专利名称：交流等离子熔融还原铬镍精矿直接冶炼不锈钢的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于等离子熔融还原技术，尤其涉及在交流等离子炉中进行熔融还原直接冶炼不锈钢的方法和装置。
目前，国内外冶炼不锈钢的方法基本上是在电炉中用铬铁和镍铁对钢液进行合金化冶炼而成。而用这种方法冶炼高合金含量的不锈钢时，铁合金的成本几乎占不锈钢总成本的60％以上。若采用铬镍精矿代替铬铁和镍铁，用熔融还原的方法直接冶炼不锈钢，将可以大幅度降低不锈钢的冶炼成本，并可将冶炼工艺简化。近几年国内外已有人从事这方面的研究，并申请了专利。如昭61-279608号专利，CN89103396.3号专利和CN95111781.5号专利。上述三个专利均是采用顶底复吹氧转炉和顶侧吹氧转炉铁浴式熔融还原直接冶炼不锈钢的方法。但这类铁浴式熔融还原法的一个共同特点在于，必须依赖厚渣层将转炉上部顶吹氧造成的高氧化气氛和下部渣、金属液和碳三相混合的强还原区“隔绝”开，若氧流股一旦将渣层击穿，就会使已还原的铬等金属发生重氧化。另外，这类方法由于用C质还原剂，所得的产品是含C量很高的半钢，必须进行脱C精炼处理，工艺流程相对复杂。
本发明的目的是提供一种快速、高效、简便和经济的在等离子电炉中进行铬镍精矿的熔融还原直接冶炼不锈钢的方法和装置。
为实现上述目的，本发明在工艺上所采用的技术方案是在交流等离子炉内预先一次性装填完所需废钢或海绵铁，并加入铬精矿、镍精矿、硅铁、石灰和氧化镁，约占总炉容的2/3左右。
在冶炼Cr13不锈钢时，炉料所用成分的含量百分及所用份额为Cr2O3为52.10％的铬精矿100份；硅为75％的硅铁粉25～27份；CaO≥75％的石灰8～1O份；MgO≥90％的氧化镁4～6份。
在冶炼Cr18Ni9不锈钢时，炉料所用成分的含量百分及所用份额为Cr2O3为52.10％的铬精矿100份；NiO为75％的氧化镍27～29份，硅为75％的硅铁粉29～31份；CaO≥75％的石灰8～10份；MgO≥90％的氧化镁4～6份。
等离子发生器所用载气体为Ar气，或焦炉煤气。焦炉煤气可以产生还原性等离子体，有利熔融还原过程。
待炉料已大部熔化后，往等离子炉内添加经干燥和混匀过的粉状原料，控制粒度＜20目。其方式是用流化喷粉装置通过一根小孔石墨电极均匀喷入等离子炉弧区。已还原的金属Cr和Ni溶入已熔化的废钢或海绵铁液中，达到规定牌号的不锈钢合金化目标值。
为实现发明目的，本发明在装置上采用的技术方案是用于熔融还原铬镍精矿直接冶炼不锈钢的等离子炉，由三相交流等离子发生器和炉体两部分组成。该发生器由三根小孔石墨电极构成，三根电极互相平行地竖直安装，三根电极的园心呈等边三角形均匀布置。每根电极均可以作上下移动和平行移动，每种移动均能自锁。炉体由炉盖和园台形炉壳组成，内衬为高温耐火材料，炉盖和炉体用钢板焊接而成，通水进行冷却；炉盖上开有孔，以供电极插入和升降，炉底开有出钢口和排渣口。
三根石墨电极沿轴心钻一Φ4～Φ8mm小孔，以注入稳定流动的载气体。将三根石墨电极中的一根，作为喷粉加料极，孔的大小以满足粉料能顺利流动，并以一定的气粉比将粉料均匀喷入，使粉料在石墨电极端口流出时大部分被等离子高温熔融和还原为宜。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下一系列特点采用熔融还原不会产生已还原合金元素的重氧化，可以将钢中氧含量降至很低水平；采用硅铁粉作还原剂，钢中C含量可以一次降到不锈钢C含量的要求；采用流化喷粉装置将所有原料通过电极中心孔均匀喷入高温等离子体弧区，不仅熔融还原速度极快，而且减化了加料过程；采用三相交流低电压大电流变压器提供等离子体发生器所需电源。相同容量的普通电弧炉用变压器可以满足这一要求。因此，适应性广。
采用本发明的小孔石墨电极，等离子弧引弧容易，而且弧体稳定，不受炉料影响。可以通过升降石墨电极调节等离子弧的弧长；亦可通过调节变压器的次极电压和载气流量来调节等离子体的功率和弧长，以满足冶炼工艺过程的要求。
也可采用焦炉煤气替代Ar气作为载气体以产生还原性等离子体，有利于熔融还原过程的工艺要求，而且比Ar气更经济、适用。
采用粉料入炉，对炉料不需造球制块，也不用加粘结剂，炉料适应性广，对需要的炉料品位、粒度和形状都没有特殊要求。
因此本发明可达到下列技术经济指标1、冶炼时间＜30分钟；2、Cr回收率可达90～95％、Ni回收率可达95～98％；3、不锈钢成本可降低1/3。
现结合附图和实施例对本发明作进一步描述
图1是本发明的三相交流等离子熔融还原铬镍精矿直接冶炼不锈钢工艺流程示意图。
图2是本发明的三相交流等离子熔融还原铬镍精矿直接冶炼不锈钢的装置结构示意图。
本发明的工艺流程如图1所示第一步，先将粒度＜20目的铬、镍精矿粉、硅铁粉和熔剂，在120℃以内进行干燥，经配料后进行混匀，干燥的目的是保证粉料在喷粉罐内顺利流化和输送，也保证配料准确。
第二步，将洁净废钢(去除铁锈、控制有害杂质和非需要元素的废钢)或海绵铁按配料需要一次装入炉内，再加入部分混合料，填充到整个炉容的2/3左右。其余粉料装入喷粉罐，并用Ar气充压流化。
第三步，等离子熔融还原，先是往石墨电极中注入Ar气，启动变压器电源，变压器为三相交流低电压大电流变压器，引等离子弧。约5分钟后，等离子炉内的炉料已基本熔融并充满等离子体时，开喷粉罐下料球伐喷入其余的混合粉料，控制气粉比合适，使粉料一经离开电极端口即能被高温等离子体弧熔融和还原。然后调节电极高度，采用等离子埋弧精炼，并适当降低所用等离子体功率。
第四步，提升电极、停电、停气、出钢、出渣。
三相交流等离子熔融还原铬镍精矿直接冶炼不锈钢装置如图2所示。它包括等离子炉和等离子发生器两部分，等离子炉由炉盖「4」和炉体「5」两部分组成。炉盖「4」呈弧形，中心开有电极「2」、「8」、「9」插入和升降孔；炉体「5」为园台形，底部相应部位开有排渣口「6」和出钢口「7」、炉盖「4」和炉体「5」的炉壳用钢板焊结而成，均通水冷却，内砌高温耐火材料。
等离子发生器由三根沿轴心钻有小孔的石墨电极「2」、「8」、「9」组成，其中一根钻的孔径较大，兼供由喷粉罐「1」喷入炉料。水冷铜电极夹持器「3」供100～135V三相交流电输入，并与电极升降装置联接并绝缘，实现电极的升降、平移的工艺要求。
通过电极的小孔注入稳定流动的等离子载气体(Ar或焦炉煤气)，喷粉罐「1」用一定压力的Ar气作为气源，提供稳定流动的粉料喷入炉内。
本发明的具体操作是提升电极「2」、「8」、「9」，开启炉盖「4」，先将配料所需的洁净废钢(或海绵铁)一次性加入炉内；再将经干燥、混匀并配料后的混合料加入炉内，装填到整个炉容的2/3左右，盖上炉盖「4」，插入电极「2」、「8」、「9」，启动水泵使炉盖「4」、炉壳「5」及水冷铜电极夹持器「3」通入冷却水。将剩余的混合粉料装入喷粉罐「1」，并用Ar气充压到一定压力；将电极「8」和「9」注入等离子载气，启动电源，引等离子弧，调节电极使等离子弧稳定。约5分钟后，待大部分炉料已熔融和还原，料面下降，上部空间已充满等离子气体。这时等离子弧已很稳定，开启喷粉罐下料球伐，向炉内供料，直至料喷完。调节电极「2」、「8」、「9」升降，进行埋弧精炼。冶炼结束，提升电极「2」、「8」、「9」，停电，停气，带渣出钢，最后出完全部炉渣。
附表
权利要求
1．一种采用等离子熔融还原直接冶炼不锈钢的方法，其特征包括在三相交流小孔石墨电极等离子炉内预先装填废钢或海绵铁，并加入铬精矿、镍精矿、硅铁、石灰和氧化镁。
2．根据权利要求1所述的等离子熔融还原直接冶炼不锈钢的方法，其特征在于冶炼Cr13不锈钢时，炉料所用成分的含量百分及所用份额为Cr2O3为52.10％的铬精矿100份；硅为75％的硅铁粉25～27份；CaO≥75％的石灰8～10份；MgO≥90％的氧化镁4～6份。
3．根据权利要求1所述的等离子熔融还原直接冶炼不锈钢的方法，其特征在于冶炼Cr18Ni9不锈钢时，炉料所用成分的含量百分及所用份额为Cr2O3为52.10％的铬精矿100份；NiO为75％的氧化镍27～29份，硅为75％的硅铁粉29～31份；CaO≥75％的石灰8～10份；MgO≥90％的氧化镁4～6份。
4．根据权利要求1～3所述的等离子熔融还原直接冶炼不锈钢的方法，其特征在于加入等离子体炉内的原料为干燥过的粉料，粒度＜20目。
5．根据权利要求1～4所述的等离子熔融还原直接冶炼不锈钢的方法，其特征在于往等离子炉内添加料的方式是用流化喷粉装置通过气体将粉料经一根小孔石墨电极均匀喷入等离子炉弧区。
6．一种用于熔融还原直接冶炼不锈钢的装置，其特征在于其由三相交流等离子发生器和炉体组成。三相交流发生器由三根小孔石墨电极「2」、「8」、「9」构成。用Ar气或焦炉煤气作载气体。炉体由炉盖「4」和园台形炉壳「5」组成，罐内衬为高温耐火材料，炉盖「4」和炉壳「5」用钢板焊接而成，均通水冷却，炉盖「4」上开有孔，炉底开有出钢口「7」和排渣口「6」。
7．根据权利要求6所述的冶炼不锈钢装置，其特征在于所述的三根电极「2」、「8」、「9」互相平行地竖直安装，三根电极「2」、「8」、「9」的园心呈等边三角形均匀布置。
8．根据权利要求7所述的冶炼不锈钢装置，其特征在于三根石墨电极「2」、「8」、「9」沿轴心钻一Φ4～Φ8mm小孔。
9．根据权利要求8所述的冶炼不锈钢装置，其特征在于将三根石墨电极「2」、「8」、「9」中的一根，作为喷粉加料极。
全文摘要
一种采用交流等离子熔融还原法直接冶炼不锈钢的方法和装置。冶炼装置为三相交流小孔石墨电极等离子炉,注入Ar气或焦炉煤气以作为载气体,其中一根电极兼作加料极,将铬精矿粉、镍精矿粉、硅铁粉、石灰和氧化镁经电极中心孔喷入熔池。被还原的Cr和Ni等金属溶入被熔化的定量洁净废钢或海绵铁中,达到不锈钢所需的合金化目标值。整个熔融还原及合金化过程速度快、收得率高、成本低。
文档编号C21B13/00GK1295134SQ9912003
公开日2001年5月16日 申请日期1999年11月8日 优先权日1999年11月8日
发明者罗廷和, 李松辉, 曾小宁, 王铁, 罗江 申请人:武汉科技大学