电硅热法冶炼中低碳铬铁

电硅热法冶炼中低碳铬铁电硅热法就是在电炉内造碱性炉渣的条件下，用硅铬合金的硅还原铬矿中铬和铁的氧化物而制得。冶炼设备及原材料用电硅热法冶炼中低碳铬铁是在固定式三相电弧炉内进行的，可以使用自焙电极，炉衬是用镁砖砌筑的（干砌）。炉衬寿命短是中低碳铬铁生产中的重要问题。由于冶炼温度较高（达1650℃），炉衬寿命一般较短（约45－60天）。电炉功率一般采用2000－3500kV·A。3500kV·A固定式三相电弧炉的炉壳直径为5.2m，高2.5m，炉膛直径（底部）2.7m，炉膛深度1.3m，电极直径450mm。冶炼中低碳铬铁的原料有铬矿、硅铬合金和石灰。铬矿应是干燥纯净的块矿和精矿粉，其Cr2O3含量越高越好，杂质（Al2O3，MgO、SiO2）含量越低越好。铬矿中磷含量不应大于0.03%。粒度小于60mm。硅铬合金应是破碎的，粒度小于30mm，不带渣子。石灰应是新烧好的，其CaO含量不少于85%。石灰中CaO越低，则杂质SiO2、Al2O3就越高，结果用来调整碱度的CaO也越多，而真正的有关CaO就越低。如果石灰中的CaO低，则有效的CaO就更低。炉内反应用电硅热法冶炼中低碳铬铁的主要反应如下：2Cr2O3+3Si=4Cr＋3SiO22FeO+Si=2Fe+SiO2这两个反应的基础是硅能与氧化合生成比铬和铁的氧化物更为稳定的化合物SiO2。用硅还原铬和铁的氧化物的过程和用碳还原的过程有区别。用碳还原时生成的一氧化碳可以从反应中逸出，因而用碳还原氧化物的反应沉淀是很完全的，并能保证被还原的元素有较高的回收率。用硅还原铬和铁的氧化物时，反应生成的SiO2，聚集于炉渣中，使进一步还原发生困难。因此，如不采取措施，还原时只能将矿石中40%－50%的Cr2O3还原出来，而后还原反应就要停止进行。再增加还原剂的数量，则合金中的硅要高出规定标准造成废品，而且炉渣中的Cr2O3还是很高。为提高铬的回收率，需向炉渣中加熔剂石灰。石灰中的CaO能与化合并生成稳定的硅酸盐：CaO·SiO2、2CaO·SiO2（以2CaO·SiO2为最稳定），这样才能把渣中Cr2O3进一步还原出来。炉渣碱度CaO/SiO2一般等于1.6－1.8。冶炼中低碳铬铁的炉渣中也含也MgO,是由铬矿和炉衬带进的，氧化镁和氧化钙的作用相同，所以炉渣碱度也可用（CaO+MgO）/SiO2来表示。冶炼中低碳铬铁（CaO+MgO）/SiO2一般等于1.8－2.0。这样就使铬矿中的Cr2O3最大限度地从矿石中还原出来。如碱度再提高就不合理了，不但不能大幅度的降低炉渣中的Cr2O3，而由于渣量增加，炉渣中铬的总量及熔化炉渣消耗的电能也增加。炉渣与金属之比（渣铁比）为3.0－3.5。操作工艺中低碳铬铁生产特点是间歇式作业，各个不同冶炼期有着各种不同的电气制度。在熔化期内，还原反应在高温区已开始进行，但周围炉温较低，大部分固体料仍在熔化，故可用较高的电压，这时炉子的功率较大。炉料化完后的还原期就不要大功率了，如继续长弧高压操作，热损失增加，并恶化操作条件，有损炉料，故应采用较低的二次电压。一般熔化期用178V，精炼期电压为156V。电硅热法冶炼中低碳铬铁所用的还原剂为硅铬合金，硅铬合金中的铬在冶炼过程中进入中低碳铬铁。为了防止弧光侵蚀炉底和适于送电，采用留铁操作，炉底留铁量以150－200mm厚为适宜。留铁生产有如下优点：（1）使炉渣和炉底隔开，避免炉渣对炉度侵蚀；（2）保持炉衬有恒温，不致使炉衬由于经常下冷料形成急冷引起破坏；（3）防止高温弧光刺破炉底。但留铁应适当，太多或太少都不利。留铁最太多，引起翻渣和塌料，影响产品质量；留铁量太少，会使炉底遭受高温，机械冲刷及化学侵蚀，从而缩短炉衬的使用时间。中低碳铬铁冶炼的主要环节是补炉、堵出铁口、加料和熔化、精炼等。出铁后应立即用镁砂堵出铁口，并检查炉衬的侵蚀情况。炉衬是在1650－1700℃的高温下工作的，同时受渣铁的强烈化学侵蚀及搅动时的机械冲刷，此外炉况不正常及出铁口使用不合理等，都会引起炉龄缩短。生产实践证明，采用下列方法可以延长炉龄寿命：提高筑炉质量、制定合理的操作工艺、使用合理的二次电压、稳定的掌握温度和碱度、保持均恒的留铁量、合理的使用和维持出铁口。当发现炉墙（主要是渣线）侵蚀严重时，应及时从料批中抽出部分石灰，或用镁砖头进行补炉。补好炉衬方可引弧送电。冶炼中碳铬铁可采用快负荷操作，送电后15分钟方可满负荷操作。为促进化料，冶炼中低碳铬铁熔化期负荷要给足，以便提高炉缸温度，精炼期负荷可稍小一点。加料有两种方法：一是混合加料，即将铬矿、石灰和硅铬合金一次混合加入炉内；再一种加料法是分批加料法，即将一炉炉料混合后，分几次加入炉内。前者是目前广泛应用的方法。其特点是送电后，将混合料一次缓慢的加到炉内，分布要微呈盆形，电极后面适当多些，大面适当少些。如果夏季雨水较多，原料潮湿，可将料先下到炉子周围进行烘烤，待干燥后，用耙子徐徐推入炉内。为加速熔化和充分利用热量，根据化料情况，可用耗子将四周的料逐渐推入炉内。为加速熔化和充分利用热量，根据化料情况，可用耙子将四周的料逐渐推入炉内高温区。从送电到炉料化完以后，这段时间叫熔化期。精炼期是指炉内料化完后到出铁前，此阶段是还原反应，此期内应进行充分搅拌，以促进还原反应的进行。精炼期必须保持一定的精炼时间，太长会使金属增碳，并浪费电能；太短则还原反应进行的不彻底，金属回收率低。出铁前应在三根电极的中间取样，判断含硅量，硅量低应补加硅铬进行调硅；硅高应酌情加铬矿脱硅处理。待成分合格即可出铁。判断含硅量的方法如下：（1）试样断面呈灰白色，稍有立岔（柱状结晶），铁样较坚韧，证明金属含硅小于3%，可以出铁。（2）试样断面呈灰黑色，立岔很多，坚韧不易打碎，说明含硅太低，应补加还原剂进行调硅。但加硅铬后，应进行搅拌，并有一定精炼期之后方可出铁。（3）试样断面呈白色，质地较脆，易于打碎，说明含硅太高，不能出铁，应进行精炼，必要时可加入一定量的铬矿进行脱硅。待成分合格方可出铁。出铁前应准备好钢包、渣罐、小车、锭模等，卷扬应正常运转。成分合格，立即打开出铁口停电出铁。出铁口有时难开，使用烧穿器或氧气烧开出铁口。正确使用和维持出铁口是延长炉龄寿命的关键问题之一。出铁口开的高度和堵的深度都应适当。如开的太高，铁水出不来，大量的铁水存在炉内，造成翻渣，严重的会造成漏炉事故；出铁口开的太低，会把炉内的铁水都放出来，钢包装不下，造成炉前事故，又使炉底下降，炉龄寿命显著缩短。最好是根据炉底的深度开，先出渣，后出铁水，按料批的大小炉炉都均匀的出铁。出铁口堵的深度也应适当，太深造成开眼困难，太浅出铁口外移，侵蚀出铁口两侧，使炉衬寿命变短，还易跑眼。出铁后将渣铁在特制的渣铁分离器（即分渣模）里分离。渣铁分离后，合金浇铸在锭模里。或用铸铁机浇铸。吊往精整台冷却后除掉表面灰尘和夹渣，破碎后每块质量小于15kg，按品种牌号入指定的库号，并将化学成分和物理形态不合格的产品回炉重新熔炼。在熔炼低碳铬铁（C≤0.25）时，对增碳问题应适当注意。原材料要清洁干净不准带碳，特别是硅铬合金的含碳量要低，硅铬合金严禁带渣，因渣中含碳量较高。配料计算原料成分铬矿：Cr2O345%，FeO23%，SiO25%，Al2O313%，CaO2%，MgO8%，C0.03%，P0.03%。硅铬合金：Cr28%，Si48%，Fe23%，C0.5%，P0.02%。石灰：FeO0.5%，SiO21%，Al2O35%，CaO80%，MgO1%，C0.03%，P0.03%。计算条件计算条件为：(1)以100kg铬矿为基础进行计算。(2)铬矿中Cr2O3有75%被还原，有25%进入炉渣(其中有15%呈Cr2O3存在，有10%呈金属粒)。(3)硅铬合金中硅的利用率为80%(其中进入合金3%)，7%以Si和SiO的形式挥发，13%进入炉渣。铁和铬各入合金95%，入渣5%。(4)原料中磷有50%合金，25%入渣，25%挥发。(5)碱度CaO/SiO2=1.6-1.8。配料计算A还原100kg铬矿所需要的硅量还原Cr2O3(2Cr2O3+3Si=4Cr+3SiO2)：45×0.85×(84÷304)=10.59(kg)还原FeO(2FeO+Si=2Fe+SiO2):23×0.95×(28÷114)=4.25(kg)合计：10.59+4.25=14.84(kg)折合成硅铬合金为：14.84÷(0.48×0.80×0.9)=40(kg)B由40kg硅铬合金带入金属中各元素的质量Cr：40×0.28×0.95=10.60(kg)Fe：40×0.23×0.95=8.40(kg)C由100kg铬矿中带入金属各元素的质量Cr：45×0.75×104/152=23.10(kg)Fe：23×0.90×56/72=16.10(kg)D生成金属的质量及成分元素质量/kg合金成分/%Cr10.60+23.10=33.7057.40Fe8.40+16.10=24.5041.60Si40×0.48×0.03=0.581.0合计58.70100E应加入石灰量从铬矿中带入的SiO2量：100×0.05=5(kg)硅铬氧化生成的量：40×0.48×0.90×（60÷28）=37(kg)合计：5+37=42(kg)渣中应有的CaO(石灰)量42×1.6=67(kg)(碱度为1.6)：应加入的石灰量：67÷0.80=84(kg)F炉料组成铬矿：100kg；石灰：84kg；硅铬：40kg。单位消耗项目消耗数量铬矿/(kg/t)1500-1600硅铬合金/(kg/t)620-640石灰/(kg/t)1350-1500镁砖/(kg/t)38-40电极糊/(kg/t)40-42电耗/(kW·h/t)200-2200