專利名稱：交流等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于等離子熔融還原技術(shù)，尤其涉及在交流等離子爐中進行熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法和裝置。
目前，國內(nèi)外冶煉微碳難熔鐵合金的方法，有用電爐法(冶煉鎢鐵)，電爐或真空電阻爐法(冶煉微碳鉻鐵)和爐外金屬熱還原法(冶煉鉬鐵)等。為了獲得微碳鐵合金，采用非碳質(zhì)原料作還原劑，如用硅鉻合金冶煉微碳鉻鐵，用硅、鋁作還原劑冶煉鉬鐵和鎢鐵。這類鐵合金的還原溫度和熔點都比較高。如鎢鐵的熔點在2800K以上，用電爐冶煉時呈半熔融狀態(tài)，不能自流出爐外，冶煉時間很長，能耗過大。如上所述，在冶煉這類鐵合金時，由于需要特殊的冶煉工藝，或需要用昂貴的非碳質(zhì)原料作還原劑，或需要過高的能耗等等，從而導致這類鐵合金的成本過高，最終也導致用這類鐵合金作為合金添加劑的合金鋼的成本過高。
本發(fā)明的目的是提供一種快速、高效、簡便和經(jīng)濟的在等離子電爐中進行鉻、鎢、鉬精礦的熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法和裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在工藝上所采用的技術(shù)方案是在三相交流等離子爐內(nèi)預先一次性裝填完所需廢鋼屑或廢鐵屑，并加入鉻精礦、或鎢精礦、或鉬精礦、硅鐵、石灰和氧化鎂，約占總爐容的2/3左右。
在冶煉Cr55微碳鉻鐵時，爐料所用成分的含量百分及所用份額為Cr2O3為52.10％的鉻精礦100份；硅為75％的硅鐵粉25～27份；廢鋼屑8～10份；CaO≥75％的石灰8～10份；MgO≥90％的氧化鎂4～6份。
在冶煉W75鎢鐵時，爐料所用成分的含量百分及所用份額為WO3為67.87％的鎢精礦100份；硅為75％的硅鐵粉21～23份；SiO2≥95％的硅石6～8份；CaF2≥85％的螢石2～3份；廢鋼屑4～5份。
在冶煉Mo60鉬鐵時，爐料所用成份的含量百分及所用份額為MoO3為69.82％的鉬精礦100份；硅為75％的硅鐵粉30～32份；CaO≥75％的石灰4～6份；CaF2≥85％的螢石1～2份；廢鋼屑15～17份。
等離子發(fā)生器所用載氣體為Ar氣，或焦爐煤氣。焦爐煤氣可以產(chǎn)生還原性等離子體，有利熔融還原過程。
冶煉時，待爐料已大部熔化后，往等離子爐內(nèi)添加經(jīng)干燥和混勻過的粉狀原料，控制粒度＜20目。其方式是用流化噴粉裝置通過一根小孔石墨電極均勻噴入等離子爐弧區(qū)。已還原的金屬Cr、W和Mo溶入已熔化的廢鋼屑或廢鐵屑液中，達到規(guī)定牌號的鐵合金目標值。
為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明在裝置上采用的技術(shù)方案是用于熔融還原鉻、鎢、鉬精礦直接冶煉微碳鐵合金的等離子爐，由三相交流等離子發(fā)生器和爐體兩部分組成。該發(fā)生器由三根小孔石墨電極構(gòu)成，三根電極互相平行地豎直安裝，三根電極的園心呈等邊三角形均勻布置。每根電極均可以作上下移動和平行移動，每種移動均能自鎖。爐體由爐蓋和園臺形爐殼組成，內(nèi)襯為高溫耐火材料，爐蓋和爐體用鋼板焊接而成，通水進行冷卻；爐蓋上開有孔，以供電極插入和升降，爐底開有鐵合金流出口和排渣口。
三根石墨電極沿軸心鉆一φ4～φ8mm小孔，以注入穩(wěn)定流動的載氣體。將三根石墨電極中的一根，作為噴粉加料極，孔的大小以滿足粉料能順利流動，并以一定的氣粉比將粉料均勻噴入，使粉料在石墨電極端口流出時大部分被等離子高溫熔融和還原為宜。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下一系列特點采用熔融還原不會產(chǎn)生已還原合金元素的重氧化，可以使鐵合金中氧含量降至很低水平；采用硅鐵粉作還原劑，鋼中C含量可以一次降到微C鐵合金中C含量的要求；采用流化噴粉裝置將所有原料通過電極中心孔均勻噴入高溫等離子體弧區(qū)，不僅熔融還原速度極快，而且減化了加料過程；采用三相交流低電壓大電流變壓器提供等離子體發(fā)生器所需電源，相同容量的普通電弧爐用變壓器可以滿足這一要求。因此，適應性廣。
采用本發(fā)明的小孔石墨電極，等離子弧引弧容易，而且弧體穩(wěn)定，不受爐料影響。可以通過升降石墨電極調(diào)節(jié)等離子弧的弧長；亦可通過調(diào)節(jié)變壓器的次極電壓和載氣流量來調(diào)節(jié)等離子體的功率和弧長，以滿足冶煉工藝過程的要求。
也可采用焦爐煤氣替代Ar氣作為載氣體以產(chǎn)生還原性等離子體，有利于熔融還原過程的工藝要求，而且比Ar氣更經(jīng)濟、適用。
采用粉料入爐，對爐料不需造球制塊，也不用加粘結(jié)劑，爐料適應性廣，對需要的爐料品位、粒度和形狀都沒有特殊要求。
因此本發(fā)明可達到下列技術(shù)經(jīng)濟指標1、冶煉時間＜30分鐘；2、Cr回收率可達90～95％、W和Mo回收率可達96～98％；3、鐵合金成本可降低1/3。
其指標詳見附表。
現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述

圖1是本發(fā)明的三相交流等離子熔融還原鉻、鎢、鉬精礦直接冶煉微C鐵合金工藝流程示意圖。
圖2是本發(fā)明的三相交流等離子熔融還原鉻、鎢、鉬精礦直接冶煉微碳鐵合金的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的工藝流程如圖1所示第一步，先將粒度＜20目的鉻、鎢、鉬精礦粉、硅鐵粉和熔劑，在120℃以內(nèi)進行干燥，經(jīng)配料后進行混勻，干燥的目的是保證粉料在噴粉罐內(nèi)順利流化和輸送，也保證配料準確。
第二步，將廢鋼屑或廢鐵屑按配料需要一次裝入爐內(nèi)，再加入部分混合料，填充到整個爐容的2/3左右。其余粉料裝入噴粉罐，并用Ar氣充壓流化。
第三步，等離子熔融還原。先是往小孔石墨電極中注入Ar氣，啟動變壓器電源(變壓器為三相交流低電壓大電流變壓器)，引等離子弧。約5分鐘后，當?shù)入x子爐內(nèi)的爐料已基本熔融并充滿等離子體時，開啟噴粉罐下料球閥噴入其余的混合粉料，控制氣粉比合適，使粉料一經(jīng)離開電極端口即能被高溫等離子體弧熔融和還原。然后調(diào)節(jié)電極高度，采用等離子埋弧精煉，并適當降低所用等離子體功率。
第四步，提升電極、停電、停氣、出鋼、出渣。
三相交流等離子熔融還原鉻、鎢、鉬精礦直接冶煉微碳鐵合金裝置如圖2所示。它包括等離子爐和等離子發(fā)生器兩部分，等離子爐由爐蓋「4」和爐體「5」兩部分組成。爐蓋「4」呈弧形，中心開有電極「2」、「8」、「9」插入和升降孔；爐體「5」為園臺形，底部相應部位開有排渣口「6」和鐵合金出口「7」，爐蓋「4」和爐體「5」的爐殼用鋼板焊結(jié)而成，均通水冷卻，內(nèi)砌高溫耐火材料。
等離子發(fā)生器由三根沿軸心鉆有小孔的石墨電極「2」、「8」、「9」組成，其中一根鉆的孔徑較大，兼供由噴粉罐「1」噴入爐料。水冷銅電極夾持器「3」供100～135V三相交流電輸入，并與電極升降裝置聯(lián)接并絕緣，實現(xiàn)電極的升降、平移的工藝要求。
通過電極的小孔注入穩(wěn)定流動的等離子載氣體Ar或焦爐煤氣，噴粉罐「1」用一定壓力的Ar氣作為氣源，提供穩(wěn)定流動的粉料噴入爐內(nèi)。
本發(fā)明的具體操作是提升電極「2」、「8」、「9」，開啟爐蓋「4」，先將配料所需的廢鋼屑、或廢鐵一次性加入爐內(nèi)；再將經(jīng)干燥、混勻并配料后的混合料加入爐內(nèi)，裝填到整個爐容的2/3左右，蓋上爐蓋「4」，插入電極「2」、「8」、「9」，啟動水泵使爐蓋「4」、爐殼「5」及水冷銅電極夾持器「3」通入冷卻水。將剩余的混合粉料裝入噴粉罐「1」，并用Ar氣充壓到一定壓力；將電極「8」和「9」注入等離子載氣，啟動電源，引等離子弧，調(diào)節(jié)電極使等離子弧穩(wěn)定。約5分鐘后，待大部分爐料已熔融和還原，料面下降，上部空間已充滿等離子氣體。這時等離子弧已很穩(wěn)定，開啟噴粉罐下料球伐，向爐內(nèi)供料，直至料噴完。調(diào)節(jié)電極「2」、「8」、「9」升降，進行埋弧精煉。冶煉結(jié)束，提升電極「2」、「8」、「9」，停電，停氣，帶渣出鐵合金，最后出完全部爐渣。
附表
權(quán)利要求
1．一種采用等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法，其特征包括在三相交流小孔石墨電極等離子爐內(nèi)預先裝填廢鋼屑或鐵屑，并加入鉻精礦、或鉬精礦、或鎢精礦、硅鐵、石灰和氧化鎂。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法，其特征在于冶煉Cr55微碳鉻鐵時，爐料所用成分的含量百分及所用份額為Cr2O3為52.10％的鉻精礦100份；硅為75％的硅鐵粉25～27份；廢鋼屑8～10份；CaO≥75％的石灰8～10份；MgO≥90％的氧化鎂4～6份。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法，其特征在于冶煉W75鎢鐵時，爐料所用成分的含量百分及所用份額為WO3為67.87％的鎢精礦100份；硅為75％的硅鐵粉21～23份；SiO2≥95％的硅石6～8份；CaF2≥85％的螢石2～3份，廢鋼屑4～6份。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法，其特征在于冶煉Mo60鉬鐵時，爐料所用成份的含量百分及所用份額為MoO3為69.82％的鉬精礦100份；硅為75％的硅鐵粉30～32份，CaO≥75％的石灰4～6份，CaF2≥85％的螢石1～2份，廢鋼屑15～17份。
5．根據(jù)權(quán)利要求1～4所述的等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法，其特征在于加入等離子體爐內(nèi)的原料為干燥過的粉料，粒度＜20目。
6．根據(jù)權(quán)利要求1～5所述的等離子熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的方法，其特征在于往等離子爐內(nèi)添加料的方式是用流化噴粉裝置通過氣體將粉料經(jīng)一根小孔石墨電極均勻噴入等離子爐弧區(qū)。
7．一種用于熔融還原直接冶煉微碳鐵合金的裝置，其特征在于其由三相交流等離子發(fā)生器和爐體組成。三相交流發(fā)生器由三根小孔石墨電極「2」、「8」、「9」構(gòu)成。用Ar氣或焦爐煤氣作載氣體。爐體由爐蓋「4」和園臺形爐殼「5」組成，內(nèi)襯為高溫耐火材料，爐蓋「4」和爐殼「5」用雙層鋼板焊接而成，均通水冷卻，爐蓋「4」上開有孔，爐底開有鐵合金流出口「7」和排渣口「6」。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的冶煉微碳鐵合金裝置，其特征在于所述的三根電極「2」、「8」、「9」互相平行地豎直安裝，三根電極「2」、「8」、「9」的園心呈等邊三角形均勻布置。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的冶煉微碳鐵合金裝置，其特征在于三根石墨電極「2」、「8」、「9」沿軸心鉆一φ4～φ8mm小孔。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的冶煉微碳鐵合金裝置，其特征在于將三根石墨電極「2」、「8」、「9」中的一根，作為噴粉加料極。
全文摘要
一種采用交流等離子熔融還原鉻、鎢、鉬精礦直接冶煉微碳鐵合金的方法和裝置。冶煉裝置為三相交流小孔石墨電極等離子爐,注入Ar氣或焦爐煤氣以作為載氣體,其中一根電極兼作加料極,將鉻精礦粉、或鉬精礦粉、或鎢精礦粉、硅鐵粉、石灰和螢石等經(jīng)電極中心孔噴入熔池。被還原的Cr,W和Mo等金屬溶入被熔化的定量廢鋼屑或鐵屑中,達到鐵合金所需的合金目標值。整個熔融還原及鐵合金化過程速度快、收得率高、成本低。
文檔編號C22C33/04GK1298033SQ99120078
公開日2001年6月6日 申請日期1999年11月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月24日
發(fā)明者羅廷和, 李松輝, 曾小寧, 王鐵, 羅江 申請人:武漢科技大學