一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法
【技术领域】
[0002] 本发明属于冶金技术领域，设及一种利用微波加热铺矿冶炼铺铁合金的方法，具 有加热速率快，加热时间短、降低能耗等优点。
【背景技术】
[0003] 铺铁合金是炼钢的重要合金，使用量最大，是提高钢材力学性能的重要合金。我 国每年生产铁合金约3000多万吨，其中98 %的铁合金采用矿热炉生产，即使用矿热炉将 矿石与焦炭加热到高温反应。矿热炉加热是通过电极将该些原料加热到高温，并需加热到 160(TCW上，但该些材料导电和传热效率低，加热过程耗能大、加热速度慢，生产周期长。生 产环境差、污染严重、能耗大。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有铁合金加热过程中升温速率慢，加热时间过长的问 题，提供了一种利用微波加热铺矿冶炼铺铁合金的方法。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明是通过W下技术方案实现的： 一种利用微波加热铺矿冶炼铺铁合金的方法，其特征在于，原料为冶炼铺铁合金的铺 矿、烧结矿和焦炭等，通过采用微波发生器产生频率为2. 45G监的微波，并利用金属波导管 将微波导入反应器；在反应器中微波与冶炼铺铁合金的原料相互作用，冶炼合金的原料主 要为铺矿和焦炭，是非常好的微波吸收材料，在微波场中铺铁合金冶炼原料吸收微波能量， 温度快速上升；温度达到7〇〇°CW上时，原料中铺氧化物和焦炭开始发生反应，生产铺铁合 金；温度越高，反应越快，铺氧化物还原越彻底；在高温继续采用微波对原料加热，弥补铺 氧化物还原反应吸热及过程散热造成的能量消耗和损失，并促进反应快速高效进行。
[0006] 具体方法步骤为： 1) 在铺铁合金生产中，将原料加入到反应器中，使铺矿、烧结矿和焦炭混合在一起，自 然、松散地进行布料； 2) 用金属波导管将频率为2. 45G监的微波导入反应器内，通过调整波导管的布置，尽 量使原料处于微波场强度高的部位；原料吸收微波能量，快速升温至化学反应所需温度， 700-1500°C;如果加热过程中升温速率过快或者过慢，可通过改变微波发射功率进行调节； 3) 在高温铁合金原料之间发生化学反应，采用微波继续加热，补充反应吸热消耗的热 量和体系散热引起的能量损失，使化学反应在高温快速进行。
[0007] 4)在高温阶段也继续提供微波，利用微波促进铺氧化物的还原反应，使铺铁合金 快速生成。
[000引进一步，所述原料为冶炼铺铁合金的铺矿和焦炭，铺矿和烧结矿的粒度不大于 60mm，焦炭粒度不大于30mm，W便铺氧化物与焦炭能快速反应；同时所用原料要自然松散 的堆积在一起，W保证反应原料中有一定的孔隙度，使反应中生成的CO等气体能自由排 除。
[0009] 进一步，所述原料为冶炼铺铁合金的铺矿、烧结矿和焦炭，=者之间的配比中氧和 碳摩尔比为1:1. 4-1. 7。
[0010] 进一步，所述微波功率与被加热原料质量比大于Ikw/t。
[0011] 微波加热具有选择加热、快速加热、体加热和即时加热等优点，微波能无污染、节 能降耗、易于控制，是一种绿色加热方式。
[0012] 有关矿物微波加热的实验室研究很多人做过，但是仅限于少量的纯物质或者是粉 末状，对于实际铁合金生产所用原料，采用微波加热冶炼铺铁合金，目前尚未有人探索。
[0013] 本发明是一种利用微波加热铺矿冶炼铺铁合金的方法，采用微波加热铺矿冶炼铺 铁合金原料，由于冶炼铺铁合金的铺矿、烧结矿和焦炭具有很好的吸收微波特性，可W在短 时间内快速升温，极大的缩短加热原料所用的时间，从而达到节约能源降低能耗和降低生 产成本的目的，具有显著的经济效益。当原料达到反应所需的温度后继续采用微波加热铺 铁合金冶炼原料，弥补氧化还原反应吸热及过程散热造成的能量消耗和损失，并促进反应 快速高效进行。
[0014]与现有矿热炉或者精炼炉依靠电极加热铺矿冶炼铺铁合金技术相比，本发明利用 微波加铺矿、烧结矿和焦炭等原料冶炼铺铁合金，具有加热速率快，大大缩短加热原料所用 时间，从而达到节约能源降低能耗和降低生产成本的目的，具有显著的经济效益等优点。
【附图说明】
[0015] 图1为案例一的升温曲线。
[0016] 图2为案例二和案例S的升温曲线。
[0017] 图3为案例四和案例五的升温曲线。
【具体实施方式】
[001引使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体附图和 实施例进行详细描述。
[0019] 本发明实施例采用了一种微波加热铺矿冶炼铺铁合金的方法。所述方法具体为： 本实例所用的原料为南非块铺、己西烧结铺矿、術州块铺矿、焦炭，该些原料均为国内某铁 合金企业矿热炉冶炼高碳铺铁所用原料，南非块铺矿尺寸大小介于1cm至5畑1，己西烧结矿 尺寸大小介于1cm至6cm，術州块铺尺寸大小介于1. 5cm至5cm，焦炭尺寸大小介于1. 5至 3畑1，原料主要成分W及含量见表1，原料加入总质量为化g，配料中氧碳摩尔比见表2,物相 分析结果见表3。
[0020] 表1原料主要化学成分（质量分数）
实例一：为验证原料在微波场中吸收微波特性，采用功率4KW频率2. 45G监的微波分 别加热己西烧结矿、南非块铺矿、術州块铺矿、焦炭等，单一原料在微波功率为4KW，频率 2. 45G监的微波场中升温特性对比见表4,升温曲线见图1。由图1和表4可看出冶炼铺铁 的四种原料都可在微波中加热，并且都具有很好的吸波性能，可在短时间内快速升温，说明 采用微波加热铁合金原料可行。
[0021] 表4单一原料升温特性对比
实施例二：设定微波功率为4KW，频率为2. 45GHZ，按表2配料方式称取1kg原料，配料 中氧碳摩尔比为1:1. 5,将原料自然松散的放入相蜗内部，开始加热，升温到1450°C，调节 微波功率进入保温模式，保温60分钟，进行铺铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷却， 冷却完成，将冶炼好的铺铁取出，进行成分化验。
[0022] 实施例S;设定微波功率为4KW，频率为2. 45GHZ，按表2配料方式称取1.化g原料，配料中氧碳摩尔比为1:1. 6,将原料自然松散的放入相蜗内部，开始加热，升温到 1500°C，调节微波功率进入保温模式，保温90分钟，进行铺铁的冶炼，保温结束后，关闭微 波，进行冷却，冷却完成，将冶炼好的铺铁取出，进行成分化验。
[0023] 实施例四：设定微波功率为4KW，频率为2. 45GHZ，按表2配料方式称取1kg原料， 配料中氧碳摩尔比为1:1. 6,将原料自然松散的放入相蜗内部，开始加热，升温到1450°C， 调节微波功率进入保温模式，保温60分钟，进行铺铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行 冷却，冷却完成，将冶炼好的铺铁取出，进行成分化验。
[0024] 实施例五；设定微波功率为服W，频率为2. 45G监，按表2配料方式称取1kg原料， 配料中氧碳摩尔比为1:1. 5将原料自然松散的放入相蜗内部，开始加热，升温到1450°C，调 节微波功率进入保温模式，保温90分钟，进行铺铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷 却，冷却完成，将冶炼好的铺铁取出，进行成分化验。
[0025] 后四个实施例中冶炼得到的铺铁合金经化验分析其成分见表5。
[0026] 图2、图3为上述后四个实施例的对比升温曲线，由升温曲线可W看出，采用4kw 功率加热时需600s左右才可W达到1300°C左右，平均升温速率为2. 16,采用6kw功率加热 在500s左右就可W加热到1300°C，平均升温速率为2. 6,可W看出微波能在短时间内快速 加热铺铁原料。尽管混合物料在微波场中的升温速率存在着差异，但其升温曲线却极为类 似。混合物料的微波加热升温过程分为=个阶段，第一阶段和第二阶段是物料升温的最主 要阶段。在微波加热第一阶段升温速率最快，由于铺矿和焦炭均易吸收微波能，微波福射后 物料温度迅速升高，此时混合物料温度较低，物料的介电性质尚未发生变化，该阶段升温曲 线满足线性关系；温度达到600-80(TC之后进入第二阶段，该阶段微波加热升温速率有所 下降但是仍然较快，此阶段物料开始相互发生反应，反应为吸热反应，同时，反应物料的介 电性质发生一些改变，因此升温速度较第一阶段稍低；混合物料温度到1200-1300°C之间 进入第=阶段，此时反应剧烈，反应吸热强烈，升温速率较慢。
[0027] 表5为后四个实施例得到的铺铁成分范围。表6为国家标准《铺铁》（GB/T 3795-200巧 表5四种实施例得到的铺铁成分（质量百分数）
表6国家标准《铺铁》佑B/T3795-2006)
将表5数据与表6数据进行对比，上述后四个实施例冶炼所得铺铁成分符合国标中高 碳铺铁成分。
[002引 W上所述实施例，仅是本发明的其中若干实施例，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，该些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法，其特征在于，通过采用微波发生器产 生一定频率的微波，并利用金属波导管将微波导入锰铁合金生产反应器，在反应器中微波 与冶炼锰铁合金的原料相互作用；由于冶炼锰铁合金的原料主要为锰矿和焦炭，具有良好 的微波吸收特性，在微波场中锰铁合金冶炼原料吸收微波能量，温度快速上升；通过调整微 波发射功率控制原料的升温速率；具体方法步骤为： 步骤1:将原料加入到反应器中，使锰矿、烧结矿和焦炭混合在一起，自然、松散地进行 布料； 步骤2 :用金属波导管将频率为2. 45 GHZ的微波导入反应器内，通过调整波导管的 布置，使原料处于微波场强度高部位；原料吸收微波能量，快速升温至700-150(TC，保温 0. 5-5小时，进行锰铁的冶炼，保温结束后，关闭微波，进行冷却，冷却完成。2. 根据权利要求1所述的冶炼锰铁合金的方法，其特征在于，所述原料为冶炼锰铁合 金的猛矿、烧结矿和焦炭，猛矿和烧结矿的粒度不大于60_，焦炭粒度不大于30_。3. 根据权利要求1所述的冶炼锰铁合金的方法，其特征在于，所述原料为冶炼锰铁合 金的锰矿、烧结矿和焦炭，三者之间的配比中氧和碳摩尔比为1:1. 4-1. 7。4. 根据权利要求1所述的冶炼锰铁合金的方法，其特征在于，所述微波功率与被加热 原料质量比大于lkw/t。
【专利摘要】本发明一种利用微波加热锰矿冶炼锰铁合金的方法，通过采用微波发生器产生频率为2.45GHZ的微波，并利用金属波导管将微波导入反应器，在反应器中微波与冶炼锰铁合金的原料相互作用；冶炼合金的原料，在微波场中锰铁合金原料吸收微波能量，温度快速上升；在700-1500℃原料之间发生氧化锰与碳的氧化还原反应，为吸热反应，还需继续采用微波加热反应原料，为反应提供热量；微波场对锰氧化物还原反应存在促进作用，在微波作用下，锰氧化物被快速还原，生成锰铁合金。与现有技术相比，本发明采用微波加热冶炼锰铁合金，具有加热速率快，加热原料时间短，降低能耗等优点。
【IPC分类】C22B4/06
【公开号】CN104988312
【申请号】CN201510024668
【发明人】刘建华, 刘建, 季益龙, 张游游, 闫永其, 杜建新
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年1月19日