CN109735676B

CN109735676B - 一种低磷含铬铁水的生产方法

Info

Publication number: CN109735676B
Application number: CN201910210212.5A
Authority: CN
Inventors: 刘卫东; 张华�; 纪平
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: CN109735676A

Abstract

本发明提供了一种低磷含铬铁水的生产方法，包括：第一步，将氧化铁矿粉与氧化铬矿粉混合、预热，加入还原剂，得到混合料；第二步，将混合料、还原造渣剂和富氧空气输入熔融还原炉进行还原反应；第三步，将还原反应得到的含铬铁水从熔融还原炉输出。本发明方法能够直接生产低磷含量的含铬铁水，满足不锈钢冶炼需要，可以省去铁水脱磷的工序成本，生产效率高且成本低。

Description

一种低磷含铬铁水的生产方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼领域，具体地，本发明涉及一种低磷含铬铁水的生产方法，更具体地，本发明涉及一种直接还原氧化铬矿生产低磷含铬铁水的方法。

背景技术

高炉炼铁是传统主流的炼铁工艺，Midrex法、HYL法(Midrex法、HYL法均是直接还原生产海绵铁的工艺技术)等气基法生产海绵铁是近年正在开发的直接还原炼铁工艺，但以上炼铁工艺均不适用于生产不锈钢冶炼用的含铬铁水，主要原因是以上炼铁工艺会把入炉原料中(包括还原剂本身，如焦炭)所含的绝大部分磷元素还原回铁水(海绵铁)，而不锈钢冶炼过程又不具备脱磷能力，这个问题目前还没有得到解决。

发明内容

本发明的发明目的是针对含铬铁水中磷含量高，无法满足不锈钢冶炼要求的问题，提供了一种低磷含铬铁水的生产方法。

具体来说，本发明通过如下技术方案实现的：

一种低磷含铬铁水的生产方法，包括：

第一步，将氧化铁矿粉与氧化铬矿粉混合、预热，加入还原剂，得到混合料；

第二步，将混合料、还原造渣剂和富氧空气输入熔融还原炉进行还原反应；

第三步，将还原反应得到的含铬铁水从熔融还原炉输出。

进一步地，第二步进一步包括：

(1)将混合料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪喷入熔融还原炉；

(2)将还原造渣剂由位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉；

(3)将富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉。

进一步地，在第一步中，氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的重量比是(2～5)∶1，优选3.5∶1。

进一步地，在第一步中，氧化铁矿粉与氧化铬矿粉混合后预热至700℃～1000℃。

进一步地，在第一步中，还原剂是煤粉和/或硅铁粉。

进一步地，在第一步中，氧化铁矿粉和氧化铬矿粉重量之和与还原剂重量的比值是1∶(0.6～1)。

进一步地，在第二步中，富氧空气中氧气的体积百分数是20％～55％，富氧空气的温度是800℃～1100℃。

进一步地，在第二步中，混合料的输入速度是每支矿粉喷枪100～500千克/分钟，还原造渣剂的输入速度是每支辅料喷枪20～50千克/分钟，富氧空气的输入速度是50～130Nm³/min。

进一步地，在第二步中，矿粉喷枪和辅料喷枪采用的载气是氮气和/或空气。

进一步地，在第二步中，矿粉喷枪和辅料喷枪交替布置在熔融还原炉中部。

相比于现有技术，本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

(1)在弱氧化气氛下实现铁、铬还原，炉渣具有脱磷能力，可生产磷含量0.035％以下含铬铁水。而高炉工艺生产铁水磷含量通常在0.080％以上，甚至可能高达0.20％。

(2)氧化铁矿粉、氧化铬矿粉和还原剂以粉状形态采用喷吹方式加入，比表面积大，实现矿粉和还原剂的充分接触和快速反应，生产效率高，可以与AOD(氩氧脱碳炉)生产节奏匹配。

(3)可以直接使用氧化铁矿粉与氧化铬矿粉，不需要烧结、球团工艺，使用煤粉或硅铁粉为还原剂，不需使用高价的焦炭，生产运行成本低。

(4)可以通过辅料喷枪载气向渣池内供氧，以调整熔渣氧化性，使熔渣保持一定脱磷能力。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

针对目前的炼铁工艺不适合生产低磷含铬铁水，进而无法满足不锈钢冶炼的要求，本发明的发明人对设备、原料和生产工艺进行研究改进，通过直接还原氧化铬矿来生产低磷含铬铁水，从而提出了一种低磷含铬铁水的生产方法。采用该方法能够得到磷含量在0.035％(重量)以下并且铬含量达到7.0％～15.0％(重量)的含铬铁水，从而能够满足不同钢种的不锈钢的冶炼需求。

本发明的低磷含铬铁水的生产方法包括如下步骤：

第一步，将氧化铁矿粉与氧化铬矿粉加入回转窑中混合，并预热至700℃～1000℃，随后向氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的混合物中加入还原剂，得到混合料。

在第一步中，主原料直接采用了廉价的氧化铁矿粉与氧化铬矿粉，不需要烧结、球团工艺，从而可以降低成本。氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的重量比是(2～5)∶1，优选3.5∶1。

在第一步中，还原剂是煤粉和/或硅铁粉，不需要使用高价的焦炭，生产成本较低。还原剂与氧化矿的重量比是(0.6～1)∶1。

第二步，将混合料、还原造渣剂和富氧空气输入熔融还原炉进行还原反应。

在第二步中，混合料、还原造渣剂和富氧空气由不同的部位输入熔融还原炉中。具体地，第二步进一步包括：

(1)将混合料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪喷入熔融还原炉，每支矿粉喷枪喷入速度是100～500千克/分钟，即每支矿粉喷枪每分钟将100～500千克混合料喷入熔融还原炉。矿粉喷枪采用的载气可以是氮气，或者氮气与空气的混合气体。

(2)将还原造渣剂由位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉。还原造渣剂可以采用本领域常用的还原造渣剂，例如，石灰粉和萤石粉按照重量比5∶1的混合物。当然，也可以采用其它常用的还原造渣剂，在此不做限定。每支辅料喷枪喷入速度是20～50千克/分钟，即每支辅料喷枪每分钟将20～50千克还原造渣剂辅料喷入熔融还原炉。辅料喷枪采用的载气可以是氮气，或者氮气与空气的混合气体。优选地，辅料喷枪采用的载气是氮气与空气的混合气体，氮气与空气的体积比可以是(1～3)∶1。

(3)将富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉。富氧空气中氧气的体积百分比是20％～55％，富氧空气的温度是800℃～1100℃，富氧空气的输入速度是50～130Nm³/min。

应当说明的是，上述的步骤(1)、(2)和(3)可以同时进行，依次进行或者交替进行，优选的，上述的步骤(1)、(2)和(3)同时进行。

应当说明的是，熔融还原炉中部是指炉底与炉顶部之间约1/2位置处(当然，应当理解的是，此处所说的“1/2”并不是严格的限定，例如，以熔融还原炉的高度计，距离炉底2/5至距离炉顶2/5的范围)。矿粉喷枪可以设置一支，也可以设置多支；辅料喷枪可以设置一支，也可以设置多支；并且，矿粉喷枪和辅料喷枪交替布置，从而能够使氧化铁矿粉、氧化铬矿粉、还原剂以及还原造渣剂混合均匀。矿粉喷枪和辅料喷枪的数目可以由本领域技术人员根据实际情况来进行合理选择，在此不做限定。

在第二步中，富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉，由于其中含有20％～55％的氧气，使熔融还原炉内控制并保持弱氧化气氛。由于富氧空气的温度是800℃～1100℃，所以还原剂煤粉喷入熔融还原炉内会燃烧放热，为熔融还原炉内还原反应提供热源。同时，基于还原剂的加入量、加入速度以及富氧空气加入速度和氧气含量，还原剂煤粉在熔融还原炉内的燃烧是部分燃烧，生成CO气体，CO气体可参与还原反应。因此，还原剂煤粉喷入熔融还原炉内燃烧放热，使熔融还原炉内温度达到1500℃以上。在1500℃以上高温，氧化铁矿粉、氧化铬矿粉与硅铁粉、煤粉发生反应，产生大量CO、H₂气体，使熔池上下翻滚、剧烈沸腾，形成良好的动力学条件，加速铁、铬还原反应进行。并且，熔池逸出的CO、H₂气体与从炉顶喷入的高温富氧空气发生二次燃烧释放热量维持炉内高温，一部分热量在强烈的渣铁喷溅搅动中由溅起的熔渣带回熔池，完成上部二次燃烧产生的热量向熔池的传递，熔化喷入的固体原料。另外，辅料喷枪采用氮气与空气的混合气体作为载气，通过调节氮气与空气的比例，能够调控渣池氧化性，保证熔渣FeO含量达到5～10％，具备一定脱磷能力。

在第二步中，主要发生了如下反应：

2CO+O₂＝2CO₂

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3CO

Cr₂O₃+3C＝2Cr+3CO

2Fe₂O₃+3Si＝4Fe+3SiO₂

2Cr₂O₃+3Si＝4Cr+3SiO₂

Fe+O₂＝2FeO

第三步，还原反应得到的含铬铁水沉积在熔融还原炉的底部，通过前置炉流入铁水包，而炉内熔渣通过排渣口按需定时排出。

本发明的方法采用的氧化铬矿粉、氧化铁矿粉、还原剂、造渣剂等都可以通过市场购买，没有特殊要求。

应当说明的是，现行铁水冶炼不锈钢工艺，通常是采用高炉铁水(含P0.070-0.15％)经过预处理脱硅脱磷(处理后P≤0.020％)，吨铁处理成本约90-100元，然后脱磷铁水兑入AOD类冶炼炉，在AOD脱碳冶炼过程中加入高碳铬铁/低碳铬铁，完成脱碳和铬合金化。特别是，含铬的铁水是不能进行脱磷处理的，因为铬、磷含量有数量级上的差异，铬会先于磷大量氧化，因此现有工艺无法解决铬铁水的中磷含量高的问题。本发明通过不同的工艺构思，对工艺步骤和条件进行优化，可以直接生产可用于不锈钢冶炼的含铬铁水。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

下述实施例中采用的熔融还原炉设有6支矿粉喷枪和2支辅料喷枪，但应当理解的是，这只是示例性的。

下述实施例中含铬铁水的各成分的检测方法是：光谱仪分析

下述实施例中铁、铬收得率的检测方法是：

铁、铬收得率是计算得来，在本领域内是通用周知的。通常的计算方法是：

铬收得率＝(产品铁水中铬重量)/(原料中铬投入重量)×100

铁收得率＝(产品铁水中铁重量)/(原料中铁投入重量)×100

具体到下述实施例中，如下：

铬收得率＝(含铬铁水重量×铬含量)/(氧化铬矿重量×氧化铬矿含铬量)×100铁收得率＝(含铬铁水重量×铁含量)/(氧化铁矿重量×氧化铁矿含铁量+氧化铬矿重量×氧化铬矿含铁量)×100

下述实施例中采用的原料如表1和表2所示。

表1：矿粉(表格中“～”代表“大约”)

	FeO％(重量)	Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>％(重量)	粒度
				氧化铬矿粉	～25	～38-42	不超过2mm
氧化铁矿粉	～55	＜1.0	不超过2mm

表2：还原剂及渣料(表格中“～”代表“大约”)

	％(重量)	水分％(重量)	粒度
				煤粉	C～90	＜1.0	不超过1mm
硅铁粉	FeSi～70	＜1.0	不超过2mm
				石灰粉	CaO～85	＜1.0	不超过1mm
萤石粉	CaF2～70	＜1.0	不超过1mm

实施例1

第一步，将氧化铁矿粉与氧化铬矿粉按照重量比3.5∶1加入回转窑中混合，并预热至800℃，随后按照矿粉/还原剂1∶0.8比例向氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的混合物中加入还原剂煤粉，得到混合料。

第二步，将混合料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪喷入熔融还原炉，每支矿粉喷枪喷入速度是300千克/分钟，矿粉喷枪采用的载气是压力0.6～0.9MPa、并预热至300℃的氮气；将石灰粉和萤石粉按照重量比5∶1混合得到的还原造渣剂由位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉，每支辅料喷枪喷入速度是30千克/分钟，辅料喷枪采用的载气是体积比为2∶1的氮气与空气的混合气体；将氧气体积百分比是35％、温度是900℃的富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉，富氧空气的输入速度是110Nm³/min。

第三步，还原得到的含铬铁水沉积在熔融还原炉底部，含铬铁水从前置炉排出，平均每小时出铁一次，炉渣每2小时从排渣口排放1次。

对本实施例生产的含铬铁水的成分进行检测，结果是：

C％	Si％	Cr％	P％	S％	T，℃
						4.7	0.13	11.70	0.024	0.055	1470

铁、铬收得率：铁收得率98.5％，铬收得率94.2％。

实施例2

第一步，将氧化铁矿粉与氧化铬矿粉按照重量比2.5∶1加入回转窑中混合，并预热至700℃，随后按照矿粉/还原剂1∶0.6比例向氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的混合物中加入还原剂煤粉，得到混合料。

第二步，将混合料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪喷入熔融还原炉，每支矿粉喷枪喷入速度是100千克/分钟，矿粉喷枪采用的载气是压力0.6～0.9MPa、并预热至300℃的氮气；将石灰粉和萤石粉按照重量比5∶1混合得到的还原造渣剂由位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉，每支辅料喷枪喷入速度是20千克/分钟，辅料喷枪采用的载气是体积比为2∶1的氮气与空气的混合气体；将氧气体积百分比是55％、温度是800℃的富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉，富氧空气的输入速度是50Nm³/min。

对本实施例生产的含铬铁水的成分进行检测，结果是：

C％	Si％	Cr％	P％	S％	T，℃
						4.92	0.07	15.90	0.021	0.063	1495

铁、铬收得率：铁收得率98.0％，铬收得率93.7％。

实施例3

第一步，将氧化铁矿粉与氧化铬矿粉按照重量比5∶1加入回转窑中混合，并预热至1000℃，随后按照矿粉/还原剂1∶1比例向氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的混合物中加入还原剂煤粉，得到混合料。

第二步，将混合料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪喷入熔融还原炉，每支矿粉喷枪喷入速度是500千克/分钟，矿粉喷枪采用的载气是压力0.6～0.9MPa、并预热至300℃的氮气；将石灰粉和萤石粉按照重量比5∶1混合得到的还原造渣剂由位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉，每支辅料喷枪喷入速度是50千克/分钟，辅料喷枪采用的载气是体积比为2∶1的氮气与空气的混合气体；将氧气体积百分比是20％、温度是1100℃的富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉，富氧空气的输入速度是130Nm³/min。

对本实施例生产的含铬铁水的成分进行检测，结果是：

C％	Si％	Cr％	P％	S％	T，℃
						4.90	0.08	8.75	0.020	0.052	1490

铁、铬收得率：铁收得率97.6％，铬收得率94.5％。

从上述实施例中的数据可以看出，本发明方法能够直接生产低磷含量的含铬铁水，满足不锈钢冶炼需要，可以省去铁水脱磷的工序成本，生产效率高且成本低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，包括：

第三步，将还原反应得到的含铬铁水从熔融还原炉输出；

其中，第二步进一步包括：

（1）将混合料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪喷入熔融还原炉；

（2）将还原造渣剂由位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉；

（3）将富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉；

其中，在第二步中，富氧空气中氧气的体积百分数是20%~55%，富氧空气的温度是800℃~1100℃；

其中，混合料的输入速度是每支矿粉喷枪100~500千克/分钟，还原造渣剂的输入速度是每支辅料喷枪20~50千克/分钟，富氧空气的输入速度是50~130Nm³/min。

2.根据权利要求1所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第一步中，氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的重量比是(2~5):1。

3.根据权利要求2所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第一步中，氧化铁矿粉与氧化铬矿粉的重量比是3.5:1。

4.根据权利要求1所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第一步中，氧化铁矿粉与氧化铬矿粉混合后预热至700℃~1000℃。

5.根据权利要求1所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第一步中，还原剂是煤粉和/或硅铁粉。

6.根据权利要求1所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第一步中，氧化铁矿粉和氧化铬矿粉重量之和与还原剂重量的比值是1:(0.6~1)。

7.根据权利要求1所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第二步中，矿粉喷枪和辅料喷枪采用的载气是氮气和/或空气。

8.根据权利要求1所述的低磷含铬铁水的生产方法，其特征在于，在第二步中，矿粉喷枪和辅料喷枪交替布置在熔融还原炉中部。