CN108913834B

CN108913834B - 铁水喷吹、真空脱气、电极加热生产高纯生铁的工艺

Info

Publication number: CN108913834B
Application number: CN201810760142.6A
Authority: CN
Inventors: 黄云; 张瑞; 张德国; 武会卿; 侯成; 张战刊; 赵良江
Original assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2038-07-11
Also published as: CN108913834A

Abstract

一种铁水喷吹、真空脱气、电极加热生产高纯生铁的工艺，属于高纯生铁铸造技术领域。通过喷吹系统向铁水内喷吹脱硫、脱磷剂、通过顶部加料系统添加氧化剂、脱锰剂、通过氧枪对铁水进行吹氧，在合适的喷吹速度、加料速度、吹氧量、吹氧速度的情况下完成铁水脱硫、脱磷、脱锰、脱钛的目的；利用真空脱气原理脱去铁水中残余气体杂质和氧，保证成品的组织致密性；利用硅、钙等脱氧剂脱去除铁水中剩余氧，保证成品表观质量；并采用电极加热技术，提高铁水处理后的温度，保证铸铁的浇注温度大于1450℃。优点在于，进一步提高铁水的纯净度，保证成品内部质量。在高端铸造用高纯生铁的生产领域具有较好应用前景。

Description

铁水喷吹、真空脱气、电极加热生产高纯生铁的工艺

技术领域

本发明属于高纯生铁铸造技术领域，特别是提供了一种铁水喷吹、真空脱气、电极加热生产高纯生铁的工艺，适用于优质高纯生铁浇注生产。

背景技术

近年来，随着我国铸造行业的快速发展，优质高纯生铁的需求量日趋增大。目前我国铸造用优质高纯生铁主要还都依赖从加拿大、南非、日本等国进口，近几年国内少数铸造生铁冶炼企业通过严格控制原材料、调整高炉生产工艺及辅助其它手段，能够小批量生产此类低端产品。还有个别企业尝试通过铁水喷吹氧化法，脱去铁水中杂质元素，达到高纯生铁成分要求，但是容易出现浇注温度过热度低、成品组织疏松、表观质量差等问题，难以形成稳定的规模生产。目前进口1吨高纯生铁价格比国内生铁价格高出500～600元，具有较好的经济效益。

南非进口高纯生铁主要成分(重量％)如下表：

C

Si

Mn

P

S

Ti

余量

≥3.3

≤0.15

≤0.022

≤0.015

0.006

Fe

目前已有的一种铁水喷吹预处理生产高纯生铁的冶炼方法，专利CN201410690420.7权利要求2中说明要求：脱硫、脱磷、脱锰和脱钛操作在同一套装置内分阶段进行。但该装置中的专用铁水包没有配置底吹砖。

该专利权利要求3其中说明要求：通过铁水喷吹预处理后的铁水成分可以控制在：[C]≥3.3％，[P]≤0.02％、[S]≤0.015％、[Mn]≤0.05％、[Ti]≤0.01％，达到特级生铁纯度标准，增加产品的附加值。但该特征没有说明对铁水温度进行控制的手段，其处理后铁水的成分控制与引进高纯生铁还有一定差距(引进南非生铁主要成分见上表)。

专利CN201410690420.7权利要求4所述特征在于：本发明是在高炉出铁后使用同一装置对铁水进行喷吹CaO粉脱硫、喷吹CaO粉并加入氧化铁皮、硅砂，并同时吹入氧气，达到脱锰、脱磷、脱钛的目的，节省了设备投资和车间占地；按权利要求所述该发明没有配置必要的铁水真空脱气、电极加热等装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁水喷吹、真空脱气、电极加热生产高纯生铁的工艺，传统高炉冶炼铁水后，在带底吹砖的专用铁水包内进行喷吹氧化处理去杂质、采用真空脱气、电极加热与脱氧来生产高纯生铁。通过高炉铁水喷吹铁水预处理控制成分，配合采取脱气、脱氧和控温技术手段，解决上述问题，在高端铸造用高纯生铁的生产领域具有较好应用前景。

其原理是：通过喷吹系统向铁水内喷吹脱硫、脱磷剂(CaO粉)、通过顶部加料系统添加氧化剂(氧化铁皮)、脱锰剂(硅砂)、通过氧枪对铁水进行吹氧，在合适的喷吹速度、加料速度、吹氧量、吹氧速度的情况下完成铁水脱硫、脱磷、脱锰、脱钛的目的；利用真空脱气原理脱去铁水中残余气体杂质和氧，保证成品的组织致密性；利用硅、钙等脱氧剂脱去除铁水中剩余氧，保证成品表观质量；并采用电极加热技术，提高铁水处理后的温度，保证铸铁的浇注温度大于1450℃。

因为铁水中的碳从1450℃将开始发生强烈氧化反应，因此传统的铁水喷吹氧化法因需要保证高纯生铁中的含碳量，处理温度不宜超过1400℃，造成浇注铁水过热度不够容易粘模；而且氧化法吹入氧气，部分残留在铁水中，在浇注过程中容易产生气泡，成品出现组织疏松，影响铸锭表观质量。这些反应式如下：

脱硫反应式：

CaO+[S]+[C]＝CaS+CO

脱磷反应式：

2[P]+5(FeO)+3(CaO)＝(3Cao·P₂O₅)+5Fe

脱锰反应式：

[Mn]+1/2(O₂)＝MnO

[Mn]+(FeO)+(SiO₂)＝MnO.SiO₂+[Fe]

脱钛反应式：

[Ti]+(O₂)＝TiO₂

[Ti]+(FeO)＝TiO₂+[Fe]

脱气原理：

脱氢

[H]＝K_H(P_H)^1/2

式中[H]——熔体中溶解的氢含量；

P_H——熔体上方的气相氢分压；

K_H——与温度有关的常数。

脱氮

[N]＝K_N(P_N)^1/2

式中[N]——熔体中溶解的氮含量；

P_N——熔体上方的气相氮分压；

K_N——与温度有关的常数。

脱氧原理：

硅铁脱氧

[Si]+2[FeO]＝2Fe+SiO₂

喂丝脱氧

[Si]+2[O]＝SiO₂

[Ca]+[O]＝CaO

真空脱氧

[C]+[O]＝CO

实现本发明的载体设备包括：带底吹砖的专用铁水包、扒渣机、喷吹设施、顶部加料设施、吹氧设施、底吹氩阀台、真空脱气系统、电极加热系统、脱氧剂加入及喂丝机等。

本发明工艺过程为：

(1)采用普通原料和传统高炉操作生产铁水；

(2)采用带底吹砖的专用铁水包，将已称量的高炉铁水运至铁水喷吹处理工位，对铁水进行扒渣；

(3)扒渣完成后，对铁水进行测温取样，根据铁水温度、重量、成分(Si、Mn、P、S、C、Ti的含量)对铁水进行喷吹、吹氧、加料等处理，完成铁水脱硫、脱硅、脱磷、脱锰、脱钛的预处理目的；

(4)预处理完成后，铁水进行扒渣处理；

(5)扒渣后的铁水，吊运到真空脱气工位的真空罐内，真空罐盖盖上密封好，启动真空泵系统，保持500-800Pa真空度4～6min；处理过程全程底吹氩搅拌，底吹流量0.10-0.25Nm³/min；设定时间到后，破真空、开盖，铁水吊运至下道电极加热工位；

(6)真空脱气后的铁水温度将降低10～15℃，铁水温度不能满足1450℃浇注温度。需要进行加热处理。将脱气后的铁水吊运到电极加热工位，接通底吹氩系统吹氩搅拌，底吹流量0.10-0.20Nm³/min；

(7)将电极下降至铁水液面上300～400mm，通电加热。根据即将加入脱氧剂温降以及铁水温度差计算电极加热时间，设定加热速度3.0～4.5℃/min，分两次通电加热，在两次加热间隙，加入脱氧剂或喂丝脱氧处理，一般加热总时间为15-25min。其工艺流程图如图1所示；

(8)根据铁水重量，加入脱氧剂硅铁1～2kg/t铁水，或喂入硅钙线0.5～1kg/t铁水。调整底吹氩流量0.20-0.25Nm³/min；

(9)测温后，计算铁水温度与浇注温度1450℃的差值，设定二次通电加热时间5-10min，将加热电极12下降至铁水液面上进行二次通电加热；

(10)加热处理后铁水质量：温度：≧1450℃；铁水成分：C：3.3％；Ti：0.005％；Mn：0.025％；P：0.010％；S：0.014％。满足优质高纯生铁铸铁要求。

本发明采用带底吹砖的铁水包作为处理容器，脱硫、脱磷、脱锰和脱钛操作在喷吹工位进行。

喷吹处理后的铁水在真空脱气工位进行真空脱气处理，同时采用底吹氩气对铁水进行搅拌，去除铁水中气体杂质，保证浇注成品的内部组织致密性和表观质量；

在电极工位通过电极对铁水进行加热；过程中加入脱氧剂或喂入硅钙线进行铁水脱氧处理；加热工位保持全程底吹氩搅拌。

处理后铁水温度控制≧1450℃；铁水成分：C：3.3％；Ti：0.005％；Mn：0.025％；P：0.010％；S：0.014％；满足优质高纯生铁铸铁要求，能替代国外进口产品，增加产品的附加值。

本发明专利与专利CN201410690420.7相比，优点及区别是，一是铁水专用包包底增加了底吹透气砖及相应的底吹氩控制阀台，能通过底吹氩搅拌将铁水中残留气体脱去，保证浇注成品组织的致密。二是采用了真空脱气技术手段，将铁水中残留气体大量去除，保证浇注成品的表观质量；三是采用电极对铁水加热，保证铁水浇注温度在1450℃以上，解决专利CN201410690420.7受铁水含碳量限制不宜在1400℃以上处理的温度不足的问题。四是在电极加热过程中可加入硅铁或喂入硅钙线脱氧，进一步提高铁水的纯净度，保证成品内部质量。本发明对专利CN201410690420.7进行了改进和

补充完善，生产的产品等级提高了一个级别，产品将替代国外进口高纯生铁。

附图说明

图1为工艺流程图。

图2为工艺载体设备。其中，带底吹砖的专用铁水包1、扒渣机2、喷吹设施3、吹氧设施4、顶部加料设施5、真空泵系统6、真空罐盖7、真空罐8、底吹氩系统9、喂丝机10、脱氧剂加入设施11、加热电极12、大电流导电系统13、变压器14。

具体实施方式

下面结合具体实施实例详细介绍利用铁水喷吹氧化、真空脱气、电极加热生产优质高纯生铁的冶炼方法。

(1)普通高炉生产铁水取样成分(重量％)如下表：

C	Si	Mn	P	S	Ti	余量
							4.2	0.45	0.32	0.08	0.035	0.052	Fe

(2)采用带底吹砖的专用铁水包1，将已称量(40t)的高炉铁水运至铁水喷吹处理工位，专用铁水包在装40t铁水情况下满足1300～1500mm的净空；

(3)在喷吹工位采用扒渣机2除渣后测温取样，根据铁水温度、重量、成分(Si、Mn、P、S、C、Ti的含量)对铁水采用喷吹设施3进行喷吹、采用吹氧设施4吹氧、采用顶部加料设施5加料等处理，完成铁水脱硫、脱硅、脱磷、脱锰、脱钛的预处理目的；

(4)预处理完成后，铁水进行扒渣处理；

(5)扒渣后的铁水温度1350℃～1400℃，吊运到真空脱气工位的真空罐8内，真空罐盖7盖上密封好，启动真空泵系统6，保持500-800Pa真空度4～6min；处理过程通过底吹系统9全程底吹氩搅拌，底吹流量0.10-0.25Nm³/min；设定时间到后，破真空、开盖，铁水吊运至下道工序；

(6)真空脱气后的铁水温度将降低至1360～1390℃，铁水温度不能满足1450℃浇注温度，需要进行加热处理。将脱气后的铁水吊运到电极加热工位，接通底吹氩系统9吹氩搅拌，保证加热工位期间底吹流量0.10-0.20Nm³/min；

(7)将加热电极12下降至铁水液面上300～400mm，设定加热速度3.0-4.0℃/min。通过变压器14将电能通过大电流导电系统13从电极12输送到铁水，一次通电加热10-15min；

(8)根据铁水重量，通过脱氧剂加入设施11加入脱氧剂硅铁1～2kg/t铁水，或采用喂丝机10喂入硅钙线0.5～1kg/t铁水。调整底吹氩流量0.20-0.25Nm³/min；

(10)加热处理后铁水质量：温度：≧1450℃；铁水成分：C：3.3％；Ti：0.005％；Mn：0.025％；P：0.010％；S：0.014％。由结果可以看出处理后铁水P含量＜0.015％，C烧损0.8％，Mn含量＜0.025％,S含量＜0.015％，Ti含量≤0.01％，满足优质高纯生铁铸铁要求。

(11)将铁水吊运至铸铁工序进行铸铁。

Claims

1.一种铁水喷吹、真空脱气、电极加热生产高纯生铁的工艺，其特征在于，工艺步骤为：

(1)采用普通原料和传统高炉操作生产出铁水；

(2)采用带底吹砖的铁水包，将称量后的高炉铁水运至铁水喷吹处理工位，专用铁水包满足1300～1500mm的净空；

(3)在喷吹工位扒渣除渣后测温取样，根据铁水温度、重量、成分：Si、Mn、P、S、C、Ti的含量对铁水采用喷吹设施进行喷吹、采用吹氧设施吹氧、采用顶部加料设施加料处理，完成铁水脱硫、脱硅、脱磷、脱锰、脱钛的预处理；

(4)预处理完成后，铁水进行扒渣处理；

(5)扒渣后的铁水温度1350℃～1400℃，吊运到真空脱气工位的真空罐内，真空罐盖盖上密封好，启动真空泵系统，保持500-800Pa真空度4～6min；处理过程通过底吹系统全程底吹氩搅拌，底吹流量0.10-0.25Nm³/min；设定时间到后，破真空、开盖，铁水吊运至下道工序；

(6)将脱气后的铁水吊运到电极加热工位，接通底吹氩系统吹氩搅拌，保证加热工位期间底吹流量0.10-0.20Nm³/min；

(7)将加热电极下降至铁水液面上300～400mm，设定加热速度3.0-4.0℃/min；通过变压器将电能通过大电流导电系统从电极输送到铁水，一次通电加热10-15min；

(8)根据铁水重量，加入脱氧剂硅铁1～2kg/t铁水，或喂入硅钙线0.5～1kg/t铁水；调整底吹氩流量0.20-0.25Nm³/min；

(9)测温后，计算铁水温度与浇注温度1450℃的差值，设定二次通电加热时间5-10min，将加热电极(12)下降至铁水液面上进行二次通电加热；

(10)加热处理后铁水质量：温度：≥ 1450℃；铁水成分：C：3.3％；Ti：0.005％；Mn：0.025％；P：0.010％；S：0.014％；满足优质高纯生铁铸铁要求。