CN106544461A - 基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法 - Google Patents

基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，属于钢铁冶金及资源回收利用领域。本发明采用高纯H2对原矿粉进行气基还原，利于提升矿粉的金属化率和孔隙率，还原后的矿粉金属化率达到85％以上。通过配加预熔良好的CaO‑SiO2二元碱度渣料和少量粉状添加剂CaF2和C2FeO4·2H2O，能实现渣铁快速除杂与分离。利用高频感应炉加热速度快，熔化效率高的优势，能在较短时间内实现渣铁分离，同时由于感应炉具有一定的电磁搅拌效果，使渣铁充分接触，提升体系脱磷脱硫效果。在此工艺条件下制备的炼钢生铁磷含量小于0.3％，硫含量小于0.02％，硅含量小于0.5％，铁的回收率大于85。

Description

基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金及资源回收利用领域，具体地指一种基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，用于低品位难选的非传统铁矿石髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁。
背景技术
我国优质铁矿资源匮乏、复杂难选铁矿石利用率低以及国内铁矿石生产企业产能不足，致使国内铁矿石市场呈现严重的供不应求状态。因此加强我国复杂难选铁矿石高效开发利用的研究，以及提高铁矿石自给率具有重要意义。
髙磷铁矿作为我国的非传统矿石资源，储量丰富，占铁矿石总储量的14.86％，达74.5亿吨，广泛分布于湖北，湖南，贵州和广西等地，但因其有用矿物嵌布粒度极细、原矿性质复杂和含磷高等原因而无法得到充分利用。当前国内外学者对髙磷铁矿脱磷工艺已有许多研究，如选矿法，化学法，微生物法和冶炼法等。选矿法由于铁矿中磷矿物的嵌布粒度较细，一般很难获得较理想的选别指标，化学法在浸出过程中需加入大量的酸，导致浸出成本高，环境污染大，微生物法时间较长，生产成本也较高，实际应用困难，而冶炼法主要针对低磷铁水较为成熟，冶炼脱磷还处于基础研究阶段。因此，需探索并开发高磷铁矿的综合利用。
公开号为CN 102978318.A的中国专利公开了一种强化气基还原联合高温熔分实现鲕状高磷铁矿除磷提铁的方法，该方法利用还原性气体H2，CO在还原温度800-1000℃对该矿进行气基还原，并在高温电阻炉内实现渣铁分离，在熔分过程中主要通过添加少量的碳酸盐来改善渣铁分离效果差的问题。但在气基还原阶段，由于析碳反应(见下式(1))的发生，导致杂质元素C进入直接还原铁中，对后续脱磷造成不利影响。同时在熔分过程中，由于高温电阻炉的升温速率较慢，造成生产效率过低，且生产成本过高。此外，熔分过程仅考虑了碳酸盐分解产生CO2具有搅拌作用以及固体产物具有一定的脱磷能力，但对于熔分过程中渣系组成及其脱磷能力未做考量。
CO(g)＝C+CO2(g) (1)
传统的高炉炼铁工艺，主要是以煤或者焦炭作为还原剂，炼铁原料中的磷在铁水中饱和[C]的作用下将全部进入铁水中，以[Fe3P]或[Fe2P]的形式存在(见下式(2)和(3))。但对绝大多数钢种来说磷是有害元素，钢中含磷高时，会使钢中的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差，出现钢的脆性现象。
5[C]+(P2O5)+4[Fe]＝2[Fe2P]+5CO (2)
5[C]+(P2O5)+6[Fe]＝2[Fe3P]+5CO (3)
发明内容
本发明旨在提供一种低品位难处理难选高磷鲕状赤铁矿的处理工艺，实现一种投资少，工艺简单，效率高的低磷低硫炼钢生铁的制备方法。
本发明采用的技术方案的具体步骤是：
一种基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，具体包括以下步骤：
(1)物料破碎及筛分：取高磷鲕状赤铁块矿为原料，将其破碎成细粒状，再进一步将细粒磨细，然后筛选出所需矿粉粒级；
(2)气基还原：将筛分后的矿粉放入高温卧室电阻炉中，利用还原性气体进行60-180min的还原，控制气体流量0.5-2L/min，电阻炉内还原温度700-900℃；
(3)碱度调整：依据矿粉原有的脉石组成，在还原好的矿粉中，配加适量预熔良好的碱度为1-3的粉状渣料；
(4)添加剂组成：在配加渣料的基础上，分别添加一定量的CaF2和C2FeO4·2H2O，调整渣系粘度和熔点，提高渣铁熔分效果；
(5)快速熔分：将上述混匀好的渣料、添加剂和还原矿粉，置于刚玉坩埚中，在高频感应炉中加热熔分，实现渣铁快速分离，冷却后，直接制备得到低磷炼钢生铁。
所述步骤(1)中高磷鲕状赤铁块矿为磷含量0.8-1.2％，全铁含量50％以上的难处理难选铁矿。
进一步的，所述步骤(1)中以高磷鲕状赤铁块矿为原料，用辊式破碎机将其破碎成细粒状，再用行星球磨机进一步将细粒磨细，最后利用机械振动筛筛选所需矿粉粒级，经破碎筛分后，矿粉粒度小于1mm。
所述步骤(2)中，矿粉还原在常压条件下进行，所用还原气体为高纯H2，(高纯气体体积分数>99.999％)。
所述步骤(3)中，所配渣料为经熔化，破碎和除碳处理后预熔良好的CaO-SiO2二元碱度渣，加入量为还原后矿粉质量的2-15％。
所述步骤(4)中，添加剂CaF2和C2FeO4·2H2O均为粉状，CaF2和C2FeO4·2H2O的加入量分别为还原后矿粉质量的1％-5％和2％-6％。
所述步骤(5)中高频感应炉感应电流升温控制步骤为由初始电流450mA升至约750mA，升温速率50-70mA/min，熔分时间8-10min实现渣铁分离，冷却后，直接制备得到低磷炼钢生铁。制得的低磷炼钢生铁中的磷含量小于0.3％，硫含量小于0.02％，硅含量小于0.5％，铁的回收率大于90％，满足转炉炼钢对炼钢生铁原料的要求，可以直接进入转炉或电炉炼钢工序。
本发明采用高频感应熔能够使得坩埚中的熔体在受电动力的作用下，迫使熔池液面凸起，熔体自液面中心流向四周而引起循环流动，使熔体得以搅拌均匀。相比于高温电阻炉，具有加热速度快，生产效率高，污染小，能耗低的优势。同时对髙磷鲕状赤铁矿气基还原阶段采用高纯H2，(高纯气体体积分数>99.999％)作为还原剂，不仅避免了析碳反应的发生，同时提升了矿粉的还原度和孔隙率，有利于改善下一步渣铁熔分工艺中的渣铁分离效果。为了配合高频感应炉加热速度快，熔化效率高的特点，在熔分体系中配加适量预熔良好的CaO-SiO2二元碱度渣料，辅以少量粉状添加剂CaF2和C2FeO4·2H2O，不仅大大提升了体系中渣的脱磷脱硫效果，同时通过添加剂调节渣系的熔点和粘度，实现了快速化渣，快速渣铁分离的效果，最大程度的提高金属回收率和制备低碳低磷炼钢生铁的目的。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
(1)、对原矿粉的粒度无严格要求，经破碎筛分后的物料粒度只需小于1mm即可，有效降低磨矿成本。
(2)、采用高纯H2(高纯气体体积分数>99.999％)对原矿粉进行气基还原，可以避免析碳反应所生成的杂质C，通过反应(4)对后续熔分脱磷造成不利影响。同时在中低温度条件下，H2的还原能力强于CO，且能一定程度上增大矿粉的孔隙率利于提升气基还原时矿粉的金属化率。
(P2O5)+5[C]＝2[P]+5CO(g) (4)
(3)、通过配加预熔良好的CaO-SiO2二元碱度渣，并与矿石自身的脉石矿物组成利于脱磷脱硫的渣系，进一步辅以少量粉状添加剂CaF2和C2FeO4·2H2O，调节渣系熔点和粘度，实现渣铁快速除杂与分离。
(4)、利用高频感应炉加热速度快，熔化效率高的优势，能够在较短时间内实现渣铁分离，同时由于感应炉具有一定的电磁搅拌效果，对熔分体系起到了良好的搅拌作用，使渣铁充分接触，提升体系脱磷脱硫效果。
附图说明
图1是本发明基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的工艺流程图。
图2是本发明实施案例1中基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的截面扫描电镜图。
图3是本发明实施案例1中基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁中主要夹杂物成分和形貌图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方案中所用的髙磷鲕状赤铁矿粉以及还原矿粉的成分分别如表1和表2所示，操作步骤如图1所示。
表1为所用髙磷鲕状赤铁矿粉的成分(mass％)
表2为气基还原髙磷矿后还原铁粉的成分(mass％)
实施例1
(1)物料破碎及筛分：以高磷鲕状赤铁块矿为原料，经破碎筛分后，确保矿粉粒度小于1mm。
(2)气基还原：按需要取筛分后的矿粉放入高温卧室电阻炉中，利用高纯H2，进行60min的还原，控制气体流量0.5L/min，电阻炉内还原温度750℃；矿粉金属化率达到88％。
(3)碱度调整：在还原后的矿粉中配加适量预熔良好的CaO-SiO2二元碱度为2的粉状渣料，加入量为还原矿粉的8％。
(4)添加剂组成：在配加渣料的基础上，加入添加剂CaF2和C2FeO4·2H2O，添加剂为分析纯CaF2粉和分析纯C2FeO4·2H2O粉，加入量分别为所用还原矿粉的1％和2％。
(5)快速熔分：将上述混匀好的渣料、添加剂和还原矿粉，置于刚玉坩埚中，在高频感应炉中加热熔分，感应炉感应电流升温控制步骤为由450mA升至750mA，升温速率60mA/min，熔分时间8min，实现渣铁分离，待随炉冷却后，直接制备得到低磷炼钢生铁。低磷炼钢生铁中的磷含量为0.3％，硫含量为0.02％，硅含量为0.5％，铁的回收率为88％。本实施例制得炼钢生铁的截面扫描电镜图如图2所示，炼钢生铁中主要夹杂物成分和形貌如图3所示。
实施例2
(1)物料破碎及筛分：取高磷鲕状赤铁块矿为原料，将其破碎筛分后得到粒度小于1mm的髙磷矿粉。
(2)气基还原：将筛分后的矿粉放入高温卧室电阻炉中，利用还原性气体H2进行100min的还原，控制气体流量1L/min，电阻炉内还原温度800℃。矿粉金属化率达到90％。
(3)碱度调整：在还原后的矿粉中，配加一定比例预熔良好的CaO-SiO2二元碱度为2.5的粉状渣料，渣料加入量为还原矿粉的10％。
(4)添加剂组成：在配加渣料的基础上，分别添加适量的分析纯CaF2和C2FeO4·2H2O粉料，CaF2所用量为还原矿粉的2％，C2FeO4·2H2O所用量为还原矿粉的3％。渣料，添加剂和还原矿粉充分混匀。
(5)快速熔分：将混匀好的熔分样，置于刚玉坩埚中，在高频感应炉中加热熔分，感应炉感应电流升温控制步骤为由450mA升至700mA，升温速率50mA/min，熔分时间9min，实现渣铁分离，待自然冷却后，直接得到低磷炼钢生铁。冷却后的金属样品磷含量为0.25％，硫含量为0.018％，硅含量为0.48％，铁的回收率为90％。
实施例3
(1)物料破碎及筛分：取高磷鲕状赤铁块矿为原料，将其破碎筛分后得到粒度小于1mm的髙磷矿粉。
(2)气基还原：将筛分后的矿粉放入高温卧室电阻炉中，利用还原性气体H2进行120min的还原，控制气体流量2L/min，电阻炉内还原温度850℃。矿粉金属化率达到94％。
(3)碱度调整：在还原后的矿粉中，配加一定比例预熔良好的CaO-SiO2二元碱度为3的粉状渣料，渣料加入量为还原矿粉的15％。
(4)添加剂组成：在配加渣料的基础上，分别添加适量的分析纯CaF2和C2FeO4·2H2O粉料，CaF2所用量为还原矿粉的3％，C2FeO4·2H2O所用量为还原矿粉的4％。渣料，添加剂和还原矿粉充分混匀。
(5)快速熔分：将混匀好的熔分样，置于刚玉坩埚中，在高频感应炉中加热熔分，感应炉感应电流升温控制步骤为由450mA升至800mA，升温速率70mA/min，熔分时间10min，实现渣铁分离，待自然冷却后，直接得到低磷炼钢生铁。冷却后的金属样品含磷0.2％，含硫0.015％，含硅0.45％，铁的回收率为95％。

Claims (7)

1.一种基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)物料破碎及筛分：取高磷鲕状赤铁块矿为原料，将其破碎成细粒状，再进一步将细粒磨细，然后筛选出所需矿粉粒级；
(2)气基还原：将筛分后的矿粉放入高温卧室电阻炉中，利用还原性气体进行60-180min的还原，控制气体流量0.5-2L/min，电阻炉内还原温度700-900℃；
(3)碱度调整：依据矿粉原有的脉石组成，在还原好的矿粉中，配加适量预熔良好的碱度为1-3的粉状渣料；
(4)添加剂组成：在配加渣料的基础上，分别添加一定量的CaF2和C2FeO4·2H2O，调整渣系粘度和熔点，提高渣铁熔分效果；
(5)快速熔分：将上述混匀好的渣料、添加剂和还原矿粉，置于刚玉坩埚中，在高频感应炉中加热熔分，实现渣铁快速分离，冷却后，直接制备得到低磷炼钢生铁。
2.根据权利要求1所述基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于：所述步骤(1)中高磷鲕状赤铁块矿为磷含量0.8-1.2％，全铁含量50％以上的难处理难选铁矿。
3.根据权利要求1所述基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于：所述步骤(1)中以高磷鲕状赤铁块矿为原料，用辊式破碎机将其破碎成细粒状，再用行星球磨机进一步将细粒磨细，最后利用机械振动筛筛选所需矿粉粒级，经破碎筛分后，矿粉粒度小于1mm。
4.根据权利要求1所述基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，矿粉还原在常压条件下进行，所用还原气体为体积分数>99.999％的高纯H2。
5.根据权利要求1所述基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所配渣料为经熔化、破碎和除碳处理后预熔良好的CaO-SiO2二元碱度渣，加入量为还原后矿粉质量的2-15％。
6.根据权利要求1所述基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，添加剂CaF2和C2FeO4·2H2O均为粉状，CaF2和C2FeO4·2H2O的加入量分别为还原后矿粉质量的1％-5％和2％-6％。
7.根据权利要求1所述基于高频感应炉的髙磷鲕状赤铁矿制备炼钢生铁的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，高频感应炉感应电流升温控制步骤为由初始电流450mA升至约750mA，升温速率50-70mA/min，熔分时间8-10min实现渣铁分离，冷却后，直接制备得到低磷炼钢生铁。
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