CN110512044A - 一种高纯生铁的冶炼工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯生铁的冶炼工艺，其是喷吹颗粒镁和氧化钙对铁水进行脱硫处理，然后加入由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成的造渣剂在氧气氛围下对脱硫后的铁水进行脱磷处理，最后经过精炼、铸造成型后制成高纯生铁。本发明的冶炼工艺简单、利用普通冶炼原料即可制备铸造用高纯生铁，生产成本低、可规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种高纯生铁的冶炼工艺。
背景技术
随着国内高速列车、核电、风电、汽车、船舶、化工等行业的快速发展，我国铸造行业也得到急速发展，同时对优质的高纯生铁的需求量日趋增大。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铁，主要用于风电铸件、核电铸件、高速铁路用铸件、有低温冲击韧度和疲劳性能要求的球铁铸件等。
高纯生铁化学成分包括钛、铬、钒、钼、锑、铅、铋、碲、砷、硼、铝等11种元素含量(12种元素质量之和，特级≤0.06％；一级、二级﹥0.06％～0.1％)，具体如表1所示。
表1
目前我国铸造用高纯生铁绝大部分都依赖进口，且国内企业所生产的生产纯度相对较低,且需要Ti、Mn、P、S的含量相对较高，如何利用钢铁行业普通冶炼原料制备高品质的铸造生铁是目前亟待要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种高纯生铁的冶炼工艺。本工艺流程简单，对冶炼原材料没有特殊要求，不需要低磷铁粉、低硫焦炭，采用钢铁行业普通冶炼原料即可实现。本冶炼工艺方法，设备简单，操作方便。
本发明的高纯生铁的冶炼工艺包括以下步骤：
S1、铁水脱硫，对铁水包中的高炉铁水喷吹颗粒镁，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.3-0.6Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为1-5Kg，然后扒渣处理；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼6-12min，冶炼温度为1350℃-1450℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰20-35Kg、萤石0-2Kg、氧化铁皮0-6Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据实际需求在出铁过程中适当加入增碳剂、增硅剂使得铁水中的元素满足铸造生铁的要求，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1400-1450℃进行精炼，精炼时间为10-15min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
优选的，步骤S1所述的铁水中主要包括以下重量百分数的组分：C 4-4.5％、Si≤0.40％、Ti≤0.001％、Mn≤0.3％、P≤0.1％、S≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，步骤S1中所述的颗粒镁的粒径为0.5-1.6mm。
优选的，步骤S1中喷吹颗粒镁采用氮气进行喷吹，且喷吹压力为0.3MPa-0.8MPa。
优选的，步骤S2中每吨铁水中氧气的吹氧量为15-25Nm3。供氧强度小于2.5Nm3/min.t；供氧压力：0.5～0.6MPa；枪位：1.0～1.2。
优选的，步骤S3中所述增碳剂为碳粉。
优选的，步骤S3中所述增硅剂为碳化硅或硅含量为75％的硅铁合金。所述增硅剂的加入量按如下公式计算：
φ＝T(【Si】Fe1-【Si】Fe2)/(【Si】η)
式中：T---铁水重量；
φ---计算的硅铁加入量；
【Si】Fe1---成品铁水含硅量；
【Si】Fe2)---出炉铁水含硅量；
η---吸收率。
优选的，步骤S3中所述的提温速率为3.5-5℃/min。
本发明脱硫脱磷的机理：首先采用喷吹法进行脱硫，直接在高炉铁水包内喷吹镁粒，镁粒通过专用喷枪，利用高压氮气喷吹到铁水包内，金属镁和铁水中的硫反应，生产硫化镁，进入渣中，通过扒渣机扒除；其次脱硫处理后的铁水进入氧化脱磷炉，吹氧搅拌同时加入块状生石灰等造渣剂，生石灰在萤石、氧化铁皮的作用下能有效提高铁水的脱磷效果，同时在脱磷炉内，硅、锰、磷、碳等元素依次氧化，脱磷炉内温度控制在1350-1450℃，脱磷冶炼终期硅、锰等少量金属元素基本氧化完成，脱磷炉效率可达到80-90％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的高纯生铁冶炼工艺采用普通冶炼原料即可生产铸造用高纯生铁，可根据实际需要生产不同品质的高纯生铁；本工艺可大规模生产高纯生铁，对设备等要求相对交低，生产成本低。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高纯生铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1、对铁水包中的高炉铁水采用氮气喷吹粒径为1.0mm的颗粒镁，且喷吹压力为0.5MPa，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.6Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为5Kg，然后扒渣处理。所述铁水中主要组分的质量百分数如下：C4％、Si 0.40％、Ti 0.001％、Mn 0.3％、P 0.1％、S 0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼10min，冶炼温度为1450℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，吨铁水中氧气的吹氧量为20Nm3。供氧强度小于2.5Nm3/min.t；供氧压力：0.5MPa；枪位：1.0。所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰35Kg、萤石2Kg、氧化铁皮6Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据实际需求在出铁过程中适当加入碳粉、硅含量为75％的硅铁合金使得铁水中的元素满足铸造生铁的要求，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1450℃进行精炼，精炼时间为10min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
经检测，本发明所制备的高纯生铁符合行业标准。
实施例2
一种高纯生铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1、对铁水包中的高炉铁水采用氮气喷吹粒径为1.6mm的颗粒镁，且喷吹压力为0.3MPa，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.5Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为3Kg，然后扒渣处理。所述铁水中主要组分的质量百分数如下：C4.2％、Si 0.35％、Ti 0.001％、Mn 0.2％、P 0.1％、S 0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼10min，冶炼温度为1380℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，吨铁水中氧气的吹氧量为25Nm3。供氧强度小于2.5Nm3/min.t；供氧压力：0.6MPa；枪位：1.2。所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰20Kg、萤石1Kg、氧化铁皮3Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据实际需求在出铁过程中适当加入碳粉、硅含量为75％的硅铁合金使得铁水中的元素满足铸造生铁的要求，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1400℃进行精炼，精炼时间为15min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
经检测，本发明所制备的高纯生铁符合行业标准。
实施例3
一种高纯生铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1、对铁水包中的高炉铁水采用氮气喷吹粒径为0.5mm的颗粒镁，且喷吹压力为0.7MPa，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.4Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为2Kg，然后扒渣处理。所述铁水中主要组分的质量百分数如下：C4.1％、Si 0.40％、Ti 0.001％、Mn 0.1％、P 0.05％、S 0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼12min，冶炼温度为1450℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，吨铁水中氧气的吹氧量为18Nm3。供氧强度小于2.5Nm3/min.t；供氧压力：0.5MPa；枪位：1.2。所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰30Kg、萤石2Kg、氧化铁皮4Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据实际需求在出铁过程中适当加入碳粉、硅含量为75％的硅铁合金使得铁水中的元素满足铸造生铁的要求，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1450℃进行精炼，精炼时间为15min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
经检测，本发明所制备的高纯生铁符合行业标准。
实施例4
一种高纯生铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1、对铁水包中的高炉铁水采用氮气喷吹粒径为0.8mm的颗粒镁，且喷吹压力为0.8MPa，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.6Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为3Kg，然后扒渣处理。所述铁水中主要组分的质量百分数如下：C4.5％、Si 0.25％、Ti 0.001％、Mn 0.18％、P 0.1％、S 0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼6min，冶炼温度为1350℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，吨铁水中氧气的吹氧量为25Nm3。供氧强度小于2.5Nm3/min.t；供氧压力：0.5MPa；枪位：1.0。所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰32Kg、萤石1.5Kg、氧化铁皮6Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据实际需求在出铁过程中适当加入碳粉、硅含量为75％的硅铁合金使得铁水中的元素满足铸造生铁的要求，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1420℃进行精炼，精炼时间为15min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
经检测，本发明所制备的高纯生铁符合行业标准。
实施例5
一种高纯生铁的冶炼工艺，包括以下步骤：
S1、对铁水包中的高炉铁水采用氮气喷吹粒径为1.5mm的颗粒镁，且喷吹压力为0.6MPa，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.4Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为1Kg，然后扒渣处理。所述铁水中主要组分的质量百分数如下：C4％、Si≤0.40％、Ti≤0.001％、Mn≤0.3％、P≤0.1％、S≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼7min，冶炼温度为1400℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，吨铁水中氧气的吹氧量为15Nm3。供氧强度小于2.5Nm3/min.t；供氧压力：0.5MPa；枪位：1.0。所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰25Kg、萤石1.8Kg、氧化铁皮4.5Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据实际需求在出铁过程中适当加入碳粉、硅含量为75％的硅铁合金使得铁水中的元素满足铸造生铁的要求，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1400℃进行精炼，精炼时间为13min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
经检测，本发明所制备的高纯生铁符合行业标准。
本文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 (9)
1.一种高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，包括以下步骤：。
S1、铁水脱硫，对铁水包中的高炉铁水喷吹颗粒镁，然后再喷吹氧化钙粉，一吨铁水中加入所述颗粒镁的重量为0.3-0.6Kg，一吨铁水中加入所述氧化钙粉的重量为1-5Kg，然后扒渣处理；
S2、铁水脱磷，将步骤S1扒渣后的铁水置于脱磷炉加入造渣剂进行冶炼6-12min，冶炼温度为1350℃-1450℃，所述脱磷工艺需要在脱磷炉中吹入氧气，所述造渣剂由块状生石灰、萤石、氧化铁皮构成，一吨铁水中加入块状生石灰20-35Kg、萤石0-2Kg、氧化铁皮0-6Kg；
S3、铁水精炼，将S2冶炼后的铁水进行倒渣处理，并检测倒渣后的铁水中元素含量，根据需求在出铁过程中加入增碳剂、增硅剂，然后进入精炼工位，倒渣后的铁水采用顶吹搅拌工艺，提温至1400-1450℃进行精炼，精炼时间为10-15min；
S4、铸造成型，将精炼后的铁水抽检合格后进行铸造成型处理，得到高纯生铁。
2.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S1所述的铁水中主要包括以下重量百分数的组分：C 4-4.5％、Si≤0.40％、Ti≤0.001％、Mn≤0.3％、P≤0.1％、S≤0.05％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S1中所述的颗粒镁的粒径为0.5-1.6mm。
4.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S1中喷吹颗粒镁采用氮气进行喷吹，且喷吹压力为0.3MPa-0.8MPa。
5.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S2中每吨铁水中氧气的吹氧量为15-25Nm3/吨铁。
6.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S3中所述增碳剂为碳粉。
7.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S3中所述增硅剂为碳化硅或硅含量为75％的硅铁合金。
8.根据权利要求7所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于所述增硅剂的加入量按如下公式计算：
φ＝T(【Si】Fe1-【Si】Fe2)/(【Si】η)
式中：T---铁水重量；
φ---计算的硅铁加入量；
【Si】Fe1---成品铁水含硅量；
【Si】Fe2)---出炉铁水含硅量；
η---吸收率。
9.根据权利要求1所述的高纯生铁的冶炼工艺，其特征在于，步骤S3中所述的提温速率为3.5-5℃/min。
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