CN107385135A

CN107385135A - 一种用高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法

Info

Publication number: CN107385135A
Application number: CN201710451201.7A
Authority: CN
Inventors: 郭长庆; 曹杰瑞
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2017-11-24

Abstract

本发明涉及一种高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法，属于钢铁冶金领域。本发明采用高纯还原铁粉用作为炼钢原料，压制成短棒压块制品。这种短棒压块适用于在真空感应电炉或常规感应电炉中熔炼不锈钢作为原料使用，其冶炼工艺与采用工业纯铁为原料时完全相同，即：在通电熔化前将短棒压块制品与其它金属原料一起放入到坩锅内，熔化后不断地补加余下的原料。由于还原铁粉的化学成分与纯铁相近，并且，纯净度相对更高，价格也比较低廉。所以，对于那些采用工业纯铁生产的不锈钢完全可以用还原铁粉压块进行替代，不但能够确保不锈钢的质量，而且，还可以有效地降低不锈钢的生产成本。

Description

一种用高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法

技术领域

本发明涉及一种高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法，属于钢铁冶金领域。

背景技术

以工业纯铁为原料，以常规中频感应电炉或真空感应电炉为冶炼手段冶炼不锈钢是目前多种生产不锈钢工艺方法中的一种。这种方法适用于小规模冶炼不锈钢的场合，如：科研机构的研究实验和生产不锈钢铸件的中小型铸造企业。该方法实际上充分利用了工业纯铁含碳量低和杂质含量低等特点，从而，避免了采用以废钢为原料在电弧炉中冶炼初级钢水和在VOD或AOD精炼炉中进行一系列复杂的炉外精炼处理工序。因此，极大地简化了不锈钢的冶炼工艺，具有生产设备投资低和生产简便、灵活等突出优点。

现代纯铁的生产工艺与通常的碳钢生产工艺基本相同，即：首先在转炉中熔化和吹炼由铁水和废钢组成的原料以获得初级纯铁熔液。然后，将初级熔液转移到LF炉、VOD炉或AOD氩氧精炼炉进行深脱硫、深脱碳、脱氧和脱气精炼处理。当纯铁熔液的成分和温度达到要求之后，将其在连铸机上铸造成方坯或圆坯钢锭。钢锭冷却到室温后或仍处于热状态时，将其输送到加热炉中高温加热达到轧制温度。之后，输送到轧钢机中轧制成为的细长棒材。细长棒材经过剪切处理成为的短棒，即成为冶炼钕铁硼合金用的原料。由于纯铁含碳量极低，C≤0.02wt％，所以，冶炼纯铁熔液的温度远高于冶炼低碳钢钢水的温度，其结果必然造成冶炼纯铁的转炉和精炼炉的炉衬熔损严重，炉子的使用寿命严重下降。并且，现代纯铁生产工艺流程长，使得其生产成本高。另外，冶炼纯铁的原料之一-高炉铁水，在其获得过程中还原温度高，不但能将铁精粉中的氧化铁还原，而且，也会将矿石中所含的一些其他杂质元素还原而使其进入铁水中。冶炼纯铁的原料之二-废钢，其本身来源广泛，经常夹带有一定量的合金废钢。这些合金废钢中含有大量的合金元素，在随后的冶炼过程中会进入纯铁熔液中而成为杂质元素。因此，现代纯铁生产工艺难以保证获得高纯净度的含铁原料。

超纯铁精粉是一种脉石等杂质含量极低的纯净铁精粉原料。该原料经过在隧道窑碳一次直接还原和氢气还原炉氢气二次还原后可获得的C、S、P以及其他杂质含量低、纯净度高的高纯还原铁粉。正因为如此，这种高纯还原铁粉可以被用作为粉末冶金和磁性材料等用铁粉。

与纯铁相比，高纯还原铁粉的化学成分与之相近，但纯净度相对更高。并且，价格也比较低廉。然而，高纯还原铁粉比重小(1.5g-2.0g/cm³)、质量轻，不宜直接用作为炼钢用原料。在高纯还原铁粉中加入一定比例的粘结剂并用模具将其压制成比重4.5g-4.8g/cm³的高比重的短棒压块制品将使之转变成为类似纯铁块的炼钢原料。这种原料可以用来冶炼低碳、超低碳钢，特别适合市场价格较高的不锈钢。

高纯还原铁粉短棒压块制品具有体积小、重量轻和便于运输等优点，并且，在中频感应电炉或真空感应电炉冶炼不锈钢冶炼时可以精确控制钢水重量和调节钢水成分。所以，高纯还原铁粉短棒压块制品完全可以替代工业纯铁生产不锈钢。它的使用不但能够能够避免采用专门的不锈钢冶炼设备和昂贵的特制纯铁原料，而且，可以有效地降低不锈钢的生产成本。

发明内容

1、采用还原铁粉压块替代工业纯铁冶炼不锈钢的工艺方法，其特征在于：

(1)制备还原铁粉压块的原料为超纯铁精粉，其化学成分为：TFe≥70wt％、低磷(P≤0.03％wt)和低硫(S≤0.03％wt)。超纯铁精粉经过隧道窑高温碳一次直接还原和氢气还原炉氢气二次还原后获得的还原铁粉的化学成分为：TFe≥98.5wt％、C≤0.01％wt、Si≤0.5％wt、Mn≤0.5％wt、P≤0.003％wt、S≤0.002％wt。(2)将经过二次还原后的还原铁粉大块倒入铸造用混砂机中碾压、研磨。研磨过程中加入占还原铁粉重量1-2wt％的水玻璃粘结剂和2-4wt％的水与还原铁粉混匀，并拌成湿料。

(3)将还原铁粉湿料倒入模具中压制成比重4.5g-4.8g/cm³的短棒压块。之后，将短棒压块在200℃-250℃下进行干燥除气处理6-8小时，以彻底脱除其中所含的水分。

(4)在常压中频电炉或真空感应电炉中冶炼不锈钢。通电开始熔炼前，将还原铁粉压块与其它金属原料一起加入到坩锅内。熔化后可不断地补加余下的还原铁粉压块与其它金属原料，其冶炼工艺与采用工业纯铁冶炼时完全相同；

(5)实践证明：还原铁粉压块完全可以替代工业纯铁生产不锈钢，能够确保钢的质量，是工业纯铁比较理想的替代品。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

选用制备还原铁粉的超纯铁精矿粉的化学成分为：TFe 70.2wt％、P 0.003wt％、S0.01wt％、SiO₂ 0.3wt％。按照制备还原铁粉的常规工艺将超纯铁精矿粉在隧道窑内高温碳一次直接还原和氢气还原炉内氢气二次还原。还原后获得的还原铁粉化学成分为：TFe98.5wt％、C0.003wt％、Si 0.02wt％、Mn0.5％wt、P 0.002wt％、S 0.002wt％。将经过二次氢还原后的还原铁粉块倒入铸造用混砂机中碾压和研磨。研磨过程中加入1wt％的水玻璃溶液和2wt％水将还原铁粉拌成湿料。将湿料倒入模具中压制成Φ20×50-60mm、比重4.8g/cm³的短棒压块。之后，将短棒压块在250℃进行干燥6小时，以彻底脱除其中所含水分。

在0.5吨中频电炉冶炼304L不锈钢。将占镍板和微碳铬铁总质量1/3的金属料放入到坩埚内。然后，用还原铁粉短棒压块制品填满坩埚。通电熔化炉料。当炉料全部熔化后补加余下的镍板、铬铁和短棒压块制品。熔清后，取样分析和升温。当温度达到1650℃底吹Ar搅拌、脱气，当温度到达到1660℃-1680℃、成分也达到要求后插入钙铁线终脱氧后出钢，并将钢水浇注成为钢锭。

清理模铸钢锭的表面，并将之制成电渣重熔用自耗电极。在电渣炉中重熔精炼自耗电极，最终得到的304L不锈钢C0.03wt％,P0.025wt％,S0.0014wt％,O55ppm,N520ppm，Cr和Ni含量准确，其质量完全达到了采用电炉+炉外精炼法和中频感应电炉采用纯铁为原料+电渣重熔精炼法冶炼的304L不锈钢的质量。

实施例2

选用超纯铁精矿粉为制备还原铁粉的原料，其化学成分为：TFe 71.2wt％、P0.005wt％、S 0.03wt％、SiO₂ 0.45wt％。按照制备还原铁粉的常规工艺将超纯铁精矿粉在隧道窑内高温碳一次直接还原和氢气还原炉内氢气二次还原。还原后获得的还原铁粉的化学成分为：TFe 98.8wt％、C0.003wt％、Si 0.21wt％、Mn0.35％wt、P 0.002wt％、S0.0012wt％。将经过二次氢还原后的还原铁粉块倒入铸造用混砂机中碾压和研磨。研磨过程中加入2wt％的水玻璃溶液和2wt％水将还原铁粉拌成湿料。将湿料倒入模具中压制成比重4.6g/cm³的短棒压块。之后，将短棒压块在250℃进行干燥8小时，以彻底脱除其中所含水分。

在0.5吨真空感应电炉冶炼304L不锈钢。将占镍板和微碳铬铁总质量1/3的金属料放入到坩埚内。然后，用还原铁粉短棒压块填满坩埚。抽真空，当真空度达到0.5Pa时通电熔化炉料。当炉料全部熔化后补加余下的镍板、铬铁和短棒压块并继续升温。取样分析和进行成分调整。当温度和成分全部都达到要求后插入钙铁线脱氧后出钢，并将钢水浇注成为钢锭。浇铸过程中及浇铸完毕后,保持压力不变直到铸锭凝固为止。经检验得到的304L不锈钢C0.021wt％,P0.0.035wt％,S0.0024wt％,O450ppm,N410ppm，Cr和Ni含量控制准确，其质量完全达到了采用电炉+炉外精炼法和中频感应电炉采用纯铁为原料+电渣重熔精炼法冶炼的304L不锈钢的质量。

Claims

1.一种高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法，其特征在于：将超纯铁精粉经过隧道窑高温碳一次直接还原和氢气还原炉氢气二次还原后获得还原铁粉；将还原铁粉加入水玻璃粘结剂和水拌成湿料后压成短棒压块，脱除短棒压块中所含的水分；在常压中频电炉或真空感应电炉中冶炼不锈钢，通电开始熔炼前，将还原铁粉压块、金属钕和硼铁一起加入到坩锅内，熔化后可不断地补加余下的还原铁粉压块与其它金属原料，其冶炼工艺与采用工业纯铁冶炼时完全相同。

2.如权利要求1所述的一种高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法，其特征在于：所述超纯铁精粉的化学成分为：TFe≥70wt％、低磷P≤0.03％wt和低硫S≤0.03％wt。

3.如权利要求1所述的一种高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法，其特征在于，所述二次还原后获得的还原铁粉的化学成分为：TFe≥98.5wt％、C≤0.01％wt、Si≤0.5％wt、Mn≤0.5％wt、P≤0.003％wt、S≤0.002％wt。

4.如权利要求1所述的一种高纯还原铁粉替代工业纯铁冶炼不锈钢的方法，其特征在于，将还原铁粉加入水玻璃粘结剂和水拌成湿料后压成短棒压块，脱除短棒压块中所含的水分为：将经过二次还原后的还原铁粉大块倒入铸造用混砂机中碾压、研磨，研磨过程中加入占还原铁粉重量1-2wt％的水玻璃粘结剂和2-4wt％的水与还原铁粉混匀，并拌成湿料；将还原铁粉湿料倒入模具中压制成比重4.5g-4.8g/cm³的短棒压块；之后，将短棒压块在200℃-250℃下进行干燥除气处理6-8小时，以彻底脱除其中所含的水分。