CN111850219A - 一种氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用氢基熔融还原技术生产硫系易切削钢的生产方法。所生产的硫系易切削钢成分控制为：C:0.08‑0.16％，Si:0.15‑0.35％，Mn:0.70‑1.00％，P:0.08‑0.15％，S:0.10‑0.20。本发明是一种超短流程冶炼工艺，采用廉价但性价比高的高磷高硫铁矿粉、普通煤粉和富含氢气的焦炉煤气直接喷吹生产，取消了长流程冶炼工艺的焦化、烧结、球团等高能耗、高污染工艺，减少了当地富余的焦炉煤气外排对环境的污染；本发明采用无渣出钢工艺，钢水的纯净度高，因此也取消了长流程和短流程工艺的精炼工艺。本发明提出的利用氢基熔融还原技术生产硫系易切削钢钢水的工艺，流程简单，成本低，节能减排，产品质量高。

Description

一种氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法
技术领域
本公开的实施例一般涉及钢铁冶炼领域，并且更具体地，涉及一种氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法。
背景技术
氢基熔融还原技术是内蒙古赛思普科技有限公司独创的非高炉炼铁和炼钢的前沿技术。运用该技术不但可以生产铁水，而且可以生产钢水。
常规易切削钢钢水制备方法有两种：一种是长流程生产工艺，即铁矿石经过烧结和球团造块生产出烧结矿和球团矿，焦煤经过焦化生产出焦炭，两者进入高炉发生氧化还原反应生产出铁水，然后通过转炉冶炼和精炼炉精炼生产出易切削钢钢水；另一种方法是短流程生产工艺，即废钢经过电炉冶炼和精炼炉精炼后生产出易切削钢钢水。
相比常规易切削钢钢水制备方法，氢基熔融还原技术提供了一种超短流程生产工艺生产易切削钢钢水的方法。运用该技术生产的切削钢钢水质量高，成本低。
这种技术取消了长流程生产工艺的烧结、球团和焦化工序，直接将高磷高硫铁矿粉、煤粉和富含氢气的焦炉煤气(即所谓的氢基还原性气体)喷入MPR炉内生产易切削钢钢水。由于采用无渣出钢工艺，生产的钢水纯净度高且硫磷高，因此又取消了长流程工艺和短流程的精炼工序，配加适量的合金和少量的硫铁和磷铁即可制备高质量的易切削钢钢水，无需像长流程或短流程工序在精炼工序配加大量的硫铁和磷铁。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种氢基熔融还原技术直接生产硫系易切削钢钢水的方法，本发明根据易切削钢要求具备产品切削加工时易断屑,加工工具寿命长,产品表面光洁度好,刀具受力小及能耗小等特点，结合熔融还原工艺现状，兼顾经济性、合理性、实用性等理念，通过对原料成分控制、炉料结构配比、冶炼参数确定、钢水成分调质等关键工艺过程的优化，研发出了一种硫系易切削钢钢水的生产方法。
根据本公开的实施例，提供了一种氢基熔融还原技术直接生产硫系易切削钢钢水方法，取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染造球工艺，直接采用矿粉、生石灰粉、普通煤粉和富含氢气的焦炉煤气喷吹冶炼，不用精料法；同时取消精炼工艺。
一种氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，包括以下步骤：通过富氧喷枪(2)将温度＞1100℃，富氧含量控制在40±2％范围内的富氧热风以300±50m/s速度喷入MPR炉(1)中，风量控制在140000-180000Nm3/h；根据提供的硫系易切削钢的成分控制，采用惰性气体通过混合喷枪(3)将矿粉、生石灰粉和煤粉喷入熔融MPR炉(1)下部，喷吹速度80-120m/s，通过渣层(6)喷入钢水(11)中，煤粉中的碳熔解在钢水(11)中，一部分将矿粉中的氧化铁还原成钢水(11)，同时生成的一氧化碳进入二次燃烧区，部分与富氧喷枪(2)喷入的氧气燃烧成二氧化碳后一起进入煤气中，燃烧过程产生的热量为钢水(11)补热，另一部分则对钢水(11)渗碳；通过还原气体喷枪(5)将含氢气体积百分比55-60％的焦炉煤气喷入MPR炉(1)下部，喷吹流量为20000-25000Nm3/h，通过渣层(6)喷入钢水(11)中，焦炉煤气在钢水(11)中将矿粉中的氧化铁还原成钢水，生成的一氧化碳和水蒸气以及部分未燃烧的焦炉煤气进入二次燃烧区，部分一氧化碳和焦炉煤气在MPR炉上部与富氧喷枪(2)喷入的氧气燃烧生成二氧化碳和水蒸气后一起进入煤气中，释放的热量为钢水(11)补热。
进一步地，每隔50-70分钟炉渣通过炉渣口(4)排出MPR炉(1)，通过连通器式无渣出钢室(7)出钢，通过钢沟上安装的电磁感应加热器(8)将钢水加热到1600-1650℃流入钢水包(9)中。
进一步地，所述矿粉为高磷高硫铁矿粉，其中磷含量0.2-0.8％；硫含量0.1-0.3％。
进一步地，所述矿粉粒度<6mm，所述生石灰粉粒度<3mm,水分含量<1％，所述煤粉粒度<3mm，水分含量<3％。
进一步地，所述矿粉进入混合喷枪(3)前与所述生石灰粉混匀并预热至450-550℃，所述煤粉进入混合喷枪(3)前预热至50-100℃。
进一步地，所述矿粉，生石灰，煤粉的配比为：64:16:0.8～64:16:1.2。
进一步地，焦炉煤气含有H2：55～60％，CH4：23～27％，CO：5～8％。
进一步地，生石灰粉配加比例达到炉渣碱度目标为1.25±0.05，采用二元碱度＝％CaO/％SiO2计算。
进一步地，钢水包(9)中钢水达到1/4时，开始随钢流加入适量的增碳剂、硅锰合金、硅铁合金，同时根据需要配加少量的硫铁和磷铁，使钢水成分达到内控要求，在钢水达到3/4之前加完所有合金。
进一步地，合金加入过程全程吹氩，吹氩压力0.2-0.7MPa，流量150-250L/min；合金加完后软吹8分钟，吹氩压力0.1-0.4MPa，流量30-130NL/min，钢水液面微微波动即可。
本发明的优点及效果：
本发明采用廉价、但性价比高的高磷高硫铁矿粉、煤粉和焦炉煤气生产出低成本、高质量的硫系易切削钢水。
本发明采用超短流程工艺生产硫系易切削钢水，取消了长流程工艺的烧结、焦化及球团等污染重、耗能高的工艺和设备投资。
本发明采用无渣出钢工艺，保证了钢水的纯净度，因此也取消了长流程和短流程的精炼工艺，开创了氢基熔融还原法生产硫系易切削钢水的先例。
本发明以当地富余的焦炉煤气作为氢基熔融还原气体，减少了多余的焦炉煤气外排对环境的污染。
综上，本发明提出的利用氢基熔融还原技术生产硫系易切削钢钢水，流程简单，成本低，节能减排，产品质量高。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。
附图说明
图1为本发明的氢基熔融还原技术生产硫系易切削钢钢水的工艺示意图。
1-MPR炉；2-富氧喷枪；3-混合喷枪；7-氧化区；4-出渣口；5-还原气体喷枪；6-渣层；7-无渣出钢器；8-电磁感应加热器；9-钢水包；10-喂丝机；11-钢水。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
根据本公开的实施例，提供了一种氢基熔融还原技术直接生产硫系易切削钢钢水方法，取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染造球工艺，直接采用矿粉、生石灰粉、普通煤粉和富含氢气的焦炉煤气喷吹冶炼，不用采用精料法；同时取消精炼工艺。
进一步地，所述矿粉采用廉价、但性价比高的高磷高硫铁矿粉，其中磷含量0.2-0.8％，在MPR炉中脱磷率>85％，进入钢水中磷含量为0.03-0.12％；硫含量0.1-0.3％，在MPR炉中脱硫率<30％，进入钢水中硫含量为0.08-0.24％。由于钢水中磷硫含量在易切削钢钢水硫磷的内控范围，因此无需或者只需加入少量的硫铁或磷铁即可满足易切削钢钢水对磷硫的要求。
进一步地，所述矿粉粒度<6mm，进入混合喷枪(3)前与所述生石灰粉混匀并预热至450-550℃。
进一步地，所述生石灰粉粒度<3mm，水分含量<1％。
进一步地，所述煤粉粒度<3mm，水分含量<3％，进入混合喷枪(3)前预热至50-100℃。
进一步地，所述富含氢气的焦炉煤气是周边焦化厂生产焦炭而产生的副产品，焦炉煤气含有H2：55～60％，CH4：23～27％，CO：5～8％。焦炉煤气在当地价格便宜，且无法完全被消化而被迫向大气排放造成环境污染，运用此方法生产易切削钢水在一定程度上减少了焦炉煤气外排和环境污染。
进一步地，采用氢基熔融还原工艺，提供一种超短流程生产硫系易切削钢铁水方法，包括以下步骤：通过富氧喷枪(2)将温度＞1100℃，富氧含量控制在40±2％范围内的富氧热风以300±50m/s速度喷入MPR炉(1)中，风量控制在140000-180000Nm3；根据硫系易切削钢含碳量，采用惰性气体通过混合喷枪(3)将矿粉、生石灰粉和煤粉按64:16:0.8～64:16:1.2的比例喷入熔融MPR炉(1)下部，喷吹速度80-120m/s，通过渣层(6)喷入钢水(11)中，煤粉中的碳熔解在钢水(11)中，一部分将矿粉中的氧化铁还原成钢水(11)，同时生成的一氧化碳进入二次燃烧区，部分与富氧喷枪(2)喷入的氧气燃烧成二氧化碳后一起进入煤气中，燃烧过程产生的热量为钢水(11)补热，另一部分则对钢水(11)渗碳；通过还原气体喷枪(5)将含氢气体积百分比55-60％的焦炉煤气喷入MPR炉(1)下部，喷吹量20000-25000Nm3/h，通过渣层(6)喷入钢水(11)中，焦炉煤气在钢水(11)中将矿粉中的氧化铁还原成钢水，生成的一氧化碳和水蒸气以及部分未燃烧的焦炉煤气进入二次燃烧区，部分一氧化碳和焦炉煤气在MPR炉上部与富氧喷枪(2)喷入的氧气燃烧生成二氧化碳和水蒸气后一起进入煤气中，释放的热量为钢水(11)补热。
更进一步地，配加合理的生石灰粉，配加比例达到炉渣碱度目标为1.25±0.05，采用二元碱度＝％CaO/％SiO2计算。
进一步地，控制渣量＞400kg/t钢水。
进一步地，每隔50-70分钟通过炉渣口(4)排出MPR炉(1)，采用连通器式无渣出钢室(7)出钢，通过钢沟上安装的电磁感应加热器(8)将钢水加热到一定温度后流入钢水包(9)中。
进一步地所述电磁感应加热器(8)功率12000-18000KW，可将1550℃的钢水在15-30分钟内加热到1600-1650℃。
进一步地，钢水中含硫一般>0.060％，可通过配矿和配煤调整钢水中的硫磷，以达到所冶炼的硫系易切削钢的要求。
进一步地，钢水包(9)中钢水达到1/4时，开始随钢流加入适量的增碳剂、硅锰合金、硅铁等合金，同时根据需要配加少量的硫铁和磷铁，使钢水成分达到内控要求，在钢水达到3/4之前加完所有合金。
进一步地，若钢水中硫高于内控要求，则通过喂丝机(10)喂入适量镁包芯线脱硫，使钢水硫达到内控要求。
进一步地，合金加入过程全程吹氩，吹氩压力0.2-0.7MPa，流量150-250L/min；合金加完后软吹8分钟，吹氩压力0.1-0.4MPa，流量30-130NL/min，钢水液面微微波动即可。
以下结合具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1-3
下面参照图1来描述本发明的实施例提供的硫系易切削钢钢水生产方法。
生产的易切削钢水要求的成分控制如表1所述。
表1易切削钢成分内控
Figure BDA0002651959150000071
制备主原料及还原剂；
所述主原料为高磷高硫铁矿粉，为了生产的易切削钢钢水中的硫磷含量达到表1的内控，选用的铁矿粉含磷为0.77％，硫为0.21％。严格控制矿粉粒度＜6mm，铁矿粉品位＞55％，矿粉喷吹量为1600kg/t钢水。
在本实施例中，将生石灰粉破碎，生石灰粉和铁矿粉按照1：4的比例配比均匀，得到主原料，使所得冶炼渣的碱度R为1.25，可以有效控制钢水中硫磷的含量。其中，碱度R按二元碱度计算，R＝(％CaO)/(％SiO2)。将所述主原料经矿粉加热系统预热到500℃。
所述还原剂之一为煤粉，可采用无烟煤和/或烟煤煤粉。将无烟煤及烟煤经料场运至原煤仓，自原煤仓经皮带运输至破碎烘干系统，得到粒度≤3mm，水分≤3％，温度60℃的煤粉作为还原剂。严格控制煤粉的喷吹量在25kg/t钢水左右。
所述还原剂之二为含氢气体积百分比57％的焦炉煤气。焦炉煤气的喷吹量为23000Nm3/h。
铁矿粉、石灰粉、煤粉按64:16:1比例进入混合喷枪(3)，采用氮气喷入MPR炉(1)内的渣层(6)，通过所述渣层喷入钢水(11)中，氮气流量为10000Nm3/h，喷吹速度100m/s，同时，焦炉煤气通过还原气体喷枪(5)喷入钢水(11)中；在钢水中，铁矿粉与煤粉、焦炉煤气发生氧化还原反应，铁矿粉还原生成钢水，煤粉中一部分碳氧化生成一氧化碳进入煤气，另一部分碳在钢水中渗碳，使钢水含碳量达到所述易切削钢钢水含碳量要求，焦炉煤气一部分生成水蒸气和一氧化碳，并与未反应的焦炉煤气一起进入煤气中。
通过富氧喷枪(2)将含氧38％的富氧空气喷入MPR炉(1)上部，并与下部熔池产生的一氧化碳和未反应的氢气发生燃烧反应，释放的热量为下部熔池中钢水(11)补热。
所述富氧空气的温度是1100℃，富氧空气的输入速度是300Nm3/min，风量是150000Nm3/h。
应当说明的是，上述的步骤：主原料、还原剂、富氧空气分别经对应的喷吹系统(混合喷枪、还原气体喷枪、富氧喷枪)喷入MPR炉中是同时进行的。
上述MPR炉(1)熔池温度为1610℃，MPR炉内压力为70kPa。
在本实施例中，通过调节富氧空气喷吹量来调控渣池氧化性，最终熔渣中FeO含量10％，脱磷率88％，脱硫率27％，渣量410kg/t钢水。
在一些实施例中，混合喷枪和还原气体喷枪可以各设置一支，也可以各设置多支；并且，混合喷枪和还原气体喷枪交替布置，从而能够使主原料、还原剂混合均匀。混合喷枪和还原气体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。
每隔1小时左右将钢水通过所述无渣出钢器(7)出钢，同时取钢样进行成分检验。钢水成分如下表2所示。
表2易切削钢钢水化学成分
Figure BDA0002651959150000091
出钢后钢水在钢沟中温度降至1590℃，流经电磁感应加热器(8)时自动加热到设定的1630℃，加热时间为12min。
加热后的钢水流入钢水包(9)，根据表1和表2成分配加合金，其中硅锰合金(FeMn65Si17)加入11.20kg/t钢水，硅铁(FeSi75-A)加入1.28kg/t钢水，碳粉(C92)加入0.40kg/t钢水，由于钢水中硫磷满足表1的成分内控，因此无需加入硫铁或磷铁，也无需用喂丝机(10)喂线脱硫。合金在出钢1/4开始加入，出钢3/4之前加完，加合金过程底吹氩搅拌均匀成分和温度，吹氩流量200NL/min，吹氩压力0.4MPa；出完钢后，对钢水软吹8分钟，吹氩流量80NL/min，吹氩压力0.2MPa。再次取钢样化验成分。钢水成分如表3所述。
表3易切削钢钢水成分
Figure BDA0002651959150000101
从表2和3成分检验看，采用氢基熔融还原工艺，利用高硫高磷铁矿粉、煤粉和富含氢气的焦炉煤气生产的易切削钢钢水成分稳定，经合金化的钢水成分符合用户对易切削钢钢水需求。
将所述易切削钢水用于连铸或模铸，并经轧制成易切削钢成品，经检验力学性能、金相组织和成分完全符合用户的要求。
对整个冶炼工艺过程的关键技术创新以规程、制度的方式进行固化。采用廉价的高硫高磷铁矿粉、煤粉和富含氢气的焦炉煤气可生产出完全满足现阶段优质易切削钢的质量要求，这种超短流程工艺的设备投资成本和生产运行成本均低于长流程和短流程工艺。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：通过富氧喷枪(2)将温度＞1100℃，富氧含量控制在40±2％范围内的富氧热风以300±50m/s速度喷入MPR炉(1)中，风量控制在140000-180000Nm3/h；根据提供的硫系易切削钢的成分控制，采用惰性气体通过混合喷枪(3)将矿粉、生石灰粉和煤粉喷入熔融MPR炉(1)下部，喷吹速度80-120m/s，通过渣层(6)喷入钢水(11)中，煤粉中的碳熔解在钢水(11)中，一部分将矿粉中的氧化铁还原成钢水(11)，同时生成的一氧化碳进入二次燃烧区，部分与富氧喷枪(2)喷入的氧气燃烧成二氧化碳后一起进入煤气中，燃烧过程产生的热量为钢水(11)补热，另一部分则对钢水(11)渗碳；通过还原气体喷枪(5)将含氢气体积百分比55-60％的焦炉煤气喷入MPR炉(1)下部，喷吹流量为20000-25000Nm3/h，通过渣层(6)喷入钢水(11)中，焦炉煤气在钢水(11)中将矿粉中的氧化铁还原成钢水，生成的一氧化碳和水蒸气以及部分未燃烧的焦炉煤气进入二次燃烧区，部分一氧化碳和焦炉煤气在MPR炉上部与富氧喷枪(2)喷入的氧气燃烧生成二氧化碳和水蒸气后一起进入煤气中，释放的热量为钢水(11)补热。
2.如权利要求1所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，每隔50-70分钟炉渣通过炉渣口(4)排出MPR炉(1)，通过连通器式无渣出钢室(7)出钢，通过钢沟上安装的电磁感应加热器(8)将钢水加热到1600-1650℃流入钢水包(9)中。
3.如权利要求1或2所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，所述矿粉为高磷高硫铁矿粉，其中磷含量0.2-0.8％；硫含量0.1-0.3％。
4.如权利要求1-3所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，所述矿粉粒度<6mm，所述生石灰粉粒度<3mm,水分含量<1％，所述煤粉粒度<3mm，水分含量<3％。
5.如权利要求1-4所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，所述矿粉进入混合喷枪(3)前与所述生石灰粉混匀并预热至450-550℃，所述煤粉进入混合喷枪(3)前预热至50-100℃。
6.如权利要求1-5所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，所述矿粉，生石灰，煤粉的配比为：64:16:0.8～64:16:1.2。
7.如权利要求1-6所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，焦炉煤气含有H2：55～60％，CH4：23～27％，CO：5～8％。
8.如权利要求1-7所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，生石灰粉配加比例达到炉渣碱度目标为1.25±0.05，采用二元碱度＝％CaO/％SiO2计算。
9.如权利要求1-8所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，钢水包(9)中钢水达到1/4时，开始随钢流加入适量的增碳剂、硅锰合金、硅铁合金，同时根据需要配加少量的硫铁和磷铁，使钢水成分达到内控要求，在钢水达到3/4之前加完所有合金。
10.如权利要求1-9所述的氢基熔融还原生产硫系易切削钢的方法，其特征在于，合金加入过程全程吹氩，吹氩压力0.2-0.7MPa，流量150-250L/min；合金加完后软吹8分钟，吹氩压力0.1-0.4MPa，流量30-130NL/min，钢水液面微微波动即可。
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