專利名稱:熔化和還原鉻礦的方法
本發明涉及一種熔化和還原鉻礦的方法，更具體地說，涉及一種通過以鉻礦和碳素物作為爐料，并向其熔融金屬吹氧的熔化和還原鉻礦的方法。
近年來，已經提出了各種熔化和還原鉻礦的方法。例如，在日本專利公報159963/84號中敘述了這樣一種方法，其中(a)通過載體-氧化氣體將鉻氧化物粉末注入到熔融金屬上;
(b)加入碳素物(如煤或焦炭)和用于攪動的氣體;和(c)通過步驟(a)和(b)實現的還原過程，可生產出含鉻量小于40%(重量)的熔融金屬。
但是，這種方法有一定的缺點，由于鉻礦具有難以還原的性質，為獲得含理想鉻百分數的熔融金屬需要很長的時間。
本發明的目的在于提供一種快速熔化和還原鉻礦的方法。
為了達到上述目的，提供了一種熔化和還原鉻礦的方法，該方法是利用能夠向熔融金屬進行頂吹和底吹以及降低其內部壓力反應容器。包括以下步驟向反應容器中加入熔融金屬;
向反應容器中加入鉻礦;
向反應容器中加入碳素物;
使容器內壓力降至低于大氣壓;和通過該容器底部風口引入氣體攪拌熔融金屬的同時，向熔融金屬吹氧氣。
圖1為實施本發明熔化和還原鉻礦的方法所用設備的一個例子的示意圖;
圖2為實施該方法另一例所用試驗設備的實例的示意圖;
圖3為該方法的實例1的操作過程圖示;
圖4為該方法的實例2的操作過程圖示;以及圖5為表示鉻含量、碳含量和溫度中每一參數的變化與時間的關系曲線。
圖1為實施本發明熔化和還原鉻礦的方法所用設備的一個實例的示意圖。首先將熔融金屬7注入反應容器1中，用裝置4抽出氣體使容器的內壓減至1～600乇，然后保持住已降低的壓力。將塊狀的鉻礦、煤和助熔劑通過上漏斗5和下漏斗6加入到熔融金屬上，經風口3吹入氧氣，在用氬氣攪動該熔融金屬的同時，通過吹管2向熔融金屬吹氧。加入的煤塊中所含的一部分碳產生CO氣，另一部分溶入熔融金屬中，其余的殘留物含在爐渣中。因此，通過熔融金屬和爐渣中所含碳的作用使鉻礦還原。
鉻礦的還原按下列方式進行
按本實施方案，由于反應容器1內保持減壓或真空，所以能使鉻礦還原過程中產生的CO氣體排出該容器外。因此，由于這種氣體的排出而加速了還原反應。如果壓力為600乇或更低，還原反應將是有效的，如果壓力為300乇或更低它將更加有效。但是，如果內壓小于1乇，將引起按工業規模進行生產所需設備投資成本的增加。因此，1～600乇為宜，10～300乇更好。
除本發明反應加速的優點之外，由于反應加速縮短了反應時間，由此減輕了設備的承力條件;所以本發明的方法可以延長設備的使用壽命。
在本實施方案中，使用塊狀鉻礦，也可以用粉末狀的鉻礦，其中通過吹管2或風口3供粉被認為是理想的。可以采用另一種方法，即通過反應容器1的上部加入塊狀鉻礦，而且還通過吹管2或風口3注入粉狀鉻礦。
在本實施方案中，用塊狀煤作為碳素物。塊狀焦炭或粉狀煤或焦炭也可以用作替代物。建議從容器的上部加入塊狀料，通過吹管2或風口3注入粉狀料。也可以把利用從容器上部加入塊狀料和從吹氧管2或風口3注入粉料兩種方法看作是提供碳素物的可選擇方法。提供氧氣的最佳量為1.0～5.0標準立方米/分鐘·T，其中T代表一噸熔融金屬。如果所供氧氣的量大于5.0標準立方米/分鐘·T，就需要更大規模的設備，從而設備投資增加。另一方面，如果供氧量小于1.0標準立方米/分鐘·T，則還原過程的速度變緩，由碳素物燃料所產生的熱量就不夠了。
在本實施方案中，通過吹管吹入氧氣。另外，也可以通過風口供氧，并且它還具有攪拌熔融金屬的作用。此外，也可以通過吹管和風口兩個途徑吹入氧氣。
在本實施方案中，為了攪拌熔融金屬，將氬氣從底部吹入。N2氣、CO2氣或熔化和還原反應期間該容器內產生的氣體都可以用來代替氬氣。從底部吹入的適宜氣體量在0.1～1.5標準立方米/分鐘·T的范圍內，當壓力減小到接近1乇時，用于攪拌熔融金屬所需的氣體可以是較小的量。另一方法，當壓力接近600乇時，則需較大的氣體量。即使在低壓(500～600乇)下，若吹入的氣體量大于1.5標準立方米/分鐘·T，則這一數量也是太多了，以致于發生所謂阻礙現象，在其中反應的熔融金屬被噴出反應容器。
參照下列實例本發明將更加明了;但是，這些實例是用來說明本發明，并不構成本發明范圍的限制。
實例1圖2示意地說明了本發明一個實例所用試驗設備的一個例子。該設備由裝在真空容器10中的反應器11組成，其中真空容器10與一用來抽氣的裝置14相連，以便除去反應器內部的氣體。真空容器由上下兩部分構成;上部分裝有通向抽空裝置的導管，以及進料口15;上下兩部分之間的間隙用密封件16緊密封住。由此，該實驗設備形成一密封體系。
在此實驗中，使用含5%碳和1.2%硅的熔融金屬;通過進料口15加入塊狀鉻礦、焦炭和燒石灰;通過吹管2吹入氧氣;以及通過裝在反應器底部的多孔塞13注入攪拌氬氣。
現在參考圖3敘述該實例的操作過程。操作按以下6步進行。
a1首先提供40千克熔融金屬;
a2開始后兩分鐘加入1千克(25千克/T)燒石灰和2千克(50千克/T)的焦炭;
a3經過17分鐘后，在壓力降到200乇的條件下，在向熔融金屬上通入150標準升/分鐘(3.75標準立方米/分鐘·T)氧氣和30標準升/分鐘(0.75標準立方米/分鐘·T)氬氣的狀態下，加熱熔融金屬17三分鐘，並有熔渣生成;
a4開始28分鐘后，加入2千克(50千克/T)的鉻礦;
a5經29分鐘后，在壓力再次減到200乇的條件下，在向熔融金屬注入150標準升/分鐘(3.75標準立方米/分鐘·T)的氬氣和20～50標準升/分鐘(0.5～1.25標準立方米/分鐘·T)氬氣的狀態下，還原鉻礦8分鐘;以及a6在開始52分鐘后，將還原的金屬放出。
在該操作中，8分鐘的還原反應使熔融金屬中的鉻含量凈增0.32%;鉻含量每分鐘增加0.04%。在整個操作過程中碳含量幾乎恒定不變，硅含量降到微量。
實例2利用與實例1中相同的實驗設備和同樣熔融金屬，進行本發明的另一實例的操作。
現在參照圖4敘述該實例的操作過程。該操作按以下6步進行。
b1開始時提供40千克熔融金屬;
b2開始后2分鐘，加入1千克(25千克/T)的燒石灰和1.5千克(37.5千克/T)的焦炭;
b33分鐘后，在760乇大氣壓下，向熔融金屬通入150標準升/分鐘(3.75標準立方米/分鐘·T)的氧氣和50標準升/分鐘(1.25標準立方米/分鐘·T)的氬氣，在此狀態下加熱熔融金屬17六分鐘，並生產出熔渣;
b4在開始后12分鐘，加入2千克(50千克/T)的鉻礦和1.5千克(37.5千克/T)的焦炭;
b5在壓力降低到200乇的條件下，以及向熔融金屬通入150～180標準升/分鐘(3.75～4.5標準立方米/分鐘·T)的氧氣和20～50標準升/分鐘(0.5～1.25標準立方米/分鐘·T)的氬氣的狀態下，還原鉻礦;以及b6在開始后30分鐘，放出還原的金屬。
在此操作中，5分鐘的還原反應使熔融金屬中的鉻含量凈增0.43%;每分鐘鉻含量增加0.086%。這一實例中的鉻含量增加大于實例1中的鉻含量增加。這可能是由于還原階段的初始溫度增加了約50℃，以及加熱熔融金屬產生熔渣的時間更長的緣故。
除本發明實例2的操作以外，以實例2中的同樣條件供氧氣(但不包括采用大氣壓這一條件)，進行了對比還原操作。對比操作使鉻含量凈增0.15%，或每分鐘增加0.03%。對比操作的還原速度約相當于實例2的還原速度的三分之一。即使與實例1相比較，其還原速度也是相當緩慢的。
實例3進行兩個操作，一是在壓力降到200乇的條件下，進行的本發明的一個實例的操作，另一操作則是在大氣壓下進行的，為了對比兩操作，采用與實例1和2中相同的實驗設備。
開始，向反應器11中加入下列原料鉻礦2千克(50千克/T)燒石灰1千克(25千克/T)二氧化硅1千克(25千克/T)在第一個5分鐘內，在下列條件下還原鉻礦壓力760乇(大氣壓)氧氣引入量150標準升/分鐘(3.75標準立方米/分鐘·T)氬氣引入量10標準升/分鐘(0.25標準立方米/分鐘·T)以及在接著的5分鐘內，在下列條件下還原鉻礦壓力200乇氧氣引入量150標準升/分鐘(3.75標準立方米/分鐘·T)
氬氣引入量10標準升/分鐘(0.25標準立方米/分鐘·T)所得結果的圖解說明示于圖5中。
在760乇大氣壓力下進行的第一個5分鐘操作使鉻含量凈增0.15%;即每分鐘鉻含量增加0.03%。在200乇的減壓下接著進行的5分鐘還原操作使鉻含量凈增0.5%;即每分鐘鉻含量增加0.1%。經比較證明在低于大氣壓條件下進行的還原反應要快的多。但是，發現兩個對比操作中的碳含量和溫度幾乎沒有什么差別。
權利要求
1.一種熔化和還原鉻礦的方法，其中采用能夠允許頂吹和底吹熔融金屬的反應容器，該方法包括以下步驟向上述容器中提供熔融金屬；向上述容器中加入鉻礦；向上述容器中加入碳素物；通過上述容器底部的風口注入氣體攪拌上述熔融金屬的同時，向上述熔融金屬吹氧氣；以及其特征在于包括降低上述容器中的壓力使其低于大氣壓。
2.如權利要求
1所述的方法，其特征在于上述減壓步驟包括用一抽空裝置使壓力降至1～600乇。
3.如權利要求
2所述的方法，其特征在于上述減壓步驟包括將壓力減至1～300乇。
4.如權利要求
1、2或3所述的方法，其特征在于上述加入鉻礦步驟包括通過上述容器的上部加入塊狀鉻礦。
5.如權利要求
1～4中任一權利要求
所述的方法，其特征在于上述加鉻礦步驟包括通過上述容器的上部的吹管注入粉狀鉻礦。
6.如權利要求
1～5中任一權利要求
所述的方法，其特征在于上述加鉻礦步驟包括從上述容器底部的風口注入粉狀鉻礦。
7.如權利要求
1～6中任一權利要求
所述的方法，其特征在于所述加碳素物步驟包括通過所述容器的上部加入塊狀碳素物。
8.如權利要求
1～7中任一權利要求
所述的方法，其特征在于上述加碳素物步驟包括通過上述吹管注入粉狀碳素物。
9.如權利要求
1～8中任一權利要求
所述的方法，其特征在于上述加碳素物步驟包括通過上述風口注入粉狀碳素物。
10.如權利要求
1～9中任一權利要求
所述與方法，其特征在于吹入的氧氣量在1.0～5.0標準立方米/分鐘·T的范圍內，其中T代表一噸熔融金屬。
11.如權利要求
1～10中任一權利要求
所述的方法，其特征在于通過上述風口注入用于攪拌上述熔融金屬的可供選擇的氣體包括Ar、N2和CO2，其通入量在0.1～1.5標準立方米/分鐘·T的范圍內，其中T代表一噸熔融金屬。
12.如權利要求
1～10中任一權利要求
所述方法，其特征在于通過上述風口注入用于攪拌上述熔融金屬的可供選擇的氣體包括Ar、N2和CO2，其通入量在0.3～1.5標準立方米/分鐘·T的范圍內，其中T代表一噸熔融金屬。
13.如權利要求
1～10中任一權利要求
所述的方法，其特征在于通過上述風口注入的用于攪動上述熔融金屬的氣體包括在上述容器中反應所產生的氣體，其通入量在0.1～1.5標準立方米/分鐘·T的范圍內，其中T代表一噸熔融金屬。
14.如權利要求
1～10中任一權利要求
所述的方法，其特征在于通過上述風口注入的用于攪動上述熔融金屬的氣體包括在上述容器中反應所產生的氣體，其通入量在0.3～1.5標準立方米/分鐘·T的范圍內，其T代表一噸熔融金屬。
專利摘要
一種熔化和還原鉻礦的方法，該方法包括加入鉻礦和碳素物、并在1～600乇壓力的條件下向熔融金屬(7)吹氧、與此同時吹入攪動氣體攪拌熔融金屬。在該方法中，所采用的反應容器(1)能夠允許向熔融金屬進行頂吹和底吹，而且容器內保持減壓狀態。可以使用塊狀或粉狀的鉻礦和碳素物。當采用粉狀礦和材料時，這些粉狀物通過吹管(2)或風口(3)吹入容器之中。
文檔編號C22B9/00GK86107703SQ86107703
公開日1987年6月10日 申請日期1986年11月13日
發明者森肇, 平野稔, 長谷川輝之, 河井良彥, 菊地良輝, 高橋謙治 申請人:日本鋼管株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan