利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺的制作方法
【技术领域】：
[0001 ] 本发明涉及冶炼中低碳铬铁的工艺，特别是涉及利用多晶硅废料一步法冶炼中低 碳铬铁的工艺。
【背景技术】：
[0002] 现有技术生产中低碳铬铁为三步法：第一步：矿热炉中用铬矿生产高碳铬铁，第 二步：高碳铬铁和硅石混合再入矿热炉冶炼生产出硅铬合金，第三步：硅铬合金再配入铬 矿入电弧炉冶炼生产出中低碳铬铁。传统三步法生产中低碳铬铁耗电量大，能耗高，生产成 本高，而且工艺复杂，冶炼周期长。ZL200510093590.8公开了铬铁矿利用矿热炉一步法冶炼 中碳铬铁工艺，其采用的原料是铬铁矿、二氧化硅和焦炭，与三步法冶炼铬铁矿所用原料相 同，该方法理论上可以实现，但实际操作时，矿热炉中进行着与三步法同样的化学反应，各 化学反应的先后顺序无法控制，因此根本无法实现工业化生产。
[0003] 多晶硅是用含硅99%的工业硅再次冶炼生产含硅99. 9999%硅锭，再切割成小于 一毫米厚的光伏板用于太阳能发电，切割中损耗高达50%，每年在江苏产生的多晶硅切割 废料高达10万多吨。大量多晶硅废料堆积无法处理，不仅造成资源浪费，同时污染环境。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的在于提供能够降低冶炼成本、资源得到合理利用、减少环境污染的 利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺。
[0005] 本发明的目的由如下技术方案实施，利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的 工艺，用多晶硅废料为还原剂，冶炼铬矿，制得中低碳铬铁。
[0006] 所述的利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺，其包括如下步骤：（1)测 定铬矿成分及含量；（2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；（3)按计算比例配料；（4)冶 炼制得成品；
[0007] (1)测定铬矿成分及含量；
[0008] (2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例：利用步骤⑴测得的结果，结合如下化学 反应式计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；化学反应式如下：
[0009] 2Cr203+3Si = 4Cr+3Si02 (a)
[0010] Cr203+SiC = 2Cr+C0+Si02 (b)
[0011] 2Fe0+Si = 2Fe+Si02 (c)
[0012] 3Fe0+SiC = 3Fe+C0+Si (d)
[0013] (3)按计算比例配料：按所述步骤（2)计算得到的添加比例配制铬矿与多晶硅废 料的混合料；
[0014] (4)冶炼制得成品：将所述步骤⑶配制的所述混合料均匀连续的投入矿热炉中， 所述矿热炉的炉内温度不低于1925K，冶炼时间（从投料到出铁时间）控制在240-260分 钟，最终使得所述矿热炉内的所述混合料料层表面形成保温层，冶炼过程中，添加碱剂控制 排出渣的碱度，将所述排出渣碱度控制在I. 65-1. 95,最终生产出中低碳铬铁成品。
[0015] 具体的，所述步骤（4)向所述矿热炉内投加混合料的速度控制为在冶炼时间 240-260分钟内，向所述矿热炉内投加20-22吨所述混合料。
[0016] 优选的，所述碱剂为石灰。石灰中Ca0>85% ;Si02〈l. 5% ;P〈0. 0027% ;无水分，杂 质少，避免在冶炼过程中引进新的杂质。
[0017] 进一步，所述矿热炉的电极为石墨电极。将矿热炉的自焙电极换成石墨电极，降低 产品中的渗碳量。
[0018] 优选的，所述铬矿为铬精矿和铬块矿，所述铬精矿与所述多晶硅废料混合后压制 成硅铬球或硅铬块，所述硅铬球或所述硅铬块与所述铬块矿混合形成所述混合料。首先，将 所述铬精矿与所述多晶硅废料混合后压制成硅铬球或硅铬块，可增加炉况透气性和材料利 用率，降低粉尘；其次，混合料中配入高熔点的铬块矿，提高熔点，炉况中形成冷料层、预热 层、还原层形成有效的保温效果，实现埋弧冶炼。
[0019] 本发明的优点：（1)用矿热法还原三氧化二铬，合金里只是碳素电极消耗渗碳，实 验证明合金里的碳含量，最大为每天消耗碳电极的重量除以每天产出的中低碳铬铁重量， 一般为1. 67%左右，减掉电极氧化消耗，实际生产的络铁中含碳量小于1. 5%，达到中低碳 铬铁碳含量要求，因此采用本发明方法，碳含量容易控制；（2)以多晶硅废料为还原剂，解 决了多晶硅废料堆积，无法处理，污染环境的问题；(3)以多晶硅废料为还原剂，将传统的 三步法冶炼，用本发明一步法即可完成，生产成本与传统方法比较，节约了将近2/3,同时 冶炼时间也大大缩短，提高了生产效率；(4)同时减少了生产过程中的环境污染，提高了能 源利用率，提高了生产中的安全性；(5)本发明中铬的回收率达到85%以上，铁的收率达到 95%以上。
【具体实施方式】：
[0020] 测定实施例1-3所用的铬矿成分及含量，混合料中，采用了两种铬矿南非矿和巴 西矿按 1 :1 配比，Cr/Fe 为 2. 1，Mg/AI 为 1. 2。
[0021] 经测定，铬矿成分如表1所示：
[0022] 表1实施例1-3米用的络矿成分分析表
[0024] 经测定，多晶硅切割废料成分如表2所示：
[0025] 表2实施例1-3采用的多晶硅切割废料成分分析表
[0027] 实施例1 :利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺，其包括如下步骤：（1) 测定铬矿成分及含量；（2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；（3)按计算比例配料；（4) 冶炼制得成品；
[0028] (1)测定铬矿成分及含量，由表1所示；
[0029] (2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例：利用步骤（1)测得的结果，结合如下化学 反应式计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；化学反应式如下：
[0030] 2Cr203+3Si = 4Cr+3Si02 (a)
[0031] Cr203+SiC = 2Cr+C0+Si02 (b)
[0032] 2Fe0+Si = 2Fe+Si02 (c)
[0033] 3Fe0+SiC = 3Fe+C0+Si (d)
[0034] (3)按计算比例配料：按所述步骤⑵计算得到的添加比例配制铬矿与多晶硅废 料的混合料；混合料中，硅铬球：100份，铬块矿130份，Ca0>85%的石灰110份；硅铬球中， 多晶硅切割废料与铬精矿的质量比为22 :10,铬精矿的Cr/Fe比为1. 82 ;铬块矿中Cr/Fe为 2. 1，Cr2O3的质量百分含量为35. 69%。
[0035] (4)冶炼制得成品：将所述步骤⑶配制的所述混合料，均匀连续的投入矿热炉 中，在冶炼时间240分钟内，向所述矿热炉内投加20吨所述混合料。所述矿热炉的炉内温 度不低于1925K，最终使得所述矿热炉内的所述混合料料层表面形成保温层，出铁时让电流 由100A下降50A保持5分钟，为渣铁分离提供时间，炉渣分析碱度在1. 65,铬的回收率达到 86%，铁的收率达到95%。这种情况下产出的中低碳铬铁中Cr彡52%，CS 2. 7%。
[0036] 其中，矿热炉的电极为石墨电极。将矿热炉的自焙电极换成石墨电极，降低产品中 的渗碳量。
[0037] 首先，将所述铬精矿与所述多晶硅废料混合后压制成硅铬球或硅铬块，可增加炉 况透气性和材料利用率，降低粉尘；其次，混合料中配入高熔点的铬块矿，提高熔点，炉况中 形成冷料层、预热层、还原层形成有效的保温效果，实现埋弧冶炼。
[0038] 实施例2 :利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺，其包括如下步骤：（1) 测定铬矿成分及含量；（2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；（3)按计算比例配料；（4) 冶炼制得成品；
[0039] (1)测定铬矿成分及含量，由表1所示；
[0040] (2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例：利用步骤⑴测得的结果，结合如下化学 反应式计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；化学反应式如下：
[0041] 2Cr203+3Si = 4Cr+3Si02 (a)
[0042] Cr203+SiC = 2Cr+C0+Si02 (b)
[0043] 2Fe0+Si = 2Fe+Si02 (c)
[0044] 3Fe0+SiC = 3Fe+C0+Si (d)
[0045] (3)按计算比例配料：按所述步骤（2)计算得到的添加比例配制铬矿与多晶硅废 料的混合料；混合料中，硅铬块：100份，铬块矿130份，Ca0>85%的石灰130份；硅铬块中， 多晶硅切割废料与铬精矿的质量比为22 :10,铬精矿的Cr/Fe比为1. 82 ;铬块矿中Cr/Fe为 2. 1，Cr2O3的质量百分含量为35. 69%。
[0046] (4)冶炼制得成品：将所述步骤（3)配制的所述混合料，均匀连续的投入矿热炉 中，在冶炼时间250分钟内，向所述矿热炉内投加21吨所述混合料。