[科普中国]-波伦法

波伦法(perrin process)是一种生产中、低碳铬铁的方法。亦称热兑法1。化学反应机理可分为用冷硅铬或用液态硅铬作还原剂实施炉外热兑法生产微碳铬铁是将铬矿、石灰按一定比热兑两种。依靠炉料的显热和反应热维持冶炼过程所需的高温。“波伦法 前主要反应是在炉外反应包内进行的。反应过程中放出太量的热，使熔体温度急剧上升并产生激烈的沸腾。

简介波伦法(perrin process)是一种生产中、低碳铬铁的方法。亦称热兑法1。化学反应机理可分为用冷硅铬或用液态硅铬作还原剂实施炉外热兑法生产微碳铬铁是将铬矿、石灰按一定比热兑两种。依靠炉料的显热和反应热维持冶炼过程所需的高温。“波伦法 前主要反应是在炉外反应包内进行的。反应过程中放出太量的热，使熔体温度急剧上升并产生激烈的沸腾。

优点波伦法是国外已普遍采用的冶炼微碳铬铁的新工艺。该工艺使用两台电炉分别熔炼硅铬合金与铬矿石灰熔体，然后在另一炉外反应器里相混合，依靠炉料的显热和反应热维持冶炼过程所需舶高温。波伦法同我国传统的电硅热法工艺相比，具有如下优点：

1.产品含碳量低

波伦法可以生产出现行硅铬堆底的传统电硅热法工艺(以下简称硅铬堆底法)难以生产舶含碳小于0.03%的优质微碳铬铁，并且产品的磷、硫、硅等有害元素含量明显降低；

2.铬回收率高

波伦法铬回收率可达90%上，终渣Cr2O3含量低于1%；

3.硅利用率高

硅铬合金单位消耗可比硅铬堆底法低70kg/t(实重)左右。

工艺流程波伦法的工艺流程如图1所示2。

各国铁合金厂波伦法冶炼微碳铬铁的情况1938年法国波伦(Perrin)研制成功不用电炉，仅在炉外铁水包内以硅质还原剂还原铬矿石灰熔体中的铬和铁来生产低碳铬铁的新方法。为此他提出了专利权，这就是以他的名字命名的“波伦法”，并流传到世界各国的铁合金厂。当时低碳铬铁含碳量仅为0.04-0.10%。

以后波伦法经过不断的改进，发展成为二步热兑法，它包括两台电炉，其中一台用于熔炼铬矿石灰熔体，另一台电炉用于熔炼硅铬铁，并组成闭路循环系统，使铬矿石灰熔体与液态硅铬铁进行热兑来生产低碳铬铁。这种方法四十至五十年代曾在法国，以后在英国和美国工业上应用过。

1960年瑞典铁合金公司。(现为特罗耳赫坦铁合金公司)花了两千万克朗的基建投资，建成了一个采用波伦法冶炼微碳铬铁的新车间为当时世界最大的微碳铬铁车间。新车间有一台三相电弧炉，其电压是150V，电流15000A，据此推算炉子容量约4000kVA。设计的年生产能力是1.5万吨微碳铬铁。该炉子后来又变成16000kVA。年生产能力增至2.3万吨。当时产品含C≤0.02%。所用炉料是一台总重360吨，直径2.6米，长60米的回转窑焙烧的铬矿石灰混合料，用重油加热，出窑温度约1000℃。该公司老车间年产铬铁l万吨，每班需50名工人操作。而新车间设计能力为1.5万吨，每班仅12名工人操作。

六十年代初在英国伦盖市某铁合金厂有容量均为6000kVA的电炉，其中两台电炉熔炼铬矿石灰熔体。炉型为加盖炉，并有倾动装置。另外两台电炉采用有渣法冶炼硅铬合金，其合金成分为：Si 45%，C 0.02-0.03%。铬矿石灰熔体从电炉流至铁水包内，往该包注入25% Si的二次硅铬合金。此二次硅铬合金是由Si 45%硅铬合金与贫渣(14% Cr2O3)热兑而得。这样就得到了含65-70% Cr，0.02-0.03% C的微碳铬铁。含14% Cr2O3的贫渣用Si 45%硅铬合金进一步还原之后变成含2-3%的废渣而弃掉 硅的有效利用率为98%，铬矿中铬的回收率为95%。铁水包系用白云石砌筑，铁水包衬的寿命可热兑25次。

1964年南非阿姆比公司 采用波伦法冶炼微碳铬铁的米德尔堡厂也正式投产。该厂共8台电炉，其中四台埋弧电炉熔炼硅铬合金，其电炉容量是一台3000kVA和三台7500kVA，电极直径是3英尺。炼好的硅铬合金注入几个铁水包中，当铁水包盛满以后，静置不长时间让熔体上面形成渣壳，因渣壳含碳甚高故予以抛弃，下面的熔体含碳相当低，含硅为55%，铬和铁为45%，将熔融状态硅铬合金注入锭模内使其冷却，然后破碎成1英寸的块度，用皮带运输机运往料库。另外四台电炉都是敞VI式电炉，容量都是7500kVA，电极直径是12英寸，用来熔化铬矿、石灰。当铬矿石灰熔体达到要求时，使炉子倾动，让熔体注入有耐火村的铁水包内，并将硅铬合金也加到铁水包内。为了保证反应充分，采用两个铁水包来回倒包，据认为这种方法有助于激烈放热反应中产生的热量放散出去。另外在适当时候还加入冷却剂，使包内熔体的温度降到进行浇铸时所要求的温度。采用一般铸铁机铸成锭块。所产生的微碳铬铁含铬较低，约55%，年生产能力约3万吨，95%供出口。

1964年7月南非帕尔迈特铬公司建成1台9000kVA 电炉，用于熔化铬矿、石灰，设计的年产量为1.5万吨微碳铬铁。到1995年，由于技术上的改进，年产量达到了2.3万吨微碳铬铁，后来叉增到2.7-2.8万吨。铬铁平均含铬70%。另一台电炉采用一步法冶炼硅铬合金，年生产能力达2.5万吨，硅铬合垒含硅43%，含铬40%。用锭模浇铸，冷却后破碎成1½英寸的块度。可见该厂是采用固体还原剂一步热兑生产微碳铬铁的，含碳量最低为0.015%，大约90%产品含碳在0.03%以下，约50%产品含碳在0.02%下。

1964年日本昭和电工公司、采用渡伦法工业规模生产微碳铬铁，其生产工艺包括四个阶段：第一阶段，用铬矿固态还原法生产高碳铬铁；第二阶段，用高碳铬铁、硅石和焦炭生产硅铬合金，熔融的硅铬合金送到第三阶段以前先在一台电炉中脱碳和脱磷 第三阶段，将第四阶段所产生的熔融中间渣在包中与硅铬合金混合，然后送摇动混合器中反应，得到废渣和中间硅铬台金；第四阶段，在电炉中熔炼的铬矿石灰熔体与中间硅铬合金在铁水包中混合，然后进摇动混合器中反应，得到微碳铬铁和中间渣。前者成为最终产品进行浇铸，后者送入第三阶段。每吨微碳铬铁电耗约2300kWh，年生产能力约2.4万吨。熔化铬矿石灰熔体所用电炉容量为10000kVA，年生产能力是1.5万吨3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学