转炉铬矿熔融还原法不锈钢直接合金化技术

前言

第1章 铬矿熔融还原不锈钢直接合金化简介

1.1 不锈钢及其国内外生产概况

1.2 不锈钢冶炼技术的历史与发展

1.3 熔融还原法

1.4 钢的直接合金化

本章参考文献

第2章 转炉铬矿熔融还原冶炼不锈钢工艺

2.1 不锈钢冶炼二步法和三步法的比较

2.2 转炉冶炼不锈钢工艺概述

2.3 铬矿熔融还原工艺实验研究现状

本章参考文献

第3章 铬矿熔融还原理论研究

3.1 反应体系的热力学研究

3.2 铬矿在渣中的溶解行为

3.3 铬矿熔融还原渣系选择

3.4 铬矿熔融还原温度控制

3.5 固体碳对铬矿熔融还原的影响

3.6 铬矿熔融还原机理

3.7 铬矿熔融还原反应模型

本章参考文献

《转炉铬矿熔融还原法不锈钢直接合金化技术》通过实验室模拟实验深入探讨了铬矿在CaO-SiO2-MgO-Al2O3渣系中的溶解行为、溶解机理及影响因素，同时建立了铬矿溶解动力学模型、渣一金界面反应模型以及转炉熔融还原过程中铬矿溶解和还原耦合动力学模型，并进行了系统分析与讨论，力图阐明此工艺过程中的一些关键环节，为改进此冶炼工艺提供参考。

熔融还原法的分类如下：

(1) 按工艺阶段划分，可分为一步法和两步法。一步法是在一个冶金反应中完成矿石 还原熔炼的全过程。该工艺流程短，设备简单，但在应用中却存在着能耗高及FeO渣严重 侵蚀炉衬的难题，至今仍未能解决。

两步法将熔融还原过程分为固相预还原及熔态终还原，并分别在两个反应中完成，改 善了熔融还原过程的能量利用，降低了渣中FeO浓度，使熔融还原法取得了突破性的进展。

(2)按使用能源划分，可分为氧煤法和电煤法。氧煤法靠氧煤在高温熔池或风口区燃 烧，提供过程的热量，用煤作为还原剂。开发的多数工艺为氧煤法。

电煤法用电提供熔融还原过程所需的热量，煤做还原剂，电热转换方式有电弧放热和 等离子技术，此法只适用于电力充足、价格低廉的地区。

(3) 按预还原装置类型，可分为流化床法、竖炉法、回转窑法和闪速炉法等。

(4) 按终还原装置类型，可分为竖炉法、电流法和旋转炉法等。

电熔融还原法(ELRED process)是一种熔融还原炼铁工艺。原名ELRED法，由瑞典Stora Kop-parperg公司和Asea公司开发，后与德国Lurgi公司合作 。

熔融还原的开发在于寻求一种代替常规高炉炼铁的新工艺，它的研究开发经历了3代。第1代工艺 从20世纪20年代开始，主要是在60年代坚持试验。该工艺是在一个反应器中使用精矿和煤的一步法。如1924年德国霍施(Hoesch)钢铁公司提出的在转炉中使用碳和氧还原铁矿石，至今仍有现实意义。30年代后期丹麦F. L. Smit公司提出的Bas-set法，德国又开发的Sturzelbug法。50年代后，欧美各国研究开发的熔融还原法有瑞典的Dored法和E-V (Eketorp-Vallak)法、意大利的Retored法、英国的CIP法等。这些方法都是一步法，因在试验中出现了一些当时难以解决的问题而宣告失败。其主要问题各不相同，有的是还原时由铁熔体排出的煤气在熔池上方二次燃烧供给热量，由于过程控制困难，二次燃烧时的高温和强腐蚀性FeO熔体对炉衬的严重侵蚀，使炉衬耐火材料消耗大;有的是强烈转动反应器，铁水直接装入耐火装置内，并在造渣前进行保护(旋转法和CIP法)试验，由于铁层和渣层之间只有少量的原料与热交换而被取消;还有的是精矿由对着反应器墙的转盘进行给料，在二次燃烧时，辐射前截断“精矿屏幕”以保护炉衬(E-V法)，此法虽未成功但精矿同时传递熔池中由于二次燃烧产生的部分热量，在今天也是有意义的。

第2代工艺 有代表性的是瑞典在20世纪70年代开发的用电作热源的熔融还原法，如ELRED法、INRED法、PLASMAMELT法。克服了由二次燃烧空间到还原空间传递热量的困难，用终还原产生的废气进行矿石预还原，即“二步法”。但是由于FeO炉渣的侵蚀和热的需求，使终还原阶段消失，于是采用在电炉中靠电供热进行终还原。ELRED法、INRED法早已完成半工业试验，但未到达实际建厂阶段。虽然，电在瑞典是富裕的，但使用电能还原铁矿石，多数情况下是不经济的，因而未能推广。等离子熔融还原法。用于比炼铁价值高的不锈钢烟尘回收的工业生产，瑞典有一个用等离子枪工艺加工生产，年产7万t不锈钢(含Ni和Cr)的粉末冶炼厂。

第3代工艺 特点是放弃电能，立足于煤和氧气的“无焦炭工艺”而在大多数情况下仍然保留第2代工艺原有的预还原和熔态终还原的二步法。

近30年来主要工业发达国家研究开发的熔融还原炼铁方法有20多种，80年代以来重点开发的主要方法有COREX法、DIOS法、HI熔融还原法(HISmelt法)等。COREX法是惟一已产业化和商业化的炼铁法。此法具有很高的预还原度和很低二次燃烧率，工艺难度较少，80年代中期开发成功，1989年第一套年产30万t的COREX装置在南非正式投产。韩国于1995年底一套60万t的设备投产，国际上另有5套正在建设中，总生产能力500万t。奥钢联正在设计C-3000型设备，年产110万t，增加了高热值的废气用于直接还原生产海绵铁和终还原炉中喷吹部分矿粉的装置。此法比高炉铁水成本降低20%左右，其原有缺点如能耗较高，生产率不高等已有改善。DIOS法已完成工业试验，HI熔融还原法，已进入工业性试验。两法的特点都是低预还原度和高二次燃烧率。流化床还原粉矿工艺较复杂，预还原度又小，铁熔终还原负担重，二次燃烧率高则氧化度高，温度高。渣线耐火材料侵蚀严重，工艺难度大，工业试验的经济技术指标都不够好。住友熔融还原法、川崎熔融还原法、MIP法、COIN法和CIG法只进行了半工业性试验或单体试验;此外美国的AISI法开发进展缓慢，无明显优点，与前苏联的PJV法均为一步法。