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电炉冶炼高碳铬铁的工艺与原理

更新时间:2022-03-08 关注:478


    高碳铬铁的冶炼方法有高炉法、电炉法、等离子炉法、熔融还原法等。在高炉内只能制得含铬在30%左右的特种生铁;等离子炉法和熔融还原法属于冶炼高碳铬铁新工艺,尚未普遍采用。目前,含铬高的高碳铬铁大都采用熔剂法在矿热炉内冶炼。

一、电炉法冶炼的基本原理

   电炉法冶炼高碳铬铁的基本原理是用碳还原铬矿中铬和铁的氧化物。其主要反应 有:

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  从以上反应可以看出,碳还原氧化铬生成Cr3C2的开始温度为1373k,生成 Cr7C3的反应开始温度1403K,而还原生成铬的反应开始温度为1523K,因而在碳还原铬矿时得到的是铬的碳化物,而不是金属铬。因此只能得到含碳较高的高碳铬铁。而且铬铁中含碳量的高低取决于反应温度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。实际生产中,炉料在加热过程中先有部分铬矿与焦炭反应生成Cr3C2,随着炉料温度升高,大部分铬矿与焦炭反应生成 Cr7C3,温度进一步升高,三氧化二铬对合金起精炼脱碳作用。这些反应是:

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   氧化铁还原反应开始温度比三氧化二铬还原反应开始温度低,因而铬矿中的氧化铁在较低的温度下就充分地被还原出来,并与碳化铬互溶,组成复合碳化物, 降低了合金的熔点。同时由于铬与铁互相溶解,使还原反应更易进行。

二、高碳铬铁的冶炼工艺操作

   电炉熔剂法生产高碳铬铁采用连续式操作方法。原料按焦炭、硅石、铬矿顺序进行配料,以利混合均匀。敞口炉通过给料槽把料加到电极周围,料面呈大锥体。封闭炉由 下料管直接把料加入炉内。无论是敞口炉还是封闭炉,均应随着炉内炉料的下沉而及时 补充新料,以保持一定的料面高度。炉况正常时,三相电流平衡,电极稳定,透气好,不刺火,炉料能均匀下沉;渣铁温度正常,合金和炉渣的成分稳定,并能顺利地从炉内放出;全封闭炉的炉膛压力稳定,炉气量和炉气成分变化不大,在原料干燥的情况下料管内不产生爆鸣。出铁次数根据电炉容量大小而定,铁与渣同时从出铁 口放出。在出铁后期和出渣不顺利时,应用圆钢通畅炉眼,以帮助排渣。根据炉衬的冲刷程度确定堵眼深度。碳砖内衬用耐火粘土泥球堵眼,镁砖内衬用一定比例的镁砂粉和耐火粘土泥球堵眼。

   炉况不正常的特征为:1、还原剂用量不足时,电极下插深,电流波动,负荷送不足,电极消耗快;炉口火焰发暗;合金含硅、碳量低,铁硬,表皮泡多,渣中Cr3C2含量增高,炉渣粘度增加。2、还原剂过剩时,电极下插浅,电流波动,刺火,喷渣,电极消耗慢;炉底温度低,出铁口不易打开,炉渣不易排出;合金含碳、硅升高,渣中 Cr3C2含量降低。3、硅石过多时,电极下插深,火焰发暗,渣的流动性好,渣中Cr3C2含量升高,凝固的渣子发黑,炉墙侵蚀严重,合金中含碳量升高,合金过热度小,不易从炉内排出。4、硅石过少时,电极下插浅,炉口温度高,电极周围有粘稠的渣子,易翻渣,炉渣粘 度大,不易从炉内放出,由于炉温过高,铁水温度高,含碳量下降,渣铁数量均少。5、硅石和焦炭量都不足时,炉渣中Cr3C2含量低,很粘稠,含有许多未被还原的铬矿 和小金属粒,不易从炉内流出,合金中硅和碳的含量均有降低。6、焦炭量不足、硅石量过剩时,炉渣温度低,易熔而粘稠,含有大量的二氧化硅、Cr3C2和氧化铁,合金中硅含量下降碳含量上升;电极下插深,消耗增加。7、硅石和焦炭过剩时,炉渣易熔,从出铁口排出一些挂渣的焦炭;合金中硅和碳量都高;电极下插不稳。8、焦炭过剩、硅石不足时,电极上抬,出现刺火,焦炭自坩埚里喷出;炉渣熔点高,渣的温度也高,渣中Cr3C2含量低,炉渣粘稠,不易从炉内放出。合金中的铬含量取决于铬矿中的铬铁比和铬的回收率。合金中的碳含量主要与铬矿的物理性能有关。当铬矿熔化性好、块度小时,化料速度快,炉温低,合金含碳量高;反之,若矿石难熔,块度大,化料速度慢,炉温高,由于块矿中 Cr3C2对铬的碳化物有精炼作用,合金含碳量低。合金中的硅含量主要与还原剂用量、炉渣中二氧化硅含量和炉温有关。若还原剂用量多,炉温较高,而渣中二氧化硅含量比较高时,合金中的硅含量也高;反之,合金中含硅量则低。生产中合金含硅量波动在 0.1-5%之间。合金中的硫80%左右来自焦炭,因此要降低合金硫含量,必须采用低硫焦炭。高碳铬铁冶炼过程中,熔剂的用量直接影响炉渣的成分。由于炉渣的成分决定炉渣的熔点,炉渣的熔点又决定炉内的温度,因而选择和控制炉渣的成分是冶炼铬铁的一个重要问题。合适的炉渣成分能使炉内达到足够的温度,保证还原反应顺利进行和还原产 物顺利排出。高碳铬铁的熔点高达  1773K以上,为了保证有高的反应速度并使生成的合金顺利地 从炉内放出和渣铁分离,必须将炉温控制在铬铁熔点以上的 1923-1973K。因此,炉渣的熔点应控制在此范围内。否则,若渣的熔点偏低,炉内温度也低,出炉时,虽然炉渣能顺利流出,但铁水由于过热度小而不能畅流,就会出现出渣多出铁少的现象,严重时会出现只出渣不出铁;若渣的熔点偏高,炉内温度也高,炉渣由于熔点高过热度不够而不能畅 流,但铁水能畅流,就会出现出渣少出铁多的现象,严重时会出现只出铁不出渣。 

   当铬矿中的Cr3C2和FeO被还原后,剩下的主要氧化物为氧化镁和三氧化二铝。这两种氧化物的熔点都很高,必须加熔剂(硅石)以降低其熔点,才能从炉内流出。因此,熔剂的用量就直接影响炉渣的成分。硅石的加入量是根据 铝-镁-硅三元相图确定的。由于炉渣中氧化镁和三氧化二铝的比值在1左右,因而可以通过二氧化硅顶点划一线垂直于底。线上的点就代表炉渣的熔点,它随着二氧化硅量的增加而下降。当氧化镁/三氧化二铝比值发生变化时对炉渣的熔点影响不大,这是因为等熔度线基本上平行于底线的缘故。查三元相图时,必须把炉渣中的二氧化硅、三氧化二铝和氧化镁的含量之和换算为100%。炉渣中三氧化二铝含量对炉渣粘度有影响,若渣中三氧化二铝含量过高,炉渣粘度增加,不利于排渣。但三氧化二铝能增加炉渣的电阻率,有利于电极深插,所以需要一定的含量。

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