电弧炉生产镍铬铁的生产实践.pdf

加 年第期 总第期 铁合金刀均占 电弧炉生产镍铬铁的生产实践 唐琳刘仕 良杨波 苏州振吴电炉有限公司苏州 马良良 中国 摘要采用电弧炉将红土镍矿生产镍铬铁在技术上可行 , 经济效益显著 。 通过科技创新 , 开辟了电弧炉的冶炼新 功能 电弧炉当作矿热炉使用 , 生产镍铬铁 。 该工艺具有一定的推广意义 。 关健词红土镍矿电弧炉镍铬铁 中图分类号文献标识码文章编号 一 刃 刃 工 ,, 眺打盯 耐 一 衍 一 毗 加 而 玉曲 , 山 ,, 铭 眼 加 耐 一 功 团 ,近 州 一 血 , 二 加 , 一 概述 苏州振吴 电炉有限公司配合四川某不锈钢铸件 厂 , 在电弧炉内用红土镍矿成功地生产出镍铬铁 。 镍铬铁合金简称镍铬铁 , 它主要用 于不锈钢 、耐 热钢 、工具 钢 。 镍 、铬元 素具有良好的耐热性 , 因此高 速发展 的汽车工业也需要大量的含镍铬铸件 。 我国镍 、铬 资源贫乏 , 镍资源的 、 铬资源 的 依靠进口 , 最近 国内不少 企业进口国外的红土 镍矿 , 用矿热炉生产镍铬铁 , 取得了可喜的成果 。 冶炼原理 红土镍矿的化学成分 生产用的红土镍矿来自菲律宾 , 其化学成分如 表所示 。 表红土镶矿的化学成分 介而即 一 成分 几 刃 沙 含量 必 红土镍矿中主要 氧化物 的物理性能 见表 由表可知 , 纯 氧化 物 熔 点 较高 , 但组 成红 土镍矿 后熔点降 低 , 经 测试红 土镍矿 的熔 点 在 一 之间 。 镍铬铁的密度为 一 澎 , 红土镍矿的炉 渣密度约为澎 , 二者相 差较 大 , 所以在生产 作者简介唐琳男 , 年月 出生 , 年毕业于武汉科技大学钢铁冶金专业 , 高级工程师 , 原铁合金协会理事 。 收稿日期 刁 一 铁合金年 表红土镍矿中主要氧化物的物理性能 。石 各种氧化物生成反应的自由能变化与温度的关系 见图 、 图 。 物理性质 熔点 密度 沙 , , 必 一 一 ︸ 日 八八“ 一 气‘ 吸二人 ﹃﹄﹃ ︵立 寸 ︶ 、 招扭皿俗州 时渣铁分离较好 。 红 土镍矿 中主要 氧化 物的分解压力 见表 、 图 表红土镶矿 中主要 叙化物的分解压力 即 花 毗 石 夕。 物 一 一 一 温度爪 刃 仓 亡止 刃 一 书 肠 一 一 , 刀 拟 一巧 召 、、、、、、、、、 、、、、 叹叹叹 、、、 浪浪 心‘‘‘ 、、、 、,、 ’’ 、、、 、女女 众众 ‘ 岭,、 、 李 、、、、、 ‘ 、 、,‘‘‘ 气 、 , , , 、 电 、、 、、、、、, ,、、 , , 二二洲〔〔〔 、、、、、、卜 曰已巴 巴巴 、、 ‘、 、、 二二 户产 一一‘一 一 、 , 之〔〔〔 卜 、、、、 一一 一 勺、‘ 叫叫 、 ‘一 一 乏之二 一一 一一一 , 叫 ,, , 一, , , ,‘ 一 、、、、、 叫叫 一一 一 叫 、、 , , ,,, ,‘ 、、、 、、 、 尸尸尸尸尸洲口一一口 一一一 一一一一 一一 ‘‘口洲口州闷一 一一 一一一一产尸 ‘‘‘‘ 毛毛毛 一 一 户 一一一一一 一 尸尸尸 户尹 尹产洲尹一 一「一一一 一 洲尹沪沪 碑尸 尸 岁‘‘二二二二 户一一一一 一 产产产产产产产户尹 生生生尸尹 , , 尸产尸尸 一 ‘华夕夕 矛矛矛矛矛吧李李李 一一 毛乡三 三拼找乙乙产产一 一 人人人人人人人人人人人人人人人人人人人人人 卜卜卜卜卜一,尸一一一一 扛扛扛乡乡口 鹭鹭鹭 孑尸尸 厂厂厂 沪洲洲洲洲洲 温度 温度 七 四 ℃ 一一一 牛吞 动 一 一 一刃 仆 一月必 图在不同温度下各种纯氧化物的分解压力 即 浏 山压, 眠 由表可知各种氧化物的分解压力与温度 的关系 , 当温度升高时红 土镍矿 中各氧化物的分 解压力 仇 升高在 同一温度下各种氧化物的分解压 力大小不一 , 从分解压力大小可看出各种氧化物的 稳 定性 依 次排列为刃 。 氧化物稳定性大小决定该元素的还原性大小 , 从上述结论可知 , 红 土镍矿中各氧化物 在还原性气 氛中还原顺序为 几 。 一 二 一 二 四喇肚刃 必 牛户 司 刁 户刀必吞 十 纤 一 户 一 刃声 礴乃户 动 心户那坑 一 甲 好确巧十厂扔 多曰习士 二 今扔 十挤加冬那 砚 州 尸那 图氧化物 生成反应的自由能与温度的关系 比掬 吧 伴 卿 心 从图与图中可知红土镍矿中按元素氧化 物 稳定 性 大 小依次 排列为 元素氧化物的稳 定性 随温度升高而降低 , 而 则相反 , 因此 , 只要在 足够的温度下 , 任何氧化物都 可以用还原同一种元素的高价氧化物 的稳定性 较低价氧化物的稳定性小 , 而元素的还原效果是决 定于它的低价氧化物 的稳定性 , 选择性还原主要依 据是元素低价氧化物的稳定性大小 。 主要化学反应 电弧炉内弧光区温度达到℃以上 , 熔池 中 温度可达到℃以上 。 选用焦粒作还原剂 , 还原红 土镍矿中的 、、 元素 , 得到困 、 合金 。 、、 氧化物和的总化学反应方程式 几 斗 斗 炉内的实际化学反应比上述化学反应方程式要 复杂得多 。 第期店琳等电弧炉生产镶铬铁的生产实践 熔炼设备 一 ,‘ 一 一 一 一 、、、、、、、、、 、、、 、、、、、 、、、、、、、 , , ,, 、 之之之 二二之之之士 , , 匕, 、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、 ’ 一一一 、、、、 , , 、、、、 、、、肠、、 一 、、、、、、、 、 , , , 一一一 白‘ 匆 白 、、、、 、、 、、、 ,一 一一一一 一一一 、、 、 ‘ ’ 、、、、、、、 ‘ ‘‘‘ 乙乙乙二之之 之二 二之之二 二尧二二二之之竺, 一石‘‘ ’ 、、 、 如、、 、、、、、 、、、、、、 , 、、、、、、, ,之牡之 之 ’ 、、、、、、、、, 、、、 ︵ 名寸 ︶ 、 耀扭侧链州 温度 户 一 户 一 好 今那叭心声如冬心户今 巧习杯巧 坑 , “材 户 必 , 一 户 一刀 户 压川习户 一刀 叶 户刀 圈低价权化物与离价舰化物生成 自由能与温度的关系 玩 切 玩 原材料 熔炼设备采用电弧炉 , 其主要技术参数如下 公称容量 平均出钢量 最大的出钢量 炉壳直径 石墨电极直径 极心圆直径 电极行程 升降速度而而上升自动手动 巧 下降 自动手动耐而 出铁方式出钢槽出钢 倾炉角度 前倾出渣 一巧“ 后倾出铁 变压器额定容量八可超载 一次电压八 二次旬玉 △接 接 一次电流额定 , 最大 二次电流从额定,最大 阻抗电压 一 冷却方式 冷却水耗量 哟 主要原料红土镍矿 ,还 原剂焦粒和碳化硅 , 熔剂 石灰和萤石 。 红土镍矿 红土镍矿 的化学成分见表 。 还原荆 还原剂焦炭和碳化硅的化学成分见表 。 表焦炭和碳化硅的化学成分 伪 以 钾如 田七 品名固定碳挥发分灰分粒度 焦炭 碳化硅 一 生产工艺 熔剂 熔剂采用石灰和萤石 , 其化学成分见表 。 表石灰和萤石的化学成分 面 己或 品名 石灰 萤石 粒度 阳 工艺流程 本项目使用的红土镍矿来 自菲律宾 , 该矿是典型 的硅镁型红土矿 、、、 。 多 , , 经过仔细探 讨和方案对比 , 采用回转窑进行干燥脱水和烧结 , 然 后用电弧炉还原的方法生产镍铬铁 , 其流程见图 主体设备是一台回转窑直径中 、长 和一座电弧炉 。 首先在自然干燥时将石块分拣出来 , 将红土镍 矿干燥 、筛分, 将筛上物破碎 , 然后将所有筛下物与 还原剂煤粉 及熔剂石灰石 按比例混合加人回转 窑内进行干燥脱水和烧结 。 烧结矿破碎后加人电弧 炉 , 使镍 、铬、铁还原, 按时将渣先出炉 , 然后将镍铬 铁倒人出铁包 , 最后浇铸成镍铬铁锭人库 。 工艺要求 红土镍矿来自固定供应点 , 焦粒 、碳化 硅 、石灰、 萤石都各 自由一个固定供应点提供 , 因此人炉原材 铁合金年 炉渣 图电弧炉生产镶铬铁工艺流程 日 一 初 料相对稳定 。 从前述冶炼原理可以找到应用电弧炉从红土镍 矿中制取镍铬铁的工艺要求 。 镍元素的还原在还 原冶炼条件下 , 时 ,, 即已明显被碳还原 。 一 ℃时 , 的还原反应进行得非常充分 ,见 图所示 。 镍含量摩尔分数 ’’ 豁豁豁 一一 翻 二二】】 二二卜二二二二二二二二二 日日踌,一一 一 了了了了了了了了了了了了 一 磁肥肥 卜古 名进 进色 色色色色 一之一一一一 议议议 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 以以以以以以以以以以以以 钱钱钱钱 二 叶 了 二二狡 狡 性转转变变 旦丝丝奋奋奋奋 磁磁磁磁磁磁磁磁 、、、、、、 、 ’’厂 厂 不了 了丝了 了 、 、‘‘、、 一飞 飞飞飞“““ 。。、、、 、、丈 丈丈 ‘‘ 牙牙 、、、、、、、、、 、、、、 肠肠肠 、、、、、、、、、、、、 、、、、、、、、、、、、 , , , , , , , , , , , , 从图可知 ,镍与铁能形 成连续固熔体 , 在液态 时 , 两种元素都有无限互熔性 。 」」 二 促进 还原反应 。 因此红土镍矿中的元素在电弧炉内能 非常充分的还原 , 还原率在以上 。 铁元素的还原红土镍矿中的铁以形 式存在 , 在还原条件下 , 铁的还原顺序是斗 叶 。 在时 , 二 温度继续升高 , 卞 根据热力学数据 , 上述还原反应 的开始温度约 为 。 还原出来的铁与镍组成 一 与铬组 成铬 铁 的二元碳化物【 」 , 从而大大 改善了 的还原条件 。 铬元素的还原电弧炉 中用碳还原红土镍矿 中铬 的氧化物 几 , 其反应顺序如下 几巧 卞 △ ‘ 一开 乃 几 一 二刃 巧 个 △ 一开 刀 几 几 二 劲砂 △ 一开二 科 乃 几 卞 △ 二一开 从以上反应可以看 出 , 碳还原 几 生成 巧 的开始温度为生成 吠 的反应开始温度 为而生成功的开始温度为还 原生成铬的温度为 。 由铁元素还原 的机理可知 , 氧化铁还原 反应开 始温度 开 比还原反应开始温度 低 , 因此 , 红土镍矿中的氧化物降低了熔化物的熔 点 。 同时 , 由于铬与铁互相溶解 , 使还原反应更易进 行 。 炉料加人由于红土镍矿生产镍铬铁渣量较 大 , 因此将每炉红土镍矿烧结矿分三批加人炉内 , 即 前部分炉料充分还原后扒渣 , 然后再加后部分炉料 , 经再次充分还原后扒渣 , 重复三次 , 最后倾炉 出铁 水 , 铁水用铁水包承接 , 用天车浇铸成铸锭 。 熔渣调整调整熔渣 的化学成分和流动性是 电弧炉操作的关键 。 在整个冶炼过程 中要根据炉内 状况 , 特别是渣况 , 加人相应成分 , 相应数量 的熔剂 , 使红土镍矿熔化后生成 的熔渣充分还原 。 熔渣碱度 要合适 , 熔点要低 , 流动性好 , 改善镍 、铬 等元 素还原 反应的动力学条件 , 以利于镍 、铬等 元素还原反应的 己 拟 一 袋 ,︸ “ 镍含量质量分数 图 铁镍状态图 第期唐琳等电弧炉生产镶铬铁的生产实践 顺利进行 。 还原剂的加人红土镍矿焙 烧 料和熔 剂 , 在加人炉 内的同时加人一定数量 的碳质还原 剂 , 待炉料全部熔化后根据电弧 炉内熔液的变化 , 在不同时段加人一定数量的附加还原剂 。 适时加 强 电弧炉内的还原反应 , 提高镍 、 铬元素的回收 率 。 统计分析 产品化学成分统计 对抽样炉的产品化学成分统计结果如表 所示 。 统计分析 主要元素回收率的统计分析如表所示 。 上述统计数字显示 主要元素的回收率的统计平均值镍元素回 收率耿铬元素回收率、铁元素回 收率叭 。 从主要元素的回收率看 , 采用焦炭和碳化硅 组成的组合还原剂是正确的 , 采用的操作制度适合 红土镍矿生产镍铬铁 。 电弧炉有较高的熔池温度 、较强 的搅拌作用 和强还原性气氛 , 使还原反应不断顺利进行 , 表明在 电弧炉中用红土镍矿生产镍铬铁在技术上是可行 表‘炉产品化学成分的统计 介面 , 犯 五 刀 找刁 五】代 项目 波动范围 一 卯 一一一 以余量 平均值司余量 表主要元幸回收率的统计分析任取炉 时 功 炉次 卯 一 卯 平均值 饭加取回收率 的 。 熔液 、 炉渣的统计分析从红镍矿提炼金属 的还原反应是在熔液中进行的 , 即在红土镍矿熔液 中把镍 、铬、铁等氧化物 中的金属还 原出来 , 现将抽 查的炉熔液 、熔渣取样分析结果列 于表。 从上述统计数据可知 的还原红土镍矿中的在熔化过 程中就开始被还原 , 从迅速下降到左右 , 随着冶炼过程 的进行及熔液熔渣 温度的提高 , 又从降到左右 , 还原率达到以上 。 动 的还原红土镍矿熔化初期 , 在初渣 中的含量与原始含量基本相同 , 说明在熔化 过程中 动 基本未被还原 。 随着熔液 、熔渣 温度的 不断提高和上下滚动的搅拌作用 , 含量最终降 到以下 , 还原率接近 仪汤 。 的还原红土镍矿中的熔化初 期随炉温逐渐提高 , 舟从 降低到左 右 , 还原率约 , 随着温度的升高和炉内熔液熔渣 的上下搅拌作用 , 又从降到左右 , 还原率达到左右 。 通过上述数据显示和分析 , 说明我们采用 的冶 炼工艺是正确的 , 红土镍矿可以采用 电弧炉冶炼生 产镍铬铁 。 经济效益分析 我们对红土镍矿在电弧炉中冶炼镍铬铁统计数 据分析如下 成本 红土镍矿红土镍矿含结晶水和吸附水合计 约 , 每吨镍铬铁产品需湿红土镍矿 , 每吨运 到工厂价以元计 , 每吨产品红土镍矿的成本 为 二 元人 。 电力产品电耗 , 电价为 元 , 每吨产品需要的电费为叨 二 元 。 还原 剂每吨产品消耗煤粉日刃 , 焦粒 , 碳化硅 , 每吨产品需还原剂费用为 铁合金 加 年 表红土镶矿熔液 、熔渣分析 田 昭 一 颐 名称刃 红土镍矿 第炉 四 第炉 第炉 其他材料钢材 、耐火材料等消耗, 每吨产品 元 。 管理费每吨产品按 以元计算 。 生产成本为上述各项之和科元 。 产品销售价 目前镍铬铁中每镍价元 , 铬价 元 。 产品销 售 价格元元 元 。 每吨毛利润 销售 价格 一生 产 成本 一 科 二巧 元 第炉 结论 第炉 第炉 熔液 中渣 终渣 熔液 中渣 终渣 熔液 中渣 终渣 熔液 中渣 终渣 熔液 中渣 终渣 溶液 中渣 终渣 的 印 以 闷 以 加 印 印 印 通过上述理论分析和实践统计数据显示 , 红土 镍矿通过电弧 炉冶炼生产镍铬铁在技术 上是可行 的 。 通过经济效益分析 , 用红土镍矿在电弧炉 中生 产镍铬铁经济效益非常显著 。 注表中 几 、 必在中渣和终渣的数据是由心和 几折合而来 。 参考文献 二 元 , 二 一 ,, , , 一一 了 烙刑母 吨广品约丫 月托白从白吠关」 , 白从 〕 , 萤石 , 三者合计费用为 祀 卜 元 电极每吨产品消耗电极 , 费用为元 。 工资每吨产品需工资元 。 陈家华炼钢常用图表数据手册北京 冶金工业出版社 张烽 ,于忠等,译 铁合金生产 的理论和工艺 ,北京 冶金工业 出版社 越乃成 、张放轩等 铁合金生产实用技术手册 北京 冶金工 业 出版社 唐琳 ,刘仕 良等感应 中频 炉生产镍铬铁 铁合金 行业信 铁合金等行业取消电价优惠政策 发改委通知 , 要求各地立 即取消对高耗能企业的电价补 贴政策 , 而今年月发改委首次叫停省份 自行出台高耗能 企业优惠电价政策 , 同时取消铁合金等高耗能行业的电价优 惠 。 为遏制高耗能行业盲目膨胀 , 去年月 , 国家规定对电解 铝 、铁合金、 电石 、烧碱、水 泥 、钢铁、黄磷、锌冶炼 个高耗能 行业实行差别电价政策 。 国务院办公厅转发发改委关于完善 差别电价政策的意见 , 明确了对这些行业中淘汰类和限制类 企业用 电实行加价的时间和标准 , 明令禁止 自行对高耗能企 业实行优惠电价 。该通 知下发后 , 仍有不少省份 自行出台并执 行对高耗能企业的优惠 电价政策 。 今年月 , 发改委首次叫停 内蒙古 、 黑龙江 、吉林 等个省市自治区自行出台 的优惠 电 价措施 。 发改委近日发布的 关于进一步贯彻落实差别电价政 策有关问题的通知中 , 通报了自去年月实施差别电价政策 以来各省执行情况 。 其中 , 四川 、湖北两 省 自今年月发改委 叫停地方对高耗能企业电价补贴政策以来再次上榜 。 发改委 下发的通知还公布了取消优惠的实施细则自年 月日起全部取消对铁合金行业的电价优惠 。 同时 , 电解铝 行业 的用电价格 , 在销售电价表中单列或注 明实行优惠的 , 原 则上应在年内予以取消 , 年 内原则上取 消对氯碱 行业的电价优惠 。 一位业内人士说 , 年原国家计委和财 政部曾联合发文对家产能规模在万 以上的电解铝企 业 , 用 电价格平均每千瓦时优惠分钱左右 以卜 年 , 国家发改委在调整终端用户销售 电价 时 , 对符合国家产业政 策的电解铝 、铁合金、氯碱企业用 电价格比其他工业企业平均 每千瓦时累计少提价约分钱 。 摘自铁合金经济技术信息