CN104357616A

CN104357616A - 一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法

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Publication number: CN104357616A
Application number: CN201410690420.7A
Authority: CN
Inventors: 黄云; 张国栋; 张德国; 张凌义; 郭戌
Original assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: CN104357616B

Abstract

一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法，属于钢铁冶金铁水预处理技术领域。采用专用铁水罐装铁水放置在铁水倾翻运输车上，扒除高炉渣后喷吹CaO粉脱硫扒渣；根据选定生产高纯生铁等级，决定是否分步骤进行脱锰和脱磷处理。处理特级高纯生铁，程序设定首先进行脱锰扒渣处理后再进行脱磷处理。处理其他级别高纯生铁，则可以同时进行脱锰脱磷处理。脱锰是在喷吹CaO粉搅拌并加入氧化铁皮、硅砂，同时吹氧的情况下进行的，处理后必须扒渣以防回锰。脱磷过程也喷吹CaO粉搅拌，加入氧化铁皮同时吹氧，为了保碳降磷需要控制氧气喷入速度和枪位。可以生产杂质元素[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、[Mn]≤0.05％、[Ti]≤0.01％的铁水，满足铸造特级高纯生铁的要求。

Description

一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金铁水预处理技术领域，特别是公开了一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法，适用于高纯生铁冶炼生产。技术方案是采用普通原料和传统高炉操作生产铁水。

背景技术

近年来，随着我国铸造行业的快速发展，高纯生铁的需求量日趋增大。目前我国铸造用高纯生铁绝大部分都依赖进口，近几年国内少数铸造生铁冶炼企业通过控制原材料、调整高炉生产工艺及辅助其它手段，已经能够小批量生产此类产品。目前国内1吨高纯生铁价格比普通生铁价格高出200～300元左右，具有较为广阔的市场前景。

高纯生铁是一种磷、硫、锰、钛等有害杂质元素含量低，特定微量元素含量很少的高端铸件专用铁，主要用于风电铸件、核电铸件、高速铁路用铸件、有低温冲击韧度和疲劳性能要求的球铁铸件等。我国铸造协会制定的铸造用高纯生铁标准ZXB/T0001-2013规定牌号特级C04主要化学成分(重量％)如下表：

C	Si	Mn	P	S	Ti
						≥3.3	≤0.50	≤0.050	≤0.020	≤0.015	≤0.010

牌号一级C04主要化学成分(重量％)如下表：

C	Si	Mn	P	S	Ti
						≥3.3	≤0.50	≤0.150	≤0.030	≤0.020	≤0.030

而常规高炉铁水的成分(重量％)如下：

C	Si	Mn	P	S	Ti
						～4.5	～0.5	～0.6	0.05～0.08	0.025～0.06	～0.06

可见，要生产出符合标准的高纯生铁，必须对铁水进行预处理，减少锰、磷、硫、钛等杂质元素的含量。

目前高纯生铁生产工艺主要是控制原料和高炉低硅冶炼，专利1CN101775452A权利要求书1中说明要求：高炉原料选料需要球墨生铁高碱度烧结矿为65～70％、球墨生铁球团30～35％；高炉低硅冶炼Si在0.15～0.35％；炉前增硅，出铁需要吨铁增加1.8～2.5kg硅铁粉；炉前需要吨铁加工业碱2～4kg进行脱硫处理；最后通过铸铁机孕育处理生产如下成分的球铁：[C]4.3～4.6％、[Si]0.4～0.6％、[Mn]0.06～0.1％、[P]≤0.03％、[S]≤0.01％、[Ti]≤0.032％。专利2CN102912212A权利要求书1中说明要求：生产如下成分的高纯生铁：[C]3.9～4.5％、[Si]≤0.4％、[Mn]≤0.06％、[P]≤0.03％、[S]≤0.015％、[Ti]≤0.03％；其公开制备方法为权利要求4：需要控制烧结矿及冶金焦的S≤0.03％、P≤0.022％、TiO₂≤0.12％；其公开制备方法为权利要求5：要求低硅冶炼[Si]≤0.4％。其公开制备方法为权利要求6：要求烧结球团用铁精矿粉TFe≥66％、[SiO₂]≤8％、P≤0.01％、Ti≤0.02％。

本发明的优点及区别于前两个专利的特点，一是对高炉原料要求没有严格的限制，可以使用便宜的中高磷、硫矿，与采用低磷低硫优质原料比较可以降低90～100元/吨的高炉原料成本。二是高炉的运行操作变得简单，无需采取低硅冶炼、炉前增硅、脱硫等措施，可减低操作成本10～20元/吨；三是通过铁水喷吹预处理后的铁水成分进一步降低了杂质元素的含量，[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、[Mn]≤0.05％、[Ti]≤0.01％，生铁纯度标准可达到特级标准，增加了产品的附加值。四是本发明是在高炉出铁后使用同一装置对铁水进行喷吹CaO粉脱硫、喷吹CaO粉并加入氧化铁皮、硅砂，并同时吹入氧气，达到脱锰、脱磷、脱钛的目的；五是本发明利用同一套铁水预处理装置完成铁水脱硫、脱锰、脱磷、脱钛等功能，节省设备投资和车间占地；六是本发明综合生产成本在80～90元/吨，比上述两个专利方法综合生产成本降低20～30元/吨，具有较好的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法，采用普通原料和传统高炉冶炼铁水后，在铁水包内进行喷吹CaO粉脱硫、喷吹CaO粉并加入氧化铁皮、硅砂，并同时吹入氧气，达到脱锰、脱磷、脱钛的杂质来生产高纯生铁的方法。

其原理是：通过喷吹系统向铁水内喷吹脱硫、脱磷剂(CaO粉)、通过顶部加料系统添加氧化剂(氧化铁皮)、脱锰剂(硅砂)、通过氧枪对铁水进行吹氧，在合适的喷吹速度、加料速度、吹氧量、吹氧速度的情况下完成铁水脱硫、脱磷、脱锰、脱钛的目的，这些反应式如下：

脱硫反应式：

CaO+[S]+[C]＝CaS+Co

脱磷反应式：

2[P]+5(FeO)+3(CaO)＝(3Cao·P₂O₅)+5Fe

脱锰反应式：

[Mn]+1/2(O₂)＝MnO

[Mn]+(FeO)+(SiO₂)＝MnO.SiO₂+[Fe]

脱钛反应式：

[Ti]+(O₂)＝TiO₂

[Ti]+(FeO)＝TiO₂+[Fe]

实现本发明的载体设备包括：脱磷专用铁水罐、脱磷铁水倾翻运输车、扒渣系统、喷吹系统、顶部加料系统、吹氧系统、测温取样系统等。

本发明采用专用铁水罐装铁水放置在铁水倾翻运输车上，扒除高炉渣后喷吹CaO粉脱硫扒渣；根据选定生产高纯生铁等级，决定是否分步骤进行脱锰和脱磷处理。处理特级高纯生铁，程序设定首先进行脱锰扒渣处理后再进行脱磷处理。处理其他级别高纯生铁，则可以同时进行脱锰脱磷处理。脱锰是在喷吹CaO粉搅拌并加入氧化铁皮、硅砂，同时吹氧的情况下进行的，处理后必须扒渣以防回锰。脱磷过程也喷吹CaO粉搅拌，加入氧化铁皮同时吹氧，为了保碳降磷需要控制氧气喷入速度和枪位。脱钛总是伴随着脱锰和脱磷过程发生。可以生产杂质元素[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、[Mn]≤0.05％、[Ti]≤0.01％的铁水，满足铸造特级高纯生铁的要求。而且利用同一套铁水预处理装置完成铁水脱硫、脱锰、脱磷、脱钛等功能，节省设备投资和车间占地，综合生产成本在80～90元/吨，比传统方法综合生产成本降低20～30元/吨，具有较好的经济效益和应用前景。

本发明采用普通原料和传统高炉操作生产铁水；工艺过程为：

(1)采用满足铁水脱硫、脱锰、脱磷、脱钛净空要求(一般不低于1500mm)的专用铁水罐，将已称量的高炉铁水运至铁水倾翻运输车上，先对铁水进行高炉渣的扒除处理；

(2)扒渣完成后，对铁水进行测温取样，将铁水温度、重量、成分(Si、Mn、P、S、C、Ti的含量)输入到控制界面中的相关位置，程序首先自动设定脱硫喷吹参数，CaO粉剂喷吹速度30～90kg/min，开始脱硫喷吹处理。脱硫剂喷吹完成后，将脱硫渣进行扒除。

(3)脱硫渣扒渣完成后，再进行测温取样，并将测量结果输入到计算机中。根据选定生产高纯生铁等级，程序自动设定处理过程及脱锰、脱磷剂的喷吹量以及氧化铁皮、硅砂和氧气的吹入量。如设定处理特级高纯生铁，程序设定再分两步进行，第一步进行脱锰处理，第二步进行脱磷处理。设定完成后喷吹、加料、吹氧处理自动开始。处理过程中控制CaO粉剂喷吹速度在30～90kg/min的范围内、氧化铁皮和硅砂加料速度控制在30～85kg/min的范围内、吹氧流量控制在20～30Nm³/min。在喷吹的过程中为保证由于喷吹速度的波动造成铁水的喷溅和CaO粉剂的高利用率，喷吹速度应保持稳定。为此，在喷吹过程中采取控制喷吹罐内压力与喷吹管道内压力的压力差恒定(0.1～0.15MPa)的方式实现喷吹速度的稳定，达到低喷溅，高CaO粉剂利用率，低温降的目的。

(4)吹氧的过程中，在确保氧气具有较高的利用率的同时降低由于吹氧发生的脱碳的反应速度，达到保碳脱磷的目的，氧枪的枪位在距离铁水液面1.0～1.5米的范围。氧气的喷入速度控制在0.95～1.05马赫范围内，实现对铁水液面软吹，保证降碳在0.8％～1.0％以内。

(5)设定物料喷吹或加入完成后，喷枪、氧枪、加料系统停止工作。铁水倾翻运输车将铁水包倾翻，操作扒渣机进行扒渣处理；

(6)扒渣完成后，铁水倾翻运输车将铁水包回位。测温取样机构对处理完成后的铁水进行测温取样，等待返回取样结果，如满足处理要求则将铁水倾翻运输车开至吊包位，用天车将合格铁水吊至铸铁工序；如个别成分不符合要求，则再重复第(2)-(5)步骤。其工艺流程图如图1所示。

脱硫、脱磷、脱锰和脱钛操作在同一套装置内分阶段进行；首先喷吹脱硫，接下来根据产品的等级不同选择不同的脱锰脱磷阶段；生产特级高纯生铁时，喷吹脱硫后要单独进行脱锰扒渣处理，再进行脱磷脱钛处理；生产其他级别高纯生铁时，则同时进行脱锰、脱磷脱钛处理，无需再分两步。

通过铁水喷吹预处理后的铁水成分控制在：3.3％≤[C]≤3.8％，[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、[Mn]≤0.05％、[Ti]≤0.01％，达到特级生铁纯度标准，增加产品的附加值。

本发明是在高炉出铁后使用同一装置对铁水进行喷吹CaO粉脱硫、喷吹CaO粉并加入氧化铁皮、硅砂，并同时吹入氧气，达到脱锰、脱磷、脱钛的目的，节省了设备投资和车间占地；本发明综合生产成本比传统的采用精料和控制高炉操作工艺综合生产成本降低20～30元/吨，具有较好的经济效益和推广价值。

附图说明

图1为铁水喷吹预处理工艺流程图。

图2为铁水喷吹预处理载体设备。其中，CaO粉剂喷吹罐1、喷枪2、氧枪3、铁水倾翻运输车4、脱磷专用铁水包5、顶部加料系统6、下料皮带机7。

具体实施方式

下面结合具体实施实例详细介绍利用铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法。

实施例1(特级高纯生铁冶炼)：

(1)高炉采用普通原料传统操作冶炼铁水取样成分如下表：

C	Si	Mn	p	S	Ti
						4.14	0.31	0.32	0.068	0.027	0.052

(2)使用65t铁水罐5盛装铁水(铁水重量实时称量)，将已称量的铁水罐运至倾翻车4上，点击控制屏幕上的倾翻车至扒渣位(扒渣位与处理位为同一位置)按钮，倾翻车运行至扒渣位，随后扒渣操作人员操作倾翻车(操作按钮与扒渣机操作在同一操作台上)倾翻铁水罐50°，扒渣机进行扒渣操作。

(3)扒渣完成后，测温取样机构对铁水进行测温取样，将铁水温度(1335℃)、铁水重量(55t)、成分(C：4.14％；Si：0.31％；Mn：0.32％；P：0.068％；S：0.027％；Ti：0.052％的含量)及目标S成分要求(S：0.015)输入到控制界面中，程序自动设定脱硫喷吹参数：喷吹速度35kg/min、喷吹时间8min；喷吹完成后，再次进行扒渣操作。

(4)脱硫渣扒除后，进行第二次测温取样。根据返回结果(铁水温度：1315℃、成分C：4.14％；Si：0.31％；Mn：0.32％；P：0.068％；S：0.012％；Ti：0.052％的含量)，计算机自动设定脱锰参数，选择终点锰含量0.05％，喷吹速度35kg/min、喷吹时间15min；氧化铁皮(350kg)、硅砂(35kg)加入量和氧气的吹入量(380Nm³)，脱锰处理开始自动进行。在脱锰处理过程中，脱钛也进行。CaO粉从粉剂喷吹罐1中在载气的作用下以浓相输送的方式通过喷枪2喷入铁水中，对铁水进行搅拌并发生化学反应，喷吹处理时间为15min；喷吹处理开始延迟30s后，O₂开始通过氧枪3吹入铁水中，以提供气体氧和加热，氧枪枪位在距铁水液面1.0～1.5米的范围内根据反应情况进行调整，氧气流速为1.05马赫，吹氧时间12min；氧化铁皮和硅砂(SiO₂)通过顶部加料系统6下至皮带机7上，皮带机输送上述两种物料至铁水中。

(5)喷吹处理完成后，为防止渣的回锰产生，需对铁水进行扒渣处理。处理过程的步骤与(2)相同。

(6)脱锰扒渣完成后，操作工进行第三次测温取样。返回结果：铁水温度：1302℃；铁水成分：C：3.75％；Ti：0.015％；Mn：0.048％；P：0.035％；S：0.014％。由结果可以看出处理后铁水P、Ti含量还不满足要求，需要进行第二步脱磷脱钛处理。设定终点磷含量0.02％、终点钛含量0.01％；计算机自动计算喷吹参数：脱磷剂的喷吹速度35kg/min、喷吹时间18min；，以及氧化铁皮(550kg)加入量和氧气的吹入量(360Nm³)，脱磷处理开始自动进行。在脱磷处理过程中，脱钛也同时进行。当所有物料喷吹或加入完成后，脱磷处理过程自动停止。

(7)进行最后的扒渣和测温取样。

(8)测温取样后，返回结果：铁水温度：1312℃；铁水成分：C：3.34％；Ti：0.01％；Mn：0.048％；P：0.015％；S：0.014％。由结果可以看出处理后铁水P含量＜0.02％，C烧损0.8％，Mn含量＜0.05％,S含量＜0.015％，Ti含量≤0.01％，满足特级高纯生铁成分要求。

(9)将铁水吊运至铸铁工序进行铸铁。

实施例2(一级高纯生铁冶炼)：

(1)高炉采用普通原料传统操作冶炼铁水取样成分如下表：

C	Si	Mn	p	S	Ti
						4.3	0.21	0.42	0.058	0.037	0.053

步骤与实例一相同。

(3)扒渣完成后，测温取样机构对铁水进行测温取样，将铁水温度(1302℃)、铁水重量(52t)、成分(C：4.3％；Si：0.21％；Mn：0.42％；P：0.058％；S：0.037％；Ti：0.053％的含量)及目标S成分要求(S：0.02％)输入到控制界面中，程序自动设定脱硫喷吹参数：喷吹速度35kg/min、喷吹时间9.5min；喷吹完成后，再次进行扒渣操作。

(4)脱硫渣扒除后，进行第二次测温取样。根据返回结果(C：4.3％；Si：0.21％；Mn：0.42％；P：0.058％；S：0.018％；Ti：0.053％的含量)，计算机自动设定脱锰、脱磷剂的喷吹量(860kg)，以及氧化铁皮(650kg)、硅砂(65kg)加入量和氧气的吹入量(580Nm³)，脱锰、脱磷处理开始自动进行。在脱锰、脱磷处理过程中，脱钛也同时进行。CaO粉从粉剂喷吹罐1中在载气的作用下以浓相输送的方式通过喷枪2喷入铁水中，对铁水进行搅拌并发生化学反应，喷吹处理时间为20min；喷吹处理开始延迟30s后，O₂开始通过氧枪3吹入铁水中，以提供气体氧和加热，氧枪枪位在距铁水液面1.2～1.5米的范围内根据反应情况进行调整，氧气流速为1.05马赫，吹氧时间18min；氧化铁皮和硅砂(SiO₂)通过顶部加料系统6下至皮带机7上，皮带机输送上述两种物料至铁水中。

(5)步骤与实例一相同。

(6)扒渣处理完成后，操作工进行测温取样。返回结果：铁水温度：1308℃；铁水成分：C：3.45％；Ti：0.025％；Mn：0.13％；P：0.025％；S：0.018％。由结果可以看出处理后铁水P含量＜0.03％，C烧损0.85％，Mn含量＜0.15％,S含量＜0.02％，Ti含量＜0.03％，满足一级高纯生铁成分要求。

(7)步骤与实例一相同。

Claims

1.一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法，其特征在于，工艺步骤为：

(1)采用满足铁水脱硫、脱锰、脱磷、脱钛净空要求的专用铁水罐，将已称量的高炉铁水运至铁水倾翻运输车上，先对铁水进行高炉渣的扒除处理；

(2)扒渣完成后，对铁水进行测温取样，将铁水温度、重量、成分Si、Mn、P、S、C、Ti的含量输入计算机，程序首先自动设定脱硫喷吹参数，脱硫剂采用CaO粉剂，喷吹速度30～90kg/min。喷吹完成后扒除脱硫渣；

(3)脱硫渣扒渣完成后，再进行测温取样，并将结果输入到计算机中；当设定处理特级高纯生铁，程序设定再分两步进行，第一步进行脱锰处理，第二步进行脱磷处理；设定完成后喷吹、加料、吹氧处理自动开始；处理过程中控制CaO粉剂喷吹速度在30～90kg/min的范围内、氧化铁皮和硅砂加料速度控制在30～85kg/min的范围内、吹氧流量控制在20～30Nm³/min；在喷吹过程中采取控制喷吹罐内压力与喷吹管道内压力的压力差恒定0.1～0.15MPa的方式实现喷吹速度的稳定，达到低喷溅，高CaO粉剂利用率，低温降的目的；

(4)吹氧的过程中，氧枪的枪位在距离铁水液面1.0～1.5米的范围；氧气的喷入速度控制在0.95～1.05马赫范围内，实现对铁水液面软吹，保证降碳在0.8％～1.0％以内；

(5)设定物料喷吹或加入完成后，喷枪、氧枪、加料系统停止工作；铁水倾翻运输车将铁水包倾翻，操作扒渣机进行扒渣处理；

(6)扒渣完成后，铁水倾翻运输车将铁水包回位；测温取样机构对处理完成后的铁水进行测温取样，等待返回取样结果，当满足处理要求则将铁水倾翻运输车开至吊包位，用天车将合格铁水吊至铸铁工序；当成分不符合要求，则再重复第(2)—(5)步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：脱硫、脱磷、脱锰和脱钛操作在同一套装置内分阶段进行；首先喷吹脱硫，接下来根据产品的等级不同选择不同的脱锰脱磷阶段；生产特级高纯生铁时，喷吹脱硫后要单独进行脱锰扒渣处理，再进行脱磷、脱钛处理；生产其他级别高纯生铁时，则同时进行脱锰、脱磷、脱钛处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：通过铁水喷吹预处理后的铁水成分控制在：3.3％≤[C]≤3.8％，[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、[Mn]≤0.05％、[Ti]≤0.01％，达到特级生铁纯度标准。