[發(fā)明專利]電離冶煉設(shè)備及冶煉工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010145097.0
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN113355476A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王安生;王良瀟;張龍
• 申請（專利權(quán)）人: 王安生
• 主分類號: C21B13/12
• 分類號: C21B13/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及冶金行業(yè)，特別是一種電離冶煉設(shè)備及冶煉工藝，主要用于海綿鐵和超純凈鐵的冶煉。受太空隕鐵形成原理的啟發(fā)，采用電離方法，不再使用一氧化碳等還原劑，只需一步就能從超純鐵精粉或鐵礦中電離冶煉出目前世界純度最高的海綿鐵和超純凈鐵，鐵含量達到99.999%以上。本發(fā)明是在真空高溫條件下，利用交變磁場電離打開鐵與氧的分子鍵，使氧與鐵分離。由超純鐵精粉電離冶煉得到海綿鐵，由鐵精粉電離冶煉得到超純凈鐵。超純凈鐵是目前國防建設(shè)中制造航母、航空、航天中使用的特種鋼的基礎(chǔ)材料。本工藝在冶煉過程中只釋放出氧氣，不產(chǎn)生二氧化碳，對于控制和改善地球的溫室效應(yīng)具有一定意義。本冶煉設(shè)備及冶煉工藝同樣適用于其他氧化金屬礦的冶煉，如鉻礦、鎢礦等氧化金屬礦。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及冶金行業(yè)，特別是一種電離冶煉設(shè)備及冶煉工藝，主要用于海綿鐵和超純凈鐵的冶煉。

背景技術(shù)

從古代的耕具、兵器，到如今的航母、潛艇，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和社會的進步都離不開鋼鐵技術(shù)的進步。目前現(xiàn)有的煉鐵工藝，是以一氧化碳還原原理的煉鐵理論為基礎(chǔ)，利用一氧化碳與鐵礦發(fā)生還原反應(yīng)進行冶煉。這個理論的應(yīng)用推動了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，但其冶煉過程中使用大量煤炭，并產(chǎn)生二氧化碳氣體，不利于控制和改善溫室效應(yīng)，給自然環(huán)境帶來了一定的影響。與此同時，現(xiàn)有的還原海綿鐵和煉鐵生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)能較低，還原出來的海綿鐵雜質(zhì)含量較高、品質(zhì)較低，尚不能滿足高端產(chǎn)品生產(chǎn)的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

在本發(fā)明是受太空隕鐵的形成原理啟發(fā)，研發(fā)出的一種電離冶煉設(shè)備及冶煉工藝，主要用于海綿鐵和超純凈鐵的冶煉。在真空高溫環(huán)境中加交變磁場，通過短時間的電離，將鐵礦中的鐵與氧分離，冶煉得到海綿鐵與超純凈鐵的設(shè)備和冶煉工藝。本發(fā)明同樣適用于其他氧化金屬礦的冶煉，如鉻礦、鎢礦等氧化金屬礦。

電離冶煉設(shè)備結(jié)構(gòu)：由爐體殼和爐蓋殼組成密封罐體，密封罐體內(nèi)設(shè)有中頻爐。坩堝由固定板固定于爐體殼中，固定板邊緣有若干通氣孔環(huán)形排列。在坩堝外邊緣有感應(yīng)圈。坩堝帽與爐蓋殼上部由若干個連接筋相連固定。在坩堝底部感應(yīng)圈外緣，坩堝帽上部和外緣同密封罐體內(nèi)壁之間有保溫層。熱電偶密封固定于爐蓋殼上部中心，貫穿保溫層和坩堝帽，熱電偶探頭位于坩堝上方測量溫度。爐體殼側(cè)面有抽氣管相通，用于抽取坩堝內(nèi)的氣體。

電離冶煉海綿鐵工藝流程：將超純鐵精粉裝入坩堝中，再均勻分布埋入若干根導(dǎo)熱鐵棒。封閉爐蓋殼呈密封狀態(tài)，抽爐內(nèi)氣體，接通中頻電爐電源。感應(yīng)圈加熱導(dǎo)熱鐵棒，將熱能傳遞給超純鐵精粉。同時交變磁場穿透超純鐵精粉，在真空高溫的條件下，磁力線振蕩打斷超純鐵精粉中氧與鐵的分子鍵，使超純鐵精粉中的氧與鐵分離。真空泵回收氧氣再利用。溫度上升至約1300度時保溫，通過約幾個小時的電離，氧完全脫凈就形成了海綿鐵。停止感應(yīng)加熱，感應(yīng)圈內(nèi)的冷卻水繼續(xù)循環(huán)冷卻坩堝，使溫度降到200度左右，關(guān)閉真空泵打開爐蓋殼即可得到海綿鐵。

電離冶煉超純凈鐵工藝流程：選擇不含有其他金屬和硫、磷等元素的鐵精粉，將鐵精粉與海綿鐵顆粒按約10:1比例混合均勻，裝入坩堝中。封閉爐蓋殼呈密封狀態(tài)，抽爐內(nèi)氣體，接通中頻電爐電源。感應(yīng)圈加熱海綿鐵顆粒將熱能傳遞給鐵精粉。在真空高溫的條件下，磁力線振蕩打斷超純鐵精粉中氧與鐵的分子鍵，使超純鐵精粉中的氧與鐵分離。真空泵回收氧氣再利用。溫度上升至約1300度左右的保溫，通過約幾個小時的電離，氧完全脫凈就形成了海綿鐵。再將溫度升到1580度以上，海綿鐵熔化成鐵水。只要鐵精粉中不含其他金屬和硫、磷等元素，硅與鐵在潔凈環(huán)境中冶煉不會結(jié)合，熔化后硅、鈣等雜質(zhì)因為比重輕，漂浮在鐵水之上。感應(yīng)圈斷電停止加熱，感應(yīng)圈的冷卻水繼續(xù)循環(huán)冷卻，關(guān)閉真空泵打開爐蓋即可倒出超純凈鐵鐵水。

附圖說明

圖1為電離冶煉設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電離冶煉海綿鐵工藝流程示意圖；

圖3為電離冶煉超純凈鐵工藝流程示意圖。

具體實施方式