一种利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法与流程

1.本发明属于金属铬冶炼领域，涉及一种高收率高纯金属铬的生产方法，特别涉及一种利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法。


背景技术：

2.金属铬是一种银白色有光泽的金属，具有耐磨、耐腐蚀、耐高温的特性；金属铬作为合金添加剂，同镍、钴、铁等金属构成高温合金、电热合金、精密合金等，在航空、航天、电器、仪表等领域应用广范。随着大飞机国产化、军舰航母建造等一系列项目的推进，高纯金属铬在制造其发动机等高端部件的高温合金行业的需求越来越大。研究表明，高温合金中ppm级的氮和镓的含量变化都会对合金性能影响很大，镓熔点很低，室温下处于液态，液态的镓与其他金属形成合金，对其他金属有溶解作用，造成腐蚀，使镓合金的金属性质不好，质地脆，不易延展，机械性能差；氮含量高会降低合金的力学性能，并导致合金质量明显下降。因此，对于高端部件的高纯金属铬中的氮和镓要求较为严格，其中，氮含量要求低于50ppm、镓含量要求低于100ppm。
3.目前，生产高纯金属铬的方法主要有两种：一种是炉外铝热还原法生产的高纯金属铬，该方法获得的高纯金属铬中氮元素含量较高，属于低中端金属铬，并且产品的收率较低；另一种是真空炉碳还原法生产的高纯金属铬，该方法是以氧元素等气体含量较高的低中端金属铬为原料，利用真空炉将金属铬进一步碳还原生产的高纯金属铬。cn 102899511 a公开了“一种炉外法冶炼高纯金属铬的方法”，将三氧化二铬粉料、铝粉和氯酸钠混合获得混合料，将混合料按照前期料和后期料分两批投料，采用炉外法进行冶炼，将前期料投入冶炼炉中，冶炼并倒渣，再将后期料和钙质脱氧剂加入冶炼炉中，冶炼并倒渣，得低氧高纯金属铬。该方法脱氧过程与冶炼金属铬同时进行，无需额外提供能源，节能环保；cao与a12o3、sio2、cr2o3可以生成低熔点的复合氧化物，有利于脱除熔融液相金属铬中的化合氧；金属钙气化过程有助于传质，生成的cao
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a12o3(s)上浮至金属液上部，使氧化钙直接形成炉渣浮至金属液上部的熔渣中被去除，不会引入其它杂质，并使氧含量降低至0.01％～0.03％。该方法为典型的炉外铝热还原法，该方法生产的金属铬中氮元素含量较高，在2000ppm～5000ppm之间，还需要利用真空炉进一步碳还原。cn 112605390 a公开了一种利用铬粉制备高温合金用真空级低氮金属铬的制备方法，该方法是将低温浸渍后的铬块低温研磨得到铬粉，然后以粘接剂作为载体在压制模具内以一层铬粉、一层石墨粉的方式喷覆，得到铬粉-石墨粉混合坯料；在保护气体氛围下将铬粉-石墨粉混合坯料压制成铬坯块，装入真空烧结炉中，密封并抽真空，梯度烧结后，在保护气体氛围下风冷至室温，得到真空级低氮金属铬。该方法为典型的真空炉碳还原法，虽然可以在一定程度上去除金属铬中的氮元素，但最终金属铬中氮元素含量为1000ppm以上，氮含量仍然很高，无法满足氮含量低于50ppm的高端部件的需求。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是提供一种利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，该方法以三氧化二铬为原料，成本低廉，工艺简单合理，通过一步法就可以获得低氮低镓高纯金属铬，适合作为高端部件的高温合金添加剂，且可提高高纯金属铬产品收率。
5.本发明技术解决方案是：一种利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其具体步骤如下：(1)配料将三氧化二铬、铝粒、发热剂重铬酸钾混合均匀，得到混合原料，三氧化二铬与铝粒、重铬酸钾的质量比分别为100:(50～70)、100:(30～50)，将混合原料分两批加入至真空冶炼设备的冶炼炉内；(2)第一批加料将第一批混合原料加入至所述冶炼炉内作为底料，第一批混合原料的加料量占冶炼炉体积的1/3～1/2，加入引燃剂，所述引燃剂是质量比为2:1的氯酸钠和铝粒的混合物，调整真空冶炼设备内的点火器位置，使其全部埋入引燃剂中；剩余混合原料作为第二批混合原料在真空冶炼设备的料仓内备用，准备加入至冶炼炉内；(3)冶炼前抽真空将真空冶炼设备密闭，开启真空泵，对真空冶炼设备抽真空至真空冶炼设备内压力为-101kpa～-95kpa，进行点火冶炼，此时，真空泵开启或关闭均可以；(4)真空冶炼启动点火器点燃引燃剂对冶炼炉内第一批混合原料进行点火，第一批混合原料在冶炼炉内进行自发热反应，当第一批混合原料呈熔融状态时，打开下料阀对料仓内的第二批混合原料进行连续下料，直至第二批混合原料全部进入冶炼炉后，继续精炼1min，关闭真空泵，并充保护气体20min～30min后，开启真空泵抽真空至冶炼前真空冶炼设备压力后，关闭真空泵，向真空炉壳体内充入保护气体对冶炼炉进行冷却，冶炼炉温度降低至200℃以下，精整，得到低氮和低镓高纯金属铬。
6.进一步的，第二批混合原料的重量是第一批混合原料的1倍以上。
7.进一步的，步骤(4)连续下料时，下料速度为0.3t混合原料/min～0.75t混合原料/min。
8.进一步的，所述低氮和低镓高纯金属铬中n含量为5ppm～10ppm、ga含量为60ppm～80ppm。
9.进一步的，所述低氮和低镓高纯金属铬中al含量为100ppm～200ppm。
10.进一步的，步骤(1)中所述混合原料，单位炉料反应热为2905kj/kg～3105kj/kg。
11.进一步的，步骤(4)中所述保护气体为氩气。
12.进一步的，步骤(4)冶炼炉降温时，先将冶炼炉进行保护气体循环冷却降温至550℃～600℃；然后将冶炼炉从真空冶炼设备推出并送入至冷却室内，利用压缩空气继续循环冷却至200℃以下。
13.本发明的有益效果：采用三氧化二铬和铝粒为原料，配入适当量的发热剂重铬酸钾，使真空冶炼可以
顺利进行，使用氯酸钠和铝粒为引燃剂，在不引入其它杂质的前提下，使原料反应完全，使高纯金属铬的收得率高，冶炼收率90％以上；无需额外热源，反应电耗低，经济效益显著提高；获得的低氮和低镓高纯金属铬中n含量为5ppm～10ppm、ga含量为60ppm～80ppm，金属铬的品质高，适合作为高端部件的高温合金添加剂；并且，生产过程中不产生烟尘，冶炼渣中不含六价铬，是一项清洁生产的高纯金属铬技术，减排减污、安全环保。
附图说明
14.图1是本发明的工艺流程图；图2是本发明的高纯金属铬真空冶炼设备的结构示意图；图3是图2的剖视图；图4是图3的a部放大图。
15.图中：1-底座；2-真空炉壳体；3-水冷夹套；301-进水口；302-出水口；4-炉门；5-保温层；501-金属毡隔热层；502-打结料保温层；6-金属炉衬；7-观察窗；8-料台；9-冶炼炉；10-料仓；11-螺旋给料机；12-下料溜管；13-上料撮；14-防护罩，15-真空泵；16-第一阀门；17-第二阀门；18-第三阀门；19-点火器；20-保护气通入孔。
具体实施方式
16.本发明实施例1～实施例3使用的引燃剂是质量比为2:1的氯酸钠和铝粒的混合物；本实施例1～3及对比例1、2采用的高纯金属铬真空冶炼设备具体结构如下：如图1～图3所示，高纯金属铬真空冶炼设备，包括底座1和卧式安装于底座1上的真空炉壳体2，在所述真空炉壳体2内设有水冷夹套3，所述水冷夹套3的进水口301设置在所述真空炉壳体2外壁的中下部，所述水冷夹套3的出水口302设置在所述真空炉壳体2外壁的上部；在所述真空炉壳体2周向垂直于真空炉壳体2设置有保护气通入孔20，所述保护气通入孔20与保护气气源通过管路相连通；在真空炉壳体2的一端设置有炉门4，在炉门4上设有观察窗7，观察窗7为圆形且直径为30cm，用于观测冶炼炉9炉内情况；在所述真空炉壳体2的内壁设置有保温层5，所述保温层5由外至内依次为金属毡隔热层501、打结料保温层502，在保温层5的内侧设置有金属炉衬6；在所述真空炉壳体2内壁上软连接有点火器19，所述真空炉壳体2内底部设置有料台8，在料台8上设置有冶炼炉9，所述冶炼炉9的炉壁具有球墨铸铁层和设置在球墨铸铁层内侧的厚度为65mm的镁砖层，在冶炼炉9正上方靠近真空炉壳体2内壁位置设置有防护罩14；在所述真空炉壳体2上方设置有料仓10，在所述料仓10的出料口处设置有螺旋给料机11，螺旋给料机11通过下料溜管12与真空炉壳体2相连通，且下料溜管12向下穿过所述防护罩14，在下料溜管12的出口处安装有上料撮13；在料仓10的出料口上设置有第二阀门17，本实施例第二阀门17采用真空阀；在螺旋给料机11的出料口上设置有第三阀门18；在所述真空炉壳体2的一侧设置有真空泵15，且真空泵15通过三通管分别与所述真空炉壳体2、所述料仓10相连通，在真空泵15与料仓10之间靠近料仓10的管道上设置有第一阀门16。
17.本实施例1～3及对比例1、2采用的高纯金属铬真空冶炼设备的真空炉壳体2的规格φ3.5m
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3.5m。
18.实施例1(用重铬酸钾作发热剂、关泵冶炼)采用高纯金属铬真空冶炼设备，生产低氮低镓高纯金属铬，如图1所示，具体工艺流程如下：(1)配料称取原料3吨三氧化二铬和1.5吨铝粒，并根据发热量2918kj/kg配入发热剂0.9吨重铬酸钾，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉9放到料台8上，推入真空炉壳体2内，将混合原料加入至真空冶炼设备的料仓10，然后，通过料仓10分两批下料至真空冶炼设备的冶炼炉9内；(2)第一批加料打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11，通过下料溜管12进入上料撮13向冶炼炉9内下料，混合原料第一批下料作为底料，加料量占冶炼炉9体积的1/3，此时，第二批混合原料是第一批混合原料的1倍以上；关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，加入引燃剂2kg，调整点火器19位置使其全部埋入引燃剂中；(3)真空冶炼密闭料仓10和真空炉壳体2，由进水口301向水冷夹套3内注入循环水，并由出口302排出，对真空炉壳体2进行水冷，打开第一阀门16，启动真空泵15，对真空炉壳体2和料仓10抽真空，真空炉壳体2压力达至-101kpa后，关闭第一阀门16和真空泵15，启动点火器19点燃引燃剂对冶炼炉9内第一批混合原料进行点火，第一批混合原料在冶炼炉9内进行自发热反应，通过观察窗7观测冶炼炉9内部冶炼情况，当第一批混合原料呈熔融状态，此时，冶炼炉9内底料发出亮白色光，打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11将料仓10内的第二批混合原料经下料溜管12送入到上料撮13进行连续下料，14分钟后第二批混合原料下料完毕，继续精炼1分钟，真空炉壳体2内压力降至-48kp，依次关闭螺旋给料机11、第二阀门17、第三阀门18，再向真空炉壳体2内充氩气至真空冶炼设备压力为0kpa，氩气保护20min，再开启真空泵15，对真空炉壳体2抽真空至压力为-101kpa，关闭真空泵15；(4)降温处理向真空炉壳体2内充入氩气对冶炼炉9进行氩气循环冷却，真空冶炼设备内温度降至600℃后，将冶炼炉9从真空冶炼设备中推入至冷却室内，利用压缩空气继续冷却至200℃，将冶炼炉9从冷却室内推出出炉，精整，得到低氮低镓高纯金属铬，送样分析：金属铬中cr质量含量为99.70％，n质量含量为10ppm，ga质量含量为80ppm，al质量含量为200ppm，其它成份符合jcr99.2标准，对该批低氮低镓高纯金属铬称重包装，铬的收率为90.75％。
19.实施例2(用重铬酸钾作发热剂、开泵冶炼)(1)配料称取原料3吨三氧化二铬和2.1吨铝粒，并根据发热量2905kj/kg配入发热剂1.5吨重铬酸钾，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉9放到料台8上，推入真空炉壳体2内，将混合原料加入至真空冶炼设备的料仓10，然后，通过料仓10分两批下料至真空冶炼设备的冶炼炉9内；(2)第一批加料打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11，通过下料溜管12进入上料撮13向冶炼炉9内下料，混合原料第一批下料作为底料，加料量占冶炼炉9体积的1/3，此时，第
二批混合原料是第一批混合原料的1倍以上；关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，加入引燃剂2kg，调整点火器19位置使其全部埋入引燃剂中；(3)真空冶炼密闭料仓10和真空炉壳体2，由进水口301向水冷夹套3内注入循环水，并由出口302排出，对真空炉壳体2进行水冷，打开第一阀门16，启动真空泵15，对真空炉壳体2和料仓10抽真空，真空炉壳体2压力达至-95kpa后，启动点火器19点燃引燃剂对冶炼炉9内第一批混合原料进行点火，第一批混合原料在冶炼炉9内进行自发热反应，通过观察窗7观测冶炼炉9内部冶炼情况，当第一批混合原料呈熔融状态时，此时，冶炼炉9内底料发出亮白色光，打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11将料仓10内的第二批混合原料经下料溜管12送入到上料撮13进行连续下料，8分钟后第二批混合原料下料完毕，继续精炼1分钟后，依次关闭螺旋给料机11、第一阀门16、第二阀门17、第三阀门18和真空泵15，再向真空炉壳体2内充氩气至真空冶炼设备压力为0kpa，氩气保护30min，再开启真空泵15，对真空炉壳体2抽真空至压力为-95kpa后，关闭真空泵15；(4)降温处理向真空炉壳体2内充入氩气对冶炼炉9进行氩气循环冷却，真空冶炼设备内温度降至550℃后，将冶炼炉9从真空冶炼设备中推入至冷却室内，利用压缩空气继续冷却至190℃，将冶炼炉9从冷却室内推出出炉，精整，得到低氮低镓高纯金属铬，送样分析：金属铬中cr质量含量为99.72％，n质量含量为5ppm，ga质量含量为70ppm，al质量含量为100ppm，其它成份符合jcr99.2标准，对该批金属铬称重包装，铬的收得率为90.82％。
20.实施例3(用重铬酸钾作发热剂、关泵冶炼)采用高纯金属铬真空冶炼设备，生产低氮低镓高纯金属铬，如图1所示，具体工艺流程如下：(1)配料称取原料3吨三氧化二铬和1.8吨铝粒，并根据发热量2911kj/kg配入发热剂1.2吨重铬酸钾，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉9放到料台8上，推入真空炉壳体2内，将混合原料加入至真空冶炼设备的料仓10，然后，通过料仓10分两批下料至真空冶炼设备的冶炼炉9内；(2)第一批加料打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11，通过下料溜管12进入上料撮13向冶炼炉9内下料，混合原料第一批下料作为底料，加料量占冶炼炉9体积的1/2，此时，第二批混合原料是第一批混合原料的1倍以上；关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，加入引燃剂3kg，调整点火器19位置使其全部埋入引燃剂中；(3)真空冶炼密闭料仓10和真空炉壳体2，由进水口301向水冷夹套3内注入循环水，并由出口302排出，对真空炉壳体2进行水冷，打开第一阀门16，启动真空泵15，对真空炉壳体2和料仓10抽真空，真空炉壳体2压力达至-98kpa后，关闭第一阀门16和真空泵15，启动点火器19点燃引燃剂对冶炼炉9内第一批混合原料进行点火，第一批混合原料在冶炼炉9内进行自发热
反应，通过观察窗7观测冶炼炉9内部冶炼情况，当第一批混合原料呈熔融状态，此时，冶炼炉9内底料发出亮白色光，打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11将料仓10内的第二批混合原料经下料溜管12送入到上料撮13进行连续下料，11分钟后第二批混合原料下料完毕，继续精炼1分钟，真空炉壳体2内压力降至-45kp，依次关闭螺旋给料机11、第二阀门17、第三阀门18，再向真空炉壳体2内充氩气至真空冶炼设备压力为0kpa，氩气保护25min，再开启真空泵15，对真空炉壳体2抽真空至压力为-98kpa，关闭真空泵15；(4)降温处理向真空炉壳体内2充入氩气对冶炼炉9进行氩气循环冷却，真空冶炼设备内温度降至565℃后，将冶炼炉9从真空冶炼设备中推入至冷却室内，利用压缩空气继续冷却至170℃，将冶炼炉9从冷却室内推出出炉，精整，得到低氮低镓高纯金属铬，送样分析：金属铬中cr质量含量为99.75％，n质量含量为7ppm，ga质量含量为60ppm，al质量含量为100ppm，其它成份符合jcr99.2标准，对该批低氮低镓高纯金属铬称重包装，铬的收率为91.02％。
21.实施例4(用重铬酸钾作发热剂、关泵冶炼)采用高纯金属铬真空冶炼设备，生产低氮低镓高纯金属铬，如图1所示，具体工艺流程如下：(1)配料称取原料3吨三氧化二铬和1.5吨铝粒，并根据发热量3105kj/kg配入发热剂1.3吨重铬酸钾，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉9放到料台8上，推入真空炉壳体2内，将混合原料加入至真空冶炼设备的料仓10，然后，通过料仓10分两批下料至真空冶炼设备的冶炼炉9内；(2)第一批加料打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11，通过下料溜管12进入上料撮13向冶炼炉9内下料，混合原料第一批下料作为底料，加料量占冶炼炉9体积的1/2，此时，第二批混合原料是第一批混合原料的1倍以上；关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，加入引燃剂3kg，调整点火器19位置使其全部埋入引燃剂中；(3)真空冶炼密闭料仓10和真空炉壳体2，由进水口301向水冷夹套3内注入循环水，并由出口302排出，对真空炉壳体2进行水冷，打开第一阀门16，启动真空泵15，对真空炉壳体2和料仓10抽真空，真空炉壳体2压力达至-100kpa后，关闭第一阀门16和真空泵15，启动点火器19点燃引燃剂对冶炼炉9内第一批混合原料进行点火，第一批混合原料在冶炼炉9内进行自发热反应，通过观察窗7观测冶炼炉9内部冶炼情况，当第一批混合原料呈熔融状态，此时，冶炼炉9内底料发出亮白色光，打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11将料仓10内的第二批混合原料经下料溜管12送入到上料撮13进行连续下料，9分钟后第二批混合原料下料完毕，继续精炼1分钟，真空炉壳体2内压力降至-47kp，依次关闭螺旋给料机11、第二阀门17、第三阀门18，再向真空炉壳体2内充氩气至真空冶炼设备压力为0kpa，氩气保护28min，再开启真空泵15，对真空炉壳体2抽真空至压力为-100kpa，关闭真空泵15；(4)降温处理向真空炉壳体内2充入氩气对冶炼炉9进行氩气循环冷却，真空冶炼设备内温度降至580℃后，将冶炼炉9从真空冶炼设备中推入至冷却室内，利用压缩空气继续冷却至190
℃，将冶炼炉9从冷却室内推出出炉，精整，得到低氮低镓高纯金属铬，送样分析：金属铬中cr质量含量为99.73％，n质量含量为9ppm，ga质量含量为70ppm，al质量含量为200ppm，其它成份符合jcr99.2标准，对该批低氮低镓高纯金属铬称重包装，铬的收率为91.51％。
22.对比例1(用氯酸钠作发热剂、关泵冶炼)(1)配料称取原料3吨三氧化二铬和1.05吨铝粒，并根据发热量2918kj/kg配入发热剂0.09吨氯酸钠，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉9放到料台8上，推入真空炉壳体2内，将混合原料加入至真空冶炼设备的料仓10，然后，通过料仓10分两批下料至真空冶炼设备的冶炼炉9内；(2)第一批加料打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11，通过下料溜管12进入上料撮13向冶炼炉9内下料，混合原料第一批下料作为底料，加料量占冶炼炉9体积的1/2，此时，第二批混合原料是第一批混合原料的1倍以上；关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，调整点火器19位置使其全部埋入混合料中；(3)真空冶炼密闭料仓10和真空炉壳体2，由进水口301向水冷夹套3内注入循环水，并由出口302排出，对真空炉壳体2进行水冷，打开第一阀门16，启动真空泵15，对真空炉壳体2和料仓10抽真空，真空炉壳体2压力达至-101kpa后，关闭第一阀门16和真空泵15，启动点火器19对冶炼炉9内第一批混合原料进行点火，(氯酸钠作发热剂时，反应放出的热量较高，自发热即可使混合料进行连续反应，不需要外加引燃剂)第一批混合原料在冶炼炉9内进行自发热反应，通过观察窗7观测冶炼炉9内部冶炼情况，当第一批混合原料呈熔融状态，此时，冶炼炉9内底料发出亮白色光，打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11将料仓10内的第二批混合原料经下料溜管12送入到上料撮13进行连续下料，4分28秒后真空炉内压力达到80kpa，引发防爆口爆开，炉内压力迅速恢复到0kpa，继续冶炼6分钟第二批混合原料下料完毕，依次关闭螺旋给料机11、第二阀门17和第三阀门18，精炼1分钟；冶炼炉放在真空炉壳体内自然冷却；(4)降温处理向真空炉壳体2内充入氩气对冶炼炉9进行氩气循环冷却，真空冶炼设备内温度降至600℃后，将冶炼炉9从真空冶炼设备中推入至冷却室内，利用压缩空气继续冷却至200℃，将冶炼炉9从冷却室内推出出炉，精整，将得到的金属铬送样分析：金属铬中cr质量含量为99.1％，n质量含量为80ppm，ga质量含量为120ppm，al质量含量为2000ppm，其它成份符合jcr99-a标准，对该批金属铬称重包装，铬的收得率为88.24％。
23.对比例2(用氯酸钠作发热剂、开泵冶炼)(1)配料称取原料3吨三氧化二铬和1.05吨铝粒，并根据发热量2918kj/kg配入发热剂0.09吨氯酸钠，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉9放到料台8上，推入真空炉壳体2内，将混合原料加入至真空冶炼设备的料仓10，然后，通过料仓10分两批下料至真空冶炼设备的冶炼炉9内；(2)第一批加料
打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11，通过下料溜管12进入上料撮13向冶炼炉9内下料，混合原料第一批下料作为底料，加料量占冶炼炉9体积的1/3，此时，第二批混合原料是第一批混合原料的1倍以上；关闭第二阀门17和第三阀门18，同时关闭螺旋给料机11，再将剩余混合料补入料仓10内，调整点火器19位置使其全部埋入引燃剂中；(3)真空冶炼密闭料仓10和真空炉壳体2，由进水口301向水冷夹套3内注入循环水，并由出口302排出，对真空炉壳体2进行水冷，打开第一阀门16，启动真空泵15，对真空炉壳体2和料仓10抽真空，真空炉壳体2压力达至-101kpa后，启动点火器19对冶炼炉9内第一批混合原料进行点火(氯酸钠作发热剂时，反应放出的热量较高，自发热即可使混合料进行连续反应，不需要外加引燃剂)，第一批混合原料在冶炼炉9内进行自发热反应，通过观察窗7观测冶炼炉9内部冶炼情况，当第一批混合原料呈熔融状态，此时，冶炼炉9内底料发出亮白色光，打开第二阀门17和第三阀门18，启动螺旋给料机11将料仓10内的第二批混合原料经下料溜管12送入到上料撮13进行连续下料，10分10秒后第二批混合原料下料完毕，依次关闭螺旋给料机11、第一阀门16、第二阀门17、第三阀门18和真空泵15，再向真空炉壳体2内充氩气至真空冶炼设备压力为0kpa，氩气保护20min，再开启真空泵15，对真空冶炼设备抽真空至压力-101kpa后，关闭真空泵15；(4)降温处理向真空炉壳体内2充入氩气对冶炼炉9进行氩气循环冷却，真空冶炼设备内温度降至600℃后，将冶炼炉9从真空冶炼设备中推入至冷却室内，利用压缩空气继续冷却至200℃，将冶炼炉9从冷却室内推出出炉，精整，得到高纯金属铬，送样分析：金属铬中cr质量含量为99.65％，n质量含量为8ppm，ga质量含量为110ppm，al质量含量为200ppm，其它成份符合jcr99.2标准，对该批金属铬称重包装，铬的收得率为90.85％。
24.对比例3炉外铝热法冶炼金属铬称取原料3吨三氧化二铬和1.05吨铝粒，并根据发热量3105kj/kg配入发热剂0.15吨氯酸钠，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉放到料台上，推入冶炼间内，分两批将混合原料加入冶炼炉内，第一批混合原料作为底料从料仓通过上料撮进入冶炼炉内(冶炼炉与实施例1为同一规格)，将该炉剩余混合原料加入料仓内后，开启收尘风机，对冶炼设备收尘，然后用中平锹装半锹镁条点燃后放入冶炼炉底料上部中间位置，通过观察孔观测底料反应发出亮白色光时，启动螺旋给料器进行连续下料，7分钟后第二批混合原料下料完毕，继续冶炼1分钟关闭收尘风机，再向冶炼炉内通氩气保护气20min，自然冷却温度降至200℃后，将冶炼炉从冶炼间内推出出炉，精整，得到的金属铬送样分析：金属铬中cr含量为98.61％，n质量含量为300ppm，ga质量含量为130ppm，al质量含量为6000ppm，其它成份符合jcr98.5标准，对该批金属铬称重包装，铬的收得率为85.5％。
25.对比例4炉外铝热法冶炼金属铬称取原料3吨三氧化二铬和1.5吨铝粒，并根据发热量3366kj/kg配入发热剂0.35吨氯酸钠，并将上述三种物料混合均匀，制得混合原料；将冶炼炉放到料台上，推入冶炼间内，分两批将混合原料加入冶炼炉内，第一批混合原料作为底料从料仓通过上料撮进入冶炼炉内(冶炼炉与实施例1为同一规格)，将该炉剩余混合原料加入料仓内后，开启收尘风机，对冶炼设备收尘，然后用中平锹装半锹镁条点燃后放入冶炼炉底料上部中间位置，通过
观察孔观测底料反应发出亮白色光时，启动螺旋给料器进行连续下料，9分钟后第二批混合原料下料完毕，继续冶炼1分钟关闭收尘风机，再向冶炼炉内通氩气保护气20min，自然冷却温度降至200℃后，将冶炼炉从冶炼间内推出出炉，精整，得到的金属铬送样分析：金属铬中cr含量为98.50％，n质量含量为200ppm，ga质量含量为120ppm，al质量含量为8000ppm，其它成份符合jcr98标准，对该批金属铬称重包装，铬的收得率为86.12％。
26.对比例1与实施例1的区别在于：所用的发热剂不同，实施例1用的是重铬酸钾、对比例1用的是氯酸钠，关泵状态下，由于氯酸钠反应剧烈气体膨胀瞬间冲破防爆口，造成真空炉破真空，真空冶炼失败，生成的金属铬产品未达到预期目标；对比例2是在开泵状态下冶炼，生成的金属铬产品n含量较低，但al和ga含量较高，不能达到低氮低镓高纯金属铬标准；对比例3与对比例2的区别在于，对比例3是常规的炉外法，其是在常压下与空气接触条件下冶炼；对比例3获得的产品纯度低，杂质含量高，且收率较低；并且，对比例3虽然按照本发明最高的配热量配入发热剂，但是由于炉外法仍然反应不完全，产品收得率低，杂质n、ga、al含量高；对比例4按照常规的炉外法冶炼，即配入足量的铝粒和氯酸钠，保证了发热量，冶炼反应相对较完全，但由于炉外法本身方法特点，收率仍然很低，且金属铬中杂质含量较高。
27.以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：具体步骤如下：(1)配料将三氧化二铬、铝粒、发热剂重铬酸钾混合均匀，得到混合原料，三氧化二铬与铝粒、重铬酸钾的质量比分别为100:(50～70)、100:(30～50)；(2)第一批混合原料投料将混合原料分两批加入至真空冶炼设备的冶炼炉内；其中，将第一批混合原料加入至所述冶炼炉内作为底料，第一批混合原料的加料量占冶炼炉体积的1/3～1/2，加入引燃剂，所述引燃剂是质量比为2:1的氯酸钠和铝粒的混合物，调整真空冶炼设备内的点火器位置，使其全部埋入引燃剂中；剩余混合原料作为第二批混合原料在真空冶炼设备的料仓内备用，准备加入至冶炼炉内；(3)冶炼前抽真空将真空冶炼设备密闭，开启真空泵，对真空冶炼设备抽真空至真空冶炼设备内压力为-101kpa～-95kpa，进行点火冶炼，此时，真空泵开启或关闭均可以；(4)真空冶炼启动点火器点燃引燃剂对冶炼炉内第一批混合原料进行点火，第一批混合原料在冶炼炉内进行自发热反应，当第一批混合原料呈熔融状态时，打开下料阀对料仓内的第二批混合原料进行连续下料，直至第二批混合原料全部进入冶炼炉后，继续精炼1min，关闭真空泵，并充保护气体20min～30min后，开启真空泵抽真空至冶炼前真空冶炼设备压力后，关闭真空泵，向真空炉壳体内充入保护气体对冶炼冷却，冶炼炉温度降低至200℃以下，精整，得到低氮和低镓高纯金属铬。2.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：第二批混合原料的重量是第一批混合原料的1倍以上。3.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：步骤(4)连续下料时，下料速度为0.3t混合原料/min～0.75t混合原料/min。4.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：所述低氮和低镓高纯金属铬中n含量为5ppm～10ppm、ga含量为60ppm～80ppm。5.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：所述低氮和低镓高纯金属铬中al含量为100ppm～200ppm。6.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：步骤(1)中所述混合原料，单位炉料反应热为2905kj/kg～3105kj/kg。7.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：步骤(4)中所述保护气体为氩气。8.根据权利要求1所述的利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，其特征是：步骤(4)冶炼炉降温时，先将冶炼炉进行保护气体循环冷却降温至550℃～600℃；然后将冶炼炉从真空冶炼设备推出并送入至冷却室内，利用压缩空气继续循环冷却至200℃以下。

技术总结
一种利用三氧化二铬生产低氮低镓高收率高纯金属铬的方法，将三氧化二铬、铝粒、重铬酸钾混合均匀，分两批加入至真空冶炼设备的冶炼炉内；将第一批混合原料加入至所述冶炼炉内作为底料，加入引燃剂，将真空冶炼设备密闭，抽真空；启动点火器点燃引燃剂对冶炼炉内第一批混合原料进行点火，当第一批混合原料呈熔融状态时，第二批混合原料进行连续下料，直至全第二批部混合原料全部进入冶炼炉后，继续冶炼1min后，充保护气，开启真空泵抽真空，关闭真空泵，自然降温600℃以下；冷却仓内继续冷却至200℃以下，精整，得到低氮低镓高纯金属铬。优点是：成本低廉，工艺简单合理，通过一步法就可以获得低氮低镓高纯金属铬，且产品的收率高。且产品的收率高。且产品的收率高。


技术研发人员：李杰 王亮 金绍祥 刘飞 刘亚凤 高鹏鹤 文明 赵秀媛 张丹
受保护的技术使用者：中国中信集团有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15