用电弧炉处理成分简单和复杂的镍铁,同其它方法相比,具有一定的优越性。但它也有缺点:熔炼需消耗高的电能、除杂工序复杂及工艺周期较长等。
国家制镍工业科学研究所和巴布什镍厂共同研制并投产一种处理含镍废料的方法,用转炉处理。
企业的工艺流程规定,在矿热电炉中从氧化矿石里将镍和铁提取成镍铁。这时得到贫镍的铁合金。其特点是杂质含量高。镍铁的大致成分为:Ni4~5%,Co0.2%~0.3%,Si4~6%,Cr1.5%以下,C2%以下,S0.25%以下,P0.15%。这种镍铁不可能成为商品,需将其精炼。先用炉外法除硫,然后在转炉中除去杂质。利用鼓氧的方法使杂质熔于熔体之中。处理含2%的硅的镍铁时,需相应采用一次性精炼。
高硅镍铁连续在两个转炉里精炼。在带有酸性内衬的炉内除去铬和部分钴,使其转入渣中;在带胡碱性内衬的炉中除去磷和炉外贫化硫后残存的硫。
第一期精炼的特点是,由于硅、碳的氧化和铁的局部氧化而放出大量的热:
Si+O2=SiO2+875.71千焦/摩尔 ↘
C+O2=CO2+393.13千焦/摩尔 (1)
Fe+1/2 O2=FeO+268.77千焦/摩尔 ↗
为了保持标准温度1500~1600℃,必须采用专用的冷却剂。巴布什镍厂采用石灰石、氧化了的镍矿石和水作为这种专用的冷却剂。
石灰石的冷却作用基于其热离解作用:
CaCO3=CaO+CO2-205.65千焦/摩尔 (2)
在转炉冶炼的温度条件下,发生吸热反应:
Fe(液)+CO2=FeO+CO-13.93千焦/摩尔 (3)
随鼓风一起进入熔融物的水,需要6562千焦/千克的热量用于加热、气化,以至使蒸气加热至1480℃。
在转炉里同第一批粗镍铁一起处理再生有色金属有一个伴随转炉热平衡的变化问题。当镍铁合金的冷料加入时,需要热量对其加热、熔化。在此情况下热平衡起到冷加料的作用,在加工组份比较复杂的废料时,它们充当冷料的角色,尔后,开始氧化、造渣。转炉中温度开始升高。金属-杂质氧化过程中放出热量的一次近值可根据下列反应判定:
2Cr+1 1/2 O2=Cr2O3+1123.6千焦/摩尔 ↘
W+1 1/2 O2=WO3+858.15千焦/摩尔 (4)
Mo+1 1/2 O2=MoO3+326.8千焦/摩尔
Co+1 1/2 O2=CoO+216.0千焦/摩尔 ↗
所列出的热效应值证明,在双联工艺中,将再生料放入碱性转炉中处理是适宜的,即第二精炼阶段。因为在第一精炼阶段就有很多过剩热放出。
铬、钨和钼在碱性炉衬转炉中的性状与上述情况相似,区别在于氧化剂的性质。在电炉中熔炼镍铁时,杂质氧化的动力取决于固态-固态系统、液态-固态系统中的相互作用。在转炉中,固态-气态系统、液态-气态系统是主要系统。在动力学方面,这些系统更为有利。如果电炉中去除杂质需要几小时,那么在转炉中只需几分钟。[next]
制取镍铁时,在观察转炉中杂质的状况时,应特别注意铜。铜是一种最不理想的,同时也是一种最难分离的元素,特别是在高温下。根据艾里奥特的资料,在Fe-Cu系统中,1600℃温度下,低浓度范围内,铜的活度系数等于10.1。在同样条件下,铁的活度系数仅接近于1。
C、Si、Cr和W提高了溶于铁中的铜的活度。尽管如此,铜仍不可能按交换反应转入渣中,即在系统中,没有这类能将氧转给铜的金属氧化物。
巴布什镍厂进行的平衡熔炼表明,转入精炼酸性阶段的渣中的铜不多于其含量的1%;转入精炼碱性阶段的渣中的铜略多一点,占其含量的6~10%。铜在渣中的含量为0.007%。
因此,再生金属入炉前,必须首先扩大铜的备料,不得掺入商品铜。
在带有碱性炉衬的转炉中所得炉渣含CaO达20~30%、Ni0.7~0.3%、Co0.02~0.8%。钨、钼通常含0.n%,有时稍多些。铬的含量约高一个数量级。
进入巴布什镍厂的再生含镍废料一般是浇冒口、扁锭及切边、屑等。其中镍含量达60%,钴达40%。废料还含有为数不多的其他有色金属。
从资源综合利用的观点来看,送到企业里的复杂合金废料主要有切边、屑,这是最有利的。下面列出这种原料的成分:
钢的牌号 Ni Fe
Б-66 14.5 62
H29K18※ 29 33
ЭИ929※① 28 4.5
ЭИ598 64 4.5
ЭИ602 73 2.5
ЭИ617 65 4.5
ЭИ699 70 4.5
ЭИ703 37 32
ЭИ783 35 41
ЭИ481 8 67
ЭИ437 28 42
ЭИ126 27.5 40
将复杂合金原料装入转炉,鼓氧吹炼。从镍铁矿中除去碳和磷,从再生原料中除去钨、钼和铬。
产品是镍铁фH-07,含Ni4~6%、C1.2~2.0%、Cu0.1%、Si3~5%。镍铁的用用户是汽车拖拉机工业。
在国内的实践中,采用容量为50吨的转炉。容量为250吨和300吨的转炉已完成设计,这些都是立式炉。上述容量的转炉主要尺寸如下:
容量(吨) 50 250和300
炉高(毫米)
整体高 — 9485
工作空间 6335 8490
直径(毫米)
外径 5200 8350
内径 3600 6500
炉口 1080 2600
熔池深度(毫米) 1050 1500
容量(米3) 55 217
转炉的外壳用35~100毫米厚的压延和模压钢板焊成。上面所谓“顶盖”的圆锥部分常制成可卸形式,因为它会很快磨损。炉底也是可拆卸的。带有碱性炉衬的转炉有两层炉壁,内层用铬镁砖镶砌而成的,靠近外壳的一层用菱镁矿铬砖砌成。
在耐火砖层和金属外壳之间填有耐火粉料(镁砂)。为防止转炉干燥膨胀,每隔12~15块砖有一个3毫米厚的膨胀缝。带式缝内衬铬镁砖(图1)。转炉的平均寿命为150~200炉。炉衬的烧穿速度为0.3毫米/分·炉。[next]
熔炼的温度和出渣制度,熔剂和再生料的装料方法及其成分,熔炼的持续时间等是炉衬烧穿的基本原因。
图1 立式吹炉(图中单位为mm)
转炉的翻转机构由与带有传动装置的轴耳相连接的传动系统(减速器)组成。转动由两台可同时工作的功率为75~200千瓦的直流电动机驱动。用三根无缝同心管制成氧气鼓风口。氧气由中央管道通入,沿中间管道通水,水再沿外部的管道排出。风口上部的连管以软管同氧气管及水管连接,风口下部用旋接或焊接的方法将铜接头与喷嘴相连,以便向转炉内送氧。
喷嘴的形状对过程指标起重要影响。它可做成圆柱形,出口处较宽,并有收缩性,带有回旋导向片,保障气流在圆柱形可伸缩的风口中达到声速。这种速度正如实践证明的,对碳氧化的动力肯定有影响,可降低渣的氧化性,减少熔池喷溅物抛撒,有助于更充分地吸收氧。
带有拉瓦尔喷嘴的氧风口的平均寿命为600~800炉(图2)。风口的长度取决于转炉的尺寸,从7米到15米不等;喷嘴口的直径取决于氧气的耗量,介于28毫米至100毫米之间。
图2 拉瓦尔喷嘴(图中单位为mm)
多流喷嘴是有发展前途的,它保证向转炉内多处供氧,因而降低了工作间壁的旋流强度,减弱全属飞溅的涡流能量。
立式吹炉多年运行的实践显示出了炉壁、装料量、氧气流动力与被吸入金属的成分之间的关系。立式吹炉的工作容积应在气体最大量分离时能容下双相熔池(两个静止池的容积)和溅渣区。
(前)苏联在设计转炉时采用装料量为0.8~1.0米2/吨的容量。自由工作空间与金属熔池体积之比应大于4,最佳比例为V炉:V金属=5。
静止熔池的深度采用1~1.75米,工作空间与池深之比等于5;熔池直径与深度之比应为3.0~3.6。
炉口做成倾斜的,炉衬直径应保证镍铁例出、熔剂及再生有色金属废料装入。在中等容积的转炉里,炉口直径应等于转炉内径的二分之一。 上述资料通常用于检验所选转炉的正确性。这些转炉是机械厂按现行标准生产的。11:21:25
国家制镍工业科学研究所和巴布什镍厂共同研制并投产一种处理含镍废料的方法,用转炉处理。
企业的工艺流程规定,在矿热电炉中从氧化矿石里将镍和铁提取成镍铁。这时得到贫镍的铁合金。其特点是杂质含量高。镍铁的大致成分为:Ni4~5%,Co0.2%~0.3%,Si4~6%,Cr1.5%以下,C2%以下,S0.25%以下,P0.15%。这种镍铁不可能成为商品,需将其精炼。先用炉外法除硫,然后在转炉中除去杂质。利用鼓氧的方法使杂质熔于熔体之中。处理含2%的硅的镍铁时,需相应采用一次性精炼。
高硅镍铁连续在两个转炉里精炼。在带有酸性内衬的炉内除去铬和部分钴,使其转入渣中;在带胡碱性内衬的炉中除去磷和炉外贫化硫后残存的硫。
第一期精炼的特点是,由于硅、碳的氧化和铁的局部氧化而放出大量的热:
Si+O2=SiO2+875.71千焦/摩尔 ↘
C+O2=CO2+393.13千焦/摩尔 (1)
Fe+1/2 O2=FeO+268.77千焦/摩尔 ↗
为了保持标准温度1500~1600℃,必须采用专用的冷却剂。巴布什镍厂采用石灰石、氧化了的镍矿石和水作为这种专用的冷却剂。
石灰石的冷却作用基于其热离解作用:
CaCO3=CaO+CO2-205.65千焦/摩尔 (2)
在转炉冶炼的温度条件下,发生吸热反应:
Fe(液)+CO2=FeO+CO-13.93千焦/摩尔 (3)
随鼓风一起进入熔融物的水,需要6562千焦/千克的热量用于加热、气化,以至使蒸气加热至1480℃。
在转炉里同第一批粗镍铁一起处理再生有色金属有一个伴随转炉热平衡的变化问题。当镍铁合金的冷料加入时,需要热量对其加热、熔化。在此情况下热平衡起到冷加料的作用,在加工组份比较复杂的废料时,它们充当冷料的角色,尔后,开始氧化、造渣。转炉中温度开始升高。金属-杂质氧化过程中放出热量的一次近值可根据下列反应判定:
2Cr+1 1/2 O2=Cr2O3+1123.6千焦/摩尔 ↘
W+1 1/2 O2=WO3+858.15千焦/摩尔 (4)
Mo+1 1/2 O2=MoO3+326.8千焦/摩尔
Co+1 1/2 O2=CoO+216.0千焦/摩尔 ↗
所列出的热效应值证明,在双联工艺中,将再生料放入碱性转炉中处理是适宜的,即第二精炼阶段。因为在第一精炼阶段就有很多过剩热放出。
铬、钨和钼在碱性炉衬转炉中的性状与上述情况相似,区别在于氧化剂的性质。在电炉中熔炼镍铁时,杂质氧化的动力取决于固态-固态系统、液态-固态系统中的相互作用。在转炉中,固态-气态系统、液态-气态系统是主要系统。在动力学方面,这些系统更为有利。如果电炉中去除杂质需要几小时,那么在转炉中只需几分钟。[next]
制取镍铁时,在观察转炉中杂质的状况时,应特别注意铜。铜是一种最不理想的,同时也是一种最难分离的元素,特别是在高温下。根据艾里奥特的资料,在Fe-Cu系统中,1600℃温度下,低浓度范围内,铜的活度系数等于10.1。在同样条件下,铁的活度系数仅接近于1。
C、Si、Cr和W提高了溶于铁中的铜的活度。尽管如此,铜仍不可能按交换反应转入渣中,即在系统中,没有这类能将氧转给铜的金属氧化物。
巴布什镍厂进行的平衡熔炼表明,转入精炼酸性阶段的渣中的铜不多于其含量的1%;转入精炼碱性阶段的渣中的铜略多一点,占其含量的6~10%。铜在渣中的含量为0.007%。
因此,再生金属入炉前,必须首先扩大铜的备料,不得掺入商品铜。
在带有碱性炉衬的转炉中所得炉渣含CaO达20~30%、Ni0.7~0.3%、Co0.02~0.8%。钨、钼通常含0.n%,有时稍多些。铬的含量约高一个数量级。
进入巴布什镍厂的再生含镍废料一般是浇冒口、扁锭及切边、屑等。其中镍含量达60%,钴达40%。废料还含有为数不多的其他有色金属。
从资源综合利用的观点来看,送到企业里的复杂合金废料主要有切边、屑,这是最有利的。下面列出这种原料的成分:
钢的牌号 Ni Fe
Б-66 14.5 62
H29K18※ 29 33
ЭИ929※① 28 4.5
ЭИ598 64 4.5
ЭИ602 73 2.5
ЭИ617 65 4.5
ЭИ699 70 4.5
ЭИ703 37 32
ЭИ783 35 41
ЭИ481 8 67
ЭИ437 28 42
ЭИ126 27.5 40
将复杂合金原料装入转炉,鼓氧吹炼。从镍铁矿中除去碳和磷,从再生原料中除去钨、钼和铬。
产品是镍铁фH-07,含Ni4~6%、C1.2~2.0%、Cu0.1%、Si3~5%。镍铁的用用户是汽车拖拉机工业。
在国内的实践中,采用容量为50吨的转炉。容量为250吨和300吨的转炉已完成设计,这些都是立式炉。上述容量的转炉主要尺寸如下:
容量(吨) 50 250和300
炉高(毫米)
整体高 — 9485
工作空间 6335 8490
直径(毫米)
外径 5200 8350
内径 3600 6500
炉口 1080 2600
熔池深度(毫米) 1050 1500
容量(米3) 55 217
转炉的外壳用35~100毫米厚的压延和模压钢板焊成。上面所谓“顶盖”的圆锥部分常制成可卸形式,因为它会很快磨损。炉底也是可拆卸的。带有碱性炉衬的转炉有两层炉壁,内层用铬镁砖镶砌而成的,靠近外壳的一层用菱镁矿铬砖砌成。
在耐火砖层和金属外壳之间填有耐火粉料(镁砂)。为防止转炉干燥膨胀,每隔12~15块砖有一个3毫米厚的膨胀缝。带式缝内衬铬镁砖(图1)。转炉的平均寿命为150~200炉。炉衬的烧穿速度为0.3毫米/分·炉。[next]
熔炼的温度和出渣制度,熔剂和再生料的装料方法及其成分,熔炼的持续时间等是炉衬烧穿的基本原因。
图1 立式吹炉(图中单位为mm)
转炉的翻转机构由与带有传动装置的轴耳相连接的传动系统(减速器)组成。转动由两台可同时工作的功率为75~200千瓦的直流电动机驱动。用三根无缝同心管制成氧气鼓风口。氧气由中央管道通入,沿中间管道通水,水再沿外部的管道排出。风口上部的连管以软管同氧气管及水管连接,风口下部用旋接或焊接的方法将铜接头与喷嘴相连,以便向转炉内送氧。
喷嘴的形状对过程指标起重要影响。它可做成圆柱形,出口处较宽,并有收缩性,带有回旋导向片,保障气流在圆柱形可伸缩的风口中达到声速。这种速度正如实践证明的,对碳氧化的动力肯定有影响,可降低渣的氧化性,减少熔池喷溅物抛撒,有助于更充分地吸收氧。
带有拉瓦尔喷嘴的氧风口的平均寿命为600~800炉(图2)。风口的长度取决于转炉的尺寸,从7米到15米不等;喷嘴口的直径取决于氧气的耗量,介于28毫米至100毫米之间。
图2 拉瓦尔喷嘴(图中单位为mm)
多流喷嘴是有发展前途的,它保证向转炉内多处供氧,因而降低了工作间壁的旋流强度,减弱全属飞溅的涡流能量。
立式吹炉多年运行的实践显示出了炉壁、装料量、氧气流动力与被吸入金属的成分之间的关系。立式吹炉的工作容积应在气体最大量分离时能容下双相熔池(两个静止池的容积)和溅渣区。
(前)苏联在设计转炉时采用装料量为0.8~1.0米2/吨的容量。自由工作空间与金属熔池体积之比应大于4,最佳比例为V炉:V金属=5。
静止熔池的深度采用1~1.75米,工作空间与池深之比等于5;熔池直径与深度之比应为3.0~3.6。
炉口做成倾斜的,炉衬直径应保证镍铁例出、熔剂及再生有色金属废料装入。在中等容积的转炉里,炉口直径应等于转炉内径的二分之一。 上述资料通常用于检验所选转炉的正确性。这些转炉是机械厂按现行标准生产的。11:21:25