高纯金属铬的生产方法及该方法用的真空电弧炉

技术领域

本发明涉及电弧炉技术领域，尤其是指高纯金属铬的生产方法及该方法用的真空 电弧炉。

背景技术

金属铬是重要的工业基础原材料，广泛应用于硬质合金、高温合金、铝合金、特种 合金、电焊条、表明处理、热喷涂等领域。传统金属铬的生产工艺主要有：电解法、铝热法、碳 还原法。

电解法用于生产纯度较高的金属铬片，其优点是纯度很高，可达4个9（99.99%），产 品用于国防、航天航空领域的高温合金及特殊材料的表明处理。缺点是能耗高，污染大，电 流效率低，生产成本高。

铝热法用于生产符合国家标准的金属铬块（GB/T3211-2008），含量在98.5-99.5% 之间。铝热法产量大、效率高，且品质稳定，目前金属铬的主要生产方式。但是铝热法需要消 耗大量贵重铝粉，且在生产过程中产生大量的粉尘烟雾及大量的废渣，从长远来看属于不 可持续的生产方式。

碳还原法有一步还原、二步还原和多步还原，特点是无排放、无污染。但是由于整 个过程都需要采用真空炉，生产能力小，效率不高，且极难生产符合国家标准的产品，含量 一般在92%-95%左右，主要应用于铝合金添加剂行业。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供高纯金属铬的生产方法及该方法用 的污染排放小、制造成本低、生产效率高的真空电弧炉。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种高纯金属铬的生产方法，所述 方法包括以下步骤：

1）、按重量比将含量为99%的三氧化二铬100~120份、固定碳含量为95%以上的碳粉24~ 35份、粘结剂1-20份；

2）、接重量比将上述配料放入干式拌粉机里搅拌30~40min，制成混合原料，备用；

3）、将充分拌匀后的混合原料放至压坯机内制坯；

4）、将坯块加入到真空电弧炉的料仓内，打开炉门，先起弧，待电流温度后，开始关闭炉 门，抽取真空至100~110帕，然后根据观察的情况进行加料，烧制5-6小时，待坯块全部烧制 完成，打开炉门，取出冶炼炉体，得到大块的金属铬块；

5）、将烧制好的金属铬块取出、冷却；

6）、将冷却后的金属铬块送至喷丸室，去除表面的三氧化铬，得到金属块；

7）、将第六步骤产生的金属块进行锤破至100mm块状；

8）、将第七步骤产生的块状物再送至颚式破碎机破碎至国家标准块状的金属铬碎块；

9）、将破碎后的金属铬碎块放置在石墨盒内，在真空度10帕，1300度下进行脱气，脱气 反应为3-4小时；此方法生产的金属铬主要化学成分如下：Cr:99.52%O:<0.15%C:<0.01%。

所述方法用的真空电弧炉，它包括有冶炼室、电极升降油缸、电极夹持器、冶炼炉 体、进料仓，其中，冶炼室采用钢板焊接成形，冶炼室顶部设有上凸的弧形顶，冶炼室底部设 有外弧面向下的弧底；冶炼室室壁上设有观察孔和操作孔，冶炼室中部设有水冷夹层，冶炼 室内腔下部设有冶炼炉体，冶炼炉体主体为立式圆筒容器，容器底部设有保温材料；冶炼炉 体顶部设有电极夹持器，电极夹持器为两组，分别位于冶炼炉体顶部两侧，电极升降油缸为 两组，分别安装在冶炼室顶部两侧，电极升降油缸的活塞杆穿过冶炼室与电极相连接，电极 底部与相应的电极夹持器连接配合；进料仓安装在冶炼室顶部，进料仓出口穿过冶炼室与 冶炼炉体相连接，冶炼室内腔与冶炼炉体外壁之间密封形成中空室，中空室与真空系统连 接；冶炼室下部设有与水冷夹层相配合的变压器接口，冶炼室外壁上设有电控系统。

本发明利用真空电弧炉设备采用真空电弧还原，用一步法还原高纯金属铬。此方 法与铝热法相比，具有明显的优势：

1、无废气排放和废渣产生；

2、生产成本更低，原料收率更高；

3、不需要消耗大量贵重的精铝粉；

4、具有更加可观的经济效益和环保效益。

与碳还原二步法生产金属铬（专利号ZL201010124791.0）相比，优势也比较明显：

1、能耗是二步法工艺的一半左右。由于还原步骤缩短，能耗从6000kwh/吨，可减少至 2800kwh/吨，大幅降低能耗和生产成本；

2、生产效率更高，真空炉热效率不高，空间利用率不高，升温降温时间长，制约了产量。 真空电弧炉热效率更高，产量更大。单台真空电弧炉的产量大约是单台真空炉的4倍左右；

3、生产流程缩短，品质控制和生产管理更容易。

因此，此方法充分吸收了以上几种传统工艺的优点。污染排放小、制造成本低、生 产效率高，并能够生产出符合国家标准的金属铬产品。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1， 本实施例所述的一种高纯金属铬的生产方法包括以下步骤：

1）、按重量比将含量为99%的三氧化二铬100~120份、固定碳含量为95%以上的碳粉24~ 35份、粘结剂1-20份；

2）、接重量比将上述配料放入干式拌粉机里搅拌30~40min，制成混合原料，备用；

3）、将充分拌匀后的混合原料放至压坯机内制坯；

4）、将坯块加入到真空电弧炉的料仓内，打开炉门，先起弧，待电流温度后，开始关闭炉 门，抽取真空至100~110帕，然后根据观察的情况进行加料，烧制5-6小时，待坯块全部烧制 完成，打开炉门，取出冶炼炉体，得到大块的金属铬块；

5）、将烧制好的金属铬块取出、冷却；

6）、将冷却后的金属铬块送至喷丸室，去除表面的三氧化铬，得到金属块；

7）、将第六步骤产生的金属块进行锤破至100mm块状；

8）、将第七步骤产生的块状物再送至颚式破碎机破碎至国家标准块状的金属铬碎块；

9）、将破碎后的金属铬碎块放置在石墨盒内，在真空度10帕，1300度下进行脱气，脱气 反应为3-4小时；此方法生产的金属铬主要化学成分如下：Cr:99.52%O:<0.15%C:<0.01%。

所述方法用的真空电弧炉包括有冶炼室1、电极升降油缸2、电极夹持器3、冶炼炉 体4、进料仓5，其中，冶炼室1采用钢板焊接成形，冶炼室1顶部设有上凸的弧形顶，冶炼室1 底部设有外弧面向下的弧底；冶炼室1室壁上设有观察孔6和操作孔7，冶炼室1中部设有水 冷夹层8，冶炼室1内腔下部设有冶炼炉体4，冶炼炉体4主体为立式圆筒容器，容器底部设有 保温材料；冶炼炉体4顶部设有电极夹持器3，电极夹持器3为两组，分别位于冶炼炉体4顶部 两侧，电极升降油缸2为两组，分别安装在冶炼室1顶部两侧，电极升降油缸2的活塞杆穿过 冶炼室1与电极相连接，电极底部与相应的电极夹持器3连接配合；进料仓5安装在冶炼室1 顶部，进料仓5出口穿过冶炼室1与冶炼炉体4相连接，冶炼室1内腔与冶炼炉体4外壁之间密 封形成中空室，中空室与真空系统10连接；冶炼室1下部设有与水冷夹层8相配合的变压器 接口9，冶炼室1外壁上设有电控系统。

本实施例的真空炉具有以下技术优势：

第一、冶炼室采用钢板制成的方腔，尺寸为2500*2200*2800，中间为水冷夹层，降低室 内温度，并保证钢板不变形，室外设置了观察孔和操作孔；

第二、冶炼炉体采用立式圆筒容器，容器底部为保温材料，在绝缘的同时，确保容器底 部不被电弧击穿和高温烧穿；

第三、电极为石墨棒，夹持电极的部位通冷却水，升降机构为油缸系统，来调节电极的 上升和下降；

第四、真空系统主要由2X-70真空泵一台、罗茨泵，以及相应的气动阀门，真空管道等组 成，真空测量采用真空表和麦氏真空计，安装在真空管道上；

第五、电控系统主要控制电极的升降、真空系统的启动、停止及各种保护等；

第六、进料系统由进料仓，闸板阀，进料油缸组成，油缸调节闸板阀，来控制进料的速度 和开闭；

第七、本方案采用钢板制作的冶炼室直接将电弧炉与外界隔离，用真空泵系统抽取真 空，并用布袋除尘器收集粉尘。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围， 故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。