熱兑法

熱兑法(Hot against the law)是一種生產中、低碳鉻鐵的方法。亦稱波倫法 ^[1]  。

熱兑法是國外已普遍採用的冶煉微碳鉻鐵的新工藝。該工藝使用兩台電爐分別熔鍊硅鉻合金與鉻礦石灰熔體，然後在另一爐外反應器裏相混合，依靠爐料的顯熱和反應熱維持冶煉過程所需舶高温。熱兑法同我國傳統的電硅熱法工藝相比，具有如下優點：

1.產品含碳量低

熱兑法可以生產出現行硅鉻堆底的傳統電硅熱法工藝(以下簡稱硅鉻堆底法)難以生產舶含碳小於0.03%的優質微碳鉻鐵(FeCr69C0003)，並且產品的磷、硫、硅等有害元素含量明顯降低；

2.鉻回收率高

熱兑法鉻回收率可達90%上，終渣Cr₂O₃含量低於1%；

3.硅利用率高

硅鉻合金單位消耗可比硅鉻堆底法低70kg/t(實重)左右 ^[2]  。

熱兑法的工藝流程，如圖1所示 ^[3]  。

1938年法國波倫(Perrin)研製成功不用電爐，僅在爐外鐵水包內以硅質還原劑還原鉻礦石灰熔體中的鉻和鐵來生產低碳鉻鐵的新方法。為此他提出了專利權，這就是以他的名字命名的“波倫法”，並流傳到世界各國的鐵合金廠，一直沿用。當時低碳鉻鐵含碳量僅為0.04-0.10%。

以後熱兑法經過不斷的改進，發展成為二步熱兑法，它包括兩台電爐，其中一台用於熔鍊鉻礦石灰熔體，另一台電爐用於熔鍊硅鉻鐵，並組成閉路循環系統，使鉻礦石灰熔體與液態硅鉻鐵進行熱兑來生產低碳鉻鐵。這種方法四十至五十年代曾在法國，以後在英國和美國工業上應用過。

1960年瑞典鐵合金公司。(現為特羅耳赫坦鐵合金公司)花了兩千萬克朗的基建投資，建成了一個採用波倫法冶煉微碳鉻鐵的新車間為當時世界最大的微碳鉻鐵車間。新車間有一台三相電弧爐，其電壓是150V，電流15000A，據此推算爐子容量約4000kVA。設計的年生產能力是1.5萬噸微碳鉻鐵。該爐子後來又變成16000kVA。年生產能力增至2.3萬噸。當時產品含C≤0.02%。所用爐料是一台總重360噸，直徑2.6米，長60米的迴轉窯焙燒的鉻礦石灰混合料，用重油加熱，出窯温度約1000℃。該公司老車間年產鉻鐵,1萬噸，每班需50名工人操作。而新車間設計能力為1.5萬噸，每班僅12名工人操作。

六十年代初在英國倫蓋市某鐵合金廠有容量均為6000kVA的電爐，其中兩台電爐熔鍊鉻礦石灰熔體。爐型為加蓋爐，並有傾動裝置。另外兩台電爐採用有渣法冶煉硅鉻合金，其合金成分為：Si45%，C0.02-0.03%。鉻礦石灰熔體從電爐流至鐵水包內，往該包注入25%Si的二次硅鉻合金。此二次硅鉻合金是由Si45%硅鉻合金與貧渣(14%Cr₂O₃)熱兑而得。這樣就得到了含65-70%cr，0.02-0.03%C的微碳鉻鐵。含14%Cr₂O₃的貧渣用Si45%硅鉻合金進一步還原之後變成含2-3%的廢渣而棄掉 硅的有效利用率為98%，鉻礦中鉻的回收率為95%。鐵水包系用白雲石砌築，鐵水包襯的壽命可熱兑25次。

1964年南非阿姆比公司 採用波倫法冶煉微碳鉻鐵的米德爾堡廠也正式投產。該廠共8台電爐，其中四台埋弧電爐熔鍊硅鉻合金，其電爐容量是一台3000kVA和三台7500kVA，電極直徑是3英尺。煉好的硅鉻合金注入幾個鐵水包中，當鐵水包盛滿以後，靜置不長時間，讓熔體上面形成渣殼，因渣殼含碳甚高故予以拋棄，下面的熔體含碳相當低，含硅為55%，鉻和鐵為45%，將熔融狀態硅鉻合金注入錠模內使其冷卻，然後破碎成1英寸的塊度，用皮帶運輸機運往料庫。另外四台電爐都是敞VI式電爐，容量都是7500kVA，電極直徑是12英寸，用來熔化鉻礦、石灰。當鉻礦石灰熔體達到要求時，使爐子傾動，讓熔體注入有耐火村的鐵水包內，並將硅鉻合金也加到鐵水包內。為了保證反應充分，採用兩個鐵水包來回倒包，據認為這種方法有助於激烈放熱反應中產生的熱量放散出去。另外在適當時候還加入冷卻劑，使包內熔體的温度降到進行澆鑄時所要求的温度。採用一般鑄鐵機鑄成錠塊。所產生的微碳鉻鐵含鉻較低，約55%，年生產能力約3萬噸，95%供出口。

1964年7月南非帕爾邁特鉻公司建成1台9000kVA 電爐，用於熔化鉻礦、石灰，設計的年產量為1.5萬噸微碳鉻鐵。到1995年，由於技術上的改進，年產量達到了2.3萬噸微碳鉻鐵，後來又增到2.7-2.8萬噸。鉻鐵平均含鉻70%。另一台電爐採用一步法冶煉硅鉻合金，年生產能力達2.5萬噸，硅鉻合壘含硅43%，含鉻40%。用錠模澆鑄，冷卻後破碎成1½英寸的塊度。可見該廠是採用固體還原劑一步熱兑生產微碳鉻鐵的，含碳量最低為0.015%，大約90%產品含碳在0.03%以下，約50%產品含碳在0.02%下。

1964年日本昭和電工公司、採用渡倫法工業規模生產微碳鉻鐵，其生產工藝包括四個階段：第一階段，用鉻礦固態還原法生產高碳鉻鐵；第二階段，用高碳鉻鐵、硅石和焦炭生產硅鉻合金，熔融的硅鉻合金送到第三階段以前先在一台電爐中脱碳和脱磷 第三階段，將第四階段所產生的熔融中間渣在包中與硅鉻合金混合，然後送搖動混合器中反應，得到廢渣和中間硅鉻台金；第四階段，在電爐中熔鍊的鉻礦石灰熔體與中間硅鉻合金在鐵水包中混合，然後進搖動混合器中反應，得到微碳鉻鐵和中間渣。前者成為最終產品進行澆鑄，後者送入第三階段。每噸微碳鉻鐵電耗約2300kWh，年生產能力約2.4萬噸。熔化鉻礦石灰熔體所用電爐容量為10000kVA，冶煉硅鉻合金的電爐約15000kVA，年生產能力是1.5萬噸 ^[3]  。