第1頁共9頁高碳鉻鐵冶煉的方法與工藝解析提醒 11.高碳鉻鐵冶煉概述 12.多種冶煉方法 1 2 23.冶煉工藝操作 44.焦炭加入量 75.焦炭粒度 76.焦炭性質(zhì) 8法等。然而，值得注意的是，在高爐中僅能得到含鉻量約為30%的特種生鐵。盡電爐法冶煉高碳鉻鐵，其核心在于利用碳作為還原劑，對(duì)鉻礦中的鉻和鐵的氧化物進(jìn)行還原反應(yīng)。這些反應(yīng)主要涉及以下幾個(gè)方面：從上述反應(yīng)中可以觀察到，碳還原氧化鉻生成Cr?C?的起始溫度為1373K,而生成Cr?C?的反應(yīng)起始溫度為1403K。另外，還原生成金屬鉻的反應(yīng)起始溫度高達(dá)1523K。因此，在碳還原鉻礦的過程中，我們得到的是鉻的碳化物，而非金屬鉻本身。這意味著我們只能獲得含碳量較高的高碳鉻鐵。值得注意的是，鉻鐵中的含碳量與反應(yīng)溫度密切相關(guān)：生成高含碳量的碳化物相較于生成低含碳量的碳化物更為容易。在實(shí)際生產(chǎn)中，爐料在加熱初期，部分鉻礦會(huì)與焦炭反應(yīng)生成Cr?C?。隨著爐料溫度的進(jìn)一步升高，大部分鉻礦將與焦炭反應(yīng)生成Cr?C?。當(dāng)溫度達(dá)到更高水平時(shí)，三氧化二鉻將對(duì)合金產(chǎn)生精煉脫碳的效果。這些反應(yīng)共同構(gòu)成了電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本過程。 (1) (2)由于氧化鐵的還原反應(yīng)起始溫度低于三氧化二鉻，因此在較低的溫度下，鉻礦中的氧化鐵便能得到充分還原，并與碳化鉻相互溶解，形成復(fù)合碳化物。這一過程不僅降低了合金的熔點(diǎn)，還促進(jìn)了鉻與鐵的相互溶解，進(jìn)一步推動(dòng)了還原反應(yīng)的順利進(jìn)行。雖然在高爐內(nèi)冶煉高含鉻量鐵水(例如Cr>30%)具有挑戰(zhàn)性，但冶煉含鉻小于20%的鐵水在技術(shù)上是可行的，且相較于使用鉻鐵合金，經(jīng)濟(jì)性更為明顯，可直接用于生產(chǎn)400系列不銹鋼。若能進(jìn)一步提升鐵水中的鎳含量，并將磷含量控制在035%以內(nèi)，那么在高爐內(nèi)冶煉18%Cr-8%Ni鐵水，經(jīng)過脫碳處理后，可直接生產(chǎn)300系列不銹鋼，這將進(jìn)一步增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性。因此，高爐冶煉含鉻或含鎳鉻鐵水有望徹底改變不銹鋼冶煉的原料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低成本不銹鋼生產(chǎn)?；谶@一目標(biāo)，我們提出了高爐生產(chǎn)含鎳鉻鐵水的工藝方案(見圖示)。附圖高爐生產(chǎn)含鎳銘鐵水工藝萬附圖高爐生產(chǎn)含鎳銘鐵水工藝萬含鎳銘鐵水的高溫預(yù)還原后進(jìn)入高爐。通過精心配料，以8%Cr-8%Ni的鐵水目標(biāo)成分進(jìn)行高爐冶煉，從而實(shí)現(xiàn)正常生產(chǎn)。在含鎳原料方面，紅土礦通常含鎳1%~2%。對(duì)于含鐵量超過40%的紅土礦，高爐內(nèi)可冶煉出含鎳1%~3%的鐵水；然而，含鐵量低于25%的紅土礦則難以在高爐中冶煉，通常采用RKEF工藝，其鐵水鎳含量一般不超過15%。若要在高爐內(nèi)冶煉出含鎳8%的鐵水，且在紅土礦富集鎳的工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化之前，可采硫化鎳原礦含鎳量約為1%,經(jīng)過浮選后可得含鎳大于7%的鎳精礦。這些精礦或二次鎳精礦經(jīng)過氧化焙燒和尾氣制酸處理，硫含量可降至5%以下，適宜脈石成分有所不同，可根據(jù)市場(chǎng)情況靈活選擇。此外，高爐冶煉含鉻原料的選擇也至關(guān)重要。由于低鉻含量(約20%Cr)鐵計(jì)，高爐內(nèi)冶煉18%Cr-8%Ni鐵水成為可能。高爐冶煉含鎳鉻鐵水是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋了原料的選擇與預(yù)處理、高爐渣系的優(yōu)化、鐵水磷含量的精準(zhǔn)控制，以及后續(xù)煉鋼工藝的相應(yīng)調(diào)整等多個(gè)環(huán)節(jié)。在原料選擇方面，需綜合考慮原料的品位及其互補(bǔ)性。例如，鎳精礦通常具有較高的Si02含量，而二次鎳精礦則脈石成分較少；鉻鐵礦的主要脈石成分為MgO和Al203,相比之下，鐵礦石的脈石含量較低。因此，在進(jìn)入高爐前，對(duì)這些原料進(jìn)行合理的預(yù)處理工藝研究顯得尤為重要。由于含鎳鉻原料的特性，高爐冶煉過程中的爐渣成分與傳統(tǒng)煉鐵工藝相比存在顯著差異，主要表現(xiàn)在渣中MgO和Al203的高含量。為了減少渣量，采用酸性渣冶煉成為一種可行的選擇，但其爐渣的冶金性能仍需進(jìn)一步深入研究。在鐵水磷含量的控制上，除了選擇低磷原燃料外，冶煉工藝的優(yōu)化也至關(guān)重要。例如，通過鉻鐵礦的預(yù)還原，不僅可以提高高爐冶煉效率，還能降低焦比，從而有助于磷的控制。同時(shí)，采用高風(fēng)溫和降低渣量也是降低焦比、進(jìn)而降低鐵水磷含量的有效手段。此外，高爐含鎳鉻鐵水脫磷工藝的研究同樣值得關(guān)注，這將進(jìn)一步拓寬原料的選擇范圍。值得一提的是，與普通鐵水相比，含鎳鉻鐵水具有更高的鎳、鉻、硅和碳含量。因此，在不銹鋼生產(chǎn)過程中，需要相應(yīng)地調(diào)整冶煉工藝。同時(shí)，綜合考慮各種合金元素在煉鋼中的行為特點(diǎn)，可以進(jìn)一步探索高爐冶煉過程中的貴重元素合金化問題。從經(jīng)濟(jì)角度分析，以當(dāng)前鎳和高碳鉻鐵的市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算，配制每噸18%Cr-8%Ni鐵水的原料成本約為45萬元。考慮到該成分鐵水在高爐內(nèi)的冶煉能耗和資源綜合利用的優(yōu)勢(shì)，其未來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力值得進(jìn)一步深入分析和優(yōu)化。電爐熔劑法生產(chǎn)高碳鉻鐵，通常采用連續(xù)式操作流程。在配料時(shí)，會(huì)按照焦炭、硅石、鉻礦的順序進(jìn)行，以確保原料的均勻混合。對(duì)于敞口爐，料通過給料槽加入到電極周圍，形成大錐體狀的料面。而封閉爐則直接通過下料管將料加入爐內(nèi)。在冶煉過程中，需根據(jù)爐內(nèi)爐料下沉情況及時(shí)補(bǔ)充新料，以維持穩(wěn)定的料面高度。理想的爐況表現(xiàn)為三相電流平衡、電極穩(wěn)定、透氣性好，無刺火現(xiàn)象，爐料第4頁共9頁第5頁共9頁能夠均勻下沉。同時(shí)，渣鐵溫度應(yīng)保持正常，合金與爐渣的成分穩(wěn)定，并能順暢地從爐內(nèi)排出。對(duì)于全封閉爐，其爐膛壓力需保持穩(wěn)定，爐氣量和成分變化應(yīng)控制在較小范圍內(nèi)，避免在原料干燥時(shí)料管內(nèi)產(chǎn)生爆鳴。出鐵次數(shù)依據(jù)電爐容量來定，鐵與渣會(huì)同時(shí)從出鐵口排出。若出現(xiàn)出鐵后期或出渣不順暢的情況，可通過圓鋼疏通爐眼來幫助排渣。堵眼深度則需根據(jù)爐襯的沖刷程度來確定，一般使用耐火粘土泥球或特定比例的鎂砂粉和耐火粘土泥球進(jìn)行堵眼。爐況異常時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出以下特征：1)當(dāng)還原劑用量不足，電極會(huì)深入爐內(nèi)，導(dǎo)致電流波動(dòng)、負(fù)荷不足，電極消耗加快。同時(shí)，爐口火焰暗淡，合金中硅、碳含量偏低，鐵質(zhì)硬且表皮氣泡多，渣中Cr?C?含量上升，爐渣的Cr?O?含量偏多，爐渣粘度增大。2)還原劑過量時(shí)，電極淺插，電流同樣波動(dòng)，并可能出現(xiàn)刺火和噴渣現(xiàn)象，電極消耗減慢。但爐底溫度降低，出鐵口難以打開，爐渣排出困難。此外，合金3)硅石過多會(huì)導(dǎo)致電極深插，火焰暗淡，但渣的流動(dòng)性增強(qiáng)，Cr?O?含量上升，凝固的渣子發(fā)黑，嚴(yán)重侵蝕爐墻，合金中含碳量上升，過熱度小，不易從爐4)硅石過少則會(huì)使電極淺插，爐口溫度升高，電極周圍出現(xiàn)粘稠渣子，易翻渣且爐渣粘度大，不易從爐內(nèi)放出，同時(shí)，爐溫過高導(dǎo)致鐵水溫度高、含碳量下降，渣鐵數(shù)量均減少。5)當(dāng)硅石和焦炭都不足時(shí)，爐渣中Cr?O?含量低且粘稠，含有大量未還原鉻礦和小金屬粒，不易從爐內(nèi)流出。同時(shí)，合金中硅和碳的含量都下降。6)焦炭不足而硅石過剩時(shí)，爐渣溫度低、易熔且粘稠，含有大量二氧化硅、Cr?O?和氧化鐵。合金中硅含量下降而碳含量上升；電極深插導(dǎo)致消耗增加。7)硅石和焦炭過剩時(shí)，爐渣易熔并從出鐵口排出一些掛渣的焦炭。合金中硅和碳量都高，電極下插不穩(wěn)。8)焦炭過剩而硅石不足時(shí)，電極上抬并出現(xiàn)刺火現(xiàn)象，焦炭自坩堝內(nèi)噴出。爐渣熔點(diǎn)高、溫度也高且Cr?O?含量低；粘稠的爐渣不易從爐內(nèi)放出。9)此外，合金中的鉻含量主要受鉻礦中鉻鐵比和鉻回收率的影響；碳含量則與鉻礦的物理性能相關(guān)；而硅含量則與還原劑用量、爐渣中二氧化硅含量和爐溫有關(guān)。在生產(chǎn)過程中需要密切關(guān)注這些因素以保持爐況穩(wěn)定和產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)選擇合適的熔劑用量以控制爐渣成分也是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@直接影響到爐內(nèi)的溫度和反應(yīng)速度，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。10)當(dāng)鉻礦中的Cr?C?和FeO被還原后，爐渣中剩余的主要氧化物為氧化鎂和三氧化二鋁。這兩種氧化物的熔點(diǎn)均相當(dāng)高，為了使?fàn)t渣能夠順暢地從爐內(nèi)排出，必須加入熔劑(如硅石)來降低其熔點(diǎn)。熔劑的用量對(duì)爐渣成分有著直接的影響。硅石的加入量是通過鋁-鎂-硅三元相圖來精心確定的。11)由于爐渣中氧化鎂和三氧化二鋁的比值大約為1,因此，可以通過二氧化硅頂點(diǎn)作一條垂直于底線的線。這條線上的點(diǎn)代表了爐渣的熔點(diǎn)，且隨著二氧化硅量的增加而降低。值得注意的是，當(dāng)氧化鎂與三氧化二鋁的比值發(fā)生變化時(shí)，對(duì)爐渣熔點(diǎn)的影響并不顯著,因?yàn)榈热鄱染€基本上是平行的。12)在查閱三元相圖時(shí)，必須確保將爐渣中的二氧化硅、三氧化二鋁和氧化第7頁共9頁鎂的含量之和換算為100%。爐渣中三氧化二鋁的含量對(duì)爐渣的粘度有著顯著影響。若渣中三氧化二鋁含量過高，會(huì)導(dǎo)致爐渣粘度增大，不利于排渣。然而，三氧化二鋁也能提高爐渣的電阻率，從而有助于電極深插，因此其含量需控制在一定范圍內(nèi)。焦炭的導(dǎo)電性比固體爐料強(qiáng)。如果焦炭加入量過多，會(huì)影響電極深插。因此，在滿足固體爐料中的還原成分充分還原的條件下，焦炭加入不要過多，以利于電極插入。焦炭加入量對(duì)礦熱爐電極插入深度有顯著影響。焦炭的導(dǎo)電性比固體爐料強(qiáng)，如果焦炭加入量過多，會(huì)導(dǎo)致電極上抬，插入深度變淺；反之，如果焦炭加入量過少，電極插入深度則會(huì)較深。此外，焦炭的粒度和性質(zhì)也會(huì)影響電極的插入深度。粒度小的焦炭表面積大，電阻增大，有助于電極深插；而粒度大的焦炭則相反。焦炭的電阻特性也會(huì)影響電極的插入深度，電阻大的焦炭(如煤氣焦)有助于電極深插，而電阻小的焦炭則會(huì)使電極插入較淺。礦熱爐的熔煉特性也會(huì)影響電極插入深度。礦熱爐的熔煉特性包括反應(yīng)區(qū)直徑、電極插入深度、操作電阻等，這些特性隨著原料和操作條件的變化而變化。例如，反應(yīng)區(qū)的大小和電極插入深度的均衡性直接影響爐膛內(nèi)部的熱分布和熔池反應(yīng)效果。實(shí)際操作中，電極插入深度的控制方法包括調(diào)整焦炭的加入量、粒度和性質(zhì)，以及控制二次電壓和爐內(nèi)積渣量等。通過優(yōu)化這些參數(shù)，可以改善電極的插入深度和爐況的穩(wěn)定性。焦炭的粒度小，表面積增大，增加接觸面，爐料的電阻大，則電極插入深；反之，焦炭的粒度大，表面積減少，爐料的電阻小，則電極的插入深度就變淺。焦炭粒度對(duì)礦熱爐電極插入深度有顯著影響。焦炭粒度小會(huì)導(dǎo)致表面積增大，焦炭粒度大則會(huì)導(dǎo)致表面積減小，爐料的電阻減小，電極插入深度變淺。第8頁共9頁焦炭粒度對(duì)礦熱爐操作的影響電極插入深度：焦炭粒度小，表面積增大，爐料電阻增大，電極可以插入得更深，有利于維持電流穩(wěn)定和提高爐溫。爐溫和坩堝區(qū)：焦炭電阻大有助于電極較深地插入爐料，從而提高爐溫和擴(kuò)大坩堝區(qū)。爐料導(dǎo)電性和熱效率：焦炭粒度大，爐料導(dǎo)電性強(qiáng)，電極插入深度淺，爐口溫度高，熱效率大，但電耗增加。焦炭粒度的管理指標(biāo)在焦炭管理中，M40、M25、M10、CSR和CRI等指標(biāo)用于考核焦炭的粒度變化。這些指標(biāo)分別在不同條件下衡量焦炭的機(jī)械磨損和高溫下的粒度變化。這里主要是指焦炭本身的電阻。如果焦炭的電阻小，通過爐料的電流大，使電極上升，電極插入深度就淺。反之，焦炭的電阻大，例如使用煤氣焦等，因其電阻大，電極則可深插。焦炭性質(zhì)對(duì)礦熱爐電極插入深度的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：導(dǎo)電性：焦炭的導(dǎo)電性比硅強(qiáng)，如果焦炭加入量過多，會(huì)影響電極深插。因此，在滿足固體爐料中的還原成分充分還原的條件下，焦炭的加入量不宜過多，以利于電極插入。電阻：焦炭的電阻大小直接影響電極插入深度。電阻大的焦炭(如煤氣焦)能使電極較深地插入爐料，因?yàn)殡娮璐髸?huì)阻礙電流通過，迫使電極深入爐料以維持足夠的電流通路。粒度：焦炭的粒度也會(huì)影響電極插入深度。粒度小的焦炭表面積增大，增加接觸面，爐料的電阻大，電極插入深度增加；反之，粒度大的焦炭表面積減少，爐料的電阻小，電極插入深度變淺。礦熱爐的工作原理和電極插入深度的重要性：礦熱爐是一種耗電量巨大的工業(yè)電爐，通過電極電流