無錫不銹鋼板,、無錫不銹鋼管廠家無錫漢能不銹鋼2020年10月21日訊  鉻鐵是生產(chǎn)不銹鋼的最重要的原料,，主要應(yīng)用于生產(chǎn)不銹鋼、滾珠軸承鋼,、工具鋼,、滲氮鋼、熱強鋼,、調(diào)質(zhì)鋼,、滲碳鋼和耐氫鋼，這是由于鉻在不銹鋼中的起決定作用,，決定不銹鋼性屬的元素只有一種,，這就是鉻，每種不銹鋼都一定含有一定數(shù)量的鉻,。

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<30％），較高鉻含量（例如Cr>60％）的豎爐法生產(chǎn)工藝尚處在研究階段,；后兩種方法是正在探索中的新興工藝；因此,，絕大多數(shù)的商品高碳鉻鐵和再制鉻鐵均采用電爐（礦熱爐）法生產(chǎn),。電爐冶煉具有以下特點：

（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、氮分壓等熱力學條件,。

1.1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,，電極極心圓直徑（或電極中心距）,，爐膛直徑,，爐膛深度，護殼直徑,，爐完高度等,。所有這些參數(shù)，通常采用經(jīng)驗公式計算,，并參照國內(nèi)外生產(chǎn)實踐進行選定,。部分冶煉高碳鉻鐵的還原電爐主要技術(shù)參數(shù)列于表1。

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/mm

270093.5500115028001700

8000138870225065002700

9000148.59002300-250045002100

1250015810002300-250049002100

12500120-168?19級10202600±5060002300

250002201300330077002500

1.2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：

2.1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、歐亞界山烏拉爾礦帶、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（Cr2o3/∑FeO）,。一般來說,，冶煉含鉻量大于50％的合金要求入爐綜合礦的Cr2o3/∑FeO比值大于2.0；而冶煉含鉻量大于60％的合金要求此比值大于2.6,。

2）合適的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,，以增加焦炭層的厚度,，一方面是為了保證爐底不易損壞，另一方面也是為了增加未還原礦核在焦炭層的滯留時間,。減少渣中跑鉻,。

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碳量偏低等現(xiàn)象，給正常冶煉帶來了很大的困難,。合理搭配鉻礦使熔渣有合理的熔點,，對改善經(jīng)濟指標非常重要。

（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)量也各異．但是它們有一個共同的缺點，就是電阻不高,，反應(yīng)性能欠佳,，灰分和硫、磷的含量較高,，同時水分含量也較高,，而且還不穩(wěn)定。

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溶體狀態(tài)存在的元素硫,。焦炭的磷含量也各不相同。焦塊具有海綿狀組織,，并有大量的裂紋,，其氣孔率波動于35％-55％范圍內(nèi)，焦炭的視密度為0.8-1t/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6.06.58.010.0

固定碳92.091.088.084.0

塊度為25-40mm的焦塊的電阻比焦粒（10-25mm）低10％-15％,。生產(chǎn)鐵合金用焦炭在破碎時產(chǎn)生的粉末量應(yīng)盡量少,，這一點是非常重要的，而且灰分成分應(yīng)盡可能有利于所煉的鐵合金品種,。

2.2原料的處理：

2.2.1原料的質(zhì)量要求：

A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

B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,。

C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不易熔化，還原因難,，導(dǎo)電性增加,，使渣量增大，爐況惡化,，冶煉的各項技術(shù)經(jīng)濟指標變壞,。但如原料粒度過小，粉末多,，則會使爐料的透氣性不好,，電極周圍壓力大,，造成刺火。而且粉末料易熔化,，會使上層爐科燒結(jié)而懸料,，導(dǎo)致塌料，其結(jié)果是電極不穩(wěn),，刺火塌料頻繁,，未還原料直接進入坩堝，同樣會使技術(shù)經(jīng)濟指標變壞,。因此對礦熱爐的原料粒度應(yīng)有嚴格的要求,。

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,。

2.2.2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),，吸收大量的熱，使耗電量增加,。上述因素直接影響爐況的穩(wěn)定性,，造成操作困難,，產(chǎn)量下降，單位電耗增加,。

（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,。

2.2.3破碎與篩分：

由于入護的原料有一定的粒度規(guī)格,，而使用直接從礦山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進行破碎．偏心軸旋轉(zhuǎn)時,，通過連桿與推扳使可動顎板作前后往復(fù)運動,，達到壓礦排礦的目的。

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破碎,。對輥破碎機由鑄鐵機架和一組互相對滾的水平軸組成，對輥的輥面是乎的,，也可以有一條寬為15-20mm,，深4-5mm的小槽。對輥為硬面鑄鐵件,，其質(zhì)量好壞影響其使用壽命,，質(zhì)量好的對輥一般使用3個月。對輥破碎機的碎礦比一般為3-4,。

2.2.4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）將料配好卸人爐頂料倉,。配料車上裝有可開式料斗和稱料用的彈簧秤，配料車掛在電葫蘆上,。電葫蘆沿著爐子周圍的單軌運行,，配料工借電鈕裝置開動料倉的給料機，依次將爐料按要求配比稱好,，送至一定的料倉,。

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,，用杠桿式秤配料,，配好的爐料卸入上料小車，然后用卷揚機從斜橋把爐料運到爐頂平臺上,，再用小車把料推到爐頂料倉,。在用手工加料的小電爐上，配好的爐料直接送到加科平臺上,。配料時,，稱量的準確度要求達到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,。

2.2.5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，這些電爐必須使用硬塊鉻鐵礦,。由于硬塊鉻鐵礦供應(yīng)困難,，這就迫使各廠使用價廉的碎鉻鐵礦和粉礦，但這類礦必須經(jīng)過預(yù)處理才能人爐,。因此鉻礦粉的預(yù)處理是鉻鐵生產(chǎn)廠的重要環(huán)節(jié)：

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于易碎礦石,，在開采和貯存過程中極易碎裂成細小的顆粒,。即使強度高的塊礦在加工過程也產(chǎn)生大量的細粉。粉礦直接入爐不僅會造成大量有用元素隨爐渣和爐氣流失,，還會直接威脅電爐的運行安全,。此外，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量粉塵也需要造塊處理,。目前球團和造塊工藝已經(jīng)成為鉻鐵生產(chǎn)工藝流程的重要組成部分,，主要球團生產(chǎn)工藝有冷壓塊（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)生液相來潤濕和粘結(jié)礦石顆粒，冷卻后形成多孔的具有足夠強度的燒結(jié)礦的工藝過程,。燒結(jié)過程是物質(zhì)表面能降低的過程,。粉礦具有較高的分散度，其比表面積大于相同質(zhì)量的塊礦,。燒結(jié)后的礦物表面積減少,，體系的自由能ΔG降低。這是—個自發(fā)進行的過程,。

2.3高碳鉻鐵的冶煉

2.3.1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物．稱為電碳熱法,。埋弧還原電爐是電爐的一種，在鉻鐵生產(chǎn)中用于對礦石等爐料進行還原熔煉,。其持點是正常熔煉過程中電弧始終埋在爐料之中,。

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)整爐況,，可適應(yīng)不同原料條件，有利于改煉品種,。電爐煙罩多為矮煙罩演變而成的半封閉罩,，通常在其側(cè)部設(shè)置若干個可調(diào)節(jié)啟閉度的爐門，以便既可在需要加料,、搗爐操作時開啟,，又可按要求控制進風量，調(diào)節(jié)爐氣溫度,，實現(xiàn)煙氣除塵甚至余熱利用,。封閉式還原電爐，亦即帶爐蓋的密閉電爐,，爐內(nèi)產(chǎn)生的煤氣由導(dǎo)管引出,，再經(jīng)凈化處理后可回收利用。為便于操作檢修,，并保證安全運行,，封閉電爐爐蓋上設(shè)置若干個帶蓋的窺視、檢修和防爆孔,。這類電爐操作和控制技術(shù)要求較高,。圖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,。