專利名稱：微波直接還原鉻鐵粉礦的工藝及其專用坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)碳素鉻鐵的工藝，尤其指用微波直接還原鉻鐵粉礦得到 碳素鉻鐵的工藝及該工藝專用的坩堝。技術(shù)背景目前碳素鉻鐵均采用礦熱爐進(jìn)行生產(chǎn)，其缺點(diǎn)是能耗高，污染大，過(guò)程難控制，勞動(dòng)條 件差。隨著節(jié)能減排和降低排碳量要求的日益提升，該工藝已處于淘汰之列，采用高科技改 造傳統(tǒng)的鐵合金產(chǎn)業(yè)，已成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)。微波屬于清潔能量，其加熱效率高達(dá)95%，遠(yuǎn)高于一般加熱方法(僅為30% 40%)， 尚具有節(jié)能減排及便于控制等優(yōu)點(diǎn)。不僅如此，而且還具有非熱效應(yīng)，可加快物質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，降低反應(yīng)活化能，降低反應(yīng)物溫度(200°C—300°C)和加快反應(yīng)速度。自1945年 第一臺(tái)微波加熱爐問(wèn)世后，微波加熱技術(shù)在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展。近年來(lái)，微波加 熱在冶金過(guò)程中的應(yīng)用，成為研究熱點(diǎn)，但在微波高溫冶金方面目前仍處于試驗(yàn)階段，在鉻 鐵礦還原領(lǐng)域，尚處于起步階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種非焦煤冶金、節(jié)能減排又降低排碳量的用微波直 接還原鉻鐵粉礦得到碳素鉻鐵的工藝。本發(fā)明的另一目的在于該工藝所專用的坩堝。為此，采用如下技術(shù)方案一種微波直接還原鉻鐵粉礦的工藝，工藝流程為a)、配制爐料爐料包括鉻鐵粉礦、還原劑、熔劑；所述爐料的重量百分比各為鉻鐵粉 礦為67% 74%、還原劑為18% 23%、熔劑為8% 10% ；b)、將所述配比的爐料混勻散裝平鋪于坩堝內(nèi)，鋪料厚度為3.0 cm km ；所述坩堝中 的爐料在微波爐中被加熱至1450°C 1480°C進(jìn)行還原，還原時(shí)間為90 120分鐘；還原后 的爐料經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎和電磁分離，獲得粒狀碳素鉻鐵。所述還原劑是無(wú)煙煤粉和煙煤粉，其重量百分比為無(wú)煙煤粉為1 15%、煙煤 粉為6% 8% ；所述熔劑是硅微粉。一種微波直接還原鉻鐵粉礦工藝中專用的坩堝，該坩堝的主體內(nèi)加有防粘層，而 主體外依次加有保溫層及固定保溫層的固定層。所述坩堝主體由氧化鋁陶瓷制成，所述防粘層由煤粉加6%的硅溶膠混合料制成， 而所述保溫層由氧化鋁纖維制成，而固定層由玻璃或陶瓷制成。本發(fā)明的還原產(chǎn)品的含鉻量達(dá)48% 50%，金屬化率彡78%，Cr的回收率彡85%，與 礦熱爐產(chǎn)品的指標(biāo)相當(dāng)，而且擺脫了依靠焦炭和蘭炭冶煉鉻鐵的傳統(tǒng)工藝，實(shí)現(xiàn)了非焦煤 冶金。且本發(fā)明與傳統(tǒng)工藝相比，還有以下特點(diǎn)1、節(jié)能減排和降低排碳量節(jié)能40% 50%，煙塵排放量減少90%，排碳量降低30%。2、采用非焦煤做還原劑，改變了傳統(tǒng)工藝中采用焦炭做還原劑的局面。在當(dāng)今焦 煤資源緊缺，焦炭?jī)r(jià)格快速上漲的情況下，擴(kuò)大了還原劑來(lái)源，還原劑成本下降了上。3、硅微粉(硅灰)的利用。由于鉻鐵礦在還原中，隨著Cr2O3被還原，礦中MgO和 Al2O3的富集，在礦的表面會(huì)形成鎂鋁尖晶石，它的結(jié)構(gòu)致密，熔點(diǎn)高達(dá)2100°C。它的生成， 就在礦粒(塊)表面形成一個(gè)“屏障”，阻隔了還原劑C和CO與Cr2O3的接觸，使還原反應(yīng)終 止。這就是鉻鐵礦還原的難點(diǎn)。為此，必須在爐料中添加一定量的熔劑，降低其熔點(diǎn)，使其 熔融渣化，自礦粒表面離開，讓還原反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明中采用的熔劑為含SiO2* 85% 的硅微粉(硅灰)，它具有火山灰的反應(yīng)活性，在400 0C就與鉻鐵礦中的MgO發(fā)生反應(yīng)，生成 熔點(diǎn)為1557°C的MgO · SiO2 ；在800°C左右與鉻礦中的Al2O3反應(yīng)，生成熔點(diǎn)為1850°C的2 SiO2CAl2O3，阻止了高熔點(diǎn)(2100°C)的鎂鋁尖晶石的形成。由它們構(gòu)成了 SiO2-MgO—Al2O3 三元渣系，只要控制成分在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，渣的熔點(diǎn)可控制在1450°C—1500°C范圍內(nèi)，即在 較高的溫度范圍內(nèi)，使熔點(diǎn)高達(dá)的MgO和熔點(diǎn)2050°C的Al2O3與SW2形成低熔點(diǎn)渣， 自礦粒表面離開，消除“隔離層”，讓礦粒中的Cr2O3繼續(xù)與還原劑接觸反應(yīng)，使還原反應(yīng)得 以繼續(xù)進(jìn)行。添加硅灰的另一作用，可以破壞鉻鐵礦中的鎂鋁尖晶石(MgO · Cr2O3),高活性 的SiO2奪取MgO · Cr2O3中的MgO,生成MgO · SiO2,釋放出Cr2O30剛被釋放出的Cr2O3具有 較大的反應(yīng)活性，能迅速與還原劑反應(yīng)，加快鉻的反應(yīng)速度，這也是本發(fā)明中爐料配方的特 點(diǎn)ο4、為低品位硅微粉(硅灰)開辟了新的利用途徑，實(shí)現(xiàn)了鐵合金冶煉中物料的循環(huán) 利用。硅微粉為硅鐵、金屬硅冶煉中的除塵產(chǎn)物，其主要成分為SiO2,含量在85% 92%， 粒度在0.5 mm 2. 5 mm范圍內(nèi)的非晶體物質(zhì)。具有較高的反應(yīng)活性。當(dāng)硅微粉(硅灰)中 SiO2彡90%時(shí)，是耐火材料一水泥混凝土的重要添加劑，供應(yīng)較緊張，價(jià)格較高。而Si02<90% 時(shí)的硅灰，幾乎無(wú)工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明所采用的SW2含量為85%的硅灰，來(lái)源豐富，價(jià)格 低廉。它在鉻鐵礦直接還原中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了鐵合金生產(chǎn)中資源的循環(huán)利用。5、創(chuàng)新的微波冶金坩堝的設(shè)計(jì)微波冶金要求坩堝具有透波、耐火、保溫、防磁和 防粘連等多項(xiàng)性能，選用合適的陶瓷坩堝，實(shí)現(xiàn)透波與耐火要求，保溫防止?fàn)t料內(nèi)部產(chǎn)生的 熱量外逸，是獲取高溫的必要條件，采用保溫耐火的高鋁纖維，就能達(dá)到目的。鉻鐵礦還原 要求爐料渣化。融化后的渣子就會(huì)凝結(jié)于坩堝壁上，形成粘結(jié)層，難以消除。使坩堝容積 縮小，且降低透波能力，使?fàn)t料接受微波的能量下降，發(fā)熱能力減小，從而難以達(dá)到還原所 需的溫度。因而防粘是微波冶金的難點(diǎn)，至今未獲突破。本發(fā)明中使用的坩堝結(jié)構(gòu)如附圖 2示。在陶瓷坩堝的內(nèi)壁上敷一層3飛mm厚的較松散的碳素材料層，用以隔離渣化爐料與 坩堝壁，還原后的爐料凝聚成整塊，可在坩堝中順利吊走，其表面僅附著著少量的煤粉。煤 粉敷墊層的作用不僅是防粘，還用作還原吸波發(fā)熱和保溫作用，在微波冶金爐料中，煤粉既 是還原劑，又是主要吸收微波而發(fā)熱的物料。如果將坩堝架空，微波就可能通過(guò)坩堝底部， 加熱底部的煤粉墊襯，有效提高底部溫度，以克服由于微波穿透深度不足，坩堝底部溫度過(guò) 低，還原程度差的弊病。


圖1為本發(fā)明工藝最佳實(shí)施例的流程圖； 圖2為本發(fā)明專用坩堝的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下述實(shí)施例是在4KW微波實(shí)驗(yàn)爐中進(jìn)行，所采用的有關(guān)原料成分見表1。
權(quán)利要求
1.一種微波直接還原鉻鐵粉礦的工藝，其特征在于工藝流程為a)、配制爐料爐料包括鉻鐵粉礦、還原劑、熔劑；所述爐料的重量百分比各為鉻鐵粉 礦為67% 74%、還原劑為18% 23%、熔劑為8% 10% ；b)、將所述配比的爐料混勻散裝平鋪于坩堝內(nèi)，鋪料厚度為3.0 cm 4. Ocm ；所述坩堝 中的爐料在微波爐中被加熱至1450°C 1480°C進(jìn)行還原，還原時(shí)間為90 120分鐘；還原 后的爐料經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎和電磁分離，獲得粒狀碳素鉻鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述還原劑是無(wú)煙煤粉和煙煤，其重量百 分比為無(wú)煙煤粉為1 15%、煙煤粉為6% 8% ；所述熔劑是硅微粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于所述硅微粉中SiO2的含量小于90%。
4.一種微波直接還原鉻鐵粉礦工藝中專用的坩堝，其特征在于所述坩堝的主體(3) 內(nèi)加有防粘層(4)，而主體(3)外依次加有保溫層(2)及固定保溫層的固定層(1)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的坩堝，其特征在于所述坩堝主體(3)由氧化鋁陶瓷制成，所 述防粘層(4)由煤粉加6%的硅溶膠混合料制成，而所述保溫層(2)由氧化鋁纖維制成，而固 定層(1)由玻璃或陶瓷制成。
全文摘要
一種微波直接還原鉻鐵粉礦的工藝，具體步驟為a)配制爐料爐料包括鉻鐵粉礦、還原劑、熔劑；所述爐料的重量百分比各為鉻鐵粉礦為67%～74%、還原劑為18%～23%、熔劑為8%～10%；b)將所述配比的爐料混勻散裝平鋪于坩堝內(nèi)，該坩堝的主體內(nèi)加有防粘層，而主體外依次加有保溫層及固定保溫層的固定層；鋪料厚度為3.0㎝～4.0cm；所述坩堝中的爐料在微波爐中被加熱至1450℃～1480℃進(jìn)行還原，還原時(shí)間為90～120分鐘；還原后的爐料經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎和電磁分離，獲得粒狀碳素鉻鐵。本發(fā)明的還原產(chǎn)品的含鉻量達(dá)48%～50%，金屬化率≥78%，Cr的回收率≥85%，與礦熱爐產(chǎn)品的指標(biāo)相當(dāng)，而且擺脫了依靠焦炭和藍(lán)炭冶煉鉻鐵的傳統(tǒng)工藝，實(shí)現(xiàn)了非焦煤冶金。
文檔編號(hào)F27B14/10GK102051482SQ20101059250
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者彭鏡鑫, 田立忠, 魏文 申請(qǐng)人:蘭州三普電力有限公司