一种用于中低碳铬铁或中低碳锰铁合金冶炼缓冲装置的制作方法

本发明涉及铁合金生产领域，更具体地，涉及中、低碳铬铁和中、低碳锰铁合金的冶炼的系统、方法及缓冲装置。

背景技术：

目前，中、低碳铬铁与中、低碳锰铁的冶炼主要采用电硅热法，利用硅铬合金或锰硅合金中的硅作为还原剂，还原铬精矿粉或锰矿粉中的金属氧化物，得到中低碳铬铁或中低碳锰铁合金，其主要化学反应如式(1)和式(2)所示。

[sicr]fe+(cr2o3)+(feo)→[crfe]+(sio2)(1)

[sicr]fe+(mno)+(feo)→[mnfe]+(sio2)(2)

为了提高铬或锰的收得率和硅的利用率，目前采用电硅热法生产中低碳铬铁或中低碳锰铁合金，主要采用电炉-摇包法工艺，其工作原理是逆流两次脱硅，具体工艺流程是：矿热炉生产出硅铬合金或锰硅合金，然后将硅铬合金或锰硅合金通过铁水包倒入摇包中，在摇包中该合金与来自精炼电炉内的含cr2o3或mno较高的铬渣和锰渣进行一次脱硅反应，所得的硅含量较低的硅铬铁合金和硅锰铁合金和弃渣，将该合金倒入精炼电炉中，与铬矿熔体或锰矿进行二次脱硅反应，得到中、低碳铬铁或中、低碳锰铁产品以及铬渣或锰渣，该铬渣和锰渣再返回摇包进行一次脱硅反应。该工艺流程相对于电炉一步脱硅法工艺，其金属收得率和硅利用率都要高，但是这种逆流的操作，对操作要求较高，初始硅铬合金和锰硅合金量的波动会直接影响金属收得率和硅利用率。在实际生产中由于矿热炉的生产不稳定，使得每次进入电炉-摇包法生产系统的硅铬合金和锰硅合金量波动很大，造成金属收得率和硅利用率的大大降低，甚至低于一步脱硅法工艺。目前尚无法解决矿热炉稳定生产的问题，有些企业甚至严格要求矿热炉操作人员，要求其每次出铁量波动不超过10％，但很难实现，且仅波动10％，对后续的电炉-摇包法工艺仍会产生较大影响。

技术实现要素：

本发明针对矿热炉生产工艺与电炉-摇包法工艺配合的问题，提供一种缓冲装置，以及使用该缓冲装置的系统和方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明，提供一种用于中低碳铬铁或中低碳锰铁合金冶炼的缓冲装置，包含：

炉体，该炉体包含卧式炉身和外壳，炉身为短圆柱体；炉身与外壳之间设置绝热层；炉身采用碳砖，其寿命可达5～8年，高于钢厂中常用缓冲容器(混铁炉)的寿命(1～3年)。硅铬合金或锰硅合金熔体中碳的饱和溶解度低(小于1.0％或小于2.5％)，且由矿热炉生产所得的硅铬合金或锰硅合金，其碳含量基本饱和，故采用碳砖，既不会对合金熔体成分造成影响，引入新的杂质，又可以提高炉体使用寿命，可达5～8年。

兑铁口，沿炉体轴向投影看，该兑铁口设置在炉体正上方用于倒入熔体；

燃烧器，沿炉体轴向投影看，该燃烧器设置在炉体左上侧且位于兑铁口的左侧，燃烧器用于加热；

出铁口，沿炉体轴向投影看，该出铁口设置在燃烧器对侧且用于倒出熔融液体；

气体搅拌装置，该气体搅拌装置包括排烟口、进烟口、阀门、加压装置，沿炉体轴向投影看，排烟口设置于兑铁口的右侧，进烟口设置于炉体左侧下方且与排烟口成对角位；排烟口、阀门、加压装置和进烟口之间依次相连。采用该气体搅拌装置，不仅可以混匀合金熔体，还可以利用燃烧后产生的高温烟气进行搅拌，实现节能。该气体搅拌装置相较于机械搅拌结构简单，操作简便，仅需通过打开阀门和加压装置就可以实现搅拌熔体的作用，且装置稳定性高。

炉体倾动装置，该炉体倾动装置设置在炉体下方且用于倾斜炉体；

炉底支撑底座，该炉底支撑底座设置在炉体和炉体倾动装置下方；

地秤，该地秤设置在出铁口下方。

进一步地，炉身的长度和直径的比例为1.05-1.20，减少炉体表面积和散热损失。

进一步地，外壳由20-40mm的钢板制造。

进一步地，至少三个燃烧器沿炉体轴向设置在炉体左上侧，至少三个燃烧器位于炉身的3/4-4/5处。优选地，燃烧器的个数根据炉体容量设置，一般设置为3-5个。燃烧器采用矿热炉煤气燃烧。

进一步地，至少三个燃烧器为炉体的加热温度为1600-1800℃。

进一步地，气体搅拌装置的至少四个进烟口沿炉体轴向设置于炉体左侧下方。优选地，进烟口一般设置为4-6个。进烟口的数量较燃烧器个数多一个，即当燃烧器设置3个时，进烟口设置4个，以此类推。

根据本发明，提供一种冶炼低碳铬铁或中低碳锰铁合金的系统，包含：如上的缓冲装置、矿热炉、第一铁水包、第二铁水包、第三铁水包、摇包、渣罐和精炼电炉；其中矿热炉的出口处设置第一铁水包；缓冲装置的地秤上设置有第二铁水包；摇包和精炼炉依次设置在缓冲装置的地秤之后；渣罐和第三铁水包设置在摇包和精炼电炉之间。

根据本发明，提供一种使用如上的系统冶炼低碳铬铁或中低碳锰铁合金的方法，包括以下步骤：

1)矿热炉中生产硅铬合金或锰硅合金熔体，将第一铁水包置于矿热炉的出口处，盛装来自矿热炉的硅铬合金或锰硅合金熔体；

2)由运输装置将第一铁水包送至缓冲装置的兑铁口处，将第一铁水包盛装的硅铬合金或锰硅合金熔体倒入缓冲装置的炉体中暂存，熔体的液面高度不得高于炉膛的2/3高度；

3)渣罐放置于精炼电炉的出渣口处，待精炼电炉中的二次脱硅反应结束后盛装铬渣或锰渣；

4)第二铁水包放置在缓冲装置的地秤上盛装硅铬合金或锰硅合金熔体，待缓冲装置出铁量达到设定值后停止出铁，其中缓冲装置出铁量的设定值根据下述步骤中的摇包的体积而定，出铁量为摇包容量的1/3～1/4。例如摇包体积为10m³时，可装入摇包的铁量约为19.5-23.5吨，对应出铁量体积为2.5-3m³。

5)装有铬渣或锰渣的渣罐经由运输装置送至摇包处，将铬渣或锰渣倒入摇包内，同时将第二铁水包内的硅铬合金或锰硅合金熔体倒入摇包内进行一次脱硅反应；

6)摇包内一次脱硅反应结束后，得到硅含量较低的硅铬合金或锰硅合金熔体和铬渣或锰渣；硅含量较低的硅铬合金或锰硅合金熔体用第三铁水包盛装运送至精炼电炉内与铬矿或锰矿反应得到低碳铬铁或中低碳锰铁。

进一步地，步骤2)中硅铬合金或锰硅合金熔体倒入缓冲装置的炉体中暂存后，开启缓冲装置的燃烧器对炉体内的硅铬合金或锰硅合金熔体加热，并开启气体搅拌装置对炉体内的硅铬合金或锰硅合金熔体进行搅拌。

进一步地，气体搅拌装置采用炉体内燃烧生成的烟气气体进行搅拌。

本发明的有益效果是：

(1)由于加入了缓冲装置，可以控制出铁量，这样可以降低电炉-摇包法工艺的操作难度，提高电硅热法生产的稳定性，为今后实现自动化控制提供可能。

(2)由于出铁量的控制，提高电炉-摇包法生产的中低碳铬铁或中低碳锰铁的金属回收率和硅的利用率。

(3)相较于机械搅拌装置，本发明采用气体搅拌装置，结构简单，操作方便，提高了搅拌效果；同时可以利用高温烟气作为气体搅拌的气体源，达到节能的目的。

附图说明

图1是按照本发明的实施例的带有缓冲装置的冶炼低碳铬铁或中低碳锰铁合金的系统的示意图；

图2是按照本发明的实施例的缓冲装置的燃烧器、排烟口及进烟口位置左视局部示意图。

附图标记

1矿热炉、2第一铁水包、3炉体、4兑铁口、5出铁口、6燃烧器、71排烟口、72进烟口、73阀门、74加压装置、8炉体倾动装置、9炉底支撑底座、10地秤、11摇包、12渣罐、13精炼电炉、14第二铁水包、15第三铁水包。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，根据本发明的冶炼低碳铬铁或中低碳锰铁合金的系统包含：缓冲装置、矿热炉1、第一铁水包2、第二铁水包14、第三铁水包15、摇包11、渣罐12和精炼电炉13；其中矿热炉1的出口处设置第一铁水包2；缓冲装置的地秤10上设置有第二铁水包14，以满足称重需要；渣罐12和第三铁水包15设置在摇包11和精炼电炉13之间。

缓冲装置包含炉体3、兑铁口4、燃烧器6、出铁口5、气体搅拌装置、炉体倾动装置8和地秤10。

炉体3，炉体3包含卧式炉身和外壳，炉身为用碳砖砌筑的短圆柱体且炉身的长度和直径的比例为1.05-1.20；外壳的材料为20-40mm的钢板；炉身与外壳之间设置绝热层；炉身采用碳砖，其寿命可达5～8年，高于钢厂中常用缓冲容器(混铁炉)的寿命(1～3年)。硅铬合金或锰硅合金熔体中碳的饱和溶解度低(小于1.0％或小于2.5％)，且由矿热炉1生产所得的硅铬合金或锰硅合金，其碳含量基本饱和，故采用碳砖，既不会对合金熔体成分造成影响，引入新的杂质，又可以提高炉体3使用寿命，可达5～8年。

沿炉体轴向投影看，设置在炉体3正上方的用于倒入熔体的兑铁口4；

如图2所示，，沿炉体轴向投影看，用于加热的三个燃烧器61、62、63，三个燃烧器61、62、63沿炉体轴向设置在炉体3左上侧且位于兑铁口4的左侧，三个燃烧器6位于炉身的3/4-4/5高度处；

出铁口5，沿炉体轴向投影看，出铁口5设置在燃烧器6对侧且用于倒出熔融液体；

气体搅拌装置，气体搅拌装置包括排烟口71、进烟口72、阀门73、加压装置74。如图2所示，沿炉体轴向投影看，排烟口71设置于兑铁口4的右侧，四个进烟口721、722、723、724沿炉体轴向设置于炉体3左侧下方且与排烟口71成对角位，有利于提高气体搅拌效果；排烟口71、阀门73、加压装置74和进烟口72之间依次相连。采用该气体搅拌装置，不仅可以混匀合金熔体，还可以利用燃烧后产生的高温烟气进行搅拌，实现节能。该气体搅拌装置相较于机械搅拌结构简单，操作简便，仅需通过打开阀门73和加压装置74就可以实现搅拌熔体的作用，且装置稳定性高。

炉体倾动装置8，沿炉体轴向投影看，炉体倾动装置8设置在炉体3下方且用于倾斜炉体3。

炉底支撑底座9，炉底支撑底座9设置在炉体3和炉体倾动装置8下方。

地秤10，地秤10设置在出铁口5下方。

优选地，燃烧器6可以设置有4个，且进烟口72可以设置有5个。

优选地，燃烧器6可以设置有5个，且进烟口72可以设置有6个。

如图1所示，矿热炉1的出铁口5处，用第一铁水包2盛装硅铬合金或锰硅合金熔体，由运输装置将第一铁水包2送至缓冲装置的兑铁口4，将铁水倒入缓冲装置的炉体3中进行暂存，熔体的液面高度不得高于炉膛的2/3高度。关闭兑铁口4，通入煤气和氧气，保持燃烧器6的工作状态，维持缓冲装置炉体3炉内温度在1600-1800℃。同时开启阀门73，高温烟气通过排烟口71排出，经加压装置74后通过进烟口鼓入炉体3，对合金进行混匀操作，混匀后关闭阀门73。待倾动式精炼电炉13的二次脱硅冶炼结束后的铬渣或锰渣倒入渣罐12中。同时，将第二铁水包14放置在缓冲装置的地秤10处等待接熔体，通过倾动装置8在出铁口5倒出熔体，待出铁量达到设定值后停止出铁，然后将装有铬渣或锰渣的渣罐12和装有熔体的第二铁水包14分别经由运输装置送至摇包11处，先将热的铬渣或锰渣倒入摇包11内后再将第二铁水包14内的熔体倒入摇包11内进行反应。摇包11内一次脱硅反应结束后，得到硅含量较低的硅铬合金或锰硅合金熔体和铬渣或锰渣；硅含量较低的硅铬合金或锰硅合金熔体用第三铁水包15盛装运送至精炼电炉内与铬矿或锰矿反应得到低碳铬铁或中低碳锰铁。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。