專利名稱：一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢棄物的處理及資源化利用，具體的說是一種綜合利用無鈣鉻渣 直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的方法。
背景技術(shù)：
無鈣鉻渣是當前利用最先進的無鈣焙燒工藝技術(shù)生產(chǎn)鉻鹽過程中排出的一種工 業(yè)廢漁，因其中含有少量溶于水的六價鉻(Cr6+)，是一種嚴重的污染源，屬危險廢渣。無鈣焙燒工藝生產(chǎn)鉻鹽過程中排放鉻渣的主要化學(xué)成份 傳統(tǒng)鉻渣解毒處理方式一般有濕法和干法兩種。濕法解毒是將鉻渣磨細用水打漿、攪拌均勻，加入硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、硫代硫酸 鈉或通入二氧化硫氣體后，使六價鉻逐步還原為三價鉻，再加入酸或堿調(diào)整PH值，使三價 鉻沉淀，達到解毒的目的。干法解毒一般多為純粹獨立解毒處理，將鉻渣與煤或含碳的低價原料摻混一起， 在豎爐或轉(zhuǎn)爐內(nèi)高溫煅燒，鉻渣中的六價鉻在高溫下被碳還原，生成三價鉻物質(zhì)固化在渣 中。另外，少量加入到其他產(chǎn)品生產(chǎn)中，代替部分原料或者作為造渣劑使用，比如水泥生產(chǎn) 中可以替代鐵質(zhì)原料，在煉鋼中可以替代部分白云石，在鎂鉻耐火材料中可以替代部分原料等。可見，傳統(tǒng)濕法解毒和干法純粹獨立解毒只能達到有害元素解毒，無害化處理的 目的，并且傳統(tǒng)的處理方法均具有成本高、處理量小等缺點，無法從根本上解決鉻渣的污染 問題，更談不上實現(xiàn)資源綜合利用，“變廢為寶”。加之，無鈣鉻渣中除含有微量有害六價鉻， 還含有大量鐵和鉻等有益元素，特別是鉻元素，我國屬于貧鉻資源國，90%鉻資源需從國外 進口。如果不加以回收利用，勢必會造成稀缺資源的浪費。因此，如何直接將無鈣鉻渣作為原料加以綜合利用生產(chǎn)出有用的工業(yè)產(chǎn)品，并從 根本上達到徹底解毒的目的，是當前亟待研究解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種綜合利用一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼 的方法。本發(fā)明方法按下列步驟進行A、計量備料冶煉原料的重量份為無鈣鉻渣100份、碳還原劑15 25份和造渣劑1 11份， 碳還原劑優(yōu)選20 23份，造渣劑優(yōu)選9 11份。
碳還原劑為含碳的煤或焦炭中的一種，造渣劑是硅石，碳還原劑指含碳的煤或焦炭，必要時也可采用具有還原性質(zhì)的硅合金，如硅鐵或
硅鉻等。造渣劑主要指硅石，根據(jù)冶煉熔渣性質(zhì)，必要時可以適當補充部分石灰石、螢石等 其他礦化劑，以降低熔點。本發(fā)明的關(guān)鍵所在是無鈣鉻渣為細粉料，當以煤做還原劑時，由于煤比重比較輕，需要將煤和無鈣鉻渣磨細混勻后，采用壓 球機將無鈣鉻渣與煤均勻混在一起進行成球，成球直接用水，再不加任何粘結(jié)劑，成球后緩 慢烘干至水分小于3%，于50-200MPa的壓力條件下，將混合物壓制成直徑為10_30mm的球 體，再還原冶煉。采用如此的工藝方法，可以提高冶煉效率，穩(wěn)定冶煉工藝。若用其他堅硬塊狀物料做還原劑時，如焦炭、硅鐵或者硅鉻作還原劑時，無鈣鉻渣 單獨成球，需將還原劑破碎至3 5cm。B、還原冶煉將混配制成的冶煉原料加入電爐內(nèi)，熔融冶煉，在1500 1650°C時發(fā)生還原反 應(yīng)，冶煉時間為110-150分鐘；其主要反應(yīng)式如下C+02 = 2C0 個2Na2Cr04+3C0 = Cr2C3+2Na20+3C0 個2Fe203+3C = 4Fe+3C02 個2Cr203+3C = 4Cr+3C02 個Fe203+3C0 = 2Fe+3C02 個Cr203+3C0 = 2Cr+3C02 個3Cr203+13C = 2Cr2C3+9C0 個Si02+2C0 = Si+2C022Fe203+3Si = 4Fe+3Si02 個2Cr203+3Si = 4Cr+3Si02 個鉻渣中以氧化物形式存在的鉻和鐵，在高溫熔融狀態(tài)下，被還原劑還原為單質(zhì)鐵 和鉻，同時原料中的部分Si、C、V、S、P也被還原或直接進入合金液相。本發(fā)明的關(guān)鍵所在是渣中的有用物質(zhì)鉻和鐵被提煉的同時，有毒的六價鉻在高溫 下也被還原轉(zhuǎn)化為無毒三價鉻，進而被還原為單質(zhì)鉻，實現(xiàn)了六價鉻的徹底解毒。C、出漁出鐵用鋼水包承接液態(tài)爐渣和鉻基合金鐵液，傾倒扒除上層爐渣，得到鉻基合金鐵 水；D、精煉澆注將鉻基合金鐵水轉(zhuǎn)入精煉爐內(nèi)，吹入氧氣及氬氣進行脫碳，另造新渣凈化鋼水 完成精煉，精煉后的鉻基合金鋼液倒入鋼錠模，所產(chǎn)鉻基合金鋼的化學(xué)組成為c 0. 2 6. 0%,Cr 8. 0 50. 0%,Si 0. 3 1. 0%,S 彡 0. 05%,P 彡 0. 05%,V0. 1 0. 5%。每噸 原料可生產(chǎn)鉻基合金鋼約250-300kg。也可以與鑄造工序相匹配，生產(chǎn)出各種標準的鉻基合 金鋼鑄件。
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該種合金鋼可以直接鑄造或鍛壓生產(chǎn)各種耐磨材料，比如生產(chǎn)水泥、電力及選礦 用耐磨鋼球、鋼鍛或襯板等。關(guān)于本發(fā)明的效果，我單位在630kVA直流電爐(礦熱爐)進行了工業(yè)化生產(chǎn)試 驗，已取得預(yù)期效果，無鈣鉻渣中有毒六價鉻得到了 100%完全解毒，同時生產(chǎn)出了合格的 鉻基合金鋼產(chǎn)品。本發(fā)明全部以無鈣鉻渣為原料直接生產(chǎn)鉻基合金鋼產(chǎn)品，具有吃渣量大，解毒徹 底，經(jīng)濟效益顯著的特點，從根本上克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝所存在的缺點。對鉻鹽清潔化生 產(chǎn)，廢渣資源化利用均具有深遠的意義。具有如下主要特點(1)它的解毒及冶煉工藝流程比較簡短，不需另行配置專用設(shè)備，在現(xiàn)行電爐內(nèi)便 可以實現(xiàn)解毒和冶煉鉻基合金鋼同時進行。(2)它直接以無鈣鉻渣為原料，在解毒的同時，實現(xiàn)了資源化利用，節(jié)約了有限的 鉻資源。(3)它冶煉生產(chǎn)的鉻基合金鋼是水泥、電力及選礦等行業(yè)必要的耐磨合金材料，用 途比較廣泛。(4)它解毒及冶煉生產(chǎn)技術(shù)易于掌握，操作十分簡單。便于生產(chǎn)組織和經(jīng)營管理， 運行成本低，可以實現(xiàn)一定的經(jīng)濟效益。從根本上解決了傳統(tǒng)鉻渣解毒需新增費用的難題。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限定 本發(fā)明。實施例1以無鈣鉻渣和當?shù)卮蠛用簽樵?，造渣劑為硅石。其中大河煤化學(xué)成分為C70%， Fe2O3L 29%,MgOO. 75%, CaOl. 08%, SiO2IO. 65%,A12034. 88%，其他成分 11. 35%。硅石化 學(xué)成分為:Si0290 . 83%, Mg03. 65%, Al2O3L 28%, Fe2O3O. 86%，其他成分 3. 38%。本實例 中應(yīng)用的電爐為630kVA直流礦熱爐，容量1. 3噸，爐體直徑Φ 1. 8m，高度HI. 5m,有效內(nèi)徑 Φ0.95m，有效高度為0.92m。采用碳磚和鎂磚復(fù)合砌筑。該電爐采用雙電極供電。具體步 驟按以下次序進行1、首先向IOOOkg無鈣鉻渣中加入200kg大河煤，將混合原料用攪拌機混勻。2、采用成球機，于200MPa的壓力條件下，將混合料壓成直徑為10_30mm的球體。并 將混合物球體烘干脫水至水分小于3%。3、向1200kg混合物球體加入90kg硅石，將球體和硅石混合物投入電爐進行熔融 冶煉。4、冶煉溫度15751;5、冶煉時間150分鐘；6、鉻基合金鋼產(chǎn)品本實例于2009年11月10日連續(xù)生產(chǎn)8爐，平均每爐得到成 品約235kg，其產(chǎn)品指標見下表 實施例2以無鈣鉻渣和當?shù)卮蠛用簽樵?，造渣劑為硅石。其中大河煤化學(xué)成分為C70%， Fe2O3L 29%,MgOO. 75%, CaOl. 08%, SiO2IO. 65%,A12034. 88%，其他成分 11. 35%。硅石化 學(xué)成分為:Si0290 . 83%, Mg03. 65%, Al2O3L 28%, Fe2O3O. 86%，其他成分 3. 38%。本實例 中應(yīng)用的電爐為630kVA直流礦熱爐，容量1. 3噸，爐體直徑Φ 1. 8m，高度HI. 5m,有效內(nèi)徑 Φ0.95m，有效高度為0.92m。采用碳磚和鎂磚復(fù)合砌筑。該電爐采用雙電極供電。具體步 驟按以下次序進行1、首先向IOOOkg無鈣鉻渣中加入200kg大河煤，將混合原料用攪拌機混勻。2、采用成球機，于200MPa的壓力條件下，將混合料壓成直徑為10_30mm的球體。并 將混合物球體烘干脫水至水分小于3%。3、向混合球體中加入IlOkg硅石，將混合球體和硅石混合物投入電爐進行熔融冶太東。4、冶煉溫度1500°C ；5、冶煉時間120分鐘；6、鉻基合金鋼產(chǎn)品本實例于2009年11月12日連續(xù)生產(chǎn)8爐，平均每爐得到成 品約243. 5kg，其產(chǎn)品指標見下表 實施例1與實施例2比較說明，硅石量增加后，加快了冶煉速度，而產(chǎn)品中的硅Si 含量有所增加，因此控制合適的硅石添加量可以取得較好的冶煉效果。實施例3以無鈣鉻渣和當?shù)卮蠛用簽樵希煸鼊?硅石。其中大河煤化學(xué)成分為C70%，F(xiàn)e2O3L 29%,MgOO. 75%, CaOl. 08%, SiO2IO. 65%,A12034. 88%，其他成分 11. 35%。硅石化 學(xué)成分為:Si0290 . 83%, Mg03. 65%, Al2O3L 28%, Fe2O3O. 86%，其他成分 3. 38%。本實例 中應(yīng)用的電爐為630kVA直流礦熱爐，容量1. 3噸，爐體直徑Φ 1. 8m，高度HI. 5m,有效內(nèi)徑 Φ0.95m，有效高度為0.92m。采用碳磚和鎂磚復(fù)合砌筑。該電爐采用雙電極供電。具體步 驟按以下次序進行1、首先向IOOOkg無鈣鉻渣中加入230kg大河煤，將混合原料用攪拌機混勻。2、采用成球機，于200MPa的壓力條件下，將混合料壓成直徑為10_30mm的球體。并 將混合物球體烘干脫水至水分小于3%。3、向混合物球體加入IlOkg硅石，將球體和硅石混合物投入電爐進行熔融冶煉。4、冶煉溫度1650°C ；5、冶煉時間110分鐘;6、鉻基合金鋼產(chǎn)品本實例于2009年11月14日連續(xù)生產(chǎn)8爐，平均每爐得到成 品約249kg，其產(chǎn)品指標見下表 根據(jù)實施例3數(shù)據(jù)統(tǒng)計表，可以看出，在提高了還原劑煤的配入量之后，鉻的收率 隨之提高，但由于還原劑過量，大量的硅被還原進入合金，同時合金中的含碳量也隨之升 高，并且由煤帶入合金中的有害元素S和P大幅度增加。因此，還原劑煤的配加量不宜過量 太大。依照本發(fā)明規(guī)定范圍最佳。實施例4精煉澆注本實例應(yīng)用的精煉爐為0. 5噸的頂吹式工頻感應(yīng)爐，原料為以無鈣鉻渣經(jīng)630KVA 礦熱電爐冶煉、剛出爐的鉻基合金鐵水，成分見下表 將剛出爐的鉻基合金鐵水300kg，計量后倒入精煉爐內(nèi)，具體步驟按照下述順序進 行1、鉻基合金鐵水溫度為1490°C，2、接通氣源，所述氣源氣體為氧氣和氬氣，根據(jù)工況調(diào)整氣體調(diào)節(jié)器上的調(diào)節(jié)閥， 來控制氣體流量以及氧氣和氬氣的比例，向精煉爐內(nèi)送入氣體。3、開始吹入氣體為氧氣氬氣=3 1，氣體壓力為0. 35MPa，吹煉時間為20分 鐘，氣體流量為760m3/h ；
4、二期吹入氣體為氧氣氬氣=1 1，氣體壓力為0. 35MPa，吹煉時間9分鐘，氣 體流量為800m3/h ；5、得到鉻基合金鋼產(chǎn)品本實例生產(chǎn)出的產(chǎn)品指標見下表 需要說明的是對無鈣鉻渣生產(chǎn)鉻基合金鋼的精煉步驟不僅僅限于本實例所述的 方法，可以以多種方式實現(xiàn)，除本實例談到的工頻感應(yīng)爐吹煉外，其他可以實現(xiàn)鉻鐵降碳保 鉻的精煉設(shè)備均可以完成精煉操作。通過實施例可以得出如下結(jié)論1、利用無鈣鉻渣為原料生產(chǎn)鉻基合金鋼具有吃渣量大，環(huán)境效益和經(jīng)濟效益明 顯，無鈣鉻渣解毒徹底，推廣可行性強的優(yōu)點；2、通過調(diào)整配入無鈣鉻渣中的還原劑的量，可以取得不同的預(yù)期效果，具體表現(xiàn) 在當以煤做還原劑時，合金中的碳、硅、硫、磷等元素會隨著還原劑配入的過量程度的增大 而增加，同時，鉻元素的收得率隨之增大。3、通過調(diào)整配入物料中的硅石含量，可以改善冶煉狀況，具體表現(xiàn)在適當提高硅 石配入比例，將會縮短冶煉時間，但同時又會增加合金鋼中的硅含量；4、通過對鉻基合金鐵水的精煉，可以大幅降低合金中的碳含量，提高合金鋼的內(nèi) 在質(zhì)量，從而滿足不同的生產(chǎn)需求。
權(quán)利要求
一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的方法，其特征在于按下列步驟進行A、計量備料冶煉原料的重量份為無鈣鉻渣100份、碳還原劑15～25份和造渣劑1～11份，碳還原劑為含碳的煤或焦炭中的一種，造渣劑是硅石，B、還原冶煉將混配制成的冶煉原料加入電爐內(nèi)，熔融冶煉，在1500～1650℃時發(fā)生還原反應(yīng)，冶煉時間為110 150分鐘；C、出渣出鐵用鋼水包承接液態(tài)爐渣和鉻基合金鐵液，傾倒扒除上層爐渣，得到鉻基合金鐵水；D、精煉澆注將鉻基合金鐵水轉(zhuǎn)入精煉爐內(nèi)，吹入氧氣及氬氣進行脫碳，另造新渣凈化鋼水完成精煉，精煉后的鉻基合金鋼液倒入鋼錠模，所產(chǎn)鉻基合金鋼的化學(xué)組成為C 0.2～6.0％、Cr 8.0～50.0％、Si 0.3～1.0％、S≤0.05％、P≤0.05％、V 0.1～0.5％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合利用一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的方 法，其特征在于步驟A中冶煉原料的重量份為碳還原劑20 23份、造渣劑9 11份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的綜合利用一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的 方法，其特征在于以煤做還原劑時，將無鈣鉻渣與煤均勻混在一起進行成球，成球直接用 水，再不加任何粘結(jié)劑，成球后緩慢烘干至水分小于3%，于50-200MPa的壓力條件下，將混 合物壓制成直徑為10-30mm的球體，再還原冶煉。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的綜合利用一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的 方法，其特征在于采用焦炭、硅鐵或者硅鉻作還原劑時，無鈣鉻渣單獨成球，將還原劑破碎 至3 5cm0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綜合利用無鈣鉻渣直接生產(chǎn)鉻基合金鋼的方法。按照計量備料、還原冶煉、出渣出鐵、精煉澆注等步驟進行，在無鈣鉻渣中配入還原劑，在電爐內(nèi)冶煉，冶煉得到的鉻鐵水直接進入精煉爐進行吹氧脫碳精煉，得到鉻基合金鋼，其主要成分為0.2～6.0％C、8.0.0～50.0％Cr、0.3～1.0％Si、S≤0.05％、P≤0.05％、V0.1～0.5％。該種合金鋼可以直接鑄造或鍛壓生產(chǎn)各種耐磨材料，比如生產(chǎn)水泥、電力及選礦用耐磨鋼球、鋼鍛或襯板等。本發(fā)明全部以無鈣鉻渣為原料直接生產(chǎn)鉻基合金鋼產(chǎn)品，它不僅使無鈣鉻渣得到徹底解毒，而且使有限的鉻資源得到重生。對鉻鹽清潔化生產(chǎn)，廢渣資源化利用方面均具有深遠的意義。
文檔編號C21B13/12GK101906500SQ201010107049
公開日2010年12月8日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者何喜善, 宋平儒, 宋春林, 李元魁, 武開鵬 申請人:甘肅錦世化工有限責任公司