专利名称:熔化和还原铬矿的方法
本发明涉及一种熔化和还原铬矿的方法，更具体地说，涉及一种通过以铬矿和碳素物作为炉料，并向其熔融金属吹氧的熔化和还原铬矿的方法。
近年来，已经提出了各种熔化和还原铬矿的方法。例如，在日本专利公报159963/84号中叙述了这样一种方法，其中(a)通过载体-氧化气体将铬氧化物粉末注入到熔融金属上;
(b)加入碳素物(如煤或焦炭)和用于搅动的气体;和(c)通过步骤(a)和(b)实现的还原过程，可生产出含铬量小于40%(重量)的熔融金属。
但是，这种方法有一定的缺点，由于铬矿具有难以还原的性质，为获得含理想铬百分数的熔融金属需要很长的时间。
本发明的目的在于提供一种快速熔化和还原铬矿的方法。
为了达到上述目的，提供了一种熔化和还原铬矿的方法，该方法是利用能够向熔融金属进行顶吹和底吹以及降低其内部压力反应容器。包括以下步骤向反应容器中加入熔融金属;
向反应容器中加入铬矿;
向反应容器中加入碳素物;
使容器内压力降至低于大气压;和通过该容器底部风口引入气体搅拌熔融金属的同时，向熔融金属吹氧气。
图1为实施本发明熔化和还原铬矿的方法所用设备的一个例子的示意图;
图2为实施该方法另一例所用试验设备的实例的示意图;
图3为该方法的实例1的操作过程图示;
图4为该方法的实例2的操作过程图示;以及图5为表示铬含量、碳含量和温度中每一参数的变化与时间的关系曲线。
图1为实施本发明熔化和还原铬矿的方法所用设备的一个实例的示意图。首先将熔融金属7注入反应容器1中，用装置4抽出气体使容器的内压减至1～600乇，然后保持住已降低的压力。将块状的铬矿、煤和助熔剂通过上漏斗5和下漏斗6加入到熔融金属上，经风口3吹入氧气，在用氩气搅动该熔融金属的同时，通过吹管2向熔融金属吹氧。加入的煤块中所含的一部分碳产生CO气，另一部分溶入熔融金属中，其余的残留物含在炉渣中。因此，通过熔融金属和炉渣中所含碳的作用使铬矿还原。
铬矿的还原按下列方式进行
按本实施方案，由于反应容器1内保持减压或真空，所以能使铬矿还原过程中产生的CO气体排出该容器外。因此，由于这种气体的排出而加速了还原反应。如果压力为600乇或更低，还原反应将是有效的，如果压力为300乇或更低它将更加有效。但是，如果内压小于1乇，将引起按工业规模进行生产所需设备投资成本的增加。因此，1～600乇为宜，10～300乇更好。
除本发明反应加速的优点之外，由于反应加速缩短了反应时间，由此减轻了设备的承力条件;所以本发明的方法可以延长设备的使用寿命。
在本实施方案中，使用块状铬矿，也可以用粉末状的铬矿，其中通过吹管2或风口3供粉被认为是理想的。可以采用另一种方法，即通过反应容器1的上部加入块状铬矿，而且还通过吹管2或风口3注入粉状铬矿。
在本实施方案中，用块状煤作为碳素物。块状焦炭或粉状煤或焦炭也可以用作替代物。建议从容器的上部加入块状料，通过吹管2或风口3注入粉状料。也可以把利用从容器上部加入块状料和从吹氧管2或风口3注入粉料两种方法看作是提供碳素物的可选择方法。提供氧气的最佳量为1.0～5.0标准立方米/分钟·T，其中T代表一吨熔融金属。如果所供氧气的量大于5.0标准立方米/分钟·T，就需要更大规模的设备，从而设备投资增加。另一方面，如果供氧量小于1.0标准立方米/分钟·T，则还原过程的速度变缓，由碳素物燃料所产生的热量就不够了。
在本实施方案中，通过吹管吹入氧气。另外，也可以通过风口供氧，并且它还具有搅拌熔融金属的作用。此外，也可以通过吹管和风口两个途径吹入氧气。
在本实施方案中，为了搅拌熔融金属，将氩气从底部吹入。N2气、CO2气或熔化和还原反应期间该容器内产生的气体都可以用来代替氩气。从底部吹入的适宜气体量在0.1～1.5标准立方米/分钟·T的范围内，当压力减小到接近1乇时，用于搅拌熔融金属所需的气体可以是较小的量。另一方法，当压力接近600乇时，则需较大的气体量。即使在低压(500～600乇)下，若吹入的气体量大于1.5标准立方米/分钟·T，则这一数量也是太多了，以致于发生所谓阻碍现象，在其中反应的熔融金属被喷出反应容器。
参照下列实例本发明将更加明了;但是，这些实例是用来说明本发明，并不构成本发明范围的限制。
实例1图2示意地说明了本发明一个实例所用试验设备的一个例子。该设备由装在真空容器10中的反应器11组成，其中真空容器10与一用来抽气的装置14相连，以便除去反应器内部的气体。真空容器由上下两部分构成;上部分装有通向抽空装置的导管，以及进料口15;上下两部分之间的间隙用密封件16紧密封住。由此，该实验设备形成一密封体系。
在此实验中，使用含5%碳和1.2%硅的熔融金属;通过进料口15加入块状铬矿、焦炭和烧石灰;通过吹管2吹入氧气;以及通过装在反应器底部的多孔塞13注入搅拌氩气。
现在参考图3叙述该实例的操作过程。操作按以下6步进行。
a1首先提供40千克熔融金属;
a2开始后两分钟加入1千克(25千克/T)烧石灰和2千克(50千克/T)的焦炭;
a3经过17分钟后，在压力降到200乇的条件下，在向熔融金属上通入150标准升/分钟(3.75标准立方米/分钟·T)氧气和30标准升/分钟(0.75标准立方米/分钟·T)氩气的状态下，加热熔融金属17三分钟，並有熔渣生成;
a4开始28分钟后，加入2千克(50千克/T)的铬矿;
a5经29分钟后，在压力再次减到200乇的条件下，在向熔融金属注入150标准升/分钟(3.75标准立方米/分钟·T)的氩气和20～50标准升/分钟(0.5～1.25标准立方米/分钟·T)氩气的状态下，还原铬矿8分钟;以及a6在开始52分钟后，将还原的金属放出。
在该操作中，8分钟的还原反应使熔融金属中的铬含量净增0.32%;铬含量每分钟增加0.04%。在整个操作过程中碳含量几乎恒定不变，硅含量降到微量。
实例2利用与实例1中相同的实验设备和同样熔融金属，进行本发明的另一实例的操作。
现在参照图4叙述该实例的操作过程。该操作按以下6步进行。
b1开始时提供40千克熔融金属;
b2开始后2分钟，加入1千克(25千克/T)的烧石灰和1.5千克(37.5千克/T)的焦炭;
b33分钟后，在760乇大气压下，向熔融金属通入150标准升/分钟(3.75标准立方米/分钟·T)的氧气和50标准升/分钟(1.25标准立方米/分钟·T)的氩气，在此状态下加热熔融金属17六分钟，並生产出熔渣;
b4在开始后12分钟，加入2千克(50千克/T)的铬矿和1.5千克(37.5千克/T)的焦炭;
b5在压力降低到200乇的条件下，以及向熔融金属通入150～180标准升/分钟(3.75～4.5标准立方米/分钟·T)的氧气和20～50标准升/分钟(0.5～1.25标准立方米/分钟·T)的氩气的状态下，还原铬矿;以及b6在开始后30分钟，放出还原的金属。
在此操作中，5分钟的还原反应使熔融金属中的铬含量净增0.43%;每分钟铬含量增加0.086%。这一实例中的铬含量增加大于实例1中的铬含量增加。这可能是由于还原阶段的初始温度增加了约50℃，以及加热熔融金属产生熔渣的时间更长的缘故。
除本发明实例2的操作以外，以实例2中的同样条件供氧气(但不包括采用大气压这一条件)，进行了对比还原操作。对比操作使铬含量净增0.15%，或每分钟增加0.03%。对比操作的还原速度约相当于实例2的还原速度的三分之一。即使与实例1相比较，其还原速度也是相当缓慢的。
实例3进行两个操作，一是在压力降到200乇的条件下，进行的本发明的一个实例的操作，另一操作则是在大气压下进行的，为了对比两操作，采用与实例1和2中相同的实验设备。
开始，向反应器11中加入下列原料铬矿2千克(50千克/T)烧石灰1千克(25千克/T)二氧化硅1千克(25千克/T)在第一个5分钟内，在下列条件下还原铬矿压力760乇(大气压)氧气引入量150标准升/分钟(3.75标准立方米/分钟·T)氩气引入量10标准升/分钟(0.25标准立方米/分钟·T)以及在接着的5分钟内，在下列条件下还原铬矿压力200乇氧气引入量150标准升/分钟(3.75标准立方米/分钟·T)
氩气引入量10标准升/分钟(0.25标准立方米/分钟·T)所得结果的图解说明示于图5中。
在760乇大气压力下进行的第一个5分钟操作使铬含量净增0.15%;即每分钟铬含量增加0.03%。在200乇的减压下接着进行的5分钟还原操作使铬含量净增0.5%;即每分钟铬含量增加0.1%。经比较证明在低于大气压条件下进行的还原反应要快的多。但是，发现两个对比操作中的碳含量和温度几乎没有什么差别。
权利要求
1.一种熔化和还原铬矿的方法，其中采用能够允许顶吹和底吹熔融金属的反应容器，该方法包括以下步骤向上述容器中提供熔融金属；向上述容器中加入铬矿；向上述容器中加入碳素物；通过上述容器底部的风口注入气体搅拌上述熔融金属的同时，向上述熔融金属吹氧气；以及其特征在于包括降低上述容器中的压力使其低于大气压。
2.如权利要求
1所述的方法，其特征在于上述减压步骤包括用一抽空装置使压力降至1～600乇。
3.如权利要求
2所述的方法，其特征在于上述减压步骤包括将压力减至1～300乇。
4.如权利要求
1、2或3所述的方法，其特征在于上述加入铬矿步骤包括通过上述容器的上部加入块状铬矿。
5.如权利要求
1～4中任一权利要求
所述的方法，其特征在于上述加铬矿步骤包括通过上述容器的上部的吹管注入粉状铬矿。
6.如权利要求
1～5中任一权利要求
所述的方法，其特征在于上述加铬矿步骤包括从上述容器底部的风口注入粉状铬矿。
7.如权利要求
1～6中任一权利要求
所述的方法，其特征在于所述加碳素物步骤包括通过所述容器的上部加入块状碳素物。
8.如权利要求
1～7中任一权利要求
所述的方法，其特征在于上述加碳素物步骤包括通过上述吹管注入粉状碳素物。
9.如权利要求
1～8中任一权利要求
所述的方法，其特征在于上述加碳素物步骤包括通过上述风口注入粉状碳素物。
10.如权利要求
1～9中任一权利要求
所述与方法，其特征在于吹入的氧气量在1.0～5.0标准立方米/分钟·T的范围内，其中T代表一吨熔融金属。
11.如权利要求
1～10中任一权利要求
所述的方法，其特征在于通过上述风口注入用于搅拌上述熔融金属的可供选择的气体包括Ar、N2和CO2，其通入量在0.1～1.5标准立方米/分钟·T的范围内，其中T代表一吨熔融金属。
12.如权利要求
1～10中任一权利要求
所述方法，其特征在于通过上述风口注入用于搅拌上述熔融金属的可供选择的气体包括Ar、N2和CO2，其通入量在0.3～1.5标准立方米/分钟·T的范围内，其中T代表一吨熔融金属。
13.如权利要求
1～10中任一权利要求
所述的方法，其特征在于通过上述风口注入的用于搅动上述熔融金属的气体包括在上述容器中反应所产生的气体，其通入量在0.1～1.5标准立方米/分钟·T的范围内，其中T代表一吨熔融金属。
14.如权利要求
1～10中任一权利要求
所述的方法，其特征在于通过上述风口注入的用于搅动上述熔融金属的气体包括在上述容器中反应所产生的气体，其通入量在0.3～1.5标准立方米/分钟·T的范围内，其T代表一吨熔融金属。
专利摘要
一种熔化和还原铬矿的方法，该方法包括加入铬矿和碳素物、并在1～600乇压力的条件下向熔融金属(7)吹氧、与此同时吹入搅动气体搅拌熔融金属。在该方法中，所采用的反应容器(1)能够允许向熔融金属进行顶吹和底吹，而且容器内保持减压状态。可以使用块状或粉状的铬矿和碳素物。当采用粉状矿和材料时，这些粉状物通过吹管(2)或风口(3)吹入容器之中。
文档编号C22B9/00GK86107703SQ86107703
公开日1987年6月10日 申请日期1986年11月13日
发明者森肇, 平野稔, 长谷川辉之, 河井良彦, 菊地良辉, 高桥谦治 申请人:日本钢管株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan