用于在雙聯(lián)爐中制造鉻鐵的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于在雙聯(lián)爐中制造鉻鐵的方法和系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利申請(qǐng)/專利要求2013年6月3日提交的、并且標(biāo)題為“用于在雙聯(lián)爐中制造鉻鐵的方法和系統(tǒng)”的共同待審美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/830，189的優(yōu)先權(quán)的利益，其內(nèi)容通過引用全部結(jié)合在本文中。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體上涉及用于在連續(xù)雙聯(lián)爐操作中制造熔融鉻鐵的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于在電熔融爐中連續(xù)地制造鉻鐵的系統(tǒng)和方法。
[0004]發(fā)明背景
[0005]本專利申請(qǐng)/發(fā)明涉及US 6，251，156和US 6，582，491，其兩者都涉及在雙聯(lián)爐內(nèi)制造鐵，以及US 8，262，766，其涉及制造鉻鐵。
[0006]—般而言，US 6，251，156提供了用于操作與電恪爐結(jié)合的轉(zhuǎn)底爐(rotary hearthfurnace)的方法，所述方法用于制造具有一定范圍的娃和猛以及低硫和磷含量的高純鐵產(chǎn)品。該方法包括由攜帶氧化鐵和碳的坯塊制造高純鐵產(chǎn)品和一定范圍的碳含量的產(chǎn)品，其包括以下步驟:提供用于直接還原攜帶氧化鐵和碳的坯塊的爐，在具有旋轉(zhuǎn)爐底表面的爐內(nèi)預(yù)還原攜帶鐵和碳的坯塊，和制造中間產(chǎn)物含碳金屬化鐵。將電熔煉爐用于接收來自預(yù)還原步驟的中間產(chǎn)物含碳金屬化鐵，將其直接并連續(xù)地供給至電熔爐的中心內(nèi)部區(qū)域中，并在電熔爐中在約1300°C至約1700°C的高溫下加熱含碳金屬化鐵，在熔融步驟中在保持高溫的同時(shí)最小化空氣或其他不期望氣體如氧的進(jìn)入，和從電熔爐移除高純液體鐵產(chǎn)品。該方法提供具有指定范圍的碳、硅和錳百分?jǐn)?shù)以及低硫和磷含量的高鐵含量產(chǎn)品。產(chǎn)品中存在顯著的氧化硅還原和氧化錳還原。從而制造由煉鋼行業(yè)使用的極度期望的高鐵含量產(chǎn)品Ο
[0007]—般而言，US 6，582，491提供了用于操作與電熔爐結(jié)合的移動(dòng)平底爐(movinghearth furnace)的方法，所述方法用于制造具有一定范圍的娃和猛以及低硫和磷含量的高純鐵產(chǎn)品。該方法包括由攜帶氧化鐵和碳的團(tuán)塊制造高純鐵產(chǎn)品和一定范圍的碳含量的產(chǎn)品，其包括以下步驟:提供用于直接還原攜帶氧化鐵和碳的團(tuán)塊的爐，在具有移動(dòng)爐底的爐內(nèi)預(yù)還原攜帶鐵和碳的團(tuán)塊，和制造中間產(chǎn)物含碳金屬化鐵。將電熔煉爐用于接收來自預(yù)還原步驟的中間產(chǎn)物含碳金屬化鐵，將其直接并連續(xù)地供給至電熔爐的中心內(nèi)部區(qū)域中，并且在電熔爐中在約1300°C至約1700°C的高溫下加熱含碳金屬化鐵，在熔融步驟中在保持高溫的同時(shí)最小化空氣或其他不期望氣體如氧的進(jìn)入，和從電熔爐移除高純液體鐵產(chǎn)品。該方法提供具有指定范圍的碳、硅和錳百分?jǐn)?shù)以及低硫和磷含量的高鐵含量產(chǎn)品。產(chǎn)品中存在顯著的氧化硅還原和氧化錳還原。再一次，從而制造由煉鋼行業(yè)使用的極度期望的尚鐵含量廣品。
[0008]—般而言，US 8，262，766提供了用于以高鉻還原度還原含鉻材料的方法。在該方法中，在移動(dòng)平底爐中將含有氧化鉻的原料和碳質(zhì)還原劑的混合物加熱并且通過輻射加熱來還原。在從混合物的輻射加熱的起始直到混合物達(dá)到約1，114°C的時(shí)間段內(nèi)，在還原中提高混合物的溫度的平均速率優(yōu)選為約13.96°C /s或以上。
[0009]然而，本領(lǐng)域仍需要的是用于操作與電熔爐結(jié)合的轉(zhuǎn)底爐的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)用于制造具有一定范圍的硅含量以及低硫和磷含量的高純鉻鐵產(chǎn)品。
[0010]發(fā)明概述
[0011]在各種示例性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于操作與電熔爐結(jié)合的轉(zhuǎn)底爐的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)用于制造具有一定范圍的硅含量以及低硫和磷含量的高純鉻鐵產(chǎn)品。該方法包括由攜帶鉻鐵礦石和碳的坯塊制造高純度鉻鐵產(chǎn)品和一定范圍的碳含量的產(chǎn)品，其包括以下步驟:提供用于直接還原攜帶氧化鉻和碳的坯塊的爐，在具有旋轉(zhuǎn)爐底表面的爐中預(yù)還原攜帶鉻和碳的坯塊，和制造中間產(chǎn)物含碳金屬化鉻。將電熔煉爐用于接收來自預(yù)還原步驟的中間產(chǎn)物含碳金屬化鉻，將其直接并連續(xù)地供給至電熔爐的中心內(nèi)部區(qū)域中，并在電熔爐中在約1600 °C的高溫下加熱含碳金屬化鉻，在熔融步驟中在保持高溫的同時(shí)最小化空氣或其他不期望氣體如氧的進(jìn)入，和從電熔爐移除高純液體鉻鐵產(chǎn)品。該方法提供具有指定范圍的碳和硅百分?jǐn)?shù)以及低硫和磷含量的高鉻含量產(chǎn)品。產(chǎn)品中存在顯著的氧化硅還原。從而制造由不銹鋼煉鋼行業(yè)使用的極度期望的高鉻含量產(chǎn)品。通過使用碳從硅石源(例如沙或膨潤(rùn)土)復(fù)原Si02來控制金屬中的硅。由于爐渣中低的Cr 203，得到高鉻收率。可以使用鉻鐵礦石、鎂鉻鐵礦石和\或其他廢棄的攜帶鉻的材料，如到轉(zhuǎn)底爐的爐渣。以部分浸沒模式操作是可行的。此外，可以使用或不使用轉(zhuǎn)底爐實(shí)施所述過程。
[0012]在各種示例性實(shí)施方案中，本發(fā)明連續(xù)地將含氧化鉻和碳化合物的材料供給至一系列熱處理步驟中。第一個(gè)熱處理步驟使用轉(zhuǎn)底爐，其在材料的熔點(diǎn)以下運(yùn)行，其實(shí)現(xiàn)了材料的預(yù)還原。將來自轉(zhuǎn)底爐的出口材料連續(xù)并優(yōu)選氣密地導(dǎo)入電熔爐，其中在高于材料的熔點(diǎn)的溫度將材料進(jìn)一步還原。離開預(yù)還原轉(zhuǎn)底爐的材料從未暴露于空氣或在預(yù)還原爐的出口和進(jìn)入電熔爐的入口之間冷卻。本發(fā)明的方法和系統(tǒng)制造含有特定百分?jǐn)?shù)的碳的高純鉻熔體。將起始材料以坯塊(例如壓縮材料)的形式分層引入旋轉(zhuǎn)爐底預(yù)還原過程。將來自旋轉(zhuǎn)爐底步驟的預(yù)還原的材料連續(xù)并直接供給至電熔爐的中心內(nèi)部區(qū)域中。將電熔爐保持在超過材料熔點(diǎn)的溫度并最小化氧的進(jìn)入以保證有效的還原。將高純鉻鐵產(chǎn)品周期性從電熔爐移除。
[0013]使用在轉(zhuǎn)底爐中加熱攜帶鉻的坯塊的預(yù)還原步驟，然后直接并連續(xù)地將含碳金屬化鉻供給至電熔爐中得到具有高百分?jǐn)?shù)的碳的非常高的鉻含量的產(chǎn)品。此外，熔融過程條件是使得在最終產(chǎn)品中將硫含量最小化和將一些Si02還原為硅。從而，提供由不銹鋼煉鋼行業(yè)使用的極度期望的高鉻含量產(chǎn)品。
[0014]本發(fā)明的目的通過由攜帶氧化鉻的材料制造高度純化的鉻和高百分?jǐn)?shù)的碳產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)滿足，所述方法和系統(tǒng)包括以下步驟:提供用于直接還原坯塊形式的含碳的攜帶氧化鉻的材料的爐，將攜帶氧化鉻和碳的坯塊在爐中層鋪，預(yù)還原氧化鉻和碳坯塊，在具有旋轉(zhuǎn)爐底表面的爐中完成預(yù)還原步驟，預(yù)還原步驟制造熱的含碳金屬化鉻，然后使用電熔煉爐接收來自預(yù)還原步驟的熱的含碳金屬化鉻，第二熱處理步驟包括將所述電熔煉爐與轉(zhuǎn)底爐緊密靠近放置。在轉(zhuǎn)底爐步驟之后，使用熱的、固體含碳金屬化鉻材料直接并連續(xù)地填裝電熔爐。將填裝料插入到最接近熔融鉻浴/電極界面的電熔爐或其他電熔爐的中心內(nèi)部區(qū)域，或者插入到的最少爐渣的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)將含碳金屬化鉻快速加熱到液化溫度同時(shí)最小化氧的進(jìn)入以確保最佳還原條件。最后，周期性取出來自電熔爐的高純鉻產(chǎn)品而不中斷爐的連續(xù)運(yùn)行。利用在轉(zhuǎn)底爐中加熱含碳氧化鉻坯塊的預(yù)還原步驟，并直接、連續(xù)和氣密地將熱的、固體含碳金屬化鉻從該爐供給至電熔爐中的方法提供具有高百分?jǐn)?shù)的碳、產(chǎn)品顯著脫硫并且顯著將氧化硅還原為硅的高鉻含量產(chǎn)品。
[0015]在一個(gè)不例性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于由攜帶絡(luò)和碳的材料制造尚純尚碳恪融鉻產(chǎn)品的方法，所述方法包括以下步驟:(a)連續(xù)地將鉻坯塊直接導(dǎo)入電熔爐；(b)在電熔爐中約1300°C至約1700°C之間的溫度下加熱并且熔融鉻坯塊以形成高碳熔融鉻；(c)通過最小化加熱步驟中含氧氣體的進(jìn)入來防止高碳熔融鉻的氧化；(d)將高碳熔融鉻滲碳化以形成高碳熔融金屬化鉻；(e)通過將氧化硅還原為硅并將高碳熔融金屬化鉻脫硫來純化高碳熔融金屬化鉻以制造高純高碳熔融鉻產(chǎn)品；(f)從電熔爐排出高純高碳熔融鉻產(chǎn)品；和(g)保持在間歇地分流的高純高碳熔融鉻產(chǎn)品的量的約1至約4倍之間的最小高純高碳液體鉻殘留物。用預(yù)烘烤材料的電極進(jìn)行加熱和熔融步驟，預(yù)烘烤材料選自由碳和石墨組成的組。該方法也包括在電熔爐內(nèi)部保持還原環(huán)境。該方法還包括在所述電熔爐內(nèi)部建立惰性氣體吹掃。任選地，電熔爐內(nèi)部的惰性氣體吹掃是氮?dú)獯祾摺Ｈ芜x地，該方法包括在電熔爐內(nèi)部保持約1600°C至約2000°C之間的溫度。任選地，該方法包括在電熔爐內(nèi)部保持約16