渣面附近或爐渣面之下的吹氧管吹入脫碳用O2及二次燃燒O2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的Cr原料的熔化還原法，其特征在于以Cr原礦石為Cr原料，一面將以純Cr計(jì)的投入速度(換算為純Cr量的Cr原礦石的投入速度)保持在4kg/分·噸金屬熔液以上，一面進(jìn)行還原處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的Cr原料的熔化還原法，其特征在于作為從風(fēng)口吹入的氣體，使用從Ar、N2、CO中任選一種氣體或由這些氣體中的兩種以上氣體組成的混合氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的Cr原料的熔化還原法，其特征在于利用具有脫碳供O2用的噴嘴與二次燃燒供O2用的噴嘴的頂吹吹氧管，將二次燃燒供O2通向比脫碳供O2用噴嘴更外側(cè)的斜下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的Cr原料的熔化還原法，其特征在于在熔化還原處理中測定廢氣流量與廢氣中的CO及CO2濃度，由該測定值根據(jù)下式求取Cr原料還原率R，根據(jù)該Cr原料還原率R判斷熔化還原處理結(jié)束時期，使還原處理結(jié)束
式中，WoreCr原料投入量(t)OoreCr原料中O2含量 (Nm3/t)QE廢氣流量 (Nm3/min)(%CO)廢氣中的CO濃度(%)(%CO2)廢氣中的CO2濃度 (%)Fo2吹入O2流量 (Nm3/min)。
7.一種Cr原料的熔化還原爐，其特征在于在具有底吹風(fēng)口與側(cè)吹風(fēng)口的Cr原料的熔化還原爐上，至少配置一個底吹風(fēng)口與側(cè)吹風(fēng)口，使兩者的氣體吹入管線相交叉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的Cr原料的熔化還原爐，其特征在于該爐設(shè)有數(shù)組氣體吹入管線相交叉的底吹風(fēng)口與側(cè)吹風(fēng)口。
全文摘要
熔化還原Cr原料直接得到高Cr鐵水方法，包括使用備有底吹、側(cè)吹風(fēng)口及頂吹氧熔化還原爐，底吹惰性氣體使熔液面形成隆起部，向該隆起部側(cè)吹惰性氣體，使熔液向爐渣中的Cr原料浮游區(qū)擴(kuò)散以促進(jìn)溶液中C引起的Cr還原，向熔液中頂吹脫碳用O
文檔編號C22C33/04GK1047109SQ89103058
公開日1990年11月21日 申請日期1989年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月13日
發(fā)明者田辺治良, 川上正弘, 高橋謙治, 巖崎克博, 井上茂 申請人:日本鋼管株式會社