CN103572057A - 空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，一次空气向高碳锰铁熔体中喷吹，不像喷吹氧气一样产生高温蒸发锰和损坏喷吹元件，且有强力的动力学搅拌脱碳彻底；二次空气向高碳锰铁熔体液面上喷吹燃烧一次空气吹炼产生的一氧化碳增加热量，多加锰矿来增加氧化锰固体氧利于脱碳和回收金属锰；三次空气与燃气一同向炉内喷吹燃烧提供外来热量提高炉温，有条件在氧化期多加锰矿和在还原期多加还原剂，并有条件增加一个精炼期同时加锰矿和还原剂来保证吹炼工艺操作和调整产品成分保证质量。

Description

空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺

技术领域：

本发明涉及锰铁冶炼工艺，用空气代替氧气吹炼高碳锰铁生产中低碳锰铁。

背景技术

现有中低碳锰铁的生产方法主要有以下三种，电硅热法、摇炉法和吹氧法。

电硅热法和摇炉法都是以硅锰合金为原料，锰矿为氧化剂，冶炼电提供热源生产中低碳锰铁。基本原理是还原剂硅锰合金和氧化剂锰矿在液态情况下发生氧化还原反应，硅锰合金中硅元素与锰矿氧化锰中的氧生成二氧化硅金进入熔渣中，金属熔体就成为中低碳锰铁。这两种法的缺点是消耗大量的冶炼电能，生产成本高；生产效率也比较低。电硅热法脱碳很困难，很难脱除硅锰合金中原有的含碳量。

吹氧法是以高碳锰铁熔体为还原剂原料，氧气为氧化剂。在吹炼炉中，氧气通过顶吹、底吹或者侧吹等方式冲击高碳锰铁熔体与其中的碳产生脱碳反应去除碳；吹炼过程中加入锰矿、石灰作为冷却剂和成渣剂；吹炼结束后加入一定量的硅锰合金还原熔渣中的氧化锰。吹氧生产中低碳锰铁的优点是不用外加热源，无冶炼电耗，高碳锰铁原料成本低，生产效率高。但是，吹氧法的缺点也是致命的。主要缺点是锰的吹炼损失大，其次是吹炼元件损坏严重。因为，高纯度的氧气，在高压下冲击熔体高碳锰铁，将产生2500℃左右的高温“火点”。“火点”处高温能迅速蒸发锰铁。特别是顶吹和侧吹熔体表面时，产生的锰蒸汽形成烟气损失掉，严重影响中低碳锰铁的品位和回收率。造成成品中低碳锰铁含锰量低、质量不稳定。

对于吹炼元件来讲，“火点”生产的高温是容易损坏的原因。例如氧气顶吹转炉的顶吹氧枪随时损坏是一个很难解决的问题。耐火材料制作的底吹、侧吹元件也存在侵蚀严重的问题。

吹氧法还有一个不足是氧气吹炼剧烈反应脱碳时产生的煤气没有得到很好的回收利用，白白浪费了大量一氧化碳煤气资源。

以上缺点是吹氧法生产中低碳锰铁工艺不能广泛被应用的根本原因。

发明内容

本发明旨在解决上述吹氧法工艺的缺点，提供一种空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，克服了“火点”高温造成锰损失大，元件损坏严重的缺点和解决回收煤气的问题。

本发明的内容是用空气代替纯氧气吹炼高碳锰铁生产中低碳锰铁，引入空气三次吹炼的概念，采用空气三次吹炼的方法如下：

第一股空气由吹炼炉底部的“下吹元件”向高碳锰铁熔体中喷吹，氧化高碳锰铁中碳产生脱碳反应，产生一氧化碳气体，称一次空气吹炼。

“下吹元件”是指安装在容器底部平面或者底部侧面的透气砖、环管、环缝或者顶部插入的浸入式喷枪。由于空气含氧量低，一次空气吹炼“火点”温度不像纯氧吹炼那样高，造成锰氧化和蒸发的损失小的多；对底吹元件来讲也不会造成严重的损坏。还因为一次空气吹炼“火点”埋在熔体中，“火点”周围高温熔体上升运动过程中，已经蒸发的锰气会被熔体吸收；被氧化的锰也会再被熔体中碳还原。一次空气吹炼产生的一氧化碳气和空气中的氮气推动熔体运动，起到动力学搅拌均匀熔体温度和成分的作用，同时氮气的存在降低了一氧化碳气分压，都是促进脱碳反应的因素。特别是在吹炼后期碳浓度比较低，脱碳反应取决于碳的传输速度时，一次空气吹炼动力学搅拌的作用更大。

一次空气吹炼过程中，必要时可向一次空气流加入锰矿粉，由一次空气为载体将锰矿粉喷入熔体中，起到降低温度和固体供氧加强脱碳、回收锰的作用。

一次空气吹炼后期或者结束时，允许部分和全部切换成惰性气体，起到搅拌熔体，促进还原期氧化锰还原反应效果。

总之，一次空气吹炼不仅不会有产生高温的不利因素，还有诸多的有利因素。

在一次空气吹炼的同时，第二股空气由吹炼炉的“上吹元件”向高碳锰铁熔体液面上部喷吹，燃烧一次空气吹炼产生的一氧化碳煤气回收煤气热能，称二次空气吹炼。

“上吹元件”是指吹炼炉侧面“风口”、烧嘴或者顶枪“喷嘴”等。二次空气吹炼的目的是回收煤气的热能提高炉温，多加锰矿形成高浓度氧化锰熔渣向熔体供固体氧促进脱碳反应和向熔体补充锰。

理论上，碳的二次燃烧比一次燃烧产生多一倍的热量。随着一、二次空气吹炼，熔体中碳完全燃烧，炉温很快升高；适时适量由“下吹元件”喷入锰矿粉或者由炉口投入锰矿来控制炉温；加入的锰矿作为固体氧参与熔体脱碳反应，产生更多的一氧化碳煤气能加强二次吹炼效果和给熔体补充金属锰。二次空气吹炼创造了加入更多锰矿的条件，使熔体和熔渣中氧化锰参与脱碳反应，抑制空气一次吹炼对熔体中锰的氧化，减少氧化损失。

空气一、二次吹炼过程中，有良好的动力学条件和热力学条件，不再需要很高的温度来强化脱碳反应。因此，可以把炉温控制在一个比较低的1450℃-1700℃范围内。吹炼前期控制下限，吹炼后期控制上限。在这个温度范围内，和高浓度氧化锰熔渣的覆盖，锰不会有蒸发损失，吹炼元件也不易损坏。

总之，二次空气吹炼创造了外加氧化锰的条件，抑制熔体锰的氧化；又提供固体氧促进脱碳，回收锰矿中锰。对整个吹炼过程和保证中低碳锰铁品位高、回收率高等指标高至关重要。

由吹炼炉“上吹元件”或者“底吹元件”向炉内同时喷吹空气和煤气，外供热源来升高炉温，称三次空气吹炼。

三次空气吹炼是空气吹炼中低碳锰铁的附属手段。主要目的是燃烧外供燃气提供热量，保证吹炼操作的正常进行。在一次吹炼吹前、一次吹炼吹前期和一次吹炼结束后，都可以进行三次吹炼操作。

作为附属手段，在一次吹炼前期和后期实施三次吹炼，作用是补充热量，提高炉温，多加锰矿促进脱碳和补充锰；在一次吹炼结束后的还原期实施三次吹炼作用是供应热量，多加还原剂、造渣剂来保证还原期效果；有必要时也可以增加一个精炼期，专门用三次吹炼来保证精炼温度，同时加锰矿和还原剂调整终点产品成分。

总之，三次吹炼能成为生产中低铁锰铁的保证手段，使得生产工艺可控制性好，产品质量可控制性好。使得生产工艺和产品质量都有可靠保障。

空气三吹炼生产中低碳锰铁，空气代替氧气吹炼，并不排除空气中添加氧气实现富氧空气吹炼的情况。空气中添加氧气的比例为：空气∶氧气＝1∶(0-0.5)。也可用吸附制氧法直接提供富氧空气。

本发明的空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，优点表现为如下几点：

1空气吹炼“火点”温度低，避免高温蒸发锰和损坏吹炼元件。

2一次空气吹炼气量大，动力学搅拌条件好，脱碳反应能进行的彻底。

3二次空气吹炼燃烧煤气增加热量熔化外加的锰矿，加强了热力学条件促进脱碳和回收锰。

4三次空气吹炼补充外来热量，加强还原期效果和增加精炼期，对工艺的稳定性和中低碳锰铁质量起到保证作用。

5空气代替氧气吹炼成本低，又回收利用了煤气热能，能大幅度降低生产成本。

发明的实施

本发明的上述目的是通过下面的技术方案实现的。

本发明提供一种空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，主要包括如下步骤：

高碳锰铁金属熔体、一定量的富锰矿和一定量的溶剂加入到吹炼炉中，先喷吹煤气和空气燃烧加热。当金属熔体和熔渣温度达到1500℃左右时，“下吹元件”开始向金属熔体中喷吹空气实施一次空气吹炼；随着温度进一步升高和碳元素大量氧化产生一氧化碳气体；“上吹元件”喷吹空气来燃烧一氧化碳煤气，实施二次空气吹炼；随着一、二次空气吹炼的进行，适时加入锰矿和溶剂来控制炉温在1450-1700℃范围内；在脱碳速度减小煤气浓度降低时，可以像炉内喷吹煤气和空气实施三次空气吹炼；当熔体中碳含量降低到0.5-1.5％的要求目标值范围时进入还原期吹炼，向炉内加入还原剂和溶剂造渣，并适时将“下吹元件”换成喷惰性气体，气体流量0.5-1NM³/t.min；完成还原期吹炼后停止供应空气，炉温降至1400℃以下时金属熔体和熔渣一起倒出。

上述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说“下吹元件”一次空气吹炼是指安装在容器底部平面或者底部侧面的透气砖、环管、环缝或者顶部插入的浸入式喷枪等向金属熔体中喷吹空气脱碳的吹炼；空气压力大于金属熔体静压力；空气流量5-20NM³/t.min；吹炼时间20-80分钟，切换成惰性气体时流量0.5-3NM³/t.min。

上述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说“上吹元件”二次空气吹炼是指熔炼炉侧面风口、烧嘴和炉顶可升降吹炼枪等“上吹元件”向金属熔体液面上部喷吹空气燃烧一次吹炼产生的一氧化碳气体的吹炼；空气压力大于500p压力；空气流量10-25NM³/t.min；吹炼时间40-60分钟。

上述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说三次空气吹炼是指分别或者同时向炉内喷吹空气和燃气来燃烧增加热量的吹炼；热量供应量为0-25MJ/t.min；三次空气吹炼作为辅助手段，可以任意选择是否在一、二次空气吹炼的开始前、结束后和一、二次空气吹炼的前期、后期实施三次空气吹炼操作。

上述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说随着一、二次空气吹炼的进行，适时加入锰矿和溶剂，加入量以控制温度升高为原则，同时增加固体供氧脱碳和增加熔渣中氧化锰浓度，加入方法由“下吹元件”喷入锰矿粉或者炉顶投入锰矿石。

上述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说向炉内加入还原剂和溶剂造渣，其还原剂指硅锰合金、硅钙合金、硅铁、碳化钙等；其溶剂指石灰、石灰石、白云石、萤石等；还原剂的加入量和控制造渣碱度大小，取决于如何再综合利用炉渣。

上述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说三次空气吹炼所用燃气包括高炉煤气、焦炉煤气、天然气和发生炉煤气等。

具体实施例

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释说明，下列实施例并不限制本发明的保护范围，所有基于本发明思想所做的修改和调整都属于本发明的保护范围。

实施例中原材料、产品化学组成为下表所列：

组元	TMn％	C％	Si％	CaO％	TFe％
						高碳锰铁	72-78	6-7
锰矿	45-55				＜7
						硅锰合金	65	1.5	17
生石灰				＞80
						中低碳锰铁	75-80	0.5-1.5	＜1

吹炼炉内径700毫米，高1.5米。提前加入富锰矿10-40公斤，石灰5-20公斤。由顶吹烧嘴喷入空气和高炉煤气燃烧，炉温到800-1200℃时接受锰铁水400-600公斤。接受锰铁水后继续加热炉内温度到1450℃左右，形成含氧化锰很高的熔渣后开始空气吹炼。炉底侧面10个直径10毫米的“风口”吹入一次空气，流量10NM³/min；炉顶喷枪吹入二次空气，流量15NM³/min，吹炼40-60分钟期间陆续加入锰矿石10-50公斤，石灰10-20公斤，控制温度在1450-1700℃范围内，前期控制下限，后期控制上限。随后一次空气吹炼切换成惰性气体5-20分钟，流量0.5-3NM³/min；同时加入硅锰合金10-40公斤。当炉温降到1400℃后熔体和熔渣一同倒出。化验中低碳锰铁符合上表所列，称量重量300-580公斤。

Claims (8)

1.一种空气三次吹炼生产中低碳锰铁新工艺，其特征在于：用空气氧化高碳锰铁生产中低碳锰铁，主要包括如下步骤：

高碳锰铁金属熔体和一定量的富锰矿、溶剂加入到吹炼炉内，向炉内喷吹煤气和空气燃烧加热，当金属熔体和熔渣温度达到1450℃左右时，“下吹元件”开始向金属熔体中喷吹空气实施一次空气吹炼；随着温度进一步升高和碳元素大量氧化产生一氧化碳气体；“上吹元件”开始喷吹空气来燃烧一氧化碳煤气，形成二次空气吹炼；随着一、二次空气吹炼的进行，适时加入锰矿和溶剂来控制炉温在1450-1700℃范围内；在脱碳速度减小一氧化碳气浓度降低时，可选择开始喷吹燃气和空气实施三次空气吹炼，当熔体中碳含量降低到0.5-1.5％的要求目标值范围时，向炉内加入还原剂和造渣溶剂进入还原期吹炼，并适时将一次吹炼空气切换成惰性气体，起到搅拌熔体的作用；完成还原期吹炼后，炉温降至1400℃以下时金属熔体和熔渣一起倒出。

2.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说“下吹元件”一次空气吹炼是指安装在容器底部平面或者底部侧面的透气砖、环管、环缝或者顶部插入的浸入式喷枪等“下吹元件”向金属熔体中喷吹空气脱碳产生一氧化碳的吹炼。

3.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说“上吹元件”二次空气吹炼是指熔炼炉侧面风口、烧嘴和炉顶可升降吹炼枪等“上吹元件”向金属熔体液面上部喷吹空气燃烧一氧化碳的吹炼。

4.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说“上吹元件”三次空气吹炼是指上吹元件分别或者同时向炉内喷吹空气和燃气来增加热量的吹炼；三次空气吹炼是辅助手段，可以任意选择是否在一、二次空气吹炼的开始前、结束后和一、二次空气吹炼的前期、后期实施三次空气吹炼操作。

5.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说随着一、二次空气吹炼的进行，适时加入锰矿来控制温度升高，同时增加固体供氧脱碳和增加熔渣中氧化锰浓度，加入方法由“下吹元件”喷入锰矿粉或者炉顶投入锰矿石。

6.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说向炉内加入还原剂和溶剂造渣，其还原剂指硅锰合金、硅钙合金、硅铁、碳化钙等；其溶剂指石灰、石灰石、白云石、萤石等；还原剂的加入量和控制造渣碱度大小，取决于如何再综合利用炉渣。

7.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说空气包括混入氧气比例不超过50％的富氧空气和由吸附法生产的富氧空气。

8.如权利要求1所述空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，所说三次空气吹炼所用燃气包括高炉煤气、焦炉煤气、天然气和发生炉煤气等。