冶炼精炼熔化设备

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铁矿石冶炼炉

实验室规模的实验表明,可以通过含有少于25%铁的东德克萨斯硅质矿石的弧炉方法制造可接受等级的猪熨斗和钢。在高度还原条件下,矿石中的97至99%的铁作为猪铁回收。少量石灰石,仅通过逐步更高的渣粘度限制,用作助焊剂。结果表明,高硅猪铁的令人满意的回收率可以从非常硅质的电荷获得。

实验室的生铁除杂技术虽不完善,但精炼结果表明,在电弧炉中能从低品位的矿石中连续生产出满意的钢。白云石石灰石从生铁中除去硫的效果不如优质石灰石。

发现焦炭,沥青煤和褐煤对于还原氧化铁的固定碳基础约等同。实验室级弧炉冶炼实验表明,功耗几乎与矿石等级成反比。有效地以粗糙或精细尺寸有效地使用低级铁矿石和低级还原剂的电弧炉的能力是值得注意的。

低级矿石的炉子运行用褐煤还原剂是最含量的。煤中的挥发性物质和褐煤显然只会影响整体减少到小程度。

美国各类铁矿石的估计储备超过760亿吨,不包括湖泊高级地区的直接运输矿石。这些760亿吨的高比例需要通过几种或多种众所周知的方法来生产适合用于喷射炉冶炼的饲料。益处效率因差而异,而根据矿石的浓缩特性而异。从矿石钻的铁矿石分离导致金属作为猪铁的高回收率。来自大多数类型的铁矿石的猪铁矿可通过标准方法来精炼。

与熔炼高档矿石相比,低级铁矿石的直接冶炼涉及每炉的生产率相对较低的考虑因素,因为熔渣量高,通过熔化较大量的每单位生产规定的功率和炉操作成本增加煤矸石和助焊剂,以及生产的每单位铁的运输和采矿成本,因为需要更多的燃料,矿石和助焊剂。矿床敷料低级矿石,以获得高级浓缩物,而不是直接冶炼低级矿石,涉及减少资金支出和较低的运营成本。然而,通过浓缩器回收铁的回收很少像炉子一样有效,并且当浓缩浓缩时,将额外的铁损失。电炉可以刷涂柔软或精细的矿石并利用低级燃料,但操作功率的成本阻止了他们广泛的使用。适当评估通过受益或通过电熔炼处理低级铁矿石的相对优点需要提供大量技术数据的可用性。此稿件的目的是为现有信息添加事实。

德克萨斯州东部发生的铁矿石大沉积物;在洗涤的产品方面,测量和指出的矿石的储备估计为160,000,000吨。浅层覆盖物,碳酸盐矿石的一层氧化物矿石,以及高二氧化硅含量是许多矿体的特征。矿石于1839年被确认,存款首先在内战期间工作。生产截至1944年的间歇性;由于该时间年产量已相当大。1953年,录制的制作为3,960,000吨,1954年224万吨,1955年311万吨吨;所有这些材料都需要受益。浓缩物在德克萨斯州冶炼。

目前的业务由孤岛钢铁公司和谢菲尔德钢铁公司承担。它们的益处植物在矿石中恢复约50%的铁作为浓缩物,含有约45%的铁。

从莫里斯县孤岛钢铁公司的矿山矿石被选为冶金调查的原料。这些代表了美国在美国商业钢铁生产中使用的一些最低等级的铁矿石。这家公司的一些发达的矿石含有少于25%的铁;氧化物矿石可以在硫中较低,但必须在大多数此类矿石的熔炼过程中除去可明显的硫和磷。碳酸盐矿物通常在硫中相对较高。

矿石的样品是从罗杰斯和黑山矿山和浓缩物中获得的,来自孤岛钢铁公司。后来,在勘探期间获得的钻孔核心被冶金和测试。

熔炼实验中使用的各种还原剂是石墨,冶金焦炭,褐煤,俄克拉荷马州焦化煤和伊利诺伊州国内加热煤。在密苏里州东部的Rolla,Mo.和高纯度石灰岩附近获得助熔剂和农业多洛蒙 - 石灰岩争吵。

单相100 kV-a。LextoMelt弧形炉的电弧炉用约200磅的充电容量熔炼矿石和浓缩物。间接弧形炉和感应炉都用于细化猪铁。间接炉炉易容易容纳40至60磅的猪铁;感应炉用于约1磅的坩埚电荷。所有的栅栏都分批。

化学分析

矿石和磨机浓缩物的部分化学分析(表1)显示二氧化硅,氧化铝,磷,有时必须除去硫以制造钢。形成材料的不平衡也是值得注意的。浓缩物的硫含量高于矿石的含量,因为当矿井被取样时,矿体面在硫中异常低。来自该区域的矿石通常含有与钻孔样品中类似的硫。

电炉 - 冶炼 - 化学分析

实验中使用的各种还原剂和石灰石的部分分析介绍在表2中。

技术研究

助熔剂和还原剂

为了确定矿石,助熔剂和还原剂的冶炼特性许多小规模试验是在坩埚中进行的。将大部分氧化铁还原为1小时在1,400℃下在1小时内拍摄金属,但在坩埚底部收集的金属很少;在金属按钮中回收少于一半的铁,在1,500°,在1小时内回收50%至60%,在1,500°中回收1,450°。基本上所有金属铁在1,525°至1,575℃下收集在1-5小时内。

实验性甘油助焊剂包括萤石,苏打水,石灰和石灰石。添加限制量的助焊剂,虽然液体,渣。通过将萤石或苏打灰加入3%的电荷重量,通过添加氟煤层或苏打灰来略微增加炉渣的流动性;但是,在初步实验之后,仅使用石灰石作为助焊剂。石灰石是从生产农业石灰岩的当地采石石和高纯度的东部密苏里矿床获得。当地的石灰质是高度的白云岩;它们的氧化镁含量被认为是相当于电荷平衡计算中的石灰。在一系列实验中冶炼矿石的小电荷,其中石灰石二氧化硅比逐渐降低。来自这些实验的数据证明,1单位的石灰石至2个单位二氧化硅是产生可行的渣的最低石灰岩添加。

为了简化构成电荷,使用矿石中的焊剂中的石灰石与二氧化硅的比例用作磁通控制变量。表3给出了每种石灰石二氧化硅比的可比性碱性因子(CaO + MgO / SiO 2 + Al2O3)。不考虑还原剂的灰分含量。

电炉冶炼还原剂和助焊剂分析

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在冶炼0.5石灰石 - 二氧化硅因子电荷期间,形成的粘性炉渣;然而,这些渣的铁含量低。从这些低石灰石电荷中施加的猪比硅和硫磺比猪铁从更高的石灰石收费相对较高,因为较重的石灰脱落更多的二氧化硅并移位钙硫平衡。

在冶炼中产生的炉渣和猪铁杆的变化在石灰石 - 二氧化硅因子电荷中比0.5至0.75之间更明显,而不是0.75和1.0。当加入恒定量的还原剂至0.75-1.0因素的电荷时,来自0.75系数电荷的炉渣含有最多的铁。通过调节还原剂的量,可以使来自每种电荷的猪铁的硅含量相等。因此,猪铁的硅含量主要依赖于电荷还原剂的量,并在石灰石 - 二氧化硅因子上替代。

使用额外的还原剂生产的低铁炉渣和高硅猪铁,电荷与0.5石灰岩硅系数。使用三种使用的三种量的石灰石中的任何一种令人满意地从铁中除去硫。

在饲料中基于选定的磅/铁,在饲料中被收取还原剂。用石墨的细条纹作为还原剂的细条件弥补了一些指控,但是没有调查石墨的使用,以便允许进行全面的结论。然而,猪铁没有硫或磷拾取,然而,当使用石墨作为还原剂时。

来自俄克拉何马州孤星钢铁公司(Lone Star Steel Co.)的四个煤矿的煤样品被用于许多此类实验。冶金焦在一些试验中得到了应用,但在电弧炉中使用没有明显的优点。

在伊利诺斯州南部同一来源不同时间获得的两块煤样也被用作还原剂。从表2可以看出,这些样品的硫含量变化很大。这种煤也造成了炉内不寻常的气体量;当电荷部分熔化时,气体的挥发尤为明显。炉料半烧成是由于炉料在半烧成过程中有大量挥发性物质从煤中逸出所致。此外,化学挥发结合了矿石中的水和石灰石中的二氧化碳加入气体的体积。

当德克萨斯荔枝作为还原剂时,炉子作业最佳。据信,这种材料的大挥发性含量有效地从电荷发生之前逃脱,从而最小化炉含量的喷射。还有人注意到,弧度控制最令人满意,褐煤减少。

弧形炉冶炼

一个100 kv.-a。LectroMelt,实验室型,尺寸V,单相,弧形炉用于大多数熔炼实验。在底特律的一些初步电荷中,间接电弧,摇摆型炉除尘过度,电荷的弹性在软化温度下发生。

东德克萨斯铁矿石含有大量的煤矸石矿物质;因此,在经济上迫切需要增加炉子负担的可能助焊剂。由于煤矸石主要由二氧化硅和氧化铝组成,因此当石灰石添加到最小值时,产生高酸性渣。由于炉子衬里呈氧化镁砖,首次实验是用这种衬里进行的,尽管这些矿石收费预期腐蚀氧化镁。这种衬里被消耗在一些热量中。随后安装了对许多热量令人满意的碳衬里。

罗杰斯-开采矿石和磨精矿

在间接弧摇炉中施加了36%的牛仔矿矿,36%的矿物矿矿石,16%的石灰,10%石墨和2%的萤石,以便以熔炼进展,以熔渣的间隔获得炉渣的铁含量。该电荷含有与0.5石灰石二氧化硅系数电荷等同的石灰。电荷融合,表面部分在2小时内采样。结果表明在表4中。

电炉 - 冶炼 - 逐步耗尽 - 铁

50-50 rogers矿石和磨机浓缩物的用量含有大约0.5,0.75和1.0石灰岩二氧化硅因子,煤在略微不同的部分中。通过10目,矿石和煤通过½英寸和石灰石粉碎。这些电荷在碳衬里100kV.-a中熔化。电弧炉,融合状态的时间为2½小时。表5提供了由这些熔炼实验产生的几种猪铁杆和炉渣的数据。

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产品分析从一个测试到另一个相当不同,但从结果显示了许多一般信息和几个趋势。随着还原剂含量的降低,猪的铁含量增加,硅含量优先降低,而碳含量优先降低。金属中磷的明显变化趋势是随着装煤量的增加而有所增加。通过添加更多的煤来提高还原条件,提高了硫还原率。随着炉料中石灰石或还原剂的增加,炉渣中的铁含量降低。炉料中加入更多的石灰,炉渣中的硫含量就会增加。

罗杰斯 - 矿石

通过使用几乎恒定的铁 - 煤比和改变0.5至1的石灰石 - 二氧化硅因子,将这些实验结果的结果改变了一系列弧形熔炉。在表6中介绍了这些实验的结果在该表中,“基本性因子”或“V”比率,钢铁工业中使用的术语表示渣条件

电炉 - 熔炼弧

相反,由于罗杰斯 - 矿石和磨机浓缩物的混合物中硫的不稳定除去,表6中的数据表明在直罗杰雷矿石冶炼期间的硫磺中的一致除去。虽然猪铁的铁含量随着较大量的二氧化硅的增加,但猪铁的硫含量没有反映在猪铁杆的硫含量中的变化。猪中的碳也随着更多的二氧化硅通过较高的石灰石添加而在炉渣中保留。炉渣只掉了少量磷。炉渣的铁含量随着石灰而增加,但在混合矿石和浓缩物时,在较大的数量上充电,但熔化浓缩。这些实验表明,可接受分析的猪熨斗可以通过在弧形炉中少量通量熔化低级硅质铁矿石来生产。

进行几个冶炼实验,类似于表6中所示的结果,除了对去除磷来除去双工渣处理。在熔炼的1-¾小时的末端,炉渣撇去并大大用由石灰石和卷尺或氧化铁组成的氧化碱性覆盖物。在盖子变成流体后,将其脱脂成炉渣模具,并将金属层缓慢倒入其中。通过这种模拟的肽处理获得了猪的硅含量的一些降低,碳含量略微降低,并且磷含量几乎不会受到影响。在这些条件下达到了太少的氧化以改善猪铁。

黑色Mountain-Mine矿石

通过使用从冶炼罗杰斯矿石中获得的数据,黑山矿石被冶炼而没有初步运行。在一系列冶炼实验中,将矿石与石灰石的不同部分混合,而铁与煤比保持几乎恒定。煤炭占总电荷重量的7或8%,而电荷的石灰石则变化从18%到30%。熔融电荷的表面温度平均在1,570°和1,590℃(2,855°至2,890°F之间。熔融电荷在电弧炉2-¾小时。使用四个俄克拉荷马瘤焦化煤粉的混合物,用½英寸被用作还原剂。表7显示了电荷中不同石灰的熔炼结果。

电炉 - 冶炼 - 弧形-2

试过模拟Perrin处理,但在实验室条件下不足以生产钢。

表7中的数据表示熔炼过程中的过度降低的条件。虽然在罗杰斯矿石的实验中使用的铁煤比近似,但在黑山矿石生产的猪铁杆中报道了较大的硅量。冶炼浓缩渣层中的硫和金属层中的磷。低石灰电荷的炉渣非常粘稠且难以处理;然而,炉渣中仍然很少的铁射击,表明流动性足以用于金属熔渣分离。

猪铁炉精制

从罗杰斯和黑山矿石中冶炼的高硅生铁是在间接电弧炉和感应炉中精炼的。目的是通过氧化和结渣去除硅、碳和磷的主要成分,如果是碳,则是氧化和挥发。精炼包括使用氧化渣或直接用空气、氧气或空气-氧气混合物来保持铁水的氧化状态。

在初步实验中,在通过诱导加热的小坩埚中除去杂质。将氧化渣置于猪铁的熔融样品上,并且还用于增加杂质的氧化。这些在坩埚中的实验没有生产钢,但表明达到所需纯化程度所需的条件。

用氧化铝和氧化镁衬里操作的间接弧形摇型炉子用于更大的规模实验,以净化猪铁杆。用后一线衬里去除杂质更有效。

Rogers-Mine Ore Plus Mill浓缩物

从两种熔炼热中得到的生铁的混合物,百分比为:铁94.3,硅1.4,碳4.1,和硫0.10。这种材料是在一个封闭顶部的碳内衬电弧炉中熔化的。当熔化时,一个重50%的金属,含有61%的石灰石,20%的石墨,10%的纯碱和9%的二氧化硅的还原熔剂盖放在金属浴上。在1500°和1600°c之间放置2-半小时以除去硫。在试验结束时,除去炉渣并对金属进行取样。通过对处理后金属Fe 93.6、Si 1.9、c3.7、p0.21和s0.01的分析表明,硫得到了有效的去除。熔化的生铁被转移到一个热的镁衬里的间接电弧炉,在那里它被覆盖的氧化焊剂重量约18%的金属。熔剂中含有69%的石灰石,28%的罗杰斯矿加磨精矿,以及3%的纯碱。在1- 1 / 4小时后,将产生的渣撇除。用同样的方法进行了第二次熔融处理。 Finished metal analyzed, in percent, as follows: Fe 97.4, Si 0.09, C 2.3, P 0.20, and S 0.01. Silicon and sulfur were virtually removed by the treatments, but only half of the carbon and very little phosphorus were affected. Conditions for oxidation in the indirect-arc furnace did not permit making steel from this pig iron without excessive treatment time and large volumes of flux.

通过使用氧气和额外空气来加强氧化条件。含有含有百分比的猪铁的电荷,百分比,Fe 89.3,Si 5.1,C 3.8,P 0.19和S 0.01在含锆硅酸盐通过感应加热中熔化。石灰石,在20%的电荷重量的程度上置于1,350℃的熔融金属上。当炉渣变得过于糊状物以进一步时,浴将浴用50-50个空气 - 氧混合物延伸5½分钟吹。该处理将金属的碳和硅含量降至3.1和4.4%。

上述分析的猪铁在镁质衬里,间接电弧,摇动炉中熔化,其磁通量为30%的带电金属。助焊剂由62%的石灰石组成,35%的Rogers-Mine Ore Plus粉碎机和3%的苏打灰。加入一半的助焊剂,并在1,500℃下保持1-℃的电荷。然后将炉渣脱脂,加入剩余的助熔剂,并且电荷保持额外的1-℃小时。后期熔体的表面温度平均为1,540℃。在整个整个精炼期间,通过熔融电荷吹入炉中的空气喷射。该程序将电荷杂质的氧化增加,使倒入金属的分析为:Fe 99.3,Si 0.05,C 0.29,P 0.004和S.01。

通常,在实验室条件下坩埚中的氧气血凝没有提供对杂质的适当氧化。这些处理中的大部分终止于少于10分钟。在氧化通量下握住间接电弧炉中的熔融猪铁,持续强迫空气进入炉子,将猪铁转换为温和的钢。

黑色Mountain-Mine矿石

猪铁由弧形炉冶炼收费,由69%的黑山地矿石,23%的石灰石和8%的伊利诺伊州煤炭编号2。猪铁含量为:Fe 91.9,C 3.6,Si 3.0,P 0.28和S 0.012。它被充电到50千瓦间接弧摇炉,然后覆盖其重量的12½%的氧化通量,包括70份石灰石和30份铁氧化铁。在整个处理期间将50-50个空气和氧气混合物注入炉子以上。在此时的平均表面温度为1,566℃的第一精炼周期为45分钟,在此时熔渣脱脂,并且在加入另一部分氧化通量之前,将炉渣脱脂,并且在空气氧气射流下保持熔融15分钟。第二焊剂在金属上保持45分钟,在平均表面温度为1,570℃。将电荷倒入1小时和45分钟。成品金属含量为:C 0.076,Si 0.037,P 0.063和S 0.024。表明除去杂质,百分比为:C 98,Si 99和P 86。

图1显示了将冷猪铁充电到间接电弧炉的炉操作员。图2是用炉子拍摄的,表示熔融电荷的空气喷射模式。连接到从炉门突出的陶瓷管的空气软管允许在炉子中引入空气或氧气。

电炉冶炼充电冷猪铁

电炉冶炼精炼猪铁

电力利用

功耗数据对于评估电熔炼低级铁矿石的可行性至关重要。通过在实验室中通过低级铁矿石和高级铁精矿来源的数据来源于此目的的数据。必须考虑与实验室或小规模工作有关的这些数据,其固有地需要每单位生产的热量。因此,在实验室规模的铁矿石中生产1磅猪铁所需的功率可能是大型工业炉中所需的几次。无论操作规模如何,生产来自低级矿石所需的电力所需的电源之间的关系以及从高等级矿石生产的熨斗是恒定的。因此,当大型炉子的功耗被用于定义铁含量的矿石是已知的,可以容易地投射用于低级矿石的功率的下图。各种矿石的助焊剂要求可能需要一些调整;然而,如果遵守恒定的碱性因素,这种调整将很小。

低级矿石

从东德克萨斯铁矿石勘探项目中选择的钻孔芯被用作低级矿石的功耗研究。该材料的复合材料以百分比:Fe 28.6,SiO 2 32.0,Al 2 O 3 10.7,CaO 0.14,p .087和S24。在该矿石上进行弧形炉熔炼实验,具有还原剂和碱性因子的变化。炉子中的收费住所在2½小时保持恒定。在低级和高档矿石中,这一次接近最小值,用于减少铁。使用的还原剂是焦炭,煤和褐煤。电荷的碱性因素为0.30,0.35和0.40。固定碳(在还原剂) - 电荷中的比例为0.45或0.60。在实验变化的范围内,还原剂的数量或类型不会影响功耗足以描绘趋势。焦炭,煤炭或褐煤没有明确的优势,但褐煤炉操作不太可变。相反,当使用煤时,燃烧“野生”电荷,含有褐藻剂的电荷快速施用,稳定弧形。 This difference is attributed to the release of volatile matter from lignite before incipient fusion of the charge.

由于矿渣具有比猪铁更高的比热,因此预计高碱度收费的大型渣体积需要需要更多的功率。实验并没有承担这一点,随着每磅猪铁,需要比0.40-碱性因子收费所需的每磅猪铁。进一步分析冶炼条件表明,随着电荷的碱性因素降低,炉渣变得越来越粘稠,需要更高的精加工和倾倒温度。用于提高电荷温度15°或20℃的添加的瓦数显然大于加热和释放具有更高碱性因子的电荷中的额外石灰石所需的速度。

高档浓缩物

从Ozark Oree Co.,铁山,MO.含有ozark矿石Co.,铁山,Mo.含有百分比,含量为:Fe 55.3,SiO2 9.3,Al2O3 3.5,CaO 4.8,MgO 0.60,P 0.007和S 0.009。该材料的部分在实验中是弧形炉 - 在低级矿石上平行的实验中熔炼。维持条件以从低级和高档饲料生产可比较的铁含量的猪熨斗。

精矿熔体在有焦炭、煤或褐煤还原剂的炉中是安静的。由于炉渣量小,金属落差高,冶炼一种炉料的总功耗预计要小于冶炼相同重量的低品位矿石的总功耗。然而,冶炼数据并没有证实这一假设。炉渣的绝缘作用降低了低炉料的热损失;单次总耗电量对低品位铁矿石略有有利。

表8中的相应碱性因子费用显示了每磅猪铁的电力消耗。从2种矿石中制作1磅猪铁的能量的比较表明,所产生的猪铁的功率比率比率几乎与矿石的铁代理成反比。通过22%的铁矿石的实验室冶炼来延长和证实这种关系。

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熔炉能力

为了抵达熔炼低级和高档矿石的相对炉容量,制造了一系列的燃气实验,其中进行了扼流喂养。低级和高档矿石与助熔剂和褐煤混合以产生平衡的电荷。将通常的电荷材料添加到炉中和弧形撞击。在形成熔融材料之后,将更多的冷电荷加入炉中,直到熔渣从充电孔开始运行。注意到这些点的电荷重量并与低级矿石进行比较。相对炉容量为89重量份的低级电荷至100份高级电荷。矿石的相对部分分别为98和100,分别代表51.5和100份铁。因此,炉子生产猪铁的容量与矿石的铁主管直接成比例,除了由于铁渣中损失的铁差异而小的差异。

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