CN100507019C - 含铬铁水脱硅工艺 - Google Patents

Abstract

含铬铁水脱硅工艺，包括如下步骤：1)将出铁后的含铬铁水经过挡渣或扒渣，渣铁分离后的含铬铁水装入保温炉，控制温度到1450～1600℃；2)通过喷枪，用含氧气体作载气，将固态脱硅剂吹入铁水进行脱硅处理，该脱硅剂的成分质量百分比为：烧结矿粉50～65%，石灰粉20～35%，萤石粉5～10%；含氧气体也作为气体氧化剂，气体流量1.5～2.1m³/h；所述的固态脱硅剂含氧量与气体氧化剂含氧量的质量之比为1～2；3)喷吹后，提起喷枪，扒除脱硅渣，脱硅结束，进入下一道工序。本发明能高效地对含铬铁水脱硅，使其满足脱磷对硅含量的要求，又使含铬铁水中的铬、碳元素的氧化量很少。

Description

含铬铁水脱硅工艺

技术领域

本发明属于铁合金冶炼工艺，涉及一种含铬铁水脱硅工艺。

背景技术

铁水预脱磷是降低钢中磷含量的重要措施，特别是在生产磷含量在双零水平以下的超低磷钢时，发挥着重要的作用。如果脱磷前不进行预脱硅处理，当加入富氧脱磷剂时，根据优先氧化的原理，脱磷剂中的氧首先与硅发生反应，生成的脱硅产物SiO₂又降低脱硅剂的碱度，降低其脱磷能力。因而，理想的脱磷需要以脱硅为前提。

碳热还原法生产含铬铁水的特点是温度高、碳含量高、硅含量高和含铬量高，并含有一定量的磷。就目前的技术水平，在不锈钢工业生产中当含铬量高于5％以上时还无法进行脱磷，要想把竖炉生产含铬铁水用作不锈钢生产原料，必须解决脱磷问题。当对含铬铁水实施氧化脱磷时，同样存在硅含量高时脱磷效率低的问题，要实施氧化脱磷必须预先脱硅，将含硅量降低到小于0.15％。

由于金属液中含有较高的铬和碳，并且温度高于普通铁水。在脱硅过程存在硅、铬、碳之间的竞争氧化问题。如何将含铬铁水中的硅含量降下去，减少铬、碳的氧化量，是含铬铁水脱硅过程中遇到的难题。

现有铁水脱硅工艺如中国专利申请96100860.1、85101003、96100860.1等，其全都是有关普通铁水、铸铁、铸钢的脱硅工艺或材料，不涉及含铬高达18～30以上的铁水脱硅工艺。

还有如日本专利申请JP9095721A，JP9003525A以及欧洲专利申请EP602540A1、EP 602540B1，其也不涉及含铬高达18～30以上的铁水脱硅工艺。

含铬高达18～30以上的铁水脱硅工艺是一项世界性难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种含铬铁水脱硅工艺，它能高效地对含铬铁水脱硅，使其满足脱磷对硅含量的要求，又使含铬铁水中的铬、碳元素的氧化量很少。

本发明通过设计合理的脱硅剂配方和脱硅工艺来达到脱磷对硅含量的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

含铬铁水脱硅工艺，包括如下步骤：

1)将出铁后的含铬铁水经过挡渣或扒渣，渣铁分离后的含铬铁水装入保温炉，控制温度到1450～1600℃；

2)通过喷枪，用含氧气体作载气，将固态脱硅剂吹入铁水进行脱硅处理，该脱硅剂的成分质量百分比为：烧结矿粉50～65％，石灰粉20～35％，萤石粉5～10％；含氧气体也作为气体氧化剂，气体流量1.5～2.1m³/h；所述的固态脱硅剂含氧量与气体氧化剂含氧量质量之比为1～2；

3)喷吹后，提起喷枪，扒除脱硅渣，脱硅结束，进入下一道工序。

进一步，所述的含氧气体为空气或氧气或上述气体与惰性气体的混合气体。

所述的固态脱硅剂碱度大于1.3。

又，保温炉采用工频或中频感应保温炉，如工频或中频短感应器保温炉。

喷吹用的喷粉罐在喷粉罐下段锥体接近出口部位采用帆布或多层致密金属网组成流态化段，形成局部流态化效果。

脱磷效率与铁水的硅含量密切相关，由于铁水中硅与氧的亲和力比磷强，当采用氧化法脱磷时，铁水中硅与磷的将发生竞争氧化，

[Si]+2[O]＝SiO₂                                    (1)

2[P]+5[O]＝(P₂O₅)                                  (2)

5[Si]+2(P2O5)＝4[P]+5(SiO₂)   ΔG0＝—318471—2.04T    (3)

当加入富氧脱磷剂时，根据优先氧化的热力学原理，脱磷剂中的氧将首先与硅发生反应，铁水中过高的硅含量必然会抑制磷的氧化，从而降低脱磷剂的脱磷效率，所以铁水进行脱磷预处理之前必须对铁水进行预脱硅处理。理想的脱磷需要适合的铁水硅含量为前提。脱硅是铁水预处理的一个重要环节，含铬铁水若要采用氧化法脱磷，也毫不例外地需要先进行预脱硅处理。

脱硅剂的加入方法主要有投撒法(Soft Feeding Method)和喷吹法(TopInjecting Method)两种。

投撒法的特点是脱硅剂靠自重落到铁水中，而喷吹法用载流气体以一定速度把脱硅剂喷人铁水中。这两种方法目前都有使用，比较而言，喷吹法所用脱硅剂粒度较小，并以一定速度喷入铁水中，脱硅剂与铁水接触面大，有利于脱硅反应进行，脱硅效率高，但工艺及设备相对复杂，但铁水升温较快对脱磷不利，又会使铁水中的铬、碳元素的氧化量增大；而投撒法铁水温度较低对脱磷有利，但脱磷速度及效率低。在一定条件下，不同脱硅剂加料方法的脱硅率、脱硅氧有效利用率不同。

实践表明，投撒法的脱硅率在25％～36％，脱硅氧有效利用率在24～38％。而采用压缩空气喷吹法的炉次，不论采用何种脱硅剂，脱硅率均可达到72％～88％，脱硅氧有效利用率在42～51％，这说明了压缩空气喷粉脱硅极大的改善了脱硅的动力学条件，增大了反应界面和接触面积，所以达到了更好的脱硅效果。

硅和氧之间有很强的亲和力，当对铁水进行预脱硅时，利用了硅和氧之间有很强亲和力的特点，通过向铁水加入含氧物质(固态或气态)，使[Si]发生氧化反应生成SiO₂进入渣中而脱除。气态氧化剂有空气和氧气，固态的主要是铁氧化物，当这些氧化剂进入铁水时，发生如下脱硅反应：[Si]+O₂＝(SiO₂)          $\mathrm{\Δ}{G}_2^o=-821780+221.16T(J/\mathrm{mol})---\left(4\right)$

[Si]+2/3Fe₂O₃(s)＝(SiO₂)+4/3Fe(l) $\mathrm{\Δ}{G}_3^o=-287800+60.38T(J/\mathrm{mol})---\left(5\right)$

[Si]+1/2Fe₃O₄(s)＝SiO₂)+3/2Fe(l) $\mathrm{\Δ}{G}_4^o=-275860+156.49T(J/\mathrm{mol})---\left(6\right)$

[Si]+2(FeO)＝(SiO2)+2[Fe]    $\mathrm{\Δ}{G}_5^o=-356020+130.47(J/\mathrm{mol})---\left(7\right)$

由于脱硅的热力学条件为：

1)脱硅反应均为放热反应，适当低的温度有利脱硅；

2)脱硅产物(SiO₂)为酸性氧化物，造碱性渣可降低其活度，有利脱硅。

从以上脱硅反应式来看，无论是固态的脱硅剂还是气态氧化剂脱硅，均为放热反应。但在实际生产中，气体氧化剂放热反应能使熔池温度升高，但冷态固态脱硅剂需升温熔化而吸热，因此采用固态脱硅剂会使熔池温度下降。

固态脱硅剂的碱度大于1.3，在渣中加入CaO、CaF₂，可改善渣的流动性、抑制泡沫化，又促进硅的氧化反应。

从碳热还原炉出来的铁水带出一定量的炉渣，对加入的脱硅剂的利用有一定影响，挡渣堰进行撇渣，在摆动溜槽后设工频或中频短感应器保温炉作为含铬铁水预处理反应器。采用工频或中频短感应器保温炉，其作用一可以保温，二可以弥补由于脱硅剂加入引起的热量不足，保证工艺顺利进行。另一方面还可起到缓冲作用，便于生产调度。

铁水进入反应器后进行脱硅处理。脱硅剂采用喷粉的方式加入，可以改善脱硅反应的动力学条件。用含氧气的空气作为喷粉载气，一方面可以降低载气成本，另一方面，其中的氧气可作为脱硅所需氧化剂的补充，减少固体脱硅剂的加入量。第三，固体脱硅剂的熔化过程是吸热的，导致熔池温度下降。而气体氧化剂脱硅是放热反应，可使熔池温度升高，只要二者比例适当，就可很好地控制熔池温度。

本发明的有益效果

采用本发明提供的含铬铁水脱硅工艺，就能有效地对含铬铁水脱硅，使其满足脱磷对硅含量的要求，而铬、碳的氧化量很少。

附图说明

图1为本发明含铬铁水脱硅工艺流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明含铬铁水脱硅工艺流程说明：

1)将出铁后的含铬铁水经过挡渣或扒渣(步骤101)，渣铁分离后的含铬铁水装入保温炉将渣铁分离后的含铬铁水装入工频或中频短感应器保温炉，调节温度，扒渣并取样铁水分析C\Si\Mn\Cr等元素成份；

2)将脱硅剂配方为烧结矿粉50～65％，石灰粉20～35％，萤石粉5～10％的脱硅剂装入喷粉罐；

3)将喷枪插入铁水，喷枪插入深度400mm，用空气作载气，将脱硅剂喷入铁水进行脱硅处理(步骤102)；

4).喷吹15分钟后，提起喷枪，扒除脱硅渣(步骤103)，脱硅结束，扒渣并取铁水样分析脱硅处理后的C\Si\Mn\Cr等元素成份，铁水进入下一道工序使用(步骤104)。

实施例1：

1.将30吨含铬铁水装入工频短感应器保温炉，调节温度到1520℃，铁水成分如下：

 

元素	C	Si	Mn	Cr
					％	4.32	0.70	0.98	25.99

2.将配方为烧结矿粉50～65％，石灰粉20～35％，萤石粉5～10％的脱硅剂1600kg装入喷粉罐。

3.将喷枪插入铁水，喷枪插入深度400mm，用空气作载气，将脱硅剂喷吹入铁水进行脱硅处理。粉料流量为105kg/min。

4.喷吹15分钟后，提起喷枪，扒除脱硅渣，脱硅结束，进入下一道工序。脱硅处理后的铁水成分如下表所示。

 

元素	C	Si	Mn	Cr
					％	3.94	0.10	0.86	24.34

脱硅率达到85.7％，终点铁水硅含量<0.15，已可满足脱磷对铁水硅含量的要求。

实施例2

1.将30吨含铬铁水装入工频短感应器保温炉，调节温度到1500℃，铁水成分如下：

 

元素	C	Si	Mn	Cr
					％	4.21	0.81	1.03	25.42

2.将脱硅剂配方为烧结矿粉50～65％，石灰粉20～35％，萤石粉5～10％的脱硅剂1650kg装入喷粉罐。

3.将喷枪插入铁水，喷枪插入深度400mm，用空气作载气，将脱硅剂喷入铁水进行脱硅处理。粉料流量为106kg/min，气体流量36Nm³/min。

4.喷吹15分钟后，提起喷枪，扒除脱硅渣，脱硅结束，进入下一道工序。脱硅处理后的铁水成分如下表所示。

 

元素	C	Si	Mn	Cr
					％	3.90	0.14	0.95	24.5

脱硅率达到82.7％，终点铁水硅含量<0.15，已可满足脱磷工艺对铁水硅含量的要求。

Claims (5)

1.含铬铁水脱硅工艺，包括如下步骤：

1)将出铁后的含铬铁水经过挡渣或扒渣，渣铁分离后的含铬铁水装入保温炉，控制温度到1450～1600℃；

2)通过喷枪，用含氧气体作载气，将固态脱硅剂吹入铁水进行脱硅处理，该脱硅剂的成分质量百分比为：烧结矿粉50～65％，石灰粉20～35％，萤石粉5～10％；含氧气体也作为气体氧化剂，气体流量1.5～2.1m³/h；所述的固态脱硅剂含氧量与气体氧化剂含氧量的质量之比为1～2；

3)喷吹后，提起喷枪，扒除脱硅渣，脱硅结束，进入下一道工序。

2.如权利要求1所述的含铬铁水脱硅工艺，其特征是，所述的含氧气体为空气或氧气或上述气体与惰性气体的混合气体。

3.如权利要求1所述的含铬铁水脱硅工艺，其特征是，所述的固态脱硅剂碱度大于1.3。

4.如权利要求1所述的含铬铁水脱硅工艺，其特征是，保温炉采用工频或中频感应保温炉。

5.如权利要求1所述的含铬铁水脱硅工艺，其特征是，喷吹用的喷粉罐在喷粉罐下段锥体接近出口部位采用帆布或多层致密金属网组成流态化段，形成局部流态化效果。

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