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采用中頻爐還原高 Cr、Ni等離子切割渣氧化物
您的位置： 中頻爐|感應加熱|熔鋼爐|熔鋁爐|熔銅爐|熔鉛爐|洛陽(yáng)萬(wàn)峰工業(yè)爐有限公司-技術(shù)支持采用中頻爐還原高 Cr、Ni等離子切割渣氧化物
廠(chǎng)家：采用中頻爐還原高 Cr、Ni等離子切割渣氧化物 日期：：2020-01-20 瀏覽次數： 403
通過(guò)采用中頻爐冶煉不銹半鋼試驗，即對水下切割、空氣中切割不銹鋼所產(chǎn)生的等離子切割渣氧化物的還原處理，實(shí)現質(zhì)量分數為2o％以下的氧化物的還原反應，生成不銹半鋼，達到再生利用Cr、Ni、Mo等貴重金屬的目的。該試驗主要通過(guò)對中頻電爐爐襯材料的選擇，對高溫冶金反應溫度、反應強弱與不銹半鋼含碳量的關(guān)系的分析，不銹半鋼成分的分析證實(shí)了采用等離子切割渣冶煉不銹半鋼的可行性。
含有高cr、Ni的奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和含有高cr的馬氏體不銹鋼的切割下料、板型材定尺加工，多數采用等離子切割加工工藝來(lái)完成。水下切割、空氣中切割所產(chǎn)生的渣子含有大量Cr、Ni、Mo等合金元素。如何回收利用切割渣，使貴重元素得到循環(huán)利用，對環(huán)境保護至關(guān)重要。中頻爐一般適用于金屬熔化，也就是通過(guò)精料及配合元素的合金化生產(chǎn)各種鑄件及鋼錠，很少在爐內做氧化還原和造渣處理，即使是做氧化還原反應，也只能是有限的冶金反應。而對于等離子切割渣，其氧化物含量在20％(質(zhì)量分數)以下。為了達到再生利用Cr、Ni、Mo的目的，我們通過(guò)中頻爐冶煉試驗，實(shí)現對20％以下氧化物的還原處理。
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水中切割等離子渣能保持材料原有金屬成分，但生產(chǎn)中所占比例不足30％?？諝庵星懈畹入x子渣氧化物含量比較高，約為47％(質(zhì)量分數)，而該渣在生產(chǎn)中約占70％。如何完成NiO和Cr20，的還原是實(shí)現再生利用的關(guān)鍵。
針對中頻電爐爐渣成分，高溫所發(fā)生的冶金反應主要是對NiO、FeO、Cr20的還原反應，按照熱力學(xué)△G。曲線(xiàn)可知，能夠將Ni、Fe、Cr氧化物還原的元素有c、si、Al、ca等，而最為經(jīng)濟的元素為c，其次為煉鋼常用脫氧劑A1和硅鋁鐵合金，其反應式如下：
反應式(1)～(3)為電弧爐冶煉不銹鋼最常采用的一種“去碳保鉻”冶煉工藝，該工藝是否適合中頻爐冶煉，與爐襯材料、冶煉過(guò)程反應強度有關(guān)；反應式(4)～(9)是中頻爐和煉鋼轉爐常用的脫氧反應過(guò)程，是否適合氧化物含量比較高的爐料生產(chǎn)與冶煉工藝和爐襯材料有關(guān)。
試驗是在2臺0．5t中頻爐中進(jìn)行，爐料如表1所示，爐襯材料分別為中性、弱堿性、堿性三種，其中弱堿性爐襯由中性和堿性爐襯配制而成。爐襯材料如下頁(yè)表2所示。
中頻電爐冶煉過(guò)程所選用的還原劑分別為電極石墨和硅鋁鐵(FeAlsi)，以電極石墨為主要還原劑，硅鋁鐵為輔助還原劑。
按照中頻爐冶煉方式，爐底先加入30％的水下切割渣和還原劑電極石墨，然后按照熔化狀態(tài)逐層加人等離子切割渣。在加料過(guò)程中需不斷往金屬液內加入新?tīng)t料，待熔化完成后硅鋁鐵脫氧出爐。如果在熔化過(guò)程中沸騰劇烈，可加入硅鋁鐵進(jìn)行還原處理.
依據冶金反應式(1)～(3)和原料(見(jiàn)上頁(yè)表1)中氧化物的含量測算知，每100kg(水及空氣中切割)等離子切割渣應加人還原劑碳質(zhì)量為：(1+5％)(NiO％×[Cy(NiO)+Fe304％x[C]／(FeO)+Cr203％x4[C]／(Cr3O4】)=(1+5％)(1．2x12／74．7+12．4×12／'／1．8+20．44x48／220)=7．19(ks)，其中5％為等離子切割渣損耗量。
試驗按三種爐襯分別進(jìn)行，測定不銹半鋼化學(xué)成分，觀(guān)察爐子還原能力，檢查爐襯變化情況，其結果如表3所示。
由表3可以看出，中性爐襯壽命為4爐，堿性爐襯壽命為7爐，弱堿性爐襯壽命為26爐，但各自服役情況不同。中性爐襯受Cr30堿性渣浸蝕，很快導致?tīng)t襯破損。弱堿性爐襯的潤濕角(Cr304堿性渣與爐襯夾角)比中性爐襯大，這表明該種爐襯與Cr30堿性渣的親合力較大，爐渣能黏附到爐壁上，使爐徑變小，當發(fā)生噴濺時(shí)，易在爐lZl掛渣；解決方法是加FeA135SI‘25還原Cr，降低渣的堿度，使附著(zhù)在爐壁上的Cr30脫落。對于堿性爐襯，即使使用Fe35si25還原Cr，也由于爐渣黏度極大，很難從爐壁上脫落，就算脫落上浮，也黏在爐口不易清理，使爐口變小無(wú)法開(kāi)爐。因此采用弱堿性爐襯再生等離子切割渣比較好。
由表3不難看出，高溫冶金反應強弱與不銹半鋼含碳量有很大關(guān)系，當含碳量高時(shí)，金屬液中碳還原Cr形成CO的能力增強，分解壓力加大，使液體形成噴濺反應，一旦發(fā)生噴濺，應及時(shí)加硅鋁鐵處理，以減輕噴濺，造渣完成后及時(shí)出爐。表3還顯示，碳含量越高，反應溫度越低，當碳含量過(guò)低時(shí)(如0．040／0～O．08％)，在中頻爐熔化溫度下無(wú)反應表示，這說(shuō)明提前加入爐底的C與切割渣中的NiO和FeO反應，已使c含量變小，這時(shí)半鋼中的Ni含量E匕較高，而cr含量E匕較低。反應性試驗結果表明：原料中存在部分氧化物，采用中頻爐冶煉l茸旨夠完成還原反應，目．這種反應是可控和可選擇的。
由表3可看出：半鋼Ni、cr含量都比較高，特別是w(Ni)多數達到7．7％一9％，有的接近原料成分；w(C0也在10％～15％之間，回收率較高；做為貴金屬Mo元素w(Mo)更是穩定在0．5％一0．6％之間，這說(shuō)明該工藝對貴金屬的回收是有效的。
等離子切割渣市場(chǎng)售價(jià)2000元／t，使用中頻爐冶煉后的回收率達88％。不銹半鋼內部?jì)r(jià)約2．65萬(wàn)元／t，產(chǎn)品直接利潤達1．9萬(wàn)元／t。
采用中頻爐冶煉還原處理等離子切割渣，首先完成了資源的重復利用，其次采用中頻爐還原處理較電弧爐冶煉可減輕環(huán)境污染
含有高cr、Ni的奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和含有高cr的馬氏體不銹鋼的切割下料、板型材定尺加工，多數采用等離子切割加工工藝來(lái)完成。水下切割、空氣中切割所產(chǎn)生的渣子含有大量Cr、Ni、Mo等合金元素。如何回收利用切割渣，使貴重元素得到循環(huán)利用，對環(huán)境保護至關(guān)重要。中頻爐一般適用于金屬熔化，也就是通過(guò)精料及配合元素的合金化生產(chǎn)各種鑄件及鋼錠，很少在爐內做氧化還原和造渣處理，即使是做氧化還原反應，也只能是有限的冶金反應。而對于等離子切割渣，其氧化物含量在20％(質(zhì)量分數)以下。為了達到再生利用Cr、Ni、Mo的目的，我們通過(guò)中頻爐冶煉試驗，實(shí)現對20％以下氧化物的還原處理。
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水中切割等離子渣能保持材料原有金屬成分，但生產(chǎn)中所占比例不足30％?？諝庵星懈畹入x子渣氧化物含量比較高，約為47％(質(zhì)量分數)，而該渣在生產(chǎn)中約占70％。如何完成NiO和Cr20，的還原是實(shí)現再生利用的關(guān)鍵。
針對中頻電爐爐渣成分，高溫所發(fā)生的冶金反應主要是對NiO、FeO、Cr20的還原反應，按照熱力學(xué)△G。曲線(xiàn)可知，能夠將Ni、Fe、Cr氧化物還原的元素有c、si、Al、ca等，而最為經(jīng)濟的元素為c，其次為煉鋼常用脫氧劑A1和硅鋁鐵合金，其反應式如下：
反應式(1)～(3)為電弧爐冶煉不銹鋼最常采用的一種“去碳保鉻”冶煉工藝，該工藝是否適合中頻爐冶煉，與爐襯材料、冶煉過(guò)程反應強度有關(guān)；反應式(4)～(9)是中頻爐和煉鋼轉爐常用的脫氧反應過(guò)程，是否適合氧化物含量比較高的爐料生產(chǎn)與冶煉工藝和爐襯材料有關(guān)。
試驗是在2臺0．5t中頻爐中進(jìn)行，爐料如表1所示，爐襯材料分別為中性、弱堿性、堿性三種，其中弱堿性爐襯由中性和堿性爐襯配制而成。爐襯材料如下頁(yè)表2所示。
中頻電爐冶煉過(guò)程所選用的還原劑分別為電極石墨和硅鋁鐵(FeAlsi)，以電極石墨為主要還原劑，硅鋁鐵為輔助還原劑。
按照中頻爐冶煉方式，爐底先加入30％的水下切割渣和還原劑電極石墨，然后按照熔化狀態(tài)逐層加人等離子切割渣。在加料過(guò)程中需不斷往金屬液內加入新?tīng)t料，待熔化完成后硅鋁鐵脫氧出爐。如果在熔化過(guò)程中沸騰劇烈，可加入硅鋁鐵進(jìn)行還原處理.
依據冶金反應式(1)～(3)和原料(見(jiàn)上頁(yè)表1)中氧化物的含量測算知，每100kg(水及空氣中切割)等離子切割渣應加人還原劑碳質(zhì)量為：(1+5％)(NiO％×[Cy(NiO)+Fe304％x[C]／(FeO)+Cr203％x4[C]／(Cr3O4】)=(1+5％)(1．2x12／74．7+12．4×12／'／1．8+20．44x48／220)=7．19(ks)，其中5％為等離子切割渣損耗量。
試驗按三種爐襯分別進(jìn)行，測定不銹半鋼化學(xué)成分，觀(guān)察爐子還原能力，檢查爐襯變化情況，其結果如表3所示。
由表3可以看出，中性爐襯壽命為4爐，堿性爐襯壽命為7爐，弱堿性爐襯壽命為26爐，但各自服役情況不同。中性爐襯受Cr30堿性渣浸蝕，很快導致?tīng)t襯破損。弱堿性爐襯的潤濕角(Cr304堿性渣與爐襯夾角)比中性爐襯大，這表明該種爐襯與Cr30堿性渣的親合力較大，爐渣能黏附到爐壁上，使爐徑變小，當發(fā)生噴濺時(shí)，易在爐lZl掛渣；解決方法是加FeA135SI‘25還原Cr，降低渣的堿度，使附著(zhù)在爐壁上的Cr30脫落。對于堿性爐襯，即使使用Fe35si25還原Cr，也由于爐渣黏度極大，很難從爐壁上脫落，就算脫落上浮，也黏在爐口不易清理，使爐口變小無(wú)法開(kāi)爐。因此采用弱堿性爐襯再生等離子切割渣比較好。
由表3不難看出，高溫冶金反應強弱與不銹半鋼含碳量有很大關(guān)系，當含碳量高時(shí)，金屬液中碳還原Cr形成CO的能力增強，分解壓力加大，使液體形成噴濺反應，一旦發(fā)生噴濺，應及時(shí)加硅鋁鐵處理，以減輕噴濺，造渣完成后及時(shí)出爐。表3還顯示，碳含量越高，反應溫度越低，當碳含量過(guò)低時(shí)(如0．040／0～O．08％)，在中頻爐熔化溫度下無(wú)反應表示，這說(shuō)明提前加入爐底的C與切割渣中的NiO和FeO反應，已使c含量變小，這時(shí)半鋼中的Ni含量E匕較高，而cr含量E匕較低。反應性試驗結果表明：原料中存在部分氧化物，采用中頻爐冶煉l茸旨夠完成還原反應，目．這種反應是可控和可選擇的。
由表3可看出：半鋼Ni、cr含量都比較高，特別是w(Ni)多數達到7．7％一9％，有的接近原料成分；w(C0也在10％～15％之間，回收率較高；做為貴金屬Mo元素w(Mo)更是穩定在0．5％一0．6％之間，這說(shuō)明該工藝對貴金屬的回收是有效的。
等離子切割渣市場(chǎng)售價(jià)2000元／t，使用中頻爐冶煉后的回收率達88％。不銹半鋼內部?jì)r(jià)約2．65萬(wàn)元／t，產(chǎn)品直接利潤達1．9萬(wàn)元／t。
采用中頻爐冶煉還原處理等離子切割渣，首先完成了資源的重復利用，其次采用中頻爐還原處理較電弧爐冶煉可減輕環(huán)境污染
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