鐵合金的生產(chǎn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在電弧爐中生產(chǎn)鐵合金的方法。所述方法包括用未結(jié)塊的含碳聚合物裝料所述爐的步驟，使得所述聚合物起熔渣起泡劑的作用。
【專利說明】鐵合金的生產(chǎn)
[0001]本申請是申請日為2005年5月20日、申請?zhí)枮?00580033761.6、發(fā)明名稱為“鐵合金的生產(chǎn)”(PCT/AU2005/000720，進(jìn)入國家階段日期2007年4月3日)之申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明公開了一種使用新型添加劑在電弧爐(EAF)中生產(chǎn)鐵合金(例如鋼)的方法。在其主要的功能中，所述新型添加劑起熔渣起泡劑、還原劑的作用。然而，所述添加劑可以另外作為燃料和/或作為再增碳劑。
【背景技術(shù)】
[0003]在過去50年中，塑料行業(yè)經(jīng)歷了巨大的發(fā)展，使得塑料材料和產(chǎn)品現(xiàn)在對社會是必不可少的。塑料生產(chǎn)在例如日本的國家中已經(jīng)達(dá)到每年約1500萬噸，這導(dǎo)致每年約9百萬噸的相關(guān)廢物，其中50%與城市固體廢物相關(guān)。
[0004]塑料處理的問題越來越多，國際上塑料再循環(huán)使用只占材料回收的小部分，余下的通過填埋或在焚化爐中焚燒處理。塑料材料不易降解并且在填埋場滲出有毒元素，同時傳統(tǒng)的燃燒通常產(chǎn)生有害排放例如二口惡類化合物。。
[0005]世界范圍內(nèi)，鋼鐵工業(yè)面對通過改進(jìn)能效和資源利用最小化它們對環(huán)境的影響的壓力。例如，已經(jīng)做了具體`的努力來減少鼓風(fēng)爐的碳強度。鼓風(fēng)爐能源管理的一個策略包括降低燃料或焦炭的消耗。作為替代燃料，已經(jīng)提出將塑料注入鼓風(fēng)爐的風(fēng)口中來減少CO2排放，這是因為塑料的燃燒能至少與通常注入的粉末化煤一樣高，而且其氫與碳的比率較高，產(chǎn)生較少的作為燃燒產(chǎn)物的co2。
[0006]向其它類型的煉鋼爐中加入塑料是已知的，包括電弧爐(EAF)。例如，US5，554，207公開了一種方法，其中EAF廢粉塵與廢塑料結(jié)合以形成固體，其然后被加入到EAF中。類似地，JP2004-052002公開了一種方法，其中廢塑料與煉鋼粉塵捏合(knedaded)在一起形成軟固體，然后加入EAF中。沒有一個文獻(xiàn)涉及加入添加劑來促進(jìn)熔洛起泡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的第一方面中，提供了在電弧爐中生產(chǎn)鐵合金的方法，其包括用未結(jié)塊的含碳聚合物裝料所述爐的步驟，使得所述聚合物起熔渣起泡劑的作用。
[0008]術(shù)語“未結(jié)塊的含碳聚合物”包含微細(xì)的和粗糙的微粒化和顆?；酆衔?，并且排除與EAF廢粉塵或煉鋼粉塵一起形成的聚合物。這種結(jié)塊固體不起熔渣起泡劑的作用。
[0009]事先沒有預(yù)期，在電弧爐中未結(jié)塊的含碳聚合物可以用來引起熔渣起泡。在電弧爐中，增加的熔渣起泡更好地覆蓋熔融的金屬并且更好的保持熱量(即絕熱)，這樣導(dǎo)致EAF中的電消耗顯著的降低。
[0010]在生產(chǎn)鐵合金方法中，未結(jié)塊的含碳聚合物可以另外起還原劑的作用，起燃料和/或再增碳劑的作用。隨后所述聚合物可以使得爐進(jìn)料中存在的和/或金屬加工期間產(chǎn)生的金屬氧化物還原；和/或作為燃料源；和/或作為再增碳劑來增加最終的鐵合金中碳與鐵一起存在的碳的量。例如，在電弧爐中主要燃料源是電。
[0011]因此，廢塑料可以提高能量效率(即通過利用較少的電)，并且可以減少傳統(tǒng)碳源例如焦炭和煤的消耗(并因此降低成本)。廢塑料還可以代替或減少昂貴的再增碳劑的使用，例如無煙煤和石墨。
[0012]當(dāng)術(shù)語“鐵合金”用于本文時，它包括寬范圍的鐵-碳合金(包括鋼)和其它鐵-碳和/或鐵_基合金，包括絡(luò)鐵、娃絡(luò)鐵、猛鐵、娃猛鐵、娃鐵、續(xù)娃鐵、鑰鐵、鎮(zhèn)鐵、欽鐵、憐鐵、鶴鐵、鑰；鐵、錯鐵等。
[0013]典型地將未結(jié)塊的含碳聚合物裝料于爐中，使得其至少部分燃燒并產(chǎn)生含碳?xì)堅?。由于其燃燒，聚合物作為燃料。含碳?xì)堅梢匝趸砸鹑墼鹋?。殘渣可以另外起還原劑或再增碳劑的作用。因此，裝料于爐中的未結(jié)塊含碳聚合物通常起熔渣起泡前體的作用。其還可以起再增碳劑前體或還原劑前體的作用。
[0014]盡管未結(jié)塊的含碳聚合物可以包含裝料到爐中的唯一添加劑，但是在典型的實施方案中，未結(jié)塊的含碳聚合物與其它的碳源一起裝料于爐中。這種其它的碳源可以燃燒以作為燃料。它還可以有助于熔渣起泡，并可以起還原劑或再增碳劑的作用。其它的碳源可以是煤、焦炭、碳焦(carbonchar)、木炭或石墨。
[0015]作為實施例，可以將未結(jié)塊的含碳聚合物和其它碳源大約以1:1的重量比裝料于爐中，盡管這個比值可以根據(jù)爐而改變。
[0016]在典型的變化的方法中，所述含碳聚合物是廢塑料。將廢塑料裝料于爐中提供了有效的處理廢塑料的方式 ，否則其造成環(huán)境問題。
[0017]典型地，含碳聚合物只包含C、H和任選的O原子。盡管聚合物中可以存在其它元素(例如N、S、P、S1、鹵素等)，但是這些其它元素可以干擾鐵合金的生產(chǎn)和/或產(chǎn)生雜質(zhì)、污染物、有害氣體等。因此，通過明智的選擇含碳聚合物，可以避免有害氣體和其它不利的和有害產(chǎn)物的形成。一種適合的塑料是聚乙烯，但也可以使用其它塑料例如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯苯乙烯、ABS等，甚至可以使用很難再處理的塑料例如酚醛樹脂。
[0018]典型地，裝料于爐中的未結(jié)塊含碳聚合物是聚合物顆粒形式的，典型的顆粒尺寸為100 μ m或更小。
[0019]雖然生產(chǎn)的典型鐵合金為鋼，但是其它鐵合金(如上所述)的生產(chǎn)也可以使用未結(jié)塊含碳聚合物的裝料。
[0020]本發(fā)明的第二方面中，提供了未結(jié)塊含碳聚合物在電弧爐中鐵合金的生產(chǎn)中作為熔渣起泡劑的用途。
[0021]通常，未結(jié)塊含碳聚合物的典型用途在于通過第一方面的方法實現(xiàn)的鐵合金的生產(chǎn)。
[0022]本發(fā)明的第三方面中，提供了在電弧爐中生產(chǎn)鐵合金的方法，所述方法包括下列步驟:
[0023]-向爐中裝入鐵合金原料；
[0024]-將在爐中的原料加熱至熔融狀態(tài)并且在合金慷料的熔融表面上形成熔渣；和
[0025]-向爐中裝入起熔渣起泡劑作用的未結(jié)塊的含碳聚合物。
[0026]典型地，裝入未結(jié)塊的含碳聚合物，以在爐中燃燒并且釋放熱能至熔融的合金/原料，產(chǎn)生使熔渣起泡的物質(zhì)。
[0027]任選地，所述物質(zhì)除了使熔渣起泡之外，可以:
[0028]-引起熔渣中各種金屬氧化物的化學(xué)還原以生產(chǎn)鐵合金；
[0029]-對得到的鐵和碳的合金再增碳。
[0030]未結(jié)塊的含碳聚合物可以與其它試劑一起裝入。其它試劑可以是第一方面中定義的其它碳源。
[0031]未結(jié)塊的含碳聚合物還可以與原料一起裝入爐中。例如，向爐中裝入原料和含碳聚合物時，爐可以已經(jīng)被加熱(即以連續(xù)的爐操作模式)。
[0032]第三方面的典型的方法另外如第一方面中所定義的。
[0033]本發(fā)明人還推測，未結(jié)塊的含碳聚合物通常可以用作再加熱爐中的燃料。
[0034]因此，本發(fā)明的第四方面中，提供了操作再加熱爐的方法，其包括用未結(jié)塊的含碳聚合物裝料所述爐以作為燃料的步驟。
[0035]典型地，所述再加熱爐在足以燃燒含碳聚合物的溫度下操作，典型的溫度大于1000。。。
[0036]另外，未結(jié)塊的含碳聚合物可以以顆粒形式并且任選與其它燃料例如天然氣一起裝料于爐中。
[0037]本發(fā)明的第五方面中，提供了一種系統(tǒng)，其確定含碳聚合物在使用含碳原料的生產(chǎn)鐵合金的爐中的再循環(huán)能力。所述系統(tǒng)包括下列步驟:
[0038]-導(dǎo)出給定聚合物的參數(shù)值,所述參數(shù)值反映了聚合物的熔洛起泡能力；
[0039]-將所述參數(shù)與由一種或多種其它聚合物導(dǎo)處的一個或多個參數(shù)值比較；
[0040]-由那些參數(shù)值形成范圍或刻度。
[0041]所述參數(shù)可以是泡沫熔渣的高度和/或泡沫熔渣的壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]盡管其它實施方案可能落入
【發(fā)明內(nèi)容】
中定義的鐵合金的生產(chǎn)方法中，現(xiàn)在將參考附圖僅以舉例的方式描述本方法的具體實施方案，附圖中:
[0043]?圖1示出固滴法(sessiIedropapproach)的水平管電阻爐裝置的示意圖，如實施例I中所述的；
[0044]?圖2A-2F各個圖示了一滴熔洛，并且順次示出石墨/熔渣體系與時間相關(guān)的熔渣起泡，其利用圖1的水平管電阻爐裝置；
[0045]?圖3A-3F各個圖示了一滴熔渣，并且順次示出焦炭/熔渣體系與時間相關(guān)的熔渣起泡，其利用圖1的水平管電阻爐裝置；
[0046].圖4A-4C分別圖示了石墨、石墨/塑料和焦炭的一滴熔渣，各個具有熔渣體系，并利用圖1的水平管電阻爐裝置；
[0047].圖5示出了滴管爐(droptubefurnace)裝置的示意圖，如實施例4中所述的；
[0048]?圖6示出了 50%塑料和50%石墨混合物在滴管爐中反應(yīng)之后的含碳?xì)堅腦RD譜圖，如實施例5中所述的；
[0049]?圖7示出了由各種含碳材料引起的熔渣起泡的CXD圖像，如實施例5中所述的；
[0050].圖8示出了石墨基底和工業(yè)熔渣之間反應(yīng)的IR結(jié)果，如實施例5中所述的；[0051]?圖9示出了 50%塑料和50%石墨基底與工業(yè)熔渣之間反應(yīng)的IR結(jié)果，如實施例5中描述的；
[0052].圖10示出了焦炭基底和工業(yè)熔渣之間反應(yīng)的IR結(jié)果，如實施例5中描述的；
[0053].圖11示出了感應(yīng)(碳溶解)爐的示意圖，如實施例7中所述的；
[0054].圖12標(biāo)示將出圖11的感應(yīng)爐中熔融鐵合金中碳溶解％與時間的關(guān)系，如實施例7中所述的；
[0055].圖13A和B圖示了一滴焦炭/熔渣(上列)和焦炭/HDPE塑料/熔渣(下列)隨時間的變化，利用圖1的水平管電阻爐裝置；
[0056].圖14標(biāo)示出焦炭和焦炭與塑料混合物在1200°C時的燃燒效率η，如實施例9中所述的；
[0057]召15示出了 1550°C時70%焦炭-30%塑料殘渣/熔渣體系的與時間相關(guān)的熔渣起泡的CXD圖像，如實施例10中所述的；
[0058].圖16標(biāo)示出CO和CO2氣體產(chǎn)生與時間的關(guān)系，如實施例10中所述的；
[0059].圖17標(biāo)示出熔渣與焦炭和30%塑料+70%焦炭混合物相互作用期間除去的氧的摩爾數(shù)，如實施例10中描述的；和
[0060]?圖18示出 了 1550°C時焦炭和30%塑料+70%焦炭混合物的Vt/V。圖，如實施例10中所述的。
【具體實施方式】
[0061]再對EAF鋼生產(chǎn)的深入研究期間，注意到溶質(zhì)碳/固體碳和熔渣之間的化學(xué)反應(yīng)引起熔渣起泡過程。由于熔渣中氧化鐵被碳還原產(chǎn)生的CO氣體以及由于碳的氧化發(fā)生熔渣起泡。注意到，熔渣起泡強烈地取決于碳原料的性質(zhì)，并且高溫時材料的特性控制熔渣起泡現(xiàn)象。
[0062]另外注意到，泡沫狀的熔渣覆蓋了金屬浴并且保持熱量以及屏蔽電弧，這導(dǎo)致顯著的能量節(jié)約(即降低電消耗)。注意到，恒定的熔渣起泡水平對有效的EAF鋼生產(chǎn)是關(guān)鍵的。
[0063]在令人驚奇的發(fā)展中，假定未結(jié)塊含碳聚合物(例如廢塑料、典型地是顆粒形式)可以被引入EAF鋼鐵生產(chǎn)中。推測在用于EAF鋼鐵生產(chǎn)的高溫下，廢塑料一旦引入爐中就會燃燒(因此作為燃料)并且產(chǎn)生含碳?xì)堅a(chǎn)物。隨后，假定含碳聚合物還可以被引入其它鐵合金的生產(chǎn)中，并且也產(chǎn)生含碳?xì)堅a(chǎn)物。
[0064]觀察到，含碳?xì)堅a(chǎn)物隨后可以引起EAF鋼生產(chǎn)中的熔渣起泡，并可以任選地起還原劑的作用(例如在其它鐵合金的生產(chǎn)中)，任選地也可以起再增碳劑的作用。
[0065]試驗期間，假定原始塑料中的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和鍵網(wǎng)絡(luò)(bond network)確定了含碳?xì)堅男阅堋Ａ硗?，注意到來自給定塑料的碳溶解動力學(xué)基于含碳?xì)堅芙庥谝簯B(tài)鋼中的速率。假定塑料中相對高度有序的碳(例如與焦炭中的碳比較)可以導(dǎo)致液態(tài)鋼中碳溶解的增加。
[0066]含碳?xì)埪宓慕Y(jié)構(gòu)表征通過將塑料-石墨混合物引入滴管爐(drop-tubefurnace)(模擬EAF中可能經(jīng)歷的操作條件)中來進(jìn)行，以觀察隨后引起EAF中液態(tài)熔渣起泡的那些含碳?xì)堅⑶掖_定那些含碳?xì)堅删哂羞€原能力和/或在熔融鐵合金中的增強的碳溶解性。結(jié)構(gòu)表征的結(jié)果如以下的實施例5中所述的。
[0067]在其它鐵合金生產(chǎn)中注意到，使用各種含碳還原材料。已知包含碳的還原劑材料例如焦炭、煤和炭和由不同類型木頭生產(chǎn)的木炭形式的生物碳。再次注意到，這些含碳材料的材料特性和反應(yīng)在控制還原劑性能中起顯著的作用。
[0068]因此其中主要的實驗考慮包括，研究還原劑的氣化，碳溶解入熔融金屬和固體碳直接還原熔渣。
[0069]還注意到，熔渣的形成在除鋼以外的鐵合金的生產(chǎn)中是常見的。錳和鉻在固體和液體狀態(tài)都被還原。認(rèn)為MnO還原的主要機理是MnO溶于熔渣中，隨后通過固體碳或溶解在液態(tài)金屬中的碳從熔渣中還原。類似地，注意到，通過Fe-Cr熔體中溶解的碳還原液態(tài)熔渣中的鉻鐵礦對于鉻鐵的生產(chǎn)很重要。碳和包含溶解的礦石(鉻、錳的氧化物)的液體熔渣之間的反應(yīng)在還原過程中起至關(guān)重要的作用。因此假定，來自廢塑料的含碳?xì)堅材軌蛴米髌渌辖鹕a(chǎn)中的還原劑(并且需要時作為熔渣起泡劑)。
[0070]實施例
[0071 ] 現(xiàn)在提供生產(chǎn)鐵合金方法的非限制性實施例。
[0072]實施例1
[0073]為了研究熔渣起泡，首先在實驗室規(guī)模的利用固滴法的水平管電阻爐中研究熔渣/碳的相互作用。圖1示出實驗裝置的示意圖。所用熔洛的重量為~0.20g。最初,將樣品放在樣品座上，它可以借助于不銹鋼桿被推入爐中的加熱區(qū)域中心。
[0074]將熔渣/碳的組合保持在爐的冷區(qū)直到得到期望的溫度(1550°C )并且在爐的熱區(qū)平衡。將所述組合在研究期望的溫度下插入熱區(qū)。這排除了可能在低溫發(fā)生并且可能影響待在感興趣溫度研究的現(xiàn)象的任何反應(yīng)。在整個試驗期間用氫氣吹掃爐管。用質(zhì)量流量計控制氫氣流速。
[0075]利用嚴(yán)密控制和視覺監(jiān)控的固滴技術(shù)研究熔渣/碳體系的起泡行為。使用裝備IRIS鏡頭的高質(zhì)量、高分辨率電荷耦合器件(CCD)相機來捕捉爐內(nèi)的實時原位現(xiàn)象。相機的輸出被導(dǎo)入錄像機(VCR)和電視(TV)監(jiān)視器來隨時間而記錄整個過程。這可以使得利用幀接收器隨時間從錄像帶將顯示熔渣與含碳材料接觸的具體圖像捕捉于計算機中。在所述系統(tǒng)中利用時間-日期發(fā)生器來顯示過程持續(xù)的時間。使用特殊設(shè)計的計算機軟件基于曲線擬合實踐從捕捉到的圖像確定體積。為了更好地理解反應(yīng)反應(yīng)動力學(xué)，大多數(shù)情況記錄圖像最長達(dá)2小時。
[0076]熔渣組成如下:Ca030.48%, MgOll.72%, Si021 3.34%, Α12035.24%, Fe20333.33%,Μη05.24%0
[0077]首先對石墨和焦炭進(jìn)行熔渣起泡研究。其后對塑料進(jìn)行熔渣起泡研究。
[0078]結(jié)果和討論
[0079]石墨/熔渣體系:圖2A-2F中隨時間示出石墨/熔渣體系中熔渣起泡的初步結(jié)果。
[0080]石墨對鋼生產(chǎn)熔渣顯示出良好的熔渣起泡特性。在圖2A中，在T = 13秒時，顯示熔渣粉末剛剛開始熔化。在圖2B中，在T = 47秒時顯示液滴正在成型，在圖2C中，在T =57秒時顯示完全形成。然后小滴尺寸開始變大，在圖2D中，在T= I分7秒時觀察到明顯更大的液滴，在圖2E中，在T = I分22秒時表明正在發(fā)生熔渣起泡。在圖2F中，在T= I分57秒時小滴稍微破裂，表明一些氣態(tài)產(chǎn)物部分逃逸。因此，發(fā)現(xiàn)石墨/熔渣體系中的熔渣起泡非常迅速和廣泛。
[0081]焦炭/熔渣體系:在圖3A-3F中隨時間示出焦炭/熔渣體系中熔渣起泡的初步結(jié)
果O
[0082]焦炭對鋼生產(chǎn)熔渣顯示不太可靠的起泡特性。在圖3A中，T = 9秒時，顯示熔渣粉末剛剛開始熔化。在圖3B中，液滴在T刊分20秒時開始成型。在圖3C-3F中，顯示了從T=2分15秒到T = 21分37秒范圍內(nèi)的圖像。經(jīng)過該時期，液滴已經(jīng)完全形成。四個液滴在尺寸和體積上顯示了很小的波動，表明在焦炭/熔渣體系中相當(dāng)?shù)退降娜墼鹋?。因此焦?熔渣體系中熔渣起泡的速率比石墨/熔渣體系的速率慢。
[0083]碳溶解研究揭示，焦炭的溶解速率常數(shù)小于石墨的。這兩種碳類型的熔渣起泡行為相當(dāng)不同，石墨/熔渣體系中熔渣起泡的速率和范圍比焦炭/熔渣體系的大得多。因此，假定碳溶解速率和熔渣成泡之間的關(guān)系.[0084]實施例2
[0085]分析運行EAF的工廠操作數(shù)據(jù)得知，提高焦炭注入水平導(dǎo)致氧消耗得增加，盡管它們不產(chǎn)生任何每噸裝料鋼消耗能量的明確模式。
[0086]EAF操作在其操作中使用兩種不同形式的碳。與含~90%C的焦炭一起，使用幾噸含4%C的扁鐵。扁鐵熔化時，扁鐵中存在的碳已經(jīng)溶解，而焦炭中存在的碳以固體狀態(tài)存在。
[0087]觀察到，碳的形式(溶質(zhì)或固體碳)對平均能量消耗/噸鋼有顯著影響。隨著扁鐵裝料量的增加(相當(dāng)于較高水平的溶質(zhì)碳)，能量消耗明顯降低。根據(jù)含碳材料起的作用來解釋這種趨勢，并且 表明熔渣起泡的增加導(dǎo)致每噸裝料鋼的能量消耗降低。因此，發(fā)現(xiàn)EAF鋼生產(chǎn)中扁鐵碳的效率比相應(yīng)的焦炭得效率高得多。
[0088]本發(fā)明人注意到:
[0089]1.碳溶解于液態(tài)鐵的動力學(xué)很大強烈地依賴于含碳材料的性質(zhì)。例如，焦炭的溶解速率常數(shù)小于石墨的。
[0090]2.實施例1的石墨/熔渣和焦炭/熔渣體系的結(jié)果顯示，石墨的熔渣起泡速率和范圍遠(yuǎn)大于焦炭的。
[0091]3.預(yù)期對于溶質(zhì)碳和對于焦炭的碳/熔渣相互作用動力學(xué)相當(dāng)不同，這導(dǎo)致它們的熔渣起泡行為變化很大。
[0092]這些結(jié)果表明，含碳材料的適當(dāng)選擇對熔渣起泡具有重要作用，并因此對EAF操作的能量效率起重要作用。所述結(jié)果還使發(fā)明人推測，可以將含碳聚合物加入EAF，作為燃料部分燃燒并且產(chǎn)生含碳材料殘渣，其可以引起熔渣起泡和/或金屬氧化物還原和/或再增碳作用。
[0093]實施例3
[0094]本發(fā)明人現(xiàn)在試驗向EAF過程加入廢塑料代替至少一些傳統(tǒng)碳源(例如焦炭)。將下面的原材料結(jié)合在一起模擬進(jìn)料于EAF的原材料。
[0095]原材料
[0096]使用以下的含碳材料、塑料和熔渣進(jìn)行熔渣起泡比較實驗。
[0097]含碳材料:石墨;焦炭；石墨和塑料混合物(I: I)廣生的殘潘(圖6提供了這種殘渣的XRD譜圖)。1:1的比率可以根據(jù)爐改變。[0098]塑料材料:得到線性低密度聚乙烯(LLDPE)代表塑料廢品的主要成分。所用聚乙烯樣品的顆粒尺寸小于100微米。
[0099]焙渣:制各下面的焙渣鉬合物(%wt):30.48%CaO ；11.72%Mg0 ；13.34 % SiO2 ；
5.24%A1203 ；33.33%Fe203 ；5.24% MnO。
[0100]通過在2.2 X IO8Pa壓力下的液壓制備碳酸鹽材料粉末的基質(zhì)。石墨和焦炭粉末以它們供應(yīng)的形式使用。石墨和塑料混合物的制備方法記載于實施例4中。
[0101]通過將以上述混合比的氧化物成分的均勻混合物加熱至1650°C，然后在完全熔化約30分之后在銅模中鑄造熔體來制備熔渣。
[0102]魅
[0103]使用圖1的水平爐進(jìn)行固滴實驗。陶瓷爐管的尺寸為內(nèi)徑Φ50πιπι，長度1000mm。通過爐蓋插入氧化鋁或石墨制成的樣品座。所述儀器使樣品在爐被加熱到期望溫度時保持在爐的冷區(qū)，在該實施例中期望溫度典型地為1550°C。
[0104]實駘步驟
[0105]為了研究熔渣起泡，首先在水平管電阻爐中研究熔渣/碳相互作用。熔渣/碳組合保持在爐的冷區(qū)域到得到期望的溫度(1550°C )并且在爐的加區(qū)平衡。隨后將所述組合在期望的溫度插入熱區(qū)。這個步驟排除了可能在低溫發(fā)生并且可能影響在感興趣溫度研究的現(xiàn)象的任何反應(yīng)。在整個試驗過程期間用氫氣吹掃爐管。
[0106]利用嚴(yán)密控制 和視覺監(jiān)控的固滴技術(shù)再次研究熔渣/碳體系的起泡行為。再次使用裝備IRIS鏡頭的CCD相機來捕捉爐內(nèi)的實時原位現(xiàn)象。相機的輸出再次被導(dǎo)入錄像機(VCR)和電視(TV)監(jiān)視器來隨時間記錄整個過程。利用幀接收器隨時間從錄像帶捕捉顯示熔渣與含碳材料接觸的圖像于計算機中。再次利用時間-日期發(fā)生器來顯示過程持續(xù)的時間。使用計算機軟件基于曲線擬合實踐從捕捉到的圖像確定體積。
[0107]將熔渣粉末(約0.20g)放置在保持于樣品座上的含碳材料基質(zhì)上。一旦達(dá)到期望的爐溫，就將樣品座從爐的冷區(qū)推入熱區(qū)，開始實驗。通過CXD相機監(jiān)控整個過程并且用錄像帶記錄。進(jìn)一步分析圖像來計算樣品體積。整個實驗過程中，以11/min的流速吹掃惰性氣體氫氣。為了得到可以用來估計反應(yīng)速率的CO和CO2含量，排出氣體通過IR分析儀。
[0108]實駘結(jié)果
[0109]進(jìn)行本實驗來研究由熔渣中的氧化鐵與含碳材料:石墨、石墨/塑料殘渣混合物、和焦炭之間的反應(yīng)引起的熔渣起泡行為。圖4A-4C示出了典型的圖像。
[0110]觀察到石墨和熔渣之間的反應(yīng)產(chǎn)生最強烈的熔渣起泡。如圖4A中清楚地示出的，起泡熔渣的滴體積最大。
[0111]在50%石墨/50%塑料混合物的反應(yīng)期間，從熔渣小滴發(fā)展出氣泡。石墨/塑料混合物情況下的熔渣起泡現(xiàn)象的出現(xiàn)是建立在如圖4B中示出的高溫可視化圖像基礎(chǔ)上以及建立在排出氣體中CO產(chǎn)生的基礎(chǔ)上，表明氧化鐵的還原。這表示塑料可以加入EAF中作為燃料燃燒，并且含碳?xì)堅梢援a(chǎn)生熔渣起泡和/或金屬氧化物還原和/或再增碳作用。
[0112]實施例4
[0113]石墨/塑料混合物的制備方法
[0114]利用滴管爐(DTF)進(jìn)行塑料-石墨摻合物的高溫氣相反應(yīng)。圖5中示意性示出滴管爐。[0115]在DTF中進(jìn)行的每次試驗在1200°C時完成，一旦爐達(dá)到這個操作溫度，就將氧氣和氮氣以期望的流速導(dǎo)入爐中。在這些實驗期間利用自動流速控制儀控制氣體流速和組成。每次試驗期間冷卻水循環(huán)通過爐注入器，以便防止過熱和在爐反應(yīng)區(qū)內(nèi)氧和注入的燃料相互作用之前發(fā)生反應(yīng)。收集器也用來保留每次實驗期間產(chǎn)生的未燃燒炭。
[0116]利用干物質(zhì)進(jìn)料器通過水冷進(jìn)料導(dǎo)管將塑料-石墨摻合物引入實驗反應(yīng)器中。使用氧和氮氣體的混合物運送塑料和石墨固體反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。實驗細(xì)節(jié)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種在電弧爐中生產(chǎn)鐵合金的方法，其包括用未結(jié)塊的含碳聚合物裝料所述爐的步驟，使得聚合物起熔渣起泡劑的作用。
2.權(quán)利要求1的方法，其中將所述未結(jié)塊的含碳聚合物裝料于所述爐中，使得其至少部分燃燒并且產(chǎn)生含碳燃燒殘渣，隨后氧化所述殘渣以引起熔渣起泡。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述殘渣還可以作為還原劑或起再增碳劑的作用。
4.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中除了未結(jié)塊的含碳聚合物之外，將其它碳源裝料于所述爐中。
5.權(quán)利要求4的方法，其中與所述含碳聚合物一起裝料于所述爐中的其它碳源是煤、焦炭、碳焦(carbonchar)、木炭和/或石墨。
6.權(quán)利要求4或5的方法，其中所述未結(jié)塊的含碳聚合物與所述其它碳源以約1:1的重量比裝料于所述爐中。
7.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述未結(jié)塊的含碳聚合物是廢塑料。
8.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述含碳聚合物僅包含C、H和任選的O原子。
9.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中所述未結(jié)塊的含碳聚合物以聚合物顆粒的形式裝料于所述爐中。
10.前述權(quán)利要求任一項的方法，其中生產(chǎn)的鐵合金是鋼。
11.未結(jié)塊的含碳聚合物在電弧爐中的鐵合金生產(chǎn)中作為熔渣起泡劑的用途。
12.權(quán)利要求11的 用途，其中所述鐵合金的生產(chǎn)通過權(quán)利要求1-10任一項的方法實現(xiàn)。
13.—種在電弧爐中生產(chǎn)鐵合金的方法，所述方法包括下列步驟: -用鐵合金原料裝料所述爐； -將在爐中的原料加熱至熔融狀態(tài)并且在合金/原料的熔融表面上形成熔渣；和 -用起熔渣起泡劑作用的未結(jié)塊的含碳聚合物裝料所述爐。
14.權(quán)利要求13的方法，其中裝料所述未結(jié)塊的含碳聚合物以在所述爐中燃燒、并且對熔融的合金/原料釋放熱能以及產(chǎn)生使熔渣起泡的試劑。
15.權(quán)利要求14的方法，其中除了使熔渣起泡之外， -引起熔渣中各種金屬氧化物的化學(xué)還原以生產(chǎn)鐵合金；和/或 -使熔渣起泡； -對得到的鐵和碳的合金再增碳。
16.權(quán)利要求13-15任一項的方法，其中所述未結(jié)塊含碳聚合物與引起熔融熔渣中各種金屬氧化物化學(xué)還原的添加劑一起裝料。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述添加劑是權(quán)利要求4-6任一項中定義的其它碳源。
18.權(quán)利要求13-17任一項的方法，其另外如權(quán)利要求2-10任一項所限定的。
19.一種操作再加熱爐的方法，其包括用未結(jié)塊的含碳聚合物裝料所述爐以作為燃料的步驟。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述再加熱爐在足以燃燒所述未結(jié)塊的含碳聚合物的溫度下操作。
21.權(quán)利要求19或20的方法，其中所述爐的溫度大于1000°C。
22.權(quán)利要求19-21任一項的方法，其中所述含碳聚合物以微粒形式裝料于所述爐中。
23.權(quán)利要求19-22任一項的方法，其中所述未結(jié)塊的含碳聚合物與其它燃料一起裝料于所述爐中。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述其它燃料是天然氣。
25.一種確定含碳聚合物在使用含碳原料的生產(chǎn)鐵合金的爐中的再循環(huán)性的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括下列步驟: -導(dǎo)出給定聚合物的參數(shù)值，所述參數(shù)值反映所述聚合物的熔渣起泡能力； -將所述參數(shù)與由一種或多種其它聚合物導(dǎo)出的一個或多個參數(shù)值比較； -從那些參數(shù)值導(dǎo)出范圍或刻度。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)是起泡熔渣的高度和/或起泡熔渣的壽命。
【文檔編號】C22C38/00GK103602877SQ201310462907
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2004年9月3日
【發(fā)明者】威那·薩哈瓦拉 申請人:紐索思創(chuàng)新有限公司