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采用中頻爐還原高 Cr、Ni等離子切割渣氧化物
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廠家：采用中頻爐還原高 Cr、Ni等離子切割渣氧化物 日期：：2020-01-20 瀏覽次數： 403
通過采用中頻爐冶煉不銹半鋼試驗，即對水下切割、空氣中切割不銹鋼所產生的等離子切割渣氧化物的還原處理，實現質量分數為2o％以下的氧化物的還原反應，生成不銹半鋼，達到再生利用Cr、Ni、Mo等貴重金屬的目的。該試驗主要通過對中頻電爐爐襯材料的選擇，對高溫冶金反應溫度、反應強弱與不銹半鋼含碳量的關系的分析，不銹半鋼成分的分析證實了采用等離子切割渣冶煉不銹半鋼的可行性。
含有高cr、Ni的奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和含有高cr的馬氏體不銹鋼的切割下料、板型材定尺加工，多數采用等離子切割加工工藝來完成。水下切割、空氣中切割所產生的渣子含有大量Cr、Ni、Mo等合金元素。如何回收利用切割渣，使貴重元素得到循環利用，對環境保護至關重要。中頻爐一般適用于金屬熔化，也就是通過精料及配合元素的合金化生產各種鑄件及鋼錠，很少在爐內做氧化還原和造渣處理，即使是做氧化還原反應，也只能是有限的冶金反應。而對于等離子切割渣，其氧化物含量在20％(質量分數)以下。為了達到再生利用Cr、Ni、Mo的目的，我們通過中頻爐冶煉試驗，實現對20％以下氧化物的還原處理。
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水中切割等離子渣能保持材料原有金屬成分，但生產中所占比例不足30％。空氣中切割等離子渣氧化物含量比較高，約為47％(質量分數)，而該渣在生產中約占70％。如何完成NiO和Cr20，的還原是實現再生利用的關鍵。
針對中頻電爐爐渣成分，高溫所發生的冶金反應主要是對NiO、FeO、Cr20的還原反應，按照熱力學△G。曲線可知，能夠將Ni、Fe、Cr氧化物還原的元素有c、si、Al、ca等，而最為經濟的元素為c，其次為煉鋼常用脫氧劑A1和硅鋁鐵合金，其反應式如下：
反應式(1)～(3)為電弧爐冶煉不銹鋼最常采用的一種“去碳保鉻”冶煉工藝，該工藝是否適合中頻爐冶煉，與爐襯材料、冶煉過程反應強度有關；反應式(4)～(9)是中頻爐和煉鋼轉爐常用的脫氧反應過程，是否適合氧化物含量比較高的爐料生產與冶煉工藝和爐襯材料有關。
試驗是在2臺0．5t中頻爐中進行，爐料如表1所示，爐襯材料分別為中性、弱堿性、堿性三種，其中弱堿性爐襯由中性和堿性爐襯配制而成。爐襯材料如下頁表2所示。
中頻電爐冶煉過程所選用的還原劑分別為電極石墨和硅鋁鐵(FeAlsi)，以電極石墨為主要還原劑，硅鋁鐵為輔助還原劑。
按照中頻爐冶煉方式，爐底先加入30％的水下切割渣和還原劑電極石墨，然后按照熔化狀態逐層加人等離子切割渣。在加料過程中需不斷往金屬液內加入新爐料，待熔化完成后硅鋁鐵脫氧出爐。如果在熔化過程中沸騰劇烈，可加入硅鋁鐵進行還原處理.
依據冶金反應式(1)～(3)和原料(見上頁表1)中氧化物的含量測算知，每100kg(水及空氣中切割)等離子切割渣應加人還原劑碳質量為：(1+5％)(NiO％×[Cy(NiO)+Fe304％x[C]／(FeO)+Cr203％x4[C]／(Cr3O4】)=(1+5％)(1．2x12／74．7+12．4×12／'／1．8+20．44x48／220)=7．19(ks)，其中5％為等離子切割渣損耗量。
試驗按三種爐襯分別進行，測定不銹半鋼化學成分，觀察爐子還原能力，檢查爐襯變化情況，其結果如表3所示。
由表3可以看出，中性爐襯壽命為4爐，堿性爐襯壽命為7爐，弱堿性爐襯壽命為26爐，但各自服役情況不同。中性爐襯受Cr30堿性渣浸蝕，很快導致爐襯破損。弱堿性爐襯的潤濕角(Cr304堿性渣與爐襯夾角)比中性爐襯大，這表明該種爐襯與Cr30堿性渣的親合力較大，爐渣能黏附到爐壁上，使爐徑變小，當發生噴濺時，易在爐lZl掛渣；解決方法是加FeA135SI‘25還原Cr，降低渣的堿度，使附著在爐壁上的Cr30脫落。對于堿性爐襯，即使使用Fe35si25還原Cr，也由于爐渣黏度極大，很難從爐壁上脫落，就算脫落上浮，也黏在爐口不易清理，使爐口變小無法開爐。因此采用弱堿性爐襯再生等離子切割渣比較好。
由表3不難看出，高溫冶金反應強弱與不銹半鋼含碳量有很大關系，當含碳量高時，金屬液中碳還原Cr形成CO的能力增強，分解壓力加大，使液體形成噴濺反應，一旦發生噴濺，應及時加硅鋁鐵處理，以減輕噴濺，造渣完成后及時出爐。表3還顯示，碳含量越高，反應溫度越低，當碳含量過低時(如0．040／0～O．08％)，在中頻爐熔化溫度下無反應表示，這說明提前加入爐底的C與切割渣中的NiO和FeO反應，已使c含量變小，這時半鋼中的Ni含量E匕較高，而cr含量E匕較低。反應性試驗結果表明：原料中存在部分氧化物，采用中頻爐冶煉l茸旨夠完成還原反應，目．這種反應是可控和可選擇的。
由表3可看出：半鋼Ni、cr含量都比較高，特別是w(Ni)多數達到7．7％一9％，有的接近原料成分；w(C0也在10％～15％之間，回收率較高；做為貴金屬Mo元素w(Mo)更是穩定在0．5％一0．6％之間，這說明該工藝對貴金屬的回收是有效的。
等離子切割渣市場售價2000元／t，使用中頻爐冶煉后的回收率達88％。不銹半鋼內部價約2．65萬元／t，產品直接利潤達1．9萬元／t。
采用中頻爐冶煉還原處理等離子切割渣，首先完成了資源的重復利用，其次采用中頻爐還原處理較電弧爐冶煉可減輕環境污染
含有高cr、Ni的奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和含有高cr的馬氏體不銹鋼的切割下料、板型材定尺加工，多數采用等離子切割加工工藝來完成。水下切割、空氣中切割所產生的渣子含有大量Cr、Ni、Mo等合金元素。如何回收利用切割渣，使貴重元素得到循環利用，對環境保護至關重要。中頻爐一般適用于金屬熔化，也就是通過精料及配合元素的合金化生產各種鑄件及鋼錠，很少在爐內做氧化還原和造渣處理，即使是做氧化還原反應，也只能是有限的冶金反應。而對于等離子切割渣，其氧化物含量在20％(質量分數)以下。為了達到再生利用Cr、Ni、Mo的目的，我們通過中頻爐冶煉試驗，實現對20％以下氧化物的還原處理。
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水中切割等離子渣能保持材料原有金屬成分，但生產中所占比例不足30％。空氣中切割等離子渣氧化物含量比較高，約為47％(質量分數)，而該渣在生產中約占70％。如何完成NiO和Cr20，的還原是實現再生利用的關鍵。
針對中頻電爐爐渣成分，高溫所發生的冶金反應主要是對NiO、FeO、Cr20的還原反應，按照熱力學△G。曲線可知，能夠將Ni、Fe、Cr氧化物還原的元素有c、si、Al、ca等，而最為經濟的元素為c，其次為煉鋼常用脫氧劑A1和硅鋁鐵合金，其反應式如下：
反應式(1)～(3)為電弧爐冶煉不銹鋼最常采用的一種“去碳保鉻”冶煉工藝，該工藝是否適合中頻爐冶煉，與爐襯材料、冶煉過程反應強度有關；反應式(4)～(9)是中頻爐和煉鋼轉爐常用的脫氧反應過程，是否適合氧化物含量比較高的爐料生產與冶煉工藝和爐襯材料有關。
試驗是在2臺0．5t中頻爐中進行，爐料如表1所示，爐襯材料分別為中性、弱堿性、堿性三種，其中弱堿性爐襯由中性和堿性爐襯配制而成。爐襯材料如下頁表2所示。
中頻電爐冶煉過程所選用的還原劑分別為電極石墨和硅鋁鐵(FeAlsi)，以電極石墨為主要還原劑，硅鋁鐵為輔助還原劑。
按照中頻爐冶煉方式，爐底先加入30％的水下切割渣和還原劑電極石墨，然后按照熔化狀態逐層加人等離子切割渣。在加料過程中需不斷往金屬液內加入新爐料，待熔化完成后硅鋁鐵脫氧出爐。如果在熔化過程中沸騰劇烈，可加入硅鋁鐵進行還原處理.
依據冶金反應式(1)～(3)和原料(見上頁表1)中氧化物的含量測算知，每100kg(水及空氣中切割)等離子切割渣應加人還原劑碳質量為：(1+5％)(NiO％×[Cy(NiO)+Fe304％x[C]／(FeO)+Cr203％x4[C]／(Cr3O4】)=(1+5％)(1．2x12／74．7+12．4×12／'／1．8+20．44x48／220)=7．19(ks)，其中5％為等離子切割渣損耗量。
試驗按三種爐襯分別進行，測定不銹半鋼化學成分，觀察爐子還原能力，檢查爐襯變化情況，其結果如表3所示。
由表3可以看出，中性爐襯壽命為4爐，堿性爐襯壽命為7爐，弱堿性爐襯壽命為26爐，但各自服役情況不同。中性爐襯受Cr30堿性渣浸蝕，很快導致爐襯破損。弱堿性爐襯的潤濕角(Cr304堿性渣與爐襯夾角)比中性爐襯大，這表明該種爐襯與Cr30堿性渣的親合力較大，爐渣能黏附到爐壁上，使爐徑變小，當發生噴濺時，易在爐lZl掛渣；解決方法是加FeA135SI‘25還原Cr，降低渣的堿度，使附著在爐壁上的Cr30脫落。對于堿性爐襯，即使使用Fe35si25還原Cr，也由于爐渣黏度極大，很難從爐壁上脫落，就算脫落上浮，也黏在爐口不易清理，使爐口變小無法開爐。因此采用弱堿性爐襯再生等離子切割渣比較好。
由表3不難看出，高溫冶金反應強弱與不銹半鋼含碳量有很大關系，當含碳量高時，金屬液中碳還原Cr形成CO的能力增強，分解壓力加大，使液體形成噴濺反應，一旦發生噴濺，應及時加硅鋁鐵處理，以減輕噴濺，造渣完成后及時出爐。表3還顯示，碳含量越高，反應溫度越低，當碳含量過低時(如0．040／0～O．08％)，在中頻爐熔化溫度下無反應表示，這說明提前加入爐底的C與切割渣中的NiO和FeO反應，已使c含量變小，這時半鋼中的Ni含量E匕較高，而cr含量E匕較低。反應性試驗結果表明：原料中存在部分氧化物，采用中頻爐冶煉l茸旨夠完成還原反應，目．這種反應是可控和可選擇的。
由表3可看出：半鋼Ni、cr含量都比較高，特別是w(Ni)多數達到7．7％一9％，有的接近原料成分；w(C0也在10％～15％之間，回收率較高；做為貴金屬Mo元素w(Mo)更是穩定在0．5％一0．6％之間，這說明該工藝對貴金屬的回收是有效的。
等離子切割渣市場售價2000元／t，使用中頻爐冶煉后的回收率達88％。不銹半鋼內部價約2．65萬元／t，產品直接利潤達1．9萬元／t。
采用中頻爐冶煉還原處理等離子切割渣，首先完成了資源的重復利用，其次采用中頻爐還原處理較電弧爐冶煉可減輕環境污染
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