CN112375961A - 一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，本发明通过选择冶炼工业纯铁的原料，使用自产低残余元素，该残余元素包括Pb,As,Sn,Sb,Bi,Cu等铁水冶炼超低碳钢后所产废钢，降低工业纯铁中残余元素含量，降低工业纯铁中的碳含量；通过中频感应炉双联法冶炼降低工业纯铁中的Si、Mn、P、S、Al、N、O等元素的含量，达到生产高纯度工业纯铁的目的。

Description

一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，具体涉及一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法。

背景技术

铁是重要的强磁性元素之一，它在地球上蕴藏十分丰富。铁按纯度可分为工业纯铁(纯度99.6％～99.8％)、高纯铁(纯度99.90％～99.997％)等，从软磁性能看，纯度越高，磁性越好。随着科学技术的高速发展，人们对材料要求也越来越苛刻。高纯工业纯铁主要用于冶炼各种高温合金、耐热合金、精密合金、马氏体时效钢等合金或钢材，近年来在国内外发展异常迅猛。开发高纯工业纯铁的制备技术，可提高铁的纯度及其产品性能，增加产品技术含量及附加值。

在国内高纯工业纯铁的制备工艺还很不成熟，高纯工业纯铁的供应还不能满足需求，它还只是用于少数对材料要求极高的领域，这主要是由于高纯纯铁的产量小生产成本高。无论是电解提纯、区域提纯、电磁悬浮熔炼技术等从原料设备等投入都太高，不能进行大规模的生产，也无法运用到一般的工业生产、机器制造等行业。

研究在中频感应炉中冶炼生产高纯工业纯铁，采用自产低残余元素(Pb,As,Sn,Sb,Bi,Cu等)铁水所产废钢，得到的高纯工业铁产品纯净度高，与其它提纯方法相比较成本也要低得多。更重要的是用中频感应炉冶炼高纯工业纯铁可以扩大生产，提高产量，满足工业上的大量需要。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，包括如下步骤，

步骤一：选取不含Nb、低S，低氧，低碳铸坯或铸余作为原料冶炼，将原料坯沿横向切割成适应感应炉规格的钢坯料；

步骤二：将中频感应炉炉衬采用MgO砂砌筑，采用铁炉胆对炉衬、钢包和钢锭模进行烘烤操作，烘炉采取低功率、慢升温，升温速度≤100℃/h至800-900℃，保温2-6h；

步骤三：采用中频感应炉对上述钢坯料进行冶炼，每炉装入钢坯量850-900kg，钢液熔化后加入矿粉、铁红和石灰进行氧化期操作；造氧化渣进行脱P\Si\Mn，造3次氧化渣，每次10-15min后控制钢液温度，调温≤1550℃浇注出钢，将钢水注入钢包；

步骤四：选择另一台中频感应炉，使用MgO砂砌筑炉衬，炉衬使用前需要烘干，使用钢包将氧化反应后钢水浇入此中频感应炉，对钢水进行感应加热，钢水温度到达1580-1600℃左右时，钢液刺铝，加入铝粉、石灰、萤石对钢水进行脱氧，脱硫操作，造3次还原渣，每次10-15min后调整钢液温度1580-1600℃浇注出钢。

进一步地，步骤三期间进行大于3次扒渣处理。

进一步地，步骤三与步骤四的出钢要求均为成品钢水P<0.006％；Si<0.005％；Mn<0.005％。

进一步地，还原法脱硫每炉装入氧化纯铁钢水850-900kg，加入石灰、萤石造渣；钢液刺铝造渣，进行脱硫、脱氧,调温出钢浇注成锭，成品钢锭S<0.0010％，判定合格后出钢铸锭。

本发明通过选择冶炼工业纯铁的原料，使用自产低残余元素(Pb,As,Sn,Sb,Bi,Cu等)铁水冶炼超低碳钢后所产废钢，降低工业纯铁中残余元素含量，降低工业纯铁中的碳含量；通过中频感应炉双联法冶炼降低工业纯铁中的Si、Mn、P、S、Al、N、O等元素的含量，达到生产高纯度工业纯铁的目的。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

传统冶炼可以使用中频炉进行，但是在中频炉中氧化和还原过程是在一起的，行业人员一直以来普遍认为氧化后的纯铁紧接着进行第二步的还原反应，在温度接续的情况下反应效率更高，且能达到相关的行业标准，且节省热量能。本申请在偶然情况下，打破行业常规认识将纯铁冶炼的氧化与还原反应分成两个中频反应炉进行，氧化完毕出钢，氧化炉渣排除干净。再重新熔化钢锭，造还原渣脱硫可以基于现有的行业生产技术大大提高脱硫效率，比热量接续情况下的反应效率更高，同时可以有效的解决了原始氧化完毕进行扒掉氧化期炉渣后再造还原渣，这样氧化期炉渣不易扒除干净，影响还原期脱硫效果的弊端。

本申请的技术方案如下：

提供了一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，包括如下步骤，

一、原料准备

采用自产矿石原料冶炼铁水，选取冶炼的IF钢(不含Nb、低S，低氧，低碳)铸坯或铸余作为原料，将原料坯沿横向切割成300*230mm规格小坯料，切割好后的铸坯运至中频感应炉。准备中频感应炉冶炼高纯工业纯铁所需原料活性石灰、萤石(石灰十萤石)、铁红或铁矿粉，球团矿等辅助反应料。

二、氧化法脱磷

准备冶炼之前将中频感应炉炉衬采用MgO砂，在每次冶炼前重新砌筑，保证耐材的洁净度，包衬烘烤严禁使用电极等材料，因为工业纯铁碳含量要求很低，采用电极烘烤易增碳；使用铁炉胆烘烤炉衬可避免增碳，钢包和钢锭模均进行烘烤。

利用中频感应炉进行氧化高纯工业纯铁的冶炼，每炉装入钢坯量850-900kg，钢液熔化完毕后利用矿粉、铁红和石灰等进行氧化期操作，控制钢液温度≤1550℃，为1540-1550℃，该温度要严格控制低于低温有利于脱磷反应进行，炼钢脱磷是利用氧化剂使铁水中〔P〕氧化成P2O5，再与加入的能降低其活度系数的固定剂CaO，结合成稳定的复合化合物，以磷酸盐的形式固定在熔渣中。

脱磷反应分子方程式[1]：

2[P]+5(FeO)+3(CaO)＝3CaO·P2O5+5[Fe]

2[P]+5(FeO)+4(CaO)＝4CaO·P2O5+5[Fe]

式中：K—脱磷反应的平衡常数；T—钢水温度

从上式中可得出脱磷的条件：温度的影响：温度越高，K值越小，低温对脱磷有利。但当温度过低，会使炉渣变粘，降低其流动性，影响脱磷效果。温度稍高时，可以改善钢水的流动性，有助于脱磷反应的进行。实践表明，工业纯铁脱磷的最佳反应温度1550℃。造氧化渣进行脱P\Si\Mn，期间进行扒渣处理3次以上调温浇注，判定合格后出钢，成品钢水要求P<0.006％；Si<0.005％；Mn<0.005％，出钢过程取样，做成分分析留存。

三、还原法脱硫

利用另一台中频感应炉进行还原纯铁的冶炼，进行钢水脱硫脱氧处理。进行高纯工业纯铁还原操作之前，中频感应炉炉衬重新使用MgO砂砌筑，还原法脱硫每炉装入氧化纯铁钢水850-900kg，钢液温度合格后加入石灰、萤石造渣；钢液刺铝造渣，进行脱硫、脱氧调温出钢浇注成锭。成品钢锭S<0.0010％。判定合格后出钢铸锭，出钢过程取样，做成分分析留存。

本方案采用两台中频感应炉分别进行高纯工业纯铁氧化期和还原期的操作，使用双联法进行高纯工业纯铁冶炼，有效避免了氧化期高氧化性炉渣对还原期钢水的不利影响，提高了反应容器的反应效率，最大限度的脱除不利元素，为高纯工业纯铁的生产提供了有力条件。

采用上述中频炉双联法生产高纯工业纯铁成分分析如下：

表1中频炉双联法冶炼工业纯铁成分％

	C	Si	Mn	P	S	Alt	N	O	Cr	Ni	Cu	Nb
													还原锭-1	0.0018	0.0031	0.0008	0.0018	0.0008	0.0004	0.0034	0.0008	0.001	0.0021	0.0021	0.0005
还原锭-2	0.0021	0.0038	0.0008	0.0024	0.0008	0.0036	0.0029	0.0012	0.0008	0.0002	0.0019	0.0012
														Ti	B	Ca	V	Mo	Pb	Sn	As	Sb	Bi	Co	Zn
还原锭-1	0.0002	0.0006	0.0005	0.0005	0.001	0.0027	0.0005	0.0009	0.0005	0.0012	0.0011	0.0018
													还原锭-2	0.0002	0.001	0.0005	0.0003	0.0014	0.0022	0.0007	0.0015	0.0008	0.0005	0.0012	0.0021

未采用中频炉双联法生产工业纯铁成分如下表所示，

表2未采用中频炉双联法冶炼工业纯铁成分％

	C	Si	Mn	P	S	Alt	N	O	Cr	Ni	Cu	Nb
													2019-21	0.0031	0.0052	0.0086	0.0039	0.0075	0.0154	0.0026	0.0018	0.0024	0.0015	0.0018	0.0007
2019-22	0.0041	0.0082	0.0093	0.0053	0.0094	0.0017	0.0023	0.0013	0.007	0.0025	0.0023	0.0005
														Ti	B	Ca	V	Mo	Pb	Sn	As	Sb	Bi	Co	Zn
2019-21	0.001	0.001	0.001	0.001	0.0012	0.0009	0.001	0.0015	0.001	0.001	0.0014	0.0016
													2019-22	0.001	0.0011	0.0005	0.001	0.0011	0.0012	0.001	0.0013	0.001	0.001	0.0013	0.0014

基于上述实验数据，表1为中频炉双联法工业纯铁检验成分，表2为未采用中频炉双联法冶炼的工业纯铁成分，从检验结果来看，使用双联法进行工业纯铁冶炼，P、S元素的含量优于未采用双联法生产的工业纯铁。双联法的使用，净化了冶炼环境，充分利用了脱磷和脱硫的热力学条件，最大限度的脱除了P、S元素，为生产高纯工业纯铁提供了条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：选取低碳铸坯或铸余作为原料冶炼，将原料坯沿横向切割成与感应炉规格匹配的钢坯料；

步骤二：将中频感应炉炉衬采用MgO砂砌筑，采用铁炉胆对炉衬、钢包和钢锭模进行烘烤，烘炉采取升温速度≤100℃/h至800-900℃，保温2-6h；

步骤三：采用中频感应炉对上述钢坯料进行冶炼，钢液熔化后加入矿粉、铁红和石灰进行氧化期操作；造3次氧化渣进行脱P、Si与Mn，每次10-15min后浇注出钢，将钢水注入钢包；

步骤四：选择另一台中频感应炉，使用MgO砂砌筑炉衬，炉衬使用前需要烘干，使用钢包将氧化反应后钢水浇入此中频感应炉，对钢水进行感应加热，钢水温度到达1580-1600℃时，加入铝粉、石灰、萤石对钢水进行脱氧、脱硫操作，造3次还原渣，每次10-15min后调整钢液温度1580-1600℃，浇注出钢。

2.如权利要求1所述的一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，其特征在于：步骤三期间进行大于3次扒渣处理。

3.如权利要求1所述的一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，其特征在于：步骤三中，控制钢液温度≤1550℃浇注出钢。

4.如权利要求1所述的一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，其特征在于：步骤三与步骤四的出钢要求均为成品钢水P<0.006％；Si<0.005％；Mn<0.005％。

5.如权利要求1所述的一种采用中频炉双联法生产高纯工业纯铁的方法，其特征在于：还原法脱硫每炉装入氧化纯铁钢水850-900kg，加入石灰、萤石造渣；钢液刺铝造渣，进行脱硫及脱氧,调温出钢浇注成锭，成品钢锭S<0.0010％。