CN108588317B - 一种超高纯生铁制备系统及制备方法 - Google Patents

一种超高纯生铁制备系统及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高纯生铁制备系统，包括铁水罐、脱硅单元、喷吹单元、脱磷单元和脱硫单元，脱硅单元、脱磷单元和脱硫单元分别用于去除铁水罐的原料中的硅、磷、硫等微量元素，通过喷吹单元向铁水罐中加入反应物料，使反应物料与铁水罐中的原料均匀接触，令物料中的微量元素去除的更彻底。本发明还提供了一种超高纯生铁的制备方法，通过向原料中加入烧结返矿、钝化石灰粉、钝化镁粒，并通入氧气，去除原料中的硅、磷、硫及其他微量元素夹杂，使铁水中的微量元素去除得更加彻底，得到超高纯生铁。

Description

一种超高纯生铁制备系统及制备方法
技术领域
本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别是涉及一种超高纯生铁制备系统及制备方法。
背景技术
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生铁，主要用于风电铸件、核电铸件、大断面球铁铸、有低温冲击韧度和疲劳性能要求的球铁铸件等。随着我国由铸件大国向铸造强国转型，铸件产量连年居世界之首，高纯生铁的需求量日趋增大，但生产高端铸件所需的高纯生铁仍然依赖进口。普通球铁生铁中Si、P、Ti及其他微量元素含量无法满足高端铸件的要求，高纯生铁的供应已成为高端球铁件发展及进一步提高性能与质量的瓶颈，高纯生铁的研究与生产已刻不容缓。
我国在20世纪70年代引进KR脱硫装置，它是将浇注耐火材料并经过烘烤的十字形搅拌头，浸入铁水包熔池一定深度，利用在大型搅拌器激烈搅拌作用下产生的漩涡，使氧化钙或碳化钙基脱硫粉剂与铁水充分接触反应，达到脱硫目的。其优点是动力学条件优越，金属损失少，有利于采用廉价的脱硫剂，脱硫效果比较稳定，效率高，脱硫剂消耗少，适应于低硫品种钢要求高、比例大的钢厂采用。不足之处是，只能去除铁水中的硫，对铁水中的钒、钛、磷等元素夹杂则没有去除作用，且设备复杂，一次投资较大，脱硫铁水温降较大，只能满足对铁水质量要求不高的铸件或特钢领域，无法满足特殊产品对高纯生铁标准的要求。
因此，如何改善现有技术中，高纯生铁中微量元素无法去除的现状，解决高端铸件受铸造原材料的影响不能自给的问题，是本领域技术人员亟待解决的。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高纯生铁制备系统及制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使高纯生铁中的微量元素得到有效去除，达到高端铸件原材料自给的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种超高纯生铁制备系统，包括铁水罐、脱硅单元、喷吹单元、脱磷单元和脱硫单元，所述铁水罐为敞口结构；
所述脱硅单元包括烧结矿料仓和供氧装置，所述烧结矿料仓能够与所述铁水罐相连并向所述铁水罐中投加烧结矿，所述供氧装置与所述铁水罐相连通，所述供氧装置能够向所述铁水罐中输送氧气；
所述喷吹单元包括供气装置、喷吹罐和喷枪，所述供气装置与所述喷吹罐相连，所述喷吹罐和所述供气装置均与所述喷枪相连通，所述喷枪伸入所述铁水罐中；
所述脱磷单元包括钝化石灰粉料仓，所述钝化石灰粉料仓与所述喷吹罐相连；
所述脱硫单元包括钝化镁粒料仓，所述钝化镁粒料仓与所述喷吹罐相连。
优选地，超高纯生铁制备系统还包括倾翻车，所述倾翻车与所述铁水罐可拆卸连接，所述倾翻车设置于所述铁水罐的下部。
优选地，所述脱硅单元还包括氟化钙料仓，所述氟化钙料仓能够与所述铁水罐相连并向所述铁水罐中投加氟化钙。
优选地，所述脱硅单元还包括输料装置，所述烧结矿料仓和所述氟化钙料仓均与所述输料装置相连，所述输料装置的出口位于所述铁水罐开口的上方。
优选地，所述供气装置与所述喷吹罐之间加装阀门，所述喷枪与所述供气装置之间加装阀门，所述钝化石灰粉料仓与所述喷吹罐之间加装阀门，所述钝化镁粒料仓与所述喷吹罐之间加装阀门。
优选地，所述供氧装置通过氧枪与所述铁水罐相连通。
优选地，所述铁水罐的上方设置防尘罩，所述喷枪和所述氧枪均穿过所述防尘罩伸入所述铁水罐中。
优选地，所述喷枪和所述氧枪上还分别设置提升装置。
本发明还提供一种超高纯生铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、对铁水罐内的铁水进行扒渣处理；
步骤二、烧结矿料仓和供氧装置分别向铁水罐内投加烧结矿和通入氧气，用以反应脱硅；
步骤三、烧结矿料仓和供氧装置分别向铁水罐内投加烧结矿和通入氧气，并通过喷吹单元向铁水罐中吹入钝化石灰粉，反应以脱去原料中的磷元素；
步骤四、喷吹单元向铁水罐中吹入钝化镁粒和钝化石灰粉，与铁水发生反应去除原料中的硫元素。
优选地，在步骤三完成后，进行扒渣处理，然后继续进行步骤四。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的超高纯生铁制备系统，包括铁水罐、脱硅单元、喷吹单元、脱磷单元和脱硫单元，脱硅单元、脱磷单元和脱硫单元分别用于去除铁水罐的原料中的硅、磷、硫等微量元素，通过喷吹单元向铁水罐中加入反应物料，使反应物料与铁水罐中的原料均匀接触，令物料中的微量元素去除的更彻底。本发明还提供了一种超高纯生铁的制备方法，通过向原料中加入烧结返矿、钝化石灰粉、钝化镁粒，并通入氧气，去除原料中的硅、磷、硫及其他微量元素夹杂，使铁水中的微量元素去除得更加彻底，得到超高纯生铁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的超高纯生铁制备系统的整体结构示意图；
图2为本发明的超高纯生铁制备方法的工艺流程图；
其中，1为铁水罐，101为防尘罩，2为脱硫单元，201为烧结矿料仓，202为供氧装置，203为氟化钙料仓，204为输料装置，205为氧枪，3为喷吹单元，301为供气装置，302为喷吹罐，303为喷枪，4为脱磷单元，401为钝化石灰粉料仓，5为脱硫单元，501为钝化镁粒料仓，6为倾翻车，7为提升装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种超高纯生铁制备系统及制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使高纯生铁中的微量元素得到有效去除，达到高端铸件原材料自给的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1和图2，图1为本发明的超高纯生铁制备系统的整体结构示意图，图2为本发明的超高纯生铁制备方法的工艺流程图。
本发明提供一种超高纯生铁制备系统，包括铁水罐1、脱硅单元2、喷吹单元3、脱磷单元4和脱硫单元5，铁水罐1为敞口结构。
脱硅单元2包括烧结矿料仓201和供氧装置202，烧结矿料仓201能够与铁水罐1相连并向铁水罐1中投加烧结矿，供氧装置202与铁水罐1相连通，供氧装置202能够向铁水罐1中输送氧气，采用氧气、烧结返矿作为脱硅剂，铁水罐1中的铁水与脱硅剂发生如下反应：
[Si]+O2＝(SiO2)
[Si]+2(FeO)＝(SiO2)+2(Fe)
(SiO2)+2(CaO)＝(2CaO SiO2)
反应结束后，去除铁水中的硅元素，在去除硅元素的同时，对铁水罐1中的铁水中其他的元素进行了清除(Cu、Cr、Ti、B、Sn、As、Mo、En、Mg、Mn、Bi、V、Sb、Al、Pb、W、Ni)。
喷吹单元3包括供气装置301、喷吹罐302和喷枪303，供气装置301与喷吹罐302相连，喷吹罐302和供气装置301均与喷枪303相连通，喷枪303伸入铁水罐1中，供气装置301能够向喷吹罐302和喷枪303输送氮气，氮气化学性质稳定，在推进物料运动的前提下，不会与被输送物质和铁水发生反应。采用喷吹的形式向铁水罐1中加入反应物质，使加入的物质更加均匀地与铁水罐1中的铁水发生反应，更加彻底地去除原料中的微量元素夹杂，提高超高纯生铁的铁含量。另外，喷吹单元3设置于铁水罐1的上方，且能够移动调整与铁水罐1之间的垂直距离和水平距离。
脱磷单元4包括钝化石灰粉料仓401，钝化石灰粉料仓401与喷吹罐302相连，烧结矿料仓201向铁水罐1中加入烧结返矿，供氧装置202向铁水罐1中通入氧气，与此同时，钝化石灰粉料仓401中的钝化石灰粉在喷吹单元3的作用下被吹到铁水罐1中，与铁水发生如下反应：
2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝(4CaO·P2O5)+5[Fe]
2[P]+2/5O2+4(CaO)＝4(CaO·P2O5)
反应结束后，去除铁水中的磷元素。此处应当注意的是，在处理过程中，硅元素与氧气的亲合力比磷元素与氧气的亲合力大，故在去除磷元素之前，现将硅元素去除，使硅含量的百分比小于等于0.15％。
脱硫单元5包括钝化镁粒料仓501，钝化镁粒料仓501与喷吹罐302相连，钝化石灰粉料仓401向铁水罐1中加入钝化石灰粉，钝化镁粒料仓501在喷吹单元3的作用下被吹到铁水罐1中，与原料发生如下反应：
(CaO)+(FeS)＝(CaS)+(FeO)
[Mg]+[S]＝MgS+(S)
反应结束后，去除铁水中的硫元素。
具体地，超高纯生铁制备系统还包括倾翻车6，倾翻车6与铁水罐1可拆卸连接，倾翻车6设置于铁水罐1的下部。在进行扒渣作业时，倾翻车6可以带动铁水罐1作倾斜动作，还可以带动铁水罐1转运。
更具体地，脱硅单元2还包括氟化钙料仓203，氟化钙料仓203能够与铁水罐1相连并向铁水罐1中投加氟化钙，氟化钙能降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使渣和铁水更好地分离。
进一步地，脱硅单元2还包括输料装置204，烧结矿料仓201和氟化钙料仓203均与输料装置204相连，输料装置204的出口位于铁水罐1开口的上方，为控制物质加入量，在本具体实施例中，烧结矿料仓201和氟化钙料仓203均加装计量装置，用于精确控制添加量，同时输送装置204包括自动控制的皮带传输组件，用于向铁水罐1中添加物料。
供气装置301与喷吹罐302之间和喷枪303与供气装置301之间均加装阀门，用以控制喷吹气体量和喷吹速度，喷吹单元3在运输物质的同时起到了搅拌铁水的作用，因此控制喷吹速度和喷吹气体的量，可以达到控制搅拌速率的目的；钝化石灰粉料仓401与喷吹罐302之间加装阀门，钝化镁粒料仓501与喷吹罐302之间加装阀门，用于控制向铁水中添加钝化石灰粉和钝化镁粒的量。
另外，供氧装置202通过氧枪205与铁水罐1相连通，通过氧枪205向铁水罐1中通入氧气。
还需注意的是，铁水罐1的上方设置防尘罩101，防尘罩101具有通风防尘的作用，喷枪303和氧枪205均穿过防尘罩101伸入铁水罐1中，保证喷吹效率和微量元素去除效率。
其中，喷枪303和氧枪205上还分别设置提升装置7，提升装置7采用电动链条提升结构，提升装置7可以带动喷枪303和氧枪205上下移动，用于调整喷枪303和氧枪205伸入铁水罐1中的深度，确保喷枪303和氧枪205发挥作用。
本发明还提供一种超高纯生铁的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、对铁水罐1内的铁水进行扒渣处理，扒渣作业时，铁水罐1作一定倾翻角，扒渣机的臂有向前、后退，倾动和旋转功能从而完成铁水罐内渣子的扒除作业；
步骤二、烧结矿料仓201和供氧装置202分别向铁水罐1内投加烧结矿和通入氧气，用以反应脱硅；
步骤三、烧结矿料仓201和供氧装置202分别向铁水罐1内投加烧结矿和通入氧气，并通过喷吹单元3向铁水罐1中吹入钝化石灰粉，反应以脱去原料中的磷元素；
步骤四、喷吹单元3向铁水罐1中吹入钝化镁粒和钝化石灰粉，与铁水发生反应去除原料中的硫元素。
其中，在步骤三完成后，进行扒渣处理，然后继续进行步骤四的操作。此处需要强调的是，去除微量元素过程中对扒渣操作的具体要求，去除铁水的磷元素的条件对渣子的要求为，高(FeO)、高碱度、适量低的渣度；去磷元素后再扒渣一次，扒除高(FeO)的渣子进入脱硫阶段；脱去硫元素的条件对渣子的要求为，低(FeO)、高碱度、高温，脱硫后扒除全部炉渣，加覆盖剂，覆盖金属液面后进行注锭。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种超高纯生铁制备系统，其特征在于：包括铁水罐、脱硅单元、喷吹单元、脱磷单元和脱硫单元，所述铁水罐为敞口结构；
所述脱硅单元包括烧结矿料仓和供氧装置，所述烧结矿料仓能够与所述铁水罐相连并向所述铁水罐中投加烧结矿，所述供氧装置与所述铁水罐相连通，所述供氧装置能够向所述铁水罐中输送氧气；
所述脱硅单元还包括氟化钙料仓，所述氟化钙料仓能够与所述铁水罐相连并向所述铁水罐中投加氟化钙；
所述脱硅单元还包括输料装置，所述烧结矿料仓和所述氟化钙料仓均与所述输料装置相连，所述输料装置的出口位于所述铁水罐开口的上方；
所述喷吹单元包括供气装置、喷吹罐和喷枪，所述供气装置与所述喷吹罐相连，所述喷吹罐和所述供气装置均与所述喷枪相连通，所述喷枪伸入所述铁水罐中；
所述脱磷单元包括钝化石灰粉料仓，所述钝化石灰粉料仓与所述喷吹罐相连；
所述脱硫单元包括钝化镁粒料仓，所述钝化镁粒料仓与所述喷吹罐相连；
还包括倾翻车，所述倾翻车与所述铁水罐可拆卸连接，所述倾翻车设置于所述铁水罐的下部；
所述供氧装置通过氧枪与所述铁水罐相连通；
所述铁水罐的上方设置防尘罩，所述喷枪和所述氧枪均穿过所述防尘罩伸入所述铁水罐中；
所述供气装置与所述喷吹罐之间加装阀门，所述喷枪与所述供气装置之间加装阀门，所述钝化石灰粉料仓与所述喷吹罐之间加装阀门，所述钝化镁粒料仓与所述喷吹罐之间加装阀门；
所述喷枪和所述氧枪上还分别设置提升装置。
2.一种超高纯生铁的制备方法，利用权利要求1所述的超高纯生铁制备系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对铁水罐内的铁水进行扒渣处理；
步骤二、烧结矿料仓和供氧装置分别向铁水罐内投加烧结矿和通入氧气，用以反应脱硅；
步骤三、烧结矿料仓和供氧装置分别向铁水罐内投加烧结矿和通入氧气，并通过喷吹单元向铁水罐中吹入钝化石灰粉，反应以脱去原料中的磷元素；在步骤三完成后，进行扒渣处理；
步骤四、喷吹单元向铁水罐中吹入钝化镁粒和钝化石灰粉，与原料发生反应去除铁水中的硫元素。
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GR01 Patent grant
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Denomination of invention: A preparation system and method of ultra-high purity pig iron

Effective date of registration: 20220325

Granted publication date: 20201218

Pledgee: China Construction Bank Corporation Wu'an sub branch

Pledgor: HEBEI LONGFENG SHAN CASTING INDUSTRY Co.,Ltd.

Registration number: Y2022130000019

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