中頻感應爐生產鉻鐵的方法
【專利摘要】一種中頻感應爐生產鉻鐵的方法，其特征在于該方法的步驟是：A、設計制作由石墨材料構成爐襯內層的中頻感應爐；B、在該爐中裝入由鉻鐵礦、焦炭、硅石、白云石組成的爐料，焦炭、硅石、白云石的理論需要量根據鉻鐵的冶煉原理計算獲得，焦炭按計算量的50-70％加入，硅石和白云石按計算量加入；入爐鉻鐵礦的成分要求為：Cr2O3>36％、Cr2O3/FeO>2、C<0.2％、P<0.07％、S<0.05％。Al2O3的含量在10-15％范圍內；C、通電將爐料熔化成熔融物；D、在熔融物中按每100Kg礦加入工業鹽1-3Kg，5分鐘后停止通電，除去爐內上層的爐渣，然后再出鉻鐵水。經多次實踐，該中頻感應爐冶煉出來的鉻鐵完全能夠滿足YB/T4154-2006標準要求。
【專利說明】中頻感應爐生產鉻鐵的方法
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及鐵合金領域，具體為一種用中頻感應爐取代礦熱爐生產鉻鐵的方法。
二、【背景技術】
[0002]現有高碳鉻鐵全都是用礦熱爐生產出來的，其工藝流程為:鉻鐵礦塊礦+還原劑+渣料一礦熱爐一高碳鉻鐵，或者鉻鐵礦粉礦+還原劑+渣料一制球一燒結一礦熱爐一高碳鉻鐵。低碳鉻鐵一般用電弧爐生產。
[0003]中頻感應爐是一種將工頻50HZ交流電轉變為中頻(150HZ以上至2500HZ)的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變為可調節的中頻電流，供給由電容和感應線圈里流過的中頻交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流。中頻感應爐廣泛用于有色金屬的熔煉，主要用在熔煉碳鋼、合金鋼、特種鋼、鑄鐵等黑色金屬材料以及不銹鋼、鋅等有色金屬材料的熔煉，也可用于銅、鋁等有色金屬的熔煉和升溫，保溫，并能和高爐進行雙聯運行。
[0004]中國專利申請號為200610049958.5的專利申請公開了一種微碳鉻鐵的生產工藝，主要包括以下步驟:1)原料粉碎:將塊狀的高碳鉻鐵破碎成小顆粒，并磨成高碳鉻鐵粉料；2)原料配料進爐:在高碳鉻鐵粉料中加入氧化物后充分攪拌，其摩爾比為碳:氧化物=I:1-1.5，放入能夠抽真空冶煉的中頻爐內；3)生產過程:送電加溫，溫度控制在攝氏1200-1350度左右，抽真空，爐內真 空度應高于6X ΙΟ-lpa，當爐內物料的化合反應基本完成時，將爐內溫度提高到1600°C以上；4)微碳鉻鐵出爐:反應結束的鉻鐵完全熔化成液體時，解除真空負壓，出爐澆鑄，即得到碳含量為0.15%以下的微碳鉻鐵或碳含量為0.03%以下的超微碳鉻鐵。
[0005]中國專利申請號為200710034451.7的專利申請公開了一種低微碳鉻鐵合金的生產工藝，I)將高碳鉻鐵裝入中頻感應爐中，熔化，升溫至1600°C以上，倒入罐體中；2)將罐體移入工位，進行吹煉；3)取出氧槍，將氬氧槍插入罐體熔液液面300-400mm，氧氣流量為300-500升/分鐘，先按IS氧比1:3吹煉5分鐘，再按IS氧比1:2吹煉5分鐘，然后按IS氧比1:1吹煉5分鐘，同時加入硅鐵；4)將罐體移入真空室內，在罐體底部接入氬氧管，吹入氬氧混合氣，氬氣流量為150-250升/分鐘，氧氣流量為40-80升/分鐘，真空度控制在5-200Pa，吹煉20-30分鐘；5)解除真空，將罐體吊至澆注位澆注，成品。
[0006]中國專利申請號為200810031106.2的專利申請公開了一種精制鉻鐵的方法，其技術方案要點是:先是以高碳鉻鐵為原料，并將高碳鉻鐵磨成粒度小于2mm的粉料；然后在高碳鉻鐵的粉料中加入氧化物，充分攪拌，原料中的含碳和氧化物摩爾比為1:(1-1.5);再將混合料加入間歇式工業微波爐或連續式工業微波爐內，微波爐的微波頻率為300MHz至300GHz，溫度控制在700°C至1500°C，時間為40分鐘至50個小時，得到含碳量為0.3%至
0.03%的低碳鉻鐵。也可在保溫料倉中通入氮氣或氮氣與氫氣的混合氣體，可得到含氮量為3%至8%的氮化鉻鐵。它主要是用于生產低碳鉻鐵或氮化鉻鐵的工藝中。
[0007]中國專利申請號為201180004528.0的專利申請公開了用于在礦石還原電爐中生產高碳鉻鐵的方法。所要解決的問題涉及在尺寸上無限制的材料的生產過程-小于IOmm的鉻礦石和塊尺寸小于5_的含碳還原劑。為了解決該問題，將未調整的鉻礦石批料(粒徑為O-1Omm)與含碳還原劑(顆粒小于5mm)以1: (0.3-0.5)的比率混合。潤濕該混合物并在25-50MPa的壓力下將其壓制成壓塊。將壓塊與石英巖一起裝入電爐中，比率為93.7-96.2wt% 的壓塊和 3.8-6.3wt% 的石英巖。使用含有 44-56wt % Cr203 和 4-12wt%Si02的礦石。
[0008]但是，至今為止都未見采用中頻感應爐直接熔煉鉻鐵礦生產鉻鐵的方法的文獻報道。三、
【發明內容】
[0009]本發明的目的是克服現有技術的不足，設計一種采用中頻感應爐直接熔煉鉻鐵礦生產鉻鐵的方法。
[0010]本發明采用的技術方案是:
[0011]一種中頻感應爐生產鉻鐵的方法，其特征在于該方法的步驟是:
[0012]A、設計制作由石墨材料層構成爐襯的中頻感應爐；
[0013]B、在中頻感應爐中裝入由鉻鐵礦、焦炭、硅石構成的爐料，其中焦炭是還原劑，硅石、白云石是調渣材料，根據鉻鐵礦的冶煉原理，按鉻鐵礦的成分和數量計算出需要加入的焦炭、硅石和白云石的數量，焦炭按計算量的50-70%加入，硅石和白云石按計算量加入。
[0014]C、中頻感應爐通電將爐料熔化成熔融物；
[0015]D、在熔融物中按每IOOKg礦加入工業鹽l_4Kg，5分鐘后中頻感應爐停止通電，緩慢傾斜中頻感應爐，除去中頻感應爐內上層的爐渣，然后再按常規方法出鉻鐵水。
[0016]進一步的方案是:鉻鐵礦可以是粉礦也可以是塊礦，入爐鉻鐵礦的化學成分要求為:Cr203 > 37%,Cr203/Fe0 > 2,C < 0.2%
[0017]P < 0.07%、S < 0.05%。A1203 的含量在 10-15%范圍內。
[0018]進一步的方案是:中頻感應爐的功率必須大于1000KW，這才具有工業生產的現實意義。
[0019]實踐表明，在本發明中工業鹽主要起化渣作業，;:';；.-1?:?.'Lk-? ?.,— ^?:--η:丨1 P:-;:ι - -L!.'? L；j
[0020]本發明的方法也可以用于冶煉錳鐵礦。
[0021]本發明的主要優點和效果是:相同功率，中頻爐的投資不會高于礦熱爐的50%;該發明工藝減省了粉礦的制球和燒結工序；礦熱爐冶煉時，Cr的回收率一般不高于93% ;實踐表明，用該中頻感應爐冶煉時，Cr的回收率可達97% ;礦熱爐冶煉時，爐膛有明火和少量煙塵；用該中頻感應爐冶煉時，既無明火也無煙塵，非常環保。
[0022]我國YB/T41542006標準規定:各牌號鉻鐵的化學成分為(I組/11組):C ( 6-10%, Cr ≤ 60/52%, Si ( 3/5%, P ( 0.03/0.06%, S ≤ 0.04/0.06%。
[0023]發明人經多次實踐，用功率為1200KW的該中頻感應爐冶煉時，所產出的鉻鐵之化學成分可以達到YB/T4154-2006標準(I組)的要求。
四、【具體實施方式】[0024]下面給出本發明的具體實施例，但本發明的實施不限于下列實施例。
[0025]例1:[0026]A、在現有功率為1200KW的中頻感應爐的爐襯內壁，再襯砌40mm厚的石墨材料層作內襯；
[0027]B、在該中頻感應爐中裝入鉻鐵礦粉礦450kg，按質量百分比鉻鐵礦的化學成分為:Cr203 含量 37.1%、FeO 含量 10.7%, A1203 含量 14.3%、MgO 含量 12.8%, Si02 含量
16.3%, CaO含量1.1 %、P含量0.07 %、S含量0.04%、其余為水分和雜質。
[0028]根據鉻鐵礦的成分和數量計算需要加入的焦炭、硅石和白云石的量:
[0029]礦中Cr 數量:450X37.1% X104/152 = 114.22 (Kg)[0030]礦中Fe 數量:450X10.7% X56/72 = 37.45 (Kg)
[0031]礦中Si02 數量:450X16.3%= 73.35 (kg)
[0032]礦中MgO 數量:450Χ12.8%= 57.6 (Kg)
[0033]礦中Α1203 數量:450Χ14.3%= 64.35 (Kg)
[0034]a、焦炭需要量:Cr的回收率設為95%，Fe的回收率設為98% ；
[0035]還原Cr203 的 C:Cr203+3C = 2Cr+3C0 ?
[0036]3*122*52
[0037]Xl 114.22*95%
[0038]Xl = 36X114.22*95% /104 = 37.56 (Kg)
[0039]還原FeO 的 C:FeO+C = Fe+C0 ?
[0040]1256
[0041]Χ237.45*98%
[0042]Χ2 = 12X37.45*98% /56 = 7.86 (Kg)
[0043]還原Si02的C(產品礦耗設為2.3，產品的Si含量設為3%，):
[0044]產品中Si 含量:450/2.3X3%= 5.87 (Kg)
[0045]Si02+2C = Si+2C0 ?
[0046]2*1228
[0047]Χ35.87
[0048]Χ3 = 24X5.87/28 = 5 (Kg)
[0049]Χ1+Χ2+Χ3 = 37.56+7.86+5 = 50.42 (Kg)
[0050]焦炭中固定C按84%、灰分按13%、灰分中Si02含量50%計，則理論上需要焦炭數量為:
[0051]50.42/84%= 60 (Kg)
[0052]中本發明中，由于爐襯是碳素材料，因此，按理論加入量的70%加入，即實際加入焦炭量:60X70%= 42(Kg)
[0053]b、渣料加入量:
[0054]Mg0/A1203 按 1.2 計算；
[0055]MgO 的需要量為:1.2X64.35 = 77.22 (Kg)
[0056]礦中已有57.6Kg，需要補加的 MgO 為:77.22-57.6 = 19.62 (Kg)。
[0057]白云石中MgO≥20%，需要加入的白云石為:19.62/20%= 98 (Kg)。[0058]鉻鐵渣的三元渣系中，比較理想的渣組成為:25% Si02-29% A1203-35% MgO ;由此計算Si02的需要量:
[0059]渣中需要的Si02 量:64.35/29% x25%= 55.47 (Kg)
[0060]產品中需要的Si02 量:450/2.3X3% X60/28 = 12.58 (Kg)
[0061]焦炭帶人的Si02 量:42X13% X50%= 2.73 (Kg)
[0062]需要加入的Si02 為:55.47+12.58-2.73-73.35 = -8.03 (Kg)
[0063]計算表明，鉻鐵礦中Si02數量多于理論需要量8.03Kg，不需要加入硅石； [0064]C、該中頻感應爐通電將爐料熔化成熔融物；
[0065]D、在熔融物中熔融物加入工業鹽4Kg，5分鐘后中頻感應爐停止通電，緩慢傾斜中頻感應爐，除去中頻感應爐內上層的爐渣，然后再按常規方法出鉻鐵水。
[0066]經分析，鉻鐵(產品)的數量168.3Kg，其化學成分為:Cr含量65.4%、C含量7.86%, Si 含量 3.83%、P 含量 0.03%、S 含量 0.04% ；Cr 的回收率為 96.36%。
[0067]例2:
[0068]A、在現有功率為1200KW的中頻感應爐的爐襯內壁，再襯砌40mm厚的石墨材料層作內襯；
[0069]B、在該中頻感應爐中裝入鉻鐵礦粉礦450kg，按質量百分比鉻鐵礦成分為:Cr203含量 37.l%、FeO 含量 10.7%,A1203 含量 14.3%、Mg0 含量 12.8%,Si02 含量 16.3%,CaO含量1.1%、P含量0.07%、S含量0.04%、其余為水分和雜質。
[0070]根據鉻鐵礦的成分和數量計算需入的焦炭、硅石和白云石；
[0071]礦中Cr 數量:450X37.1% X104/152 = 114.22 (Kg)
[0072]礦中Fe 數量:450X10.7% X56/72 = 37.45 (Kg)
[0073]礦中Si02 數量:450X16.3%= 73.35 (kg)
[0074]礦中MgO 數量:450Χ12.8%= 57.6 (Kg)
[0075]礦中Α1203 數量:450Χ14.3%= 64.35 (Kg)
[0076]b、焦炭需要量:Cr的回收率設為95%，Fe的回收率設為98% ；
[0077]還原Cr203 的 C:Cr203+3C = 2Cr+3C0 ?
[0078]3*122*52
[0079]Xl 114.22*95%
[0080]Xl = 36X114.22X95% /104 = 37.56 (Kg)
[0081]還原FeO 的 C:FeO+C = Fe+C0 ?
[0082]1256
[0083]Χ23745*98%
[0084]Χ2 = 12X37.45X98% /56 = 7.86 (Kg)
[0085]還原Si02的C(產品礦耗為2.7，產品的Si含量設為2%，):
[0086]產品中Si 含量:450/2.7X2%= 3.33 (Kg)
[0087]Si02+2C = Si+2C0 ?
[0088]2*1228
[0089]Χ33.33
[0090]Χ3 = 24X3.33/28 = 2.85 (Kg)[0091]X1+X2+X3 = 37.56+7.86+2.85 = 48.27 (Kg)
[0092]焦炭中固定C按84%、灰分按13%、灰分中Si02含量50%計，則理論上需要焦炭數量為:
[0093]48.27/84 % = 57.5 (Kg)
[0094]上次試驗是按理論加入量的70%加入的，產品的C含量仍然高達7.86%，因此，本次按理論加入量的60%加入:即實際加入焦炭量: [0095]57.5X60%= 34.5 (Kg)
[0096]b、渣料加入量:
[0097]Mg0/A1203 按 1.2 計算；
[0098]MgO 的需要量為:1.2X64.35 = 77.22 (Kg)
[0099]礦中已有57.6Kg，需要補加的 MgO 為:77.22-57.6 = 19.62 (Kg)。
[0100]白云石中MgO≥20%，需要加入的白云石為:19.62/20%= 98 (Kg)。
[0101]鉻鐵渣的三元渣系中，比較理想的渣元組成為:25% Si02-29% A1203-35% MgO ；由此計算Si02的需要量:
[0102]渣中需要的Si02 量:64.35/29% x25%= 55.47 (Kg)
[0103]產品中需要的Si02 量:450/2.7X2% X60/28 = 7.14(Kg)
[0104]焦炭帶人的Si02 量:34.5X13% X50%= 2.24(Kg)
[0105]需要加入的Si02 為:55.47+7.14-2.24-73.35 = -12.98 (Kg)
[0106]計算表明，鉻鐵礦Si02數量多于理論需要量12.98Kg，不需要加入硅石；
[0107]C、該中頻感應爐通電將爐料熔化成熔融物；
[0108]D、在熔融物中熔融物加入工業鹽5Kg，5分鐘后中頻感應爐停止通電，緩慢傾斜中頻感應爐，除去中頻感應爐內上層的爐渣，然后再按常規方法出鉻鐵水。
[0109]經分析，鉻鐵(產品)的數量162.6Kg，其化學成分為:Cr含量68.2%、C含量
5.2%, Si 含量 2.25%、P 含量 0.03%、S 含量 0.04% ；Cr 的回收率為 97.1%。
[0110]例3:
[0111]A、在現有功率為1200KW的中頻感應爐的爐襯內壁，再襯砌35mm厚的石墨材料層作內襯；
[0112]B、在該中頻感應爐中裝入鉻鐵礦塊礦500kg，按質量百分比鉻鐵礦成分為:Cr203含量 39..9%, FeO 含量 13.6%, A1203 含量 13.9%、MgO 含量 14.6%, Si02 含量 10.6%,CaO含量0.9 %、P含量0.06 %、S含量0.05 %、其余為水分和雜質。
[0113]根據鉻鐵礦的成分和數量計算需入的焦炭、硅石和白云石；
[0114]礦中Cr 數量:500X39.9% X104/152 = 136.5 (Kg)
[0115]礦中Fe 數量:500X13.6% X56/72 = 52.9 (Kg)
[0116]礦中Si02 數量:500Χ10.6%= 53(kg)
[0117]礦中MgO 數量:500Χ14.6%= 73(Kg)
[0118]礦中A1203 數量:500X13.9%= 69.5 (Kg)
[0119]C、焦炭需要量:Cr的回收率設為97%，Fe的回收率設為98% ；
[0120]還原Cr203 的 C:Cr203+3C = 2Cr+3C0 ?
[0121]3*122*52[0122]X1136.5*97%
[0123]Xl = 36X136.5X97% /104 = 45.83 (Kg)
[0124]還原FeO 的 C:FeO+C = Fe+C0 ?
[0125]1256
[0126]Χ252.9*98%
[0127]Χ2 = 12X52.9X98% /56 = 11.1l(Kg)
[0128]還原Si02的C(產品礦耗為2.6，產品的Si含量設為2%，):
[0129]產品中Si 含量:500/2.6X2%= 3.85 (Kg)
[0130]Si02+2C = Si+2C0 ?
[0131]2*1228
[0132]Χ33.85
[0133]Χ3 = 24X3.85/28 = 3.3 (Kg)
[0134]Χ1+Χ2+Χ3 = 45.83+11.11+3.3 = 60.24 (Kg)
[0135]焦炭中固定C按84%、灰分按13%、灰分中Si02含量50%計，則理論上需要焦炭數量為:
[0136]60.24/84%= 71.71 (Kg)
[0137]根據前兩次情況，本次按理論加入量的55%加入:即實際加入焦炭量:
[0138]71.71X55%= 39.44(Kg)
[0139]b、渣料加入量:
[0140]Mg0/A1203 按 1.2 計算；
[0141]MgO 的需要量為:1.2X69.5 = 83.4 (Kg)
[0142]礦中已有73Kg，需要補加的 MgO 為:83.4-73 = 10.4 (Kg)0
[0143]白云石中MgO≥20%，需要加入的白云石為:10.4/20%= 52 (Kg)。
[0144]鉻鐵渣的三元渣系中，比較理想的渣組成為:25% Si02-29% A1203-35% MgO ;由此計算Si02的需要量:
[0145]渣中需要的Si02:69.5/29% x25%= 59.91 (Kg)
[0146]產品中需要的Si02:500/2.6X2% X60/28 = 8.24(Kg)
[0147]焦炭帶人的Si02:39.44X13% X50%= 2.56 (Kg)
[0148]需要加入的Si02:59.91+8.24-2.56-53 = 12.59 (Kg)
[0149]娃石中Si02的含量大于97%,因此,需要加入娃石的數量為:
[0150]12.59/97 %= 12.98 (Kg)
[0151]C、該中頻感應爐通電將爐料熔化成熔融物；
[0152]D、在熔融物中熔融物加入工業鹽7千克，6分鐘后中頻感應爐停止通電，緩慢傾斜中頻感應爐，除去中頻感應爐內上層的爐渣，然后再按常規方法出鉻鐵水。
[0153]經分析，鉻鐵(產品)的數量201.2Kg，其化學成分為:Cr含量65.9 %、C含量
.5.20%, Si 含量 2.23%、P 含量 0.03%、S 含量 0.04% ；Cr 的回收率為 97.1%。
[0154]上述試驗表明，本發明方法Cr的回收率達到97%，鉻鐵質量完全滿足標準要求，與現有鉻鐵生產方法相比，本方法工藝成本低、設備投資省、生產過程環保，本方法具有很好的工業應用價值。
【權利要求】
1.一種中頻感應爐生產鉻鐵的方法，其特征在于該方法的步驟是: A、設計制作由石墨材料層構成爐襯的中頻感應爐； B、在中頻感應爐中裝入由鉻鐵礦、焦炭、硅石構成的爐料，其中焦炭是還原劑，硅石、白云石是調渣材料；根據鉻鐵礦的成分和數量計算出需要加入的焦炭、硅石和白云石的數量，焦炭按計算量的50-70%加入，硅石和白云石按計算量加入，入爐鉻鐵礦的化學成分要求為:Cr203 > 37%, Cr203/Fe0 > 2、C < 0.2%、P < 0.07%、S < 0.05%, A1203 的含量在10-15%范圍內； C、中頻感應爐通電將爐料熔化成熔融物； D、在熔融物中按每I OOKg礦加入工業鹽l_3Kg，5分鐘后中頻感應爐停止通電，緩慢傾斜中頻感應爐，除去中頻感應爐內上層的爐渣，然后再按常規方法出鉻鐵水。
2.根據權利要求1所述的中頻感應爐生產鉻鐵的方法，其特征在于:鉻鐵礦是粉礦或塊礦。
3.根據權利要求1所述的中頻感應爐生產鉻鐵的方法，其特征在于:本發明中，中頻感應爐的功率要大于1000KW。
【文檔編號】C22C27/06GK103695672SQ201310628673
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】吳正錫, 林玉克 申請人:吳正錫, 林玉克