論文
電爐冶煉高碳鉻鐵的工藝與原理
更新時間：2022-03-08 關注：2905
高碳鉻鐵的冶煉方法有高爐法、電爐法、等離子爐法、熔融還原法等。在高爐內只能制得含鉻在30%左右的特種生鐵；等離子爐法和熔融還原法屬于冶煉高碳鉻鐵新工藝，尚未普遍采用。目前，含鉻高的高碳鉻鐵大都采用熔劑法在礦熱爐內冶煉。
一、電爐法冶煉的基本原理
電爐法冶煉高碳鉻鐵的基本原理是用碳還原鉻礦中鉻和鐵的氧化物。其主要反應 有：
從以上反應可以看出，碳還原氧化鉻生成Cr3C2的開始溫度為1373k，生成 Cr7C3的反應開始溫度1403K，而還原生成鉻的反應開始溫度為1523K，因而在碳還原鉻礦時得到的是鉻的碳化物，而不是金屬鉻。因此只能得到含碳較高的高碳鉻鐵。而且鉻鐵中含碳量的高低取決于反應溫度。生成含碳量高的碳化物比生成含碳量低的碳化物更容易。實際生產中，爐料在加熱過程中先有部分鉻礦與焦炭反應生成Cr3C2，隨著爐料溫度升高，大部分鉻礦與焦炭反應生成 Cr7C3，溫度進一步升高，三氧化二鉻對合金起精煉脫碳作用。這些反應是：
氧化鐵還原反應開始溫度比三氧化二鉻還原反應開始溫度低，因而鉻礦中的氧化鐵在較低的溫度下就充分地被還原出來，并與碳化鉻互溶，組成復合碳化物， 降低了合金的熔點。同時由于鉻與鐵互相溶解，使還原反應更易進行。
二、高碳鉻鐵的冶煉工藝操作
電爐熔劑法生產高碳鉻鐵采用連續式操作方法。原料按焦炭、硅石、鉻礦順序進行配料，以利混合均勻。敞口爐通過給料槽把料加到電極周圍，料面呈大錐體。封閉爐由 下料管直接把料加入爐內。無論是敞口爐還是封閉爐，均應隨著爐內爐料的下沉而及時 補充新料，以保持一定的料面高度。爐況正常時，三相電流平衡，電極穩定，透氣好，不刺火，爐料能均勻下沉；渣鐵溫度正常，合金和爐渣的成分穩定，并能順利地從爐內放出；全封閉爐的爐膛壓力穩定，爐氣量和爐氣成分變化不大，在原料干燥的情況下料管內不產生爆鳴。出鐵次數根據電爐容量大小而定，鐵與渣同時從出鐵 口放出。在出鐵后期和出渣不順利時，應用圓鋼通暢爐眼，以幫助排渣。根據爐襯的沖刷程度確定堵眼深度。碳磚內襯用耐火粘土泥球堵眼，鎂磚內襯用一定比例的鎂砂粉和耐火粘土泥球堵眼。
爐況不正常的特征為：1、還原劑用量不足時，電極下插深，電流波動，負荷送不足，電極消耗快；爐口火焰發暗；合金含硅、碳量低，鐵硬，表皮泡多，渣中Cr3C2含量增高，爐渣粘度增加。2、還原劑過剩時，電極下插淺，電流波動，刺火，噴渣，電極消耗慢；爐底溫度低，出鐵口不易打開，爐渣不易排出；合金含碳、硅升高，渣中 Cr3C2含量降低。3、硅石過多時，電極下插深，火焰發暗，渣的流動性好，渣中Cr3C2含量升高，凝固的渣子發黑，爐墻侵蝕嚴重，合金中含碳量升高，合金過熱度小，不易從爐內排出。4、硅石過少時，電極下插淺，爐口溫度高，電極周圍有粘稠的渣子，易翻渣，爐渣粘 度大，不易從爐內放出，由于爐溫過高，鐵水溫度高，含碳量下降，渣鐵數量均少。5、硅石和焦炭量都不足時，爐渣中Cr3C2含量低，很粘稠，含有許多未被還原的鉻礦 和小金屬粒，不易從爐內流出，合金中硅和碳的含量均有降低。6、焦炭量不足、硅石量過剩時，爐渣溫度低，易熔而粘稠，含有大量的二氧化硅、Cr3C2和氧化鐵，合金中硅含量下降碳含量上升；電極下插深，消耗增加。7、硅石和焦炭過剩時，爐渣易熔，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。8、焦炭過剩、硅石不足時，電極上抬，出現刺火，焦炭自坩堝里噴出；爐渣熔點高，渣的溫度也高，渣中Cr3C2含量低，爐渣粘稠，不易從爐內放出。合金中的鉻含量取決于鉻礦中的鉻鐵比和鉻的回收率。合金中的碳含量主要與鉻礦的物理性能有關。當鉻礦熔化性好、塊度小時，化料速度快，爐溫低，合金含碳量高；反之，若礦石難熔，塊度大，化料速度慢，爐溫高，由于塊礦中 Cr3C2對鉻的碳化物有精煉作用，合金含碳量低。合金中的硅含量主要與還原劑用量、爐渣中二氧化硅含量和爐溫有關。若還原劑用量多，爐溫較高，而渣中二氧化硅含量比較高時，合金中的硅含量也高；反之，合金中含硅量則低。生產中合金含硅量波動在 0.1-5%之間。合金中的硫80%左右來自焦炭，因此要降低合金硫含量，必須采用低硫焦炭。高碳鉻鐵冶煉過程中，熔劑的用量直接影響爐渣的成分。由于爐渣的成分決定爐渣的熔點，爐渣的熔點又決定爐內的溫度，因而選擇和控制爐渣的成分是冶煉鉻鐵的一個重要問題。合適的爐渣成分能使爐內達到足夠的溫度，保證還原反應順利進行和還原產 物順利排出。高碳鉻鐵的熔點高達 1773K以上，為了保證有高的反應速度并使生成的合金順利地 從爐內放出和渣鐵分離，必須將爐溫控制在鉻鐵熔點以上的 1923-1973K。因此，爐渣的熔點應控制在此范圍內。否則，若渣的熔點偏低，爐內溫度也低，出爐時，雖然爐渣能順利流出，但鐵水由于過熱度小而不能暢流，就會出現出渣多出鐵少的現象，嚴重時會出現只出渣不出鐵；若渣的熔點偏高，爐內溫度也高，爐渣由于熔點高過熱度不夠而不能暢 流，但鐵水能暢流，就會出現出渣少出鐵多的現象，嚴重時會出現只出鐵不出渣。
當鉻礦中的Cr3C2和FeO被還原后，剩下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都很高，必須加熔劑（硅石）以降低其熔點，才能從爐內流出。因此，熔劑的用量就直接影響爐渣的成分。硅石的加入量是根據 鋁-鎂-硅三元相圖確定的。由于爐渣中氧化鎂和三氧化二鋁的比值在1左右，因而可以通過二氧化硅頂點劃一線垂直于底。線上的點就代表爐渣的熔點，它隨著二氧化硅量的增加而下降。當氧化鎂/三氧化二鋁比值發生變化時對爐渣的熔點影響不大，這是因為等熔度線基本上平行于底線的緣故。查三元相圖時，必須把爐渣中的二氧化硅、三氧化二鋁和氧化鎂的含量之和換算為100%。爐渣中三氧化二鋁含量對爐渣粘度有影響，若渣中三氧化二鋁含量過高，爐渣粘度增加，不利于排渣。但三氧化二鋁能增加爐渣的電阻率，有利于電極深插，所以需要一定的含量。
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