采用中頻爐還原高 Cr、Ni等離子切割渣氧化物

廠家：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(shù)： 403

通過(guò)采用中頻爐冶煉不銹半鋼試驗(yàn)，即對(duì)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(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2o％以下的氧化物的還原反應(yīng)，生成不銹半鋼，達(dá)到再生利用Cr、Ni、Mo等貴重金屬的目的。該試驗(yàn)主要通過(guò)對(duì)中頻電爐爐襯材料的選擇，對(duì)高溫冶金反應(yīng)溫度、反應(yīng)強(qiáng)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(shù)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(duì)環(huán)境保護(hù)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(nèi)做氧化還原和造渣處理，即使是做氧化還原反應(yīng)，也只能是有限的冶金反應(yīng)。而對(duì)于等離子切割渣，其氧化物含量在20％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下。為了達(dá)到再生利用Cr、Ni、Mo的目的，我們通過(guò)中頻爐冶煉試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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％。空氣中切割等離子渣氧化物含量比較高，約為47％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，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(xiàn)再生利用的關(guān)鍵。

針對(duì)中頻電爐爐渣成分，高溫所發(fā)生的冶金反應(yīng)主要是對(duì)NiO、FeO、Cr20的還原反應(yīng)，按照熱力學(xué)△G。曲線可知，能夠?qū)i、Fe、Cr氧化物還原的元素有c、si、Al、ca等，而最為經(jīng)濟(jì)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(yīng)式如下：

反應(yīng)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(yīng)強(qiáng)度有關(guān)；反應(yīng)式(4)～(9)是中頻爐和煉鋼轉(zhuǎn)爐常用的脫氧反應(yīng)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(yàn)是在2臺(tái)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(nèi)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(jù)冶金反應(yīng)式(1)～(3)和原料(見(jiàn)上頁(yè)表1)中氧化物的含量測(cè)算知，每100kg(水及空氣中切割)等離子切割渣應(yīng)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(yàn)按三種爐襯分別進(jìn)行，測(cè)定不銹半鋼化學(xué)成分，觀察爐子還原能力，檢查爐襯變化情況，其結(jié)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(dǎo)致?tīng)t襯破損。弱堿性爐襯的潤(rùn)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?fàn)t徑變小，當(dāng)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，使附著在爐壁上的Cr30脫落。對(duì)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?fàn)t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(yīng)強(qiáng)弱與不銹半鋼含碳量有很大關(guān)系，當(dāng)含碳量高時(shí)，金屬液中碳還原Cr形成CO的能力增強(qiáng)，分解壓力加大，使液體形成噴濺反應(yīng)，一旦發(fā)生噴濺，應(yīng)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(yīng)溫度越低，當(dāng)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)性試驗(yàn)結(jié)果表明：原料中存在部分氧化物，采用中頻爐冶煉l茸旨?jí)蛲瓿蛇€原反應(yīng)，目．這種反應(yīng)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(shù)達(dá)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M(fèi)o元素w(Mo)更是穩(wěn)定在0．5％一0．6％之間，這說(shuō)明該工藝對(duì)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(dá)88％。不銹半鋼內(nèi)部?jī)r(jià)約2．65萬(wàn)元／t，產(chǎn)品直接利潤(rùn)達(dá)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(fù)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