一種用於中低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金冶煉緩衝裝置的製作方法

2023-12-04 17:35:46

本發明涉及鐵合金生產領域，更具體地，涉及中、低碳鉻鐵和中、低碳錳鐵合金的冶煉的系統、方法及緩衝裝置。

背景技術：

目前，中、低碳鉻鐵與中、低碳錳鐵的冶煉主要採用電矽熱法，利用矽鉻合金或錳矽合金中的矽作為還原劑，還原鉻精礦粉或錳礦粉中的金屬氧化物，得到中低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金，其主要化學反應如式(1)和式(2)所示。

[sicr]fe+(cr2o3)+(feo)→[crfe]+(sio2)(1)

[sicr]fe+(mno)+(feo)→[mnfe]+(sio2)(2)

為了提高鉻或錳的收得率和矽的利用率，目前採用電矽熱法生產中低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金，主要採用電爐-搖包法工藝，其工作原理是逆流兩次脫矽，具體工藝流程是：礦熱爐生產出矽鉻合金或錳矽合金，然後將矽鉻合金或錳矽合金通過鐵水包倒入搖包中，在搖包中該合金與來自精煉電爐內的含cr2o3或mno較高的鉻渣和錳渣進行一次脫矽反應，所得的矽含量較低的矽鉻鐵合金和矽錳鐵合金和棄渣，將該合金倒入精煉電爐中，與鉻礦熔體或錳礦進行二次脫矽反應，得到中、低碳鉻鐵或中、低碳錳鐵產品以及鉻渣或錳渣，該鉻渣和錳渣再返回搖包進行一次脫矽反應。該工藝流程相對於電爐一步脫矽法工藝，其金屬收得率和矽利用率都要高，但是這種逆流的操作，對操作要求較高，初始矽鉻合金和錳矽合金量的波動會直接影響金屬收得率和矽利用率。在實際生產中由於礦熱爐的生產不穩定，使得每次進入電爐-搖包法生產系統的矽鉻合金和錳矽合金量波動很大，造成金屬收得率和矽利用率的大大降低，甚至低於一步脫矽法工藝。目前尚無法解決礦熱爐穩定生產的問題，有些企業甚至嚴格要求礦熱爐操作人員，要求其每次出鐵量波動不超過10％，但很難實現，且僅波動10％，對後續的電爐-搖包法工藝仍會產生較大影響。

技術實現要素：

本發明針對礦熱爐生產工藝與電爐-搖包法工藝配合的問題，提供一種緩衝裝置，以及使用該緩衝裝置的系統和方法。

為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

根據本發明，提供一種用於中低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金冶煉的緩衝裝置，包含：

爐體，該爐體包含臥式爐身和外殼，爐身為短圓柱體；爐身與外殼之間設置絕熱層；爐身採用碳磚，其壽命可達5～8年，高於鋼廠中常用緩衝容器(混鐵爐)的壽命(1～3年)。矽鉻合金或錳矽合金熔體中碳的飽和溶解度低(小於1.0％或小於2.5％)，且由礦熱爐生產所得的矽鉻合金或錳矽合金，其碳含量基本飽和，故採用碳磚，既不會對合金熔體成分造成影響，引入新的雜質，又可以提高爐體使用壽命，可達5～8年。

兌鐵口，沿爐體軸向投影看，該兌鐵口設置在爐體正上方用於倒入熔體；

燃燒器，沿爐體軸向投影看，該燃燒器設置在爐體左上側且位於兌鐵口的左側，燃燒器用於加熱；

出鐵口，沿爐體軸向投影看，該出鐵口設置在燃燒器對側且用於倒出熔融液體；

氣體攪拌裝置，該氣體攪拌裝置包括排煙口、進煙口、閥門、加壓裝置，沿爐體軸向投影看，排煙口設置於兌鐵口的右側，進煙口設置於爐體左側下方且與排煙口成對角位；排煙口、閥門、加壓裝置和進煙口之間依次相連。採用該氣體攪拌裝置，不僅可以混勻合金熔體，還可以利用燃燒後產生的高溫煙氣進行攪拌，實現節能。該氣體攪拌裝置相較於機械攪拌結構簡單，操作簡便，僅需通過打開閥門和加壓裝置就可以實現攪拌熔體的作用，且裝置穩定性高。

爐體傾動裝置，該爐體傾動裝置設置在爐體下方且用於傾斜爐體；

爐底支撐底座，該爐底支撐底座設置在爐體和爐體傾動裝置下方；

地秤，該地秤設置在出鐵口下方。

進一步地，爐身的長度和直徑的比例為1.05-1.20，減少爐體表面積和散熱損失。

進一步地，外殼由20-40mm的鋼板製造。

進一步地，至少三個燃燒器沿爐體軸向設置在爐體左上側，至少三個燃燒器位於爐身的3/4-4/5處。優選地，燃燒器的個數根據爐體容量設置，一般設置為3-5個。燃燒器採用礦熱爐煤氣燃燒。

進一步地，至少三個燃燒器為爐體的加熱溫度為1600-1800℃。

進一步地，氣體攪拌裝置的至少四個進煙口沿爐體軸向設置於爐體左側下方。優選地，進煙口一般設置為4-6個。進煙口的數量較燃燒器個數多一個，即當燃燒器設置3個時，進煙口設置4個，以此類推。

根據本發明，提供一種冶煉低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金的系統，包含：如上的緩衝裝置、礦熱爐、第一鐵水包、第二鐵水包、第三鐵水包、搖包、渣罐和精煉電爐；其中礦熱爐的出口處設置第一鐵水包；緩衝裝置的地秤上設置有第二鐵水包；搖包和精煉爐依次設置在緩衝裝置的地秤之後；渣罐和第三鐵水包設置在搖包和精煉電爐之間。

根據本發明，提供一種使用如上的系統冶煉低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金的方法，包括以下步驟：

1)礦熱爐中生產矽鉻合金或錳矽合金熔體，將第一鐵水包置於礦熱爐的出口處，盛裝來自礦熱爐的矽鉻合金或錳矽合金熔體；

2)由運輸裝置將第一鐵水包送至緩衝裝置的兌鐵口處，將第一鐵水包盛裝的矽鉻合金或錳矽合金熔體倒入緩衝裝置的爐體中暫存，熔體的液面高度不得高於爐膛的2/3高度；

3)渣罐放置於精煉電爐的出渣口處，待精煉電爐中的二次脫矽反應結束後盛裝鉻渣或錳渣；

4)第二鐵水包放置在緩衝裝置的地秤上盛裝矽鉻合金或錳矽合金熔體，待緩衝裝置出鐵量達到設定值後停止出鐵，其中緩衝裝置出鐵量的設定值根據下述步驟中的搖包的體積而定，出鐵量為搖包容量的1/3～1/4。例如搖包體積為10m3時，可裝入搖包的鐵量約為19.5-23.5噸，對應出鐵量體積為2.5-3m3。

5)裝有鉻渣或錳渣的渣罐經由運輸裝置送至搖包處，將鉻渣或錳渣倒入搖包內，同時將第二鐵水包內的矽鉻合金或錳矽合金熔體倒入搖包內進行一次脫矽反應；

6)搖包內一次脫矽反應結束後，得到矽含量較低的矽鉻合金或錳矽合金熔體和鉻渣或錳渣；矽含量較低的矽鉻合金或錳矽合金熔體用第三鐵水包盛裝運送至精煉電爐內與鉻礦或錳礦反應得到低碳鉻鐵或中低碳錳鐵。

進一步地，步驟2)中矽鉻合金或錳矽合金熔體倒入緩衝裝置的爐體中暫存後，開啟緩衝裝置的燃燒器對爐體內的矽鉻合金或錳矽合金熔體加熱，並開啟氣體攪拌裝置對爐體內的矽鉻合金或錳矽合金熔體進行攪拌。

進一步地，氣體攪拌裝置採用爐體內燃燒生成的煙氣氣體進行攪拌。

本發明的有益效果是：

(1)由於加入了緩衝裝置，可以控制出鐵量，這樣可以降低電爐-搖包法工藝的操作難度，提高電矽熱法生產的穩定性，為今後實現自動化控制提供可能。

(2)由於出鐵量的控制，提高電爐-搖包法生產的中低碳鉻鐵或中低碳錳鐵的金屬回收率和矽的利用率。

(3)相較於機械攪拌裝置，本發明採用氣體攪拌裝置，結構簡單，操作方便，提高了攪拌效果；同時可以利用高溫煙氣作為氣體攪拌的氣體源，達到節能的目的。

附圖說明

圖1是按照本發明的實施例的帶有緩衝裝置的冶煉低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金的系統的示意圖；

圖2是按照本發明的實施例的緩衝裝置的燃燒器、排煙口及進煙口位置左視局部示意圖。

附圖標記

1礦熱爐、2第一鐵水包、3爐體、4兌鐵口、5出鐵口、6燃燒器、71排煙口、72進煙口、73閥門、74加壓裝置、8爐體傾動裝置、9爐底支撐底座、10地秤、11搖包、12渣罐、13精煉電爐、14第二鐵水包、15第三鐵水包。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

如圖1所示，根據本發明的冶煉低碳鉻鐵或中低碳錳鐵合金的系統包含：緩衝裝置、礦熱爐1、第一鐵水包2、第二鐵水包14、第三鐵水包15、搖包11、渣罐12和精煉電爐13；其中礦熱爐1的出口處設置第一鐵水包2；緩衝裝置的地秤10上設置有第二鐵水包14，以滿足稱重需要；渣罐12和第三鐵水包15設置在搖包11和精煉電爐13之間。

緩衝裝置包含爐體3、兌鐵口4、燃燒器6、出鐵口5、氣體攪拌裝置、爐體傾動裝置8和地秤10。

爐體3，爐體3包含臥式爐身和外殼，爐身為用碳磚砌築的短圓柱體且爐身的長度和直徑的比例為1.05-1.20；外殼的材料為20-40mm的鋼板；爐身與外殼之間設置絕熱層；爐身採用碳磚，其壽命可達5～8年，高於鋼廠中常用緩衝容器(混鐵爐)的壽命(1～3年)。矽鉻合金或錳矽合金熔體中碳的飽和溶解度低(小於1.0％或小於2.5％)，且由礦熱爐1生產所得的矽鉻合金或錳矽合金，其碳含量基本飽和，故採用碳磚，既不會對合金熔體成分造成影響，引入新的雜質，又可以提高爐體3使用壽命，可達5～8年。

沿爐體軸向投影看，設置在爐體3正上方的用於倒入熔體的兌鐵口4；

如圖2所示，，沿爐體軸向投影看，用於加熱的三個燃燒器61、62、63，三個燃燒器61、62、63沿爐體軸向設置在爐體3左上側且位於兌鐵口4的左側，三個燃燒器6位於爐身的3/4-4/5高度處；

出鐵口5，沿爐體軸向投影看，出鐵口5設置在燃燒器6對側且用於倒出熔融液體；

氣體攪拌裝置，氣體攪拌裝置包括排煙口71、進煙口72、閥門73、加壓裝置74。如圖2所示，沿爐體軸向投影看，排煙口71設置於兌鐵口4的右側，四個進煙口721、722、723、724沿爐體軸向設置於爐體3左側下方且與排煙口71成對角位，有利於提高氣體攪拌效果；排煙口71、閥門73、加壓裝置74和進煙口72之間依次相連。採用該氣體攪拌裝置，不僅可以混勻合金熔體，還可以利用燃燒後產生的高溫煙氣進行攪拌，實現節能。該氣體攪拌裝置相較於機械攪拌結構簡單，操作簡便，僅需通過打開閥門73和加壓裝置74就可以實現攪拌熔體的作用，且裝置穩定性高。

爐體傾動裝置8，沿爐體軸向投影看，爐體傾動裝置8設置在爐體3下方且用於傾斜爐體3。

爐底支撐底座9，爐底支撐底座9設置在爐體3和爐體傾動裝置8下方。

地秤10，地秤10設置在出鐵口5下方。

優選地，燃燒器6可以設置有4個，且進煙口72可以設置有5個。

優選地，燃燒器6可以設置有5個，且進煙口72可以設置有6個。

如圖1所示，礦熱爐1的出鐵口5處，用第一鐵水包2盛裝矽鉻合金或錳矽合金熔體，由運輸裝置將第一鐵水包2送至緩衝裝置的兌鐵口4，將鐵水倒入緩衝裝置的爐體3中進行暫存，熔體的液面高度不得高於爐膛的2/3高度。關閉兌鐵口4，通入煤氣和氧氣，保持燃燒器6的工作狀態，維持緩衝裝置爐體3爐內溫度在1600-1800℃。同時開啟閥門73，高溫煙氣通過排煙口71排出，經加壓裝置74後通過進煙口鼓入爐體3，對合金進行混勻操作，混勻後關閉閥門73。待傾動式精煉電爐13的二次脫矽冶煉結束後的鉻渣或錳渣倒入渣罐12中。同時，將第二鐵水包14放置在緩衝裝置的地秤10處等待接熔體，通過傾動裝置8在出鐵口5倒出熔體，待出鐵量達到設定值後停止出鐵，然後將裝有鉻渣或錳渣的渣罐12和裝有熔體的第二鐵水包14分別經由運輸裝置送至搖包11處，先將熱的鉻渣或錳渣倒入搖包11內後再將第二鐵水包14內的熔體倒入搖包11內進行反應。搖包11內一次脫矽反應結束後，得到矽含量較低的矽鉻合金或錳矽合金熔體和鉻渣或錳渣；矽含量較低的矽鉻合金或錳矽合金熔體用第三鐵水包15盛裝運送至精煉電爐內與鉻礦或錳礦反應得到低碳鉻鐵或中低碳錳鐵。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；如果不脫離本發明的精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護範圍當中。