CN101157962A

CN101157962A - 氧化法超纯生铁的生产工艺

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Publication number: CN101157962A
Application number: CNA2007101396947A
Authority: CN
Inventors: 闫晓峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明公开了一种氧化法超纯生铁的生产工艺，包括钒钛铁水处理和非钒钛普通生铁铁水处理两种工艺，可使铁水在补充成分前的C、Si、Mn、P、S、Ti、V、Cr、Mo、Cu、Ni、Bi、Sn、Pb、Sb、Zn各种成分的含量均达到最佳值，根据需要补充成分后的铁水可采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接铸块，也可对铁水中所含成分进行调整，生产出不同成分含量、不同铸造产品需要的超纯生铁，解决了生铁中成分达不到要求含量的问题，满足了国内对各种高端铸件原材料的需求，成本虽高于国内，但低于国外价格30％，极具竞争优势，不需要进口优质铁粉生产优质生铁，既使国家节约了外汇，又弥补了国内的空白。

Description

氧化法超纯生铁的生产工艺

技术领域：

本发明涉及一种用于铸造的生铁原料的生产工艺，特别是涉及一种氧化法超纯生铁的生产工艺。

背景技术：

目前，由于国外市场的需求和铸件标准的不断提高，使国内铸造业逐渐开始从低端铸件向高端铸件发展，同时国内汽车、风电、化工、高速列车等行业的发展和巨大需求也给中国铸造业的铸件产品进入高附加值的高端市场创造了条件。现在，国内铸造业在熔炼设备、铸造设备、铸造工艺、合金材料、涂料、固化剂等方面都已具备了生产高端铸件的条件，但是符合生产要求的生铁原料的供给成为制约这一发展的瓶颈。国内厂家需通过采购优质低磷、低硫、低钛铁粉通过高炉低温冶炼的方式生产优质生铁，这种生产方式无法做到生铁中成分达到Ti＜0.010％、P＜0.020％、Mn＜0.025％，无法满足中国铸造业的高端铸件原材料要求，超纯生铁分为：A型石墨灰铸铁铸件用超纯生铁、D型石墨灰铸铁铸件用超纯生铁、低温等高使用性能铸态使用的球墨铸铁铸件用超纯生铁和ADI(等温淬火球墨铸铁)用球墨铸铁铸件用超纯生铁。由于我国的生铁普遍存在杂质性元素超标的问题，使得国内铸造企业不得不从南非、加拿大等国进口超纯生铁来满足生产的需要，因此既提高了产品的加工成本，又延长了供货周期。

发明内容：

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种氧化法超纯生铁的生产工艺，采用该工艺生产的生铁，可满足铸造产品对铸铁成分的要求，使超纯生铁的成分与国外同类产品相比更具实用性，可大大降低超纯生铁的生产成本，提高生产效率，缩短供货周期，且生产工艺合理，本发明所采取的技术方案如下：

方案一、钒钛铁水处理方式包括出铁、脱硅、脱钒钛、脱硫、脱磷、补充成分、水平连铸铸铁(或其他铸造工艺)型材铸造成型或铸块，出炉铁水中含有C、Si、Mn、P、S、Ti、V、Cr、Mo、Cu、Ni，其特征在于：(1)脱硅：将脱硅剂直接加入出铁沟，随铁水流入铁水包或罐进行反应，铁水处理温度为1320℃；(2)脱钒钛：采用氧气或空气顶吹或侧吹工艺进行提钒，吨铁水用氧量为50～60标准立方米，反应温度1350～1400℃；(3)脱硫：吹炼完的铁水出炉温度大于1330～1390℃，中频炉加热至1500℃入连续脱硫包进行脱硫，脱硫剂采用钙系脱硫剂，用氮气作载气将脱硫剂送入铁水下一米，脱硫剂消耗量20公斤/吨，氮气消耗12.5-14标准立方米；(4)脱磷：采用低磷铁矿粉和低磷焦炭使铁水成分中含磷量小于0.035％，在脱硫后的铁水加入冷料、脱磷剂，入铁水包脱磷，反应温度1250°～C 1300℃，每吨铁水需氧量为2-5标准立方米；(5)经上述工艺处理后的铁水，其所含各成分的含量分别为：C3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P 0.022～0.035％、S 0.006～0.025％、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0.045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，其中的P、S、Ti、V可根据要求确定达到上限或下限；(6)根据需要对铁水中所含成分进行调整；(7)采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接进行铸块，形成生铁坯料。

在上述脱硫工艺中，如选用电弧炉加热直接用铁水包接铁，可将增碳剂加至铁水表面，按铁水增碳量和增碳时60％吸收率计算用量，在上面加入脱硫剂利用电弧搅拌和还原环境脱硫；

方案二、非钒钛普通生铁铁水处理方式包括出铁、脱硅、脱钒钛铬磷等氧化环境可氧化脱出元素、脱硫、补充成分、水平连铸铸铁(或其他铸造工艺)型材铸造成型或铸块，出炉铁水中含有C、Si、Mn、P、S、低Ti、低V、低Cr、Mo、Cu、Ni，其特征在于：(1)高炉铁水：采用低P低S等低杂质元素含量的原燃料冶炼，铁水成份：C 4.3％、Si 0.4～0.877％、Mn 0.040～0.1％、P 0.028～0.07％、S 0.030～0.07％、Cr 0.030～0.05％、Ti 0.015～0.2％、V 0.030～0.15％；(2)预脱硅：在出铁流沟处加透气砖，向铁水表面吹加氧气，吨铁水消耗氧气1～2标准立方米，冲入法冲入脱硅剂(转炉炉尘和烧结返矿)，铁水成份：C4.3％、Si 0.05～0.1％、Mn 0.040～0.1％、P 0.028～0.07％、S 0.030～0.07％、Cr 0.030～0.05％、Ti 0.015～0.2％V 0.030～0.15％；(3)氧化法脱杂质元素：将预脱硅后的铁水合入转炉，加入冷料及脱磷剂，吹氧脱磷，控制氧量L＝5-8m3/t，控制温度1300℃+25℃，将一次渣炉倒出后，二次吹氧提温至1350℃-1400℃脱去Si、Mn、Ti、Cr、V等杂质元素；(4)超纯生铁：吹炼后的铁水倒入包中，并在包内加脱氧剂，扒净表面渣，向包内喂丝钝Mg芯丝，脱硫，二次扒渣，取样检测成份，成分可达到：C 3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P 0.022～0.035％、S 0.006～0.025％、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0.045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，其中的P、S、Ti、V可根据要求确定达到上限或下限(5)根据需要对铁水中所含成分进行调整；(6)采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接进行铸块，形成生铁坯料。

与现有技术相比，本发明解决了生铁中成分达不到所要求含量的问题，可使Ti＜0.010％、P＜0.020％、Mn＜0.025％，满足了中国铸造业对高端铸件原材料的要求，其生产成本虽高于国内优质生铁，但低于国外价格30％，极具竞争优势，不需要进口优质低磷、低硫、低钛铁粉生产优质生铁，不仅使国家节约了外汇，也弥补了国内的空白。

具体实施方案：

方案一、钒钛铁水处理方式包括出铁、脱硅、脱钒钛、脱硫、脱磷、补充成分、水平连铸铸铁(或其他铸造工艺)型材铸造成型或铸块，出炉铁水中含有C、Si、Mn、P、S、Ti、V、Cr、Mo、Cu、Ni，(1)脱硅：将脱硅剂直接加入出铁沟，随铁水流入铁水包(或罐)进行反应，铁水处理温度为1320℃左右，铁水沟有落差，脱硅剂从高点加入，并在过落差点后一段距离设置撇渣器，将脱硅渣分离；当铁水温度不足时，可在铁水表面用氧枪喷氧，每吨铁水氧气用量(标态)1.4～1.5立方米，由于铁水成分差别很大，脱硅剂成分差别也很大，用量及加入形式必须具体计算，同时和操作相结合，确定出适合的脱硅剂，并严格按照操作规程控制用量和反应时间；(2)脱钒：采用氧气或空气顶吹或侧吹工艺进行提钒，吨铁水用氧量为50～60标准立方米，反应温度1450～1470℃，并根据现场反应温度的变化，适量加入烧结球团、返矿粉或轧钢铁皮进行调整，吹炼反应后的铁水中除硅、钼、钨、铝量通过直读光谱仪检测不出来外，其他元素降低量为碳25％、锰80％、铬75％、铜30％、镁50％、钒90～98％，磷和硫基本上无变化；(3)脱硫：吹炼完的铁水出炉温度大于1450℃，入连续脱硫包进行脱硫，脱硫剂采用钙系脱硫剂，用氮气作载气将脱硫剂送入铁水下一米，氮气可起到搅拌的作用，增加铁水与脱硫剂接触面积，提高脱硫效率，脱硫剂消耗量20公斤/吨，氮气消耗12.5-14标准立方米，如果铁水余钒还高，可使用苏打系脱硫剂，以便后段磷、钒共脱，防止钙离子对钒渣质量的影响；此外，硅含量要求＜0.15％时，使用石灰系脱硫剂处理；硅含量要求＜0.1％时，应使用苏打系脱硫剂处理；对于高钒钛铁水处理后的钒渣用做生产五氧化二钒或钒铁合金的必须使用苏打系处理剂，不许存在钙离子，否则无法进行湿法冶金，钙系脱硫剂包括：CaCO3＞80，CaF25-9，SiO2＜3，烧碱小于1％；钠系脱硫剂(苏打)为Na2CO3；在选用电弧炉加热的工艺上可将增碳剂加至铁水表面，按铁水增碳量和增碳时60％吸收率计算用量，在上面加入脱硫剂利用电弧搅拌和还原环境脱硫；(4)采用低磷铁矿粉和低磷焦炭终铁水成分中含磷量小于0.035％，同时客户没有特殊要求的可以不进行脱磷处理，但铁矿粉和焦炭原料成分多样不稳定需脱磷：在脱硫后的铁水加入冷料、脱磷剂，入铁水包脱磷，反应温度1250°～C 1300℃，每吨铁水需氧量为2-5标准立方米；硅含量要求＜0.15％时，使用石灰系脱硫剂处理，硅含量要求＜0.15％时，使用石灰系脱磷处理剂，若硅量高于此值，脱硅剂先用于脱硅而不能脱磷，不利于脱磷渣碱度CaO/SiO2＝3.5～6和脱磷剂利用率。对于高钒钛铁水处理后的钒渣用做生产五氧化二钒或钒铁合金的必须使用苏打系处理剂，不许存在钙离子否则无法进行湿法冶金。具有脱磷作用的物料包括：石灰、扎钢皮、烧结粉，苏达等，助溶剂有莹石、氯化钙等；(5)经上述工艺处理后的铁水，其所含各成分的含量分别为：C 3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P 0.022～0.035％、S 0.006～0.025％、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0 045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，其中的P、S、Ti、V可根据客户要求确定达到上限或下限，除Bi、Sn、Pb、Sb、Zn由中国钢铁研究总院国家材料测试中心检测结果外，其余可用F20直读光谱检测数据；(6)成分调整：根据需要对铁水中所含成分进行调整；(7)采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接进行铸块，形成生铁坯料。

方案二、非钒钛普通生铁铁水处理方式包括出铁、脱硅、脱钒钛铬磷等氧化环境可氧化脱出元素、脱硫、补充成分、水平连铸铸铁(或其他铸造工艺)型材铸造成型或铸块，出炉铁水中含有C、Si、Mn、P、S、低Ti、低V、低Cr、Mo、Cu、Ni，(1)高炉铁水：采用低P低S等低杂质元素含量的原燃料冶炼，铁水成份：C 4.3％、Si 0.4～0.877％、Mn 0.040～0.1％、P 0.028～0.07％、S 0.030～0.07％、Cr 0.030～0.05％、Ti 0.015～0.2％、V 0.030～0.15％；(2)预脱硅：在出铁流沟处加透气砖，向铁水表面吹加氧气，吨铁水消耗氧气1～2标准立方米，冲入法冲入脱硅剂(转炉炉尘和烧结返矿)，铁水成份：C4.3％、Si0.05～0.1％、Mn 0.040～0.1％、P 0.028～0.07％、S 0.030～0.07％、Cr 0.030～0.05％、Ti 0.015～0.2％V 0.030～0.15％；(3)氧化法脱杂质元素：将预脱硅后的铁水合入转炉，加入冷料及脱磷剂，吹氧脱磷，[控制氧量为L＝5-8m3/t，控制温度为1300℃+25]，将一次渣炉后倒出，二次吹氧提温至1350℃-1400℃脱去Si、Mn、Ti、Cr、V等杂质元素；(4)超纯生铁：吹炼后的铁水倒入包中，并在包内加脱氧剂，扒净表面渣，向包内喂钝Mg芯丝脱硫，二次扒渣，取样检测成份，成分可达到：C 3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P0.022～0.035％、S 0.006～0.025％、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0.045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，其中的P、S、Ti、V可根据客户要求确定达到上限或下限(5)根据需要对铁水中所含成分进行调整；(6)采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接进行铸块，形成生铁坯料。

经本发明所述工艺处理后的铁水，其所含各成分的含量分别为：

C 3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P 0.022～0.035％(根据客户要求确定达到上限或下限)、S 0.006～0.025％(根据客户要求确定达到上限或下限)、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％(根据客户要求确定达到上限或下限)、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0.045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，通过在电炉内调整成分，可形成所需的不同成分的超纯生铁型材或坯料。

(一)A型石墨灰铸铁型材或坯料

C2.9～3.4％根据要求加入增碳剂进行调整。

Si1.8～2.0％根据要求加入硅铁进行调整。

Mn0.5～0.8％根据要求加入锰铁进行调整。

P＜0.030％根据要求进行调整

S 0.05～0.06％

Ti＜0.01％

(二)D型石墨灰铸铁型材或坯料

C3.4～3.6％根据要求加入增碳剂进行调整。

Si1.8～2.3％根据要求加入硅铁进行调整。

Mn0.2～0.3％根据要求加入锰铁进行调整。

P 根据要求进行调整，

S 0.008～0.012％。

(三)、低温等高使用性能铸态使用的球墨铸铁型材或坯料

C3.0～4.0％根据要求加入增碳剂进行调整。

Si1.2～1.8％根据要求加入硅铁进行调整。

Mn＜0.025％

P＜0.020％根据要求进行调整

S＜0.012％ TiTi＜0.010％

其他杂质性元素为痕量级不会影响铸造性能。

(四)、ADI(等温淬火球墨铸铁)用球墨铸铁型材或坯料

C3.0～4.0％根据要求加入增碳剂进行调整。

Si1.2～1.8％根据要求加入硅铁进行调整。

Mn＜0.025％

P＜0.020％根据要求进行调整

S＜0.012％Ti＜0.010％

其他杂质性元素为痕量级不会影响铸造性能。

Claims

1.一种氧化法超纯生铁的生产工艺，包括出铁、脱硅、脱钒钛、脱硫、脱磷、补充成分、水平连铸铸铁型材铸造成型或铸块，也可采用其他铸造工艺，出炉铁水中含有C、Si、Mn、P、S、Ti、V、Cr、Mo、Cu、Ni，其特征在于：(1)将脱硅剂直接加入出铁沟，随铁水流入铁水包或罐进行反应，铁水处理温度为1320℃；(2)采用氧气或空气顶吹或侧吹工艺进行提钒，吨铁水用氧量为50～60标准立方米，反应温度1350～1400℃；(3)吹炼完的铁水出炉温度大于1330～1390℃，中频炉加热至1500℃入连续脱硫包进行脱硫，如选用电弧炉加热直接用铁水包接铁，脱硫剂采用钙系脱硫剂，用氮气作载气将脱硫剂送入铁水下一米，脱硫剂消耗量20公斤/吨，氮气消耗12.5-14标准立方米；在选用电弧炉加热的工艺上可将增碳剂加至铁水表面，按铁水增碳量和增碳时60％吸收率计算用量，在上面加入脱硫剂利用电弧搅拌和还原环境脱硫；(4)采用低磷铁矿粉和低磷焦炭使铁水成分中含磷量小于0.035％，在脱硫后的铁水加入冷料、脱磷剂，入铁水包脱磷，反应温度1250°～C 1300℃，每吨铁水需氧量为2-5标准立方米；(5)经上述工艺处理后的铁水，其所含各成分的含量分别为：C 3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P 0.022～0.035％、S 0.006～0.025％、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0.045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，其中的P、S、Ti、V可根据客户要求确定达到上限或下限；(6)根据需要对铁水中所含成分进行调整；(7)采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接进行铸块，形成生铁坯料。

2.一种氧化法超纯生铁的生产工艺，包括出铁、脱硅、脱钒钛铬磷等氧化环境可氧化脱出元素、脱硫、补充成分、水平连铸铸铁型材铸造成型或铸块，也可采用其他铸造工艺，出炉铁水中含有C、Si、Mn、P、S、低Ti、低V、低Cr、Mo、Cu、Ni，其特征在于：(1)高炉铁水：采用低P低S等低杂质元素含量的原燃料冶炼，铁水成份：C 4.3％、Si 0.4～0.877％、Mn 0.040～0.1％、P 0.028～0.07％、 S 0.030～0.07％、Cr 0.030～0.05％、Ti 0.015～0.2％、V 0.030～0.15％；(2)预脱硅：在出铁流沟处加透气砖，向铁水表面吹加氧气，吨铁水消耗氧气1～2标准立方米，冲入法冲入脱硅剂，铁水成份：C 4.3％、Si 0.05～0.1％、Mn 0.040～0.1％、P 0.028～0.07％、S 0.030～0.07％、Cr 0.030～0.05％、Ti 0.015～0.2％V 0.030～0.15％；(3)氧化法脱杂质元素：将预脱硅后的铁水合入转炉，加入冷料及脱磷剂，吹氧脱磷，控制氧量L＝5-8m3/t，控制温度1300℃+25℃，将一次渣炉倒出后，二次吹氧提温至1350℃-1400℃脱去Si、Mn、Ti、Cr、V等杂质元素；(4)超纯生铁：吹炼后的铁水倒入包中，并在包内加脱氧剂，扒净表面渣，向包内喂钝Mg芯丝，脱硫，二次扒渣，取样检测成份，成分可达到：C 3.066～3.6％、Si 0.000％、Mn＜0.021％、P0.022～0.035％、S 0.006～0.025％、Ti＜0.000％、V 0.013～0.047％、Cr＜0.016％、Mo0.000％、Cu0.010％、Ni0.01～0.045％、Bi＜0.00005％、Sn＜0.0005％、Pb＜0.0005％、Sb＜0.0005％、Zn＜0.005％，其中的P、S、Ti、V可根据客户要求确定达到上限或下限(5)根据需要对铁水中所含成分进行调整；(6)采用水平连铸铸铁型材工艺铸成各种型材或直接进行铸块，形成生铁坯料。