CN1052900A

CN1052900A - 生铁固态脱碳和电炉重熔生产工业纯铁

Info

Publication number: CN1052900A
Application number: CN 89109527
Authority: CN
Inventors: 秦民生; 张建良; 孔令坛; 贾大庸; 黎立; 贺晋生; 张任
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1991-07-10
Anticipated expiration: 2004-12-28
Also published as: CN1023410C

Abstract

生铁固态脱碳和电炉重熔生产工业纯铁工艺，将粒化生铁装入回转窑内，利用燃烧产物返回、补充适当氧气为氧化剂、适当补加煤气为辅助供热，进行一次粒铁焙烧脱碳3-5小时后，粒铁含碳小于0.3％。再将低碳粒铁装入感应或等离子体电炉熔化，利用粒铁氧化焙烧形成均匀氧化铁层，进行二次脱碳精炼，经1-2小时，炼出普通或高纯工业纯铁。新建年产二千吨工业纯铁工厂，仅需基建投资一百万元，半年内可收回投资。

Description

本发明属于金属精炼或重熔。

目前生产工业纯铁主要是用电弧炉，国外也用氧气顶底复吹转炉。其特点是液态金属进行冶炼工业纯铁。电炉原料为低碳优质废钢，成分为C＜0.55%、P＜0.45%、S＜0.03%、Ni＜0.02%、Cr＜0.15%。采用返回吹氧炼钢法，以较高的炼钢温度，较大的供氧强度，脱除铁液中碳，达到工业纯铁的碳含量规格以下，最后经还原后出钢。由于铁液脱碳需要高温，因此电炉冶炼工业纯铁冶炼周期长、电耗大、炉衬寿命低、成本高。而且无法避免废钢中Ni、Cr等元素的进入，其产品纯度不高、很难冶炼99.9%的工业纯铁

30年代瑞典曾研究出R.K法生产低碳铁作为冶炼特殊钢的原料，该法用回转窑氧化焙烧小粒度粒化生铁、可把生铁深度脱碳。我国研究证明用粒化生铁脱碳法可以生产3-12mm含碳1%以下粒化生铁，用作电炉炼钢原料，此方法在废钢短缺时，有一定实际意义，但经济效益不高。

本发明的目的是克服电炉中液态生铁脱碳速度慢，因而生产率低、电耗大的缺点，改变现行电弧炉冶炼工业纯铁工艺。而采用粒化生铁固相一次脱碳及脱碳铁粒二次液态脱碳及精炼脱除其它元素的方法，生产高纯工业纯铁。

本发明采用成分为P＜0.08%，S＜0.05%，而且不含其它合金元素（如Cr，Ni，Mn等）的普通生铁为原料、先把液态生铁用高压水冲制成0-2mm的粒化生铁，再在回转窑内于一定程度的氧化气氛下焙烧，进行固态生铁脱碳，生铁含碳量降低到0.3%以下，生铁中的Si、S、P也部分氧化脱除，而铁粒表面生成少量FeO层。将此脱碳粒化生铁作为电炉原料，装入感应炉或等离子电炉，并配加石炭造碱度为2.5-3.5的炉渣进行精炼，利用铁粒表层均匀分布的FeO作为氧化剂，进一步深度脱碳、脱硅、脱磷和脱硫。制成C＜0.025%，Si＜0.02%，P＜0.015%，S＜0.015%，而含铁＞99%的工业纯铁，符合DT1-DT4国家标准。如精选低硫低磷及低合金含量优质生铁作原料、严格控制氧化焙烧工艺、就可以生产出含碳C＜0.01%、含铁Fe＞99.9%高纯工业纯铁或符合国标DTO的微碳工业纯铁（C＜0.015%）。

本发明根据氧化气体介质不同，采用两种工艺流程。第一流程（见图1）包括1-高炉，2-高炉煤气，3-吊车，4-水泵，5-粒化水池，6-输送皮带，7-粒铁罐，8-回转窑，9-脱碳粒铁，10-精炼电炉，11-工业纯铁。该流程采用高炉煤气为能源，高炉煤气控制燃烧生成的废气作为氧化剂，在回转窑中进行一次氧化脱碳。然后装入感应电炉中进行二次脱碳及精炼。回转窑操作温度900-1100℃，填充率20-30%，一次脱碳时间3-5小时，固体脱炭率为80-90%，生铁中的P、S等元素也部分脱除。二次精炼电炉炉渣碱度为2.5-3.5，电炉精炼周期为2小时。每吨工业纯铁消耗高炉煤气200m³，电耗800度。此流程能源来源广泛便宜、适于小型高炉产品延伸。第二流程（见图2）包括6-输送皮带，7-粒铁罐，8-回转窑，9-脱碳铁粒，10-精炼电炉。11-工业纯铁，12-水封，13-回转窑返回气。回转窑内用返回气及氧气作氧化剂进行一次脱碳焙烧，或用高炉煤气控制燃烧的废气作氧化剂焙烧脱碳，利用反应的放热效应提供生产过程所需的大部分热量，不足的热量利用燃烧少量煤气来补充。利用粒化生铁氧化焙烧过程的氧化铁层均匀分布的特征，在等离子体电炉或感应电炉中进行二次粒铁深度脱碳及精炼，能够制造含铁99%的普通工业纯铁，也可以生产含99.9%的高纯工业纯铁。粒化生铁粒度为0-2mm，氧化焙烧气体成分为1-3%O₂，91-100%CO₂，0-10%CO;用高炉煤气时，焙烧的煤气成分为23-26%CO₂，3%O₂，72-78%N₂，回转窑操作温度900°-1100℃，填充率20-30%，固体脱炭时间3-5小时，固体氧化脱碳率为80-90%，生铁中的P、S等元素也部分脱除。

把上述生铁脱碳粒铁在感应炉或等离子炉重熔，进行脱碳粒铁的精炼，炉渣碱度为2.5-3.5，感应炉精炼时间为2小时，等离子炉仅1小时，二次脱碳率达60%以上，而P、S、Si等元素脱除至0.02%以下，达到高纯工业纯铁要求的化学成分。（Fe＞99.9%）。消耗指标为返回废气240-720Nm³/t，氧气用量为60-80Nm³/t，补充燃料煤气约为200Nm³/t的高炉煤气或相当发热值的其它煤气。第一次开炉可先供二氧化硅气体5Nm³/t，正常运转后，按上述指标供应氧气和煤气。第二流程适于不依靠炼铁厂建厂的高纯工业纯铁的生产。

本发明工艺特点：

1.单位产品能耗小

由于反应总效应是自热过程，所以生产过程能耗很低。根据理论计算，脱碳生成CO反应放出的热量，可以满足脱碳作业地热量需要;

（公式见下页）

据此计算：

每kg生铁脱碳3%可产生热量 +1015740J

每kg生铁加热到1000C消耗热量 -689700J

废气带走热量 -107008J

剩余热量 +217360J

此剩余热量可满足21.4%的热损失，如操作制度合理，则对大型回转窑脱碳焙烧可不消耗额外燃料，这已为实践所证实。而对小型回转窑也仅耗用少量（40000Cal/t）的燃料煤气。

脱碳铁粒中含Si约1%，在电炉中发生下列放热反应：

可使每吨工业纯铁精炼电耗节省30度。

2.产品纯度高

（a）工艺过程可深度脱碳，一般可脱碳到C＜0.02%，必要时可脱碳到C＜0.01%。

（b）脱碳粒铁在电炉精炼时由下列反应而深度脱硅;

Si可脱除到0.02%以下。

（c）氧化焙烧过程中可脱磷30%，电炉精炼脱磷率为90%以上。因而使用一般生铁为原料时，可脱磷到0.015%以下。同理脱硫也可到0.015%以下。

（d）合金元素

原料生铁中不存在Cr、Al等难还原元素，Ni、Co、Mn等易还原元素可通过选择生铁来避免进入工业纯铁。

因此本工艺能生产含铁99.9%的高纯工业纯铁。

3.原料易求

本工艺使用的生铁成分仅要求符合国家标准，大多数小炼铁厂可以提供。

4.经济效益高

本工艺生产每吨工业纯铁成本1500元，而市场售价为2700元，每吨产品有1200元经济效益（见表1）。

表1 固体脱碳法生产工业纯铁成本计算

5.生产规模有弹性，基建投资小

可以建如年产500-1000t的小厂，而基建投资少，见效快。年产2000吨工厂只需基建费一百万元，可于半年内收回投资。适于小炼铁厂产品延伸。

Claims

1、生铁固体脱碳和电炉重熔脱碳生产高纯工业纯铁新工艺，高炉生铁粒化后，装入回转窑进行粒化生铁固体脱碳，其特征是回转窑内用返回气及氧气作氧化剂进行脱碳焙烧，或用高炉煤气控制燃烧的废气作氧化剂焙烧脱碳，利用反应的放热效应提供生产过程所需要的大部分热量，不足的热量利用燃烧少量煤气来补充，利用粒化生铁氧化焙烧过程形成的氧化铁层均匀分布的特征，在等离子体电炉或感应电炉中熔化，进行二次粒铁深度脱碳及精炼，能够制造含铁99%级的普通工业纯铁，也可以生产含铁99.9%的高纯工业纯铁，粒化生铁粒度0-2mm，氧化焙烧气体成分为1-3%O₂，91-100%CO₂，0-10%CO，用高炉煤气时焙烧的煤气成分为23-26%CO₂，3%O₂，72-78%N₂。回转窑操作温度900-1100℃，填充率20-30%，固相脱碳时间3-5小时，固体氧化脱碳率为80-90%，生铁中的P、S等元素也部分脱除。

2、根据权利要求1所述生铁固体脱碳和电炉重熔脱碳生产高纯工业纯铁新工艺，其特征是用感应电炉或等离子体电炉进行脱碳粒铁的精炼，炉渣碱度2.5-3.5，感应炉精炼时间为2小时，等离子体电炉仅1小时，二次脱碳率达60%以上，P、S、Si等元素，在精炼过程中脱除至0.02%以下，达到高纯工业纯铁要求成分（Fe＞99.9%）。