【鋼鐵冶煉】-高碳鉻鐵的冶煉工藝與原理

高碳鉻鐵的冶煉工藝與原理高碳鉻鐵的冶煉工藝與原理 高碳鉻鐵的冶煉工藝與原理高碳鉻鐵的冶煉工藝與原理一、礦熱爐高碳鉻鐵的生產(chǎn)方法有電爐法、豎爐（高爐）法、等離子法和熔融還原法。豎爐法現(xiàn)在只生產(chǎn)低鉻合金Cr<3％，較高鉻含量（例如Cr>6％）的豎爐法生產(chǎn)工藝尚處在研究（1）電爐使用電這種最清潔的能源。其他能源如煤、焦炭、原油、天然氣等都不可避免地將伴生的雜質(zhì)元素帶入冶金過程。只有采用電爐才能生產(chǎn)最清潔的合金。（2）電是唯一能獲得任意高溫條件的能源。（3）電爐容易實現(xiàn)還原、精煉、氮化等各種冶金反應(yīng)要求的氧分壓、氮分壓等熱力學(xué)條件。主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)生產(chǎn)的品種和年產(chǎn)量，首先確定爐用變壓器的額定容量，選擇變壓器的類型（三相或三臺單相、工作電壓和工作電流。然后確定電爐的幾何參數(shù)，包括電極直徑，電極極（或電極中心距。表1部分還原電爐主要技術(shù)參數(shù)變壓器容量/KVA使用電壓/V電極直徑/mm極心圓直徑/mm爐膛直徑/mm爐膛深度/mm9000148.59002300-25004500210012500120-168?1910202600±5060002300組成結(jié)構(gòu)埋弧式還原電爐由爐體、供電系統(tǒng)、電極系統(tǒng)、煙罩（或爐蓋、加料系統(tǒng)、檢測和控制系統(tǒng)、水冷卻系統(tǒng)等組成。二、工藝流程原料的選取冶煉高碳烙鐵的原料有鉻礦、焦炭和硅石。其中焦炭以及硅石作為還原劑。（1）鉻礦世界鉻鐵礦礦床主要分布在東非大裂谷礦帶、歐亞界ft烏拉爾礦帶、阿爾卑斯—喜馬拉雅礦帶和環(huán)太平洋礦帶。近南北向褶皺帶中的鉻鐵礦資源量，占世界總量的90％以上。其中南非、哈薩克斯坦和津巴布韋占世界已探明鉻鐵礦總儲量的85％以上，占儲量基礎(chǔ)的90％以上，僅南非就占去了約3/4的儲量基礎(chǔ)。①選礦原則：由于鉻是用途最多的金屬，而且在“戰(zhàn)略金屬”中列第一位。當今世界擁有鉻礦資源的國家或資源缺乏的國家，都在加緊鉻礦石選礦的研究，其選別方法有：1）重選：如跳汰、搖床、螺旋溜槽、重介質(zhì)旋流器等。2）磁電選：包括高強場磁選、高壓電選。3）浮選和絮凝浮選。4）聯(lián)合選：如重選—電選。5）化學(xué)選礦：處理極細粒難選貧鉻礦。在上述鉻礦選礦方法中，生產(chǎn)上主要采用重選方法，常采用搖床和跳汰選別。有時重選精礦用弱滋選或強磁選再選，進一步提高鉻精礦石的品位和鉻鐵比。②鉻礦搭配原則：在高碳鉻鐵的實際生產(chǎn)中往往需要選擇合適的礦種搭配以及搭配比例。鉻礦搭配的原則主要有:1）合適的鉻鐵比。一般來說，冶煉含鉻量大于5％的合金要求入爐綜Cr2o3/∑FeO2.0602.6。2）MgO/Al2o3比值。它不但影響熔渣的導(dǎo)電性能和還原性能，而且影響合金的含碳盤。在實際生產(chǎn)中，使用MgO/Al2o3，比值偏低的鉻礦需配足量的焦炭，以增加焦3）合適的塊度搭配。單獨使用粉礦時，易造成粉礦燒結(jié)，使料面透氣性變差，嚴重破壞了冶煉氣氛；使用塊度大的鉻礦易增加精煉層厚度，造成合金含碳量偏低。4）合適的熔化性能。單純使用易熔鉻礦會造成成渣過早，使熔化速度快于還原速度，易造成渣中跑鉻高現(xiàn)象;單純使用難熔鉻礦會增厚精煉層，出現(xiàn)大量未還原礦核以及合金含（2）還原劑在合金生產(chǎn)中，使用最為普遍的是最便宜的一種還原劑冶金焦“碎塊（高爐用焦經(jīng)篩選后的篩下焦。由于煉焦用煤的質(zhì)量及焦化廠生產(chǎn)焦炭的條件不同，碎焦塊的質(zhì)量也各焦炭中含有的硫主要是有機琉及大量的硫化物，還有少量的硫酸鹽和極少量以碳中固35％-550.8-1t/m3。焦炭的性質(zhì)依其塊度不同而變化，如表2所示。表2焦炭性質(zhì)隨塊度變化情況塊度/mm25--5013--256--136含量/％揮發(fā)分2.02.54.06.0灰分固定碳25-40mm的焦塊的電阻比焦粒10％-15％。生產(chǎn)鐵合金用焦炭原料的處理原料的質(zhì)量要求：原料的品位和純潔度：冶煉要求原料盡可能高的品位。純潔度高的原料可以取得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低消耗的效果原料中的有害雜質(zhì)：原料中的雜質(zhì)以硫磷最為有害，因為它們進入鉻鐵合金后，最終將影響鋼和鋼材的質(zhì)量。原料的粒度：原料粒度是否合適對冶煉進程是有很大的影響。原料粒度過大會造成鉻礦中Cr2o3＞40％，Cr2o3/ΣFeO＞2.5，s＜0.05％，P＜0.07％，MgO和Al2o3含量不能過高；粒度10—70mm，如系難熔礦，粒度應(yīng)適當小些。焦炭要求含固定炭不小于84％，灰分小于15％，S＜0．6％，粒度3—20mm。硅石要求含SiO97％，Al2o3＜1．o％，熱穩(wěn)定性能好，不帶泥土，粒度20一80mm。原料的干燥：A原料的干燥也很重要，特別是焦炭更需干燥。因為使用濕焦有以下幾方面缺點：（1）焦炭孔隙度大，故吸水性很強。焦炭中水分的波動，首先影響到爐料中固定炭配比的準確性，其次水分的蒸發(fā)也消耗熱量。特別當塌料時，濕料直接進入坩堝區(qū)（2）濕焦破碎后，其粉末常把篩孔堵塞或使篩孔變小，結(jié)果焦末篩不下來，使焦炭中粉末增多。（3）濕焦炭裝入到閉爐，易使料管堵塞產(chǎn)生懸料，當料崩塌時，會帶入空氣，爐內(nèi)壓力迅速增高，有可能產(chǎn)生爆炸事故。干燥焦炭可用轉(zhuǎn)簡干燥機。轉(zhuǎn)筒干燥機的直徑為1.5m；長12m，通入轉(zhuǎn)筒的熱風(fēng)溫度為200℃，這種干燥機每小時每立方米容積能蒸發(fā)水分24kg。破碎與篩分：由于入護的原料有一定的粒度規(guī)格，而使用直接從礦ft開采遠來的礦石往往不能滿足這個要求，因此必須先進行破碎篩分達到所規(guī)定的粒度才能入爐使用。目前，破碎鉻礦和硅石的設(shè)備大多使用顎式破碎機。礦石在不動顎板和可動顎板之間礦熱護要求焦炭的粒度比礦石小。對冶煉要求小粒度的原料或焦炭可采用對輥破碎機15-20mm4-5mm的小槽。對輥為硬面鑄鐵件，其質(zhì)量好壞影響其使用壽命，33-4。原料的輸送與稱量：原料破碎后，再篩分，經(jīng)過稱量配料，送到爐頂料倉，通過料管加入爐或送至加料平臺。上料（即原料的輸送）設(shè)備與稱量必須簡單可靠，目前采用的上料方式有以下兩種：一種是用皮帶運輸機將料達到料倉，然后按配料比在配料車（又稱作稱量車）將料配另一種上料方式是用上料小車沿斜橋?qū)t科送到爐頂平臺。上料小車在原料倉，用杠5kg。爐料的混合是靠下料和倒運時進行的。所以在稱量時，應(yīng)當把密度較小的料配在底部，以便下料時達到混合均勻的目的。原料的預(yù)處理為降低高碳鉻鐵生產(chǎn)設(shè)備的造價，各廠都趨向使用大型還原封閉電爐，這些電爐必須造球工藝：鉻礦資源中塊礦只占總量的20％，其余80％是粉礦。有相當一部分鉻礦居（又稱冷固結(jié)球團、熱壓塊、蒸汽養(yǎng)生球團、碳酸化球團、燒結(jié)球團、預(yù)還原球團等。常用造球設(shè)備有壓塊機、圓筒造球機、因盤造球機等。焙燒工藝過程：原料礦石中通常含有大量的高價氧化物、化合水、碳酸鹽和硫化物。焙燒是在適當溫度和氣氛條件下，使礦石發(fā)生脫水、分解、氧化、還原過程，改善入爐礦石的物理性質(zhì)和化學(xué)組成。燒結(jié)工藝：燒結(jié)是利用礦石出現(xiàn)熔化或礦石與焙劑之間的固—固反應(yīng)產(chǎn)生液相來潤濕ΔG個自發(fā)進行的過程。高碳鉻鐵的冶煉冶煉基本原理電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本原理是在電弧加熱的高溫區(qū)用碳還原鉻礦中鉻和鐵的氧化按爐口形式分為高煙罩敞口式、矮煙罩敞口式（將高煙罩降低后，短網(wǎng)由煙罩上部引入的一種改進型、半封閉式和封閉式4種（見下圖3。前兩種為早期使用的形式，日趨淘汰。目前廣泛采用的是半封閉式和封閉式。其中半封閉式還原電爐應(yīng)用最廣，這種電爐（特別是中、小型的）便于觀察和調(diào)整爐2所示則為全封閉式還原電爐冶煉車間剖面圖，主要由配料站、主廠房及輔助設(shè)施等組成。冶煉操作電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本原理是在電弧加熱的高溫區(qū)用碳還原鉻礦中鉻和鐵的氧化冶煉操作工藝：電爐熔劑法生產(chǎn)高碳鉻鐵采用連續(xù)式操作方法。原料按焦炭、硅石、鉻礦順序進行配料，以利混合均勻。敞口爐通過給料槽把料加到電極周圍，料面呈大錐體。電爐內(nèi)所發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)高碳鉻鐵的主要過程是：碳還原氧化鉻生成Cr3C2的開始1385KCr7C31453K1520Cr3C2，氧化鐵還原反應(yīng)開始溫度比三氧化二鉻還原反應(yīng)開始溫度低，因而鉻礦中的氧化鐵在較低的溫度下就充分地被還原出來Mysteel咨詢隆重推出十二五四大重點工程Myyouse即將舉辦“上海有色金屬技術(shù)與產(chǎn)品市場前沿論壇”-盡享新技術(shù)，新產(chǎn)品，新市場1、目的轉(zhuǎn)爐冶煉過程因設(shè)備設(shè)施存在缺陷造成轉(zhuǎn)爐煤氣泄漏,加之老區(qū)四座轉(zhuǎn)爐二次除塵風(fēng)管相互串聯(lián),新區(qū)轉(zhuǎn)爐之間距離過近;為確保在轉(zhuǎn)爐爐后及以上平臺作業(yè)人員的人身安全,制定此制度。2、作業(yè)活動分類2.1日常點巡檢、設(shè)備設(shè)施維護納入標準化作業(yè)指導(dǎo)書管理范疇;2.2設(shè)備設(shè)施在線搶檢修、處理氧槍等作業(yè)項目納入非常規(guī)危險作業(yè)管理范疇。3、危險因素分析:3.1、氧槍提升口(副槍提升口)、加料系統(tǒng)、煙罩口、鍋爐連接部位、鍋爐檢查孔、防爆膜(勾頭蓋)等冶煉過程因密封不嚴或微正壓泄漏煤氣;3.2、轉(zhuǎn)爐煤氣水封、溢流水槽、持續(xù)排水器等因水位缺失泄漏煤氣;3.3、排污管道閥門、法蘭破裂、斷裂泄漏煤氣,進出口風(fēng)管死角殘留的煤氣;3.4、出口風(fēng)管盲板、人孔夾不緊或密封條變形損壞泄漏煤氣;3.5、轉(zhuǎn)爐煤氣放散期間未正常點火造成的區(qū)域煤氣濃度超標;3.6、煤氣管道互竄造成的泄漏煤氣;4、管理職責(zé)3.1、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工段負責(zé)冶煉過程氧槍提升口(副槍提升口)、加料系統(tǒng)、煙罩口等部位煙氣的管控,存在問題及時采取相應(yīng)的安全措施。3.2、除塵運行工段負責(zé)冶煉過程水封、排水器、除塵器、人孔、盲板閥等與之相關(guān)的設(shè)備設(shè)施的管控;對轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)進行管控;負責(zé)對除塵器、鍋爐、煙罩等檢修作業(yè)的煤氣可靠切斷;對存在問題及時采取相應(yīng)的安全措施并及時做好信息反饋。3.3、各區(qū)域人員在轉(zhuǎn)爐冶煉期間進入轉(zhuǎn)爐爐后以上平臺作業(yè),必須到轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)單位進行告知并登記,該記錄由當班爐長負責(zé)。3.4、作業(yè)人員進入轉(zhuǎn)爐爐后區(qū)域必須二人同行,單人不得在該區(qū)域滯留,監(jiān)護人隨時檢測作業(yè)點煤氣濃度,必須站在上風(fēng)向,當作業(yè)點煤氣濃度超過200ppm時,不得強行作業(yè),立即撤出。3.5、進入除塵器、鍋爐、煙罩等設(shè)備設(shè)施內(nèi)進行的作業(yè),必須嚴格辦理審批手續(xù),落實相關(guān)安全措施,作業(yè)前必須到鍋爐值班室簽字確認煤氣(水蒸汽)介質(zhì)可靠切斷;并在工段安全負責(zé)人現(xiàn)場親自監(jiān)督指導(dǎo)下方可作業(yè)。5、管控要求5.1、作業(yè)人員必須經(jīng)煤氣專業(yè)知識培訓(xùn),并經(jīng)考試合格持證后,方可上崗作業(yè)。5.2、煤氣區(qū)域作業(yè)時必須二人以上,并攜帶便攜式co檢測儀。5.3、除塵工段確保風(fēng)管及風(fēng)機系統(tǒng)各人孔、機殼、軸封、軟連接、眼鏡閥及水封應(yīng)密封良好,風(fēng)機運行良好。5.4、轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工段應(yīng)經(jīng)常檢查落料管、氧槍口氮封或汽封,確保落料管、氧槍口、爐口等處保持微正壓,以保證良好的密封效果,及時清理煙罩粘鋼,以防造成堵塞,使水封抽空。5.5、煤氣系統(tǒng)的各種聯(lián)鎖安全裝置、儀表信號要保持靈敏、可靠、準確。5.6、煤氣區(qū)域檢修作業(yè)時,應(yīng)對作業(yè)現(xiàn)場一氧化碳進行檢測確認,并落實安全措施。處理管道閥門泄漏時,作業(yè)人員必須佩戴空氣呼吸器、攜帶便攜式煤氣檢測儀,由專人負責(zé)監(jiān)護。5.7、進入風(fēng)管內(nèi)及焊煙罩檢修作業(yè),必須申請,并得到審批,可靠切斷回收前盲板閥,保證轉(zhuǎn)爐冶煉結(jié)束后風(fēng)機空抽30min以上,與爐前聯(lián)系切斷該爐除塵罩,確保二次除塵風(fēng)機運行正常。作業(yè)時對管道內(nèi)一氧化碳及氧含量進行檢測,(co≤24ppm,氧含量在19.5∽23.5%)。有專人在風(fēng)管外監(jiān)護,確保救護器材完好方便使用。5.8、除塵工段進行排污、清灰、清泥等作業(yè)應(yīng)利用補爐、停爐或出鋼間隙,并做好信息聯(lián)絡(luò)及確認,落實相關(guān)安全措施。5.9、轉(zhuǎn)爐處理氧槍粘渣(鋼)或維修氧槍、上料系統(tǒng)時,應(yīng)專人監(jiān)護,檢測co濃度,一旦煤氣超標,作業(yè)人員應(yīng)立即撤離。5.10、煤氣回收崗位人員應(yīng)密切注視風(fēng)機運行情況,遇有轉(zhuǎn)爐檢修、倒換風(fēng)機、風(fēng)機跳閘等情況,及時做好與三閥組的信息聯(lián)絡(luò)工作。5.11、除塵工段倒、停、并風(fēng)機作業(yè),必須辦理申請審批手續(xù),接到調(diào)度作業(yè)指令時,必須確認爐前濺渣結(jié)束,爐口搖平后,方可作業(yè),當班班長統(tǒng)一指揮,專人監(jiān)護,并備用防護救援器材。5.12、各煤氣管網(wǎng)、設(shè)施上的水封槽、排水器應(yīng)始終保持溢流,防止壓力擊穿跑煤氣。冬季應(yīng)做好保溫防凍措施,禁止將水封的排水管、溢流管直接插入