一种应用于感应炉铸造的自热含碳球/块
技术领域:
本发明属于铸造领域,涉及一种应用于感应炉铸造的自热含碳球/块。
技术背景:
随着工业化程度日益提高,废钢作为铸造原料的作用日益增强,但大量的廉价“铁屑”因为成分波动大而难以被用于铸造生产,资源浪费严重。优质废钢虽然性质优良,但价格较高。现有技术已经可以将铁屑作为铸造原料,但由于铁屑成分复杂,熔炼出的铁水质量波动大,故只能将其与优质废钢共用来降低铁水的质量波动。
中国发明专利CN1818085A公开了一种利用废硅铁、锰铁屑熔炼铸铁的工艺方法:将废硅铁屑和废锰铁屑与水玻璃、电石渣、水泥等按一定配比经粉碎、筛选、添加辅料、混和、压块、风干等工艺方法制成干块料。再将上述干块料按一定比例送入熔炼炉中按常规炼铁工艺熔炼铁水。
中国发明专利CN101892415B公开了一种利用废铁屑废钢生产铸件的方法:在感应电炉底部铺设一层铁屑,并加注炉底增碳剂;再加入回炉料,用铁屑填充缝隙,然后加入废钢,再用铁屑填充废钢之间的缝隙。
中国发明专利CN102134625A公开了一种利用中频电炉熔炼铁屑压块生产铸件的方法。炉料由下述质量百分含量的原料组成:铁屑块10%~60%,废钢0~50%,回炉料20%~30%,其余为生铁。该发明在铁屑压制成块的过程中,不加入任何添加剂,是靠机械压力将散装铁屑冷压成型,压制好的铁屑块按规则比例进行炉料配制,并按顺序加入中频电炉内熔炼。
本发明提供了一种含铁屑(颗粒或薄片)的自热含碳球/块,可以直接用于感应炉铸造。自热含碳球/块熔炼产生的铁水质量稳定,可以显著提高铁屑利用价值和铸件质量。
本发明与现有铁屑利用技术的差别主要体现在:
(1)原料。现有技术以铁屑或废钢作为原料,而本发明使用铁矿石、固体碳和铁屑作为原料,摆脱了对铸造生铁、废钢等优质金属炉料的依赖;
(2)铁水质量。现有技术可以将铁屑用于铸造生产,但不能从根本上消除铁屑成分波动对铁水质量的影响。本发明采用将铁矿石和铁屑混匀制备球/块,混匀工序本身就能降低铁屑成分波动,且铁矿石还原、熔化产生的铁水比较纯净,可通过稀释作用进一步降低铁水的成分波动,提高铁水质量;
(3)铁水收得率。铁屑堆密度小、比表面积大。熔炼过程中炙热的铁屑表面容易与氧气接触而氧化,形成大量含铁炉渣、降低铁水收得率。而本发明将破碎后的铁屑包裹于球/块内部,可以降低铁屑与氧气的接触机率。且球/块内部的固体碳可使炉膛内部形成还原性气氛,最大限度地减少铁屑氧化现象,从而提高铁水收得率;
(4)有害元素。铁屑成分复杂,S、P等有害元素含量高。将破碎后的铁屑压制成高密度球/块,有利于强化有害元素与碳酸钙之间的相互作用,进而强化脱除反应。将铁屑碎片与碳酸钙等S、P脱除剂充分混匀造块,可以获得比现有的散装铁屑和铁屑压块更高的S、P脱除率,降低铸件中的有害元素含量。
含碳球/块通常被视为一种潜在的炼铁原料,可用于生产生铁,后者再做为铸造炉料。中国发明专利CN 103805729A报道了一种利用转底炉生产低硫生铁的方法,以低品位铁矿粉、碳质还原剂、石灰石等为原料造球,在转底炉内实现铁元素还原和渣铁分离,出料后经过筛分、磁选等工序得到高品质珠铁。
中国发明专利CN 102978385A公开了一种高炉用含碳球/块,将烧结机头电除尘灰、高炉瓦斯泥、炉前矿槽除尘灰和无钙铬渣作为球/块组分使用,用于高炉炼铁。
中国发明专利CN102471812B公开了一种用于制造还原铁的移动炉床炉的原料而使用的含碳球/块,属于冶金领域。其中,球/块中SiO2、Al2O3、CaO和MgO的合计含量为7~15%(质量分数,下同),MgO含量为0.1~6%,Al2O3/SiO2的质量比为0.34~0.52,CaO/SiO2的质量比为0.25~2.0,C含量能够保证还原铁中有1~9%的C残留。
发明内容
本发明提供了一种自热含碳球/块,可在感应电炉中自主发热并为内部铁矿石还原提供能量。自热球/块中的铁矿石和铁屑在造球前经过充分混匀,成分波动小。且铁矿石还原熔炼出的铁水质量稳定,可以进一步消除铁屑成分差异带来的铁水质量波动,提高铁屑利用价值。
一种可直接用于感应电炉铸造的含碳球/块,其特征在于:将以铁屑、铁矿石、固体碳为主要原料的球/块用于感应电炉铸造生产;球/块与金属炉料同时加入感应电炉之中;球/块与金属炉料熔化后以铁水形式排出感应电炉;其中,铁屑质量分数25~65%,铁矿石25~60%,铁矿石矿石全铁品位>35%,固体碳5~25%,粘结剂2~15%,碳酸钙0.5~35%。
铁屑配加量超过40%时,冶炼时可将烘干后的自热含碳球/块单独投入至感应炉熔炼;铁屑成分复杂、配加量低于40%时,可将自热含碳球/块与废钢共同加入感应炉熔炼。
铁矿石包括含铁固体废弃物,固体碳包括煤、石油焦、兰炭、焦炭的混合物,
所述的球\块是将原料混合并造块,炉料呈球/块状。
本发明与现有含碳球/块的差别主要体现在:
(1)受热机理。现有的球/块主要依靠外界温度场升温,球/块本身不能发热。本发明使用廉价铁屑和铁矿石为原料,制得的自热含碳球/块可以在感应电炉中自主发热。熔炼过程中,球/块中的铁屑首先在感应电场中受热升温,并以热辐射和热传递的方式为临近铁矿石的还原、熔化供热。铁屑内部的受热功率如式(1)所示。
其中,E,为感应电势的有效值,V;
I,废钢内部产生的感应电流,A;
f,感应电源频率,Hz;
ψ,电源相位。
可见,本发明涉及的含碳球/块的还原、熔化过程和受热机理与传统产品有本质不同;
(2)工艺设备。现有的含碳球/块主要用作竖炉、转底炉、隧道窑的原料,而本发明可以被直接用于感应电炉;
(3)产品定位。本发明涉及的自热含碳球/块可以在感应电炉中自主发热,熔炼出的铁水质量稳定,可以直接作为铸造原料使用。而现有含碳球/块不能在感应炉中自主发热,通常被视为一种潜在的炼铁原料,可用于生产生铁或者金属化球/块,后者再做为铸造炉料使用。本发明与现有含碳球/块的产品定位不同。
综上,本发明与现有含碳球/块在成分、受热机制、工艺设备以及产品定位上都不同,是一种可以被直接用于感应炉铸造的新型炉料。
本发明的技术方案如下:
(1)首先将固体碳、铁屑破碎至-10mm并与铁矿石、粘结剂、添加剂混匀。其中,铁屑质量分数25~65%,铁矿石25~60%,固体碳5~25%,粘结剂2~15%,碳酸钙0.5~35%;粘结剂包括膨润土、水玻璃、消石灰、水泥、羧甲基纤维素钠等。
(2)将铁屑碎片、固体碳与铁矿石、粘结剂和碳酸钙的混匀并造块,料块的形状为球或者其他块状集合体;
(3)炉料熔化后,铁元素以铁水形式排出感应电炉,炉渣以机械方式排出。
附图说明
图1为本发明涉及的自热含碳球/块制备和使用过程。
具体实施方式
以下实例用于说明本发明的实施过程,但不用来限制本发明的使用方法和适用范围。
实例1:
制备感应电炉用含碳球/块,其原料为广西某高铁铝土矿、铁屑和山东某烟煤,矿石主要成分为:TFe 35.21%,SiO212.14%,Al2O334.15%,CaO 3.17%,MgO 3.16%,粒度组成-0.074mm占87%;烟煤灰分18.17%,水分3.57%,挥发分21.16%,固定碳57.1%。
制备和使用过程:
(1)破碎和混匀。将铁屑和无烟煤破碎至-2mm;取铁屑100kg,加入高铁铝土矿100kg,无烟煤20kg,粘结剂8.5kg,碳酸钙6kg,水15L混合并搅拌;
(2)成型。使用对辊压球机造球,将混匀后的物料制成直径50mm块状体;
(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干;
(4)球/块烧制。控制烧制温度280℃,烧制25min;
(5)使用。取240kg球/块与50kg废钢同时投加至感应电炉中熔炼,扒渣机扒出炉渣后倒出铁水。
实例2:
制备感应电炉用含碳球/块。其原料为山西某磁铁矿、无烟煤和铁屑,磁铁矿主要成分为:TFe 64.95%,SiO22.62%,Al2O32.03%,CaO 0.82%,MgO 0.73%,粒度组成-0.074mm占55%;无烟煤灰分15.21%,水分3.14%,挥发分12.17%,固定碳69.48%。
制备和使用过程:
(1)破碎和混匀。将铁屑、无烟煤破碎至-3mm;取铁屑200kg,加入铁矿石120kg,无烟煤16kg,粘结剂18kg,碳酸钙6kg,水40L混合并搅拌;
(2)成型。使用圆盘造球机造球,将混匀后的物料制成直径15mm球状体;
(3)球/块烘干。将球/块置于220℃烘干箱中烘干;
(4)球/块冷却。将烘干后的球/块自然冷却至室温;
(5)使用。取300kg球/块单独投加至感应电炉,人工扒出液态炉渣后倒出铁水。
实例3:
制备感应电炉用含碳球/块,其原料为辽宁某赤铁矿、烟煤和铁屑,赤铁矿主要成分为:TFe 60%,SiO29.89%,Al2O31.22%,CaO 0.13%,MgO 1.92%,粒度组成-0.074mm占71%;烟煤灰分17.22%,水分3.11%,挥发分25.16%,固定碳54.51%。
制备和使用过程:
(1)破碎和混匀。将铁屑破碎至-5mm,无烟煤破碎至-2mm;取铁屑100kg,加入铁矿石150kg,烟煤25kg,粘结剂15kg,碳酸钙8kg,水25L混合并搅拌;
(2)成型。使用对辊压球机造球,将混匀后的物料制成直径30mm球状体;
(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干;
(4)使用。取260kg球/块与200kg废钢共同投加至感应电炉熔炼,人工扒出液态炉渣后排出液态铁水。
实例4:
制备感应电炉用含碳球/块,其原料为山东某高铁赤泥、烟煤和铁屑,赤泥主要成分为:TFe 48%,SiO212.07%,Al2O35.15%,CaO 3.13%,MgO 2.92%,粒度组成-0.074mm占87%;烟煤灰分18.17%,水分3.57%,挥发分21.16%,固定碳57.1%。
制备和使用过程:
(1)破碎和混匀。将铁屑和无烟煤破碎至-2mm;取铁屑100kg,加入高铁赤泥300kg,烟煤36kg,粘结剂20kg,碳酸钙4kg,水30L混合并搅拌;
(2)成型。使用对辊压球机造球,将混匀后的物料制成直径50mm块状体;
(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干;
(4)使用。取260kg热态球/块与150kg废钢同时投加至感应电炉中熔炼,待液态炉渣由扒渣机扒出之后,产品以铁水形态排出。