[发明专利]利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及冶炼中低碳铬铁的工艺，特别是涉及利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺。

背景技术：

现有技术生产中低碳铬铁为三步法：第一步：矿热炉中用铬矿生产高碳铬铁，第二步:高碳铬铁和硅石混合再入矿热炉冶炼生产出硅铬合金，第三步：硅铬合金再配入铬矿入电弧炉冶炼生产出中低碳铬铁。传统三步法生产中低碳铬铁耗电量大，能耗高，生产成本高，而且工艺复杂，冶炼周期长。ZL200510093590.8公开了铬铁矿利用矿热炉一步法冶炼中碳铬铁工艺，其采用的原料是铬铁矿、二氧化硅和焦炭，与三步法冶炼铬铁矿所用原料相同，该方法理论上可以实现，但实际操作时，矿热炉中进行着与三步法同样的化学反应，各化学反应的先后顺序无法控制，因此根本无法实现工业化生产。

多晶硅是用含硅99％的工业硅再次冶炼生产含硅99.9999％硅锭，再切割成小于一毫米厚的光伏板用于太阳能发电，切割中损耗高达50％，每年在江苏产生的多晶硅切割废料高达10万多吨。大量多晶硅废料堆积无法处理，不仅造成资源浪费，同时污染环境。

发明内容：

本发明的目的在于提供能够降低冶炼成本、资源得到合理利用、减少环境污染的利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺。

本发明的目的由如下技术方案实施，利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺，用多晶硅废料为还原剂，冶炼铬矿，制得中低碳铬铁。

所述的利用多晶硅废料一步法冶炼中低碳铬铁的工艺，其包括如下步骤：(1)测定铬矿成分及含量；(2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；(3)按计算比例配料；(4)冶炼制得成品；

(1)测定铬矿成分及含量；

(2)计算铬矿与多晶硅废料的添加比例：利用步骤(1)测得的结果，结合如下化学反应式计算铬矿与多晶硅废料的添加比例；化学反应式如下：

2Cr₂O₃+3Si＝4Cr+3SiO₂(a)

Cr₂O₃+SiC＝2Cr+CO+SiO₂(b)

2FeO+Si＝2Fe+SiO₂(c)

3FeO+SiC＝3Fe+CO+Si(d)

(3)按计算比例配料：按所述步骤(2)计算得到的添加比例配制铬矿与多晶硅废料的混合料；

(4)冶炼制得成品：将所述步骤(3)配制的所述混合料均匀连续的投入矿热炉中，所述矿热炉的炉内温度不低于1925K，冶炼时间(从投料到出铁时间)控制在240-260分钟，最终使得所述矿热炉内的所述混合料料层表面形成保温层，冶炼过程中，添加碱剂控制排出渣的碱度，将所述排出渣碱度控制在1.65-1.95，最终生产出中低碳铬铁成品。

具体的，所述步骤(4)向所述矿热炉内投加混合料的速度控制为在冶炼时间240-260分钟内，向所述矿热炉内投加20-22吨所述混合料。

优选的，所述碱剂为石灰。石灰中CaO>85％；SiO₂<1.5％；P<0.0027％；无水分，杂质少，避免在冶炼过程中引进新的杂质。

进一步，所述矿热炉的电极为石墨电极。将矿热炉的自焙电极换成石墨电极，降低产品中的渗碳量。

优选的，所述铬矿为铬精矿和铬块矿，所述铬精矿与所述多晶硅废料混合后压制成硅铬球或硅铬块，所述硅铬球或所述硅铬块与所述铬块矿混合形成所述混合料。首先，将所述铬精矿与所述多晶硅废料混合后压制成硅铬球或硅铬块，可增加炉况透气性和材料利用率，降低粉尘；其次，混合料中配入高熔点的铬块矿，提高熔点，炉况中形成冷料层、预热层、还原层形成有效的保温效果，实现埋弧冶炼。

本发明的优点：(1)用矿热法还原三氧化二铬，合金里只是碳素电极消耗渗碳，实验证明合金里的碳含量，最大为每天消耗碳电极的重量除以每天产出的中低碳铬铁重量，一般为1.67％左右，减掉电极氧化消耗，实际生产的铬铁中含碳量小于1.5％，达到中低碳铬铁碳含量要求，因此采用本发明方法，碳含量容易控制；(2)以多晶硅废料为还原剂，解决了多晶硅废料堆积，无法处理，污染环境的问题；(3)以多晶硅废料为还原剂，将传统的三步法冶炼，用本发明一步法即可完成,生产成本与传统方法比较，节约了将近2/3,同时冶炼时间也大大缩短，提高了生产效率；(4)同时减少了生产过程中的环境污染，提高了能源利用率，提高了生产中的安全性；(5)本发明中铬的回收率达到85％以上，铁的收率达到95％以上。

具体实施方式：