CN112605375A - 一种高纯生铁生产系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高纯生铁生产系统及工艺，包括铁水包、氮气供应装置、扒渣装置、冶炼装置、氧气供应系统、加料系统、氩气供应系统和在线实时检测系统，氮气供应装置的氮气吹送管路连接在铁水包的内部，扒渣装置的吹送管路连接在铁水包开口的内侧，冶炼装置与铁水包可以互相浇注其内部的液态金属，氧气供应系统的氧气吹送管道连接在冶炼装置内腔的底部，加料系统的加料口设置在铁水包的上方，本发明提供的一种高纯生铁生产系统及工艺所生产的高纯生铁以及特级高纯生铁的生产指标满足中国铸造协会发布的《铸造用高纯生铁‑ZXB/T0001‑2011》标准，满足精料法冶炼铸造用高纯生铁的需求。

Description

一种高纯生铁生产系统及工艺
技术领域
本发明涉及高纯生铁制造技术领域，具体领域为一种高纯生铁生产系统及工艺。
背景技术
随着我国高速列车、风力发电、核电、军工、半导体材料等行业的发展，对高纯生铁、超级高纯生铁及高性能铸铁的需求量日益增大，但是普通球铁和生铁中的硅、锰、硫、磷及微量元素含量无法满足高端铸件的要求，高纯生铁、超级高纯生铁的需求量日益增大。由于低磷、低硫的资源日益匮乏，现已不能满足“精料法”冶炼铸造高纯生铁的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高纯生铁生产系统及工艺，以解决上述背景技术中提出的高纯生铁、超级高纯生铁的需求量日益增大。由于低磷、低硫的资源日益匮乏，现已不能满足“精料法”冶炼铸造高纯生铁的需求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高纯生铁生产系统，包括铁水包、氮气供应装置、扒渣装置、冶炼装置、氧气供应系统、加料系统、氩气供应系统和在线实时检测系统，氮气供应装置的氮气吹送管路设置在铁水包的内部，扒渣装置的吹送管路设置在铁水包开口的内侧，冶炼装置与铁水包相连，氧气供应系统的氧气吹送管道设置在冶炼装置内腔的底部，加料系统的加料口设置在铁水包的上方，氩气供应系统的氩气吹送管路设置在铁水包内腔的底部，在线实时检测系统实时对铁水包内进行反应的铁水进行取样检测。
优选的，所述铁水包(1)包壁的定型耐材的高度从传统的17环满环加高到19环满环，在所述铁水包(1)加高部分的包嘴处加焊钢板，保证对包壁定型耐材的支撑，所述铁水包(1)其余部分采用湿法喷涂料进行湿喷。
优选的，所述氮气供应装置(2)采用空气压缩机进行氮气吹送作业。
优选的，所述冶炼装置(4)为AOD炉或者转炉。
优选的，所述AOD炉包括炉体(9)，所述炉体(9)的上端设置有炉盖(10)，所述炉体(9)的内壁上均包覆有耐材砖(11)，左侧所述耐材砖(11)的端面为迎钢侧(12)，右侧所述耐材砖(11)的端面为风枪侧(13)，所述AOD炉依托于侧吹良好的动力学条件，通过提高过程温度和降低CO气体分压的方式实现脱碳保铬，所述风枪侧(13)的所述耐材砖(11)厚度大于所述迎钢侧(12)的所述耐材砖(11)厚度。
优选的，所述转炉包括转炉炉体(14)，所述转炉炉体(14)的内腔均包覆有耐火砖(15)，右侧所述耐火砖(15)的板壁上侧嵌装有出料口内座砖(16)，所述出料口内座砖(16)的内侧设置有液态金属通道(17)。
一种高纯生铁生产工艺，其特征在于：高纯生铁生产系统工艺流程如下：
第一步、将通过处理含锌、铅等固体废物的高炉生产出的铁水浇注在铁水包1内，将铁水包运送至预设生产线的铁水预处理系统内，利用氮气供应装置上的氮气喷枪向铁水包中喷吹钝化镁脱硫，脱硫反应：
Mg(S)+[S]＝(MgS) (S)。
脱硫能力可达90％以上，为避免下道工序回硫，脱硫后的铁水通过扒渣装置4进行扒渣，
第二步、将预处理过后的铁水输送进冶炼装置的内部，将氧气供应系统的氧气吹送管道的端头设置在冶炼装置的底部，启动氧气供应系统对铁水进行吹氧搅拌，在氧气供应系统进行吹氧搅拌的同时向冶炼装置内加入块状生石灰，在冶炼装置内发生如下反应：
[O2]+[Mn]＝Mno；
[O2]+[Si]＝SiO2；
[Feo]+[Mn]＝Mno+Fe；
[Feo]+[Si]＝SiO2+Fe；
1/2[O2]+[C]＝CO；
2[P]+5[O]+4CaO·P2O2。
通过这些反应脱除了冶炼装置内铁水中的Si、Mn、P，在冶炼装置内硅、锰、磷、碳等元素依次氧化，冶炼装置内温度控制在1400～1450℃，脱磷冶炼终期硅、锰等少量金属元素基本氧化完成，脱磷效率可达90％以上，
第三步、把冶炼完的铁水倒入铁水包中，通过加料系统加增碳增硅孕育剂铸铁，利用氩气供应系统进行搅拌，使其成分均匀，通过在线实时检测系统进行实时检测，铁水充分反应脱氧后直至达到标准，停止通氧，冷却降温至后续工艺。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种高纯生铁生产系统及工艺所生产的高纯生铁以及特级高纯生铁的生产指标满足中国铸造协会发布的《铸造用高纯生铁-ZXB/T0001-2011》标准，满足精料法冶炼铸造用高纯生铁的需求。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为实施例1所使用冶炼装置的结构示意图；
图3为实施例2所使用冶炼装置的结构示意图。
图中：1-铁水包、2-氮气供应装置、3-扒渣装置、4-冶炼装置、5-氧气供应系统、6-加料系统、7-氩气供应系统、8-在线实时检测系统、9-炉体、10-炉盖、11-耐材砖、12-迎钢侧、13-风枪侧、14-转炉炉体、15-耐火砖、16-出料口内座砖、17-液态金属通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种高纯生铁生产系统，包括铁水包1、氮气供应装置2、扒渣装置3、冶炼装置4、氧气供应系统5、加料系统6、氩气供应系统7和在线实时检测系统8，所述扒渣装置(3)为高压型工业热风机，通过高压型工业热风机所设置的移动风管对所述铁水包(1)进行赶渣，扒渣期所述铁水包(1)内的压力控制在0～30Pa，避免火焰喷出，所述氧气供应系统(5)的氧气吹送管道材料选用固溶态高强度奥氏体镍-铁-铬合金，在线实时检测系统8的型号为WISDOM-9000，氮气供应装置的氮气吹送管路设置在铁水包的内部，扒渣装置的吹送管路设置在铁水包开口的内侧，冶炼装置与铁水包相连，通过联通管路互相运输其内部的铁水，氧气供应系统的氧气吹送管道设置在冶炼装置内腔的底部，加料系统的加料口设置在铁水包的上方，氩气供应系统的氩气吹送管路设置在铁水包内腔的底部，在线实时检测系统实时对铁水包内进行反应的铁水进行取样检测。
具体而言，所述铁水包(1)包壁的定型耐材的高度从传统的17环满环加高到19环满环，在所述铁水包(1)加高部分的包嘴处加焊钢板，保证对包壁定型耐材的支撑，所述铁水包(1)其余部分采用湿法喷涂料进行湿喷。
具体而言，所述氮气供应装置(2)采用空气压缩机进行氮气吹送作业。
具体而言，所述冶炼装置(4)为AOD炉或者转炉。
具体而言，所述AOD炉包括炉体(9)，所述炉体(9)的上端设置有炉盖(10)，所述炉体(9)的内壁上均包覆有耐材砖(11)，左侧所述耐材砖(11)的端面为迎钢侧(12)，右侧所述耐材砖(11)的端面为风枪侧(13)，所述AOD炉依托于侧吹良好的动力学条件，通过提高过程温度和降低CO气体分压的方式实现脱碳保铬，所述风枪侧(13)的所述耐材砖(11)厚度大于所述迎钢侧(12)的所述耐材砖(11)厚度。
具体而言，所述转炉包括转炉炉体(14)，所述转炉炉体(14)的内腔均包覆有耐火砖(15)，右侧所述耐火砖(15)的板壁上侧嵌装有出料口内座砖(16)，所述出料口内座砖(16)的内侧设置有液态金属通道(17)。
实施例1
请参阅图1-2，本实施例提供一种高纯生铁生产系统及工艺，其特征在于：高纯生铁生产系统工艺流程如下：
第一步、将通过处理含锌、铅等固体废物的高炉生产出的铁水浇注在铁水包1内，将铁水包运送至预设生产线的铁水预处理系统内，利用氮气供应装置上的氮气喷枪向铁水包中喷吹钝化镁脱硫，钝化镁的用量为60kg/min，持续8～12min，脱硫反应：
Mg(S)+[S]＝(MgS)(S)。
脱硫能力可达90％以上，为避免下道工序回硫，脱硫后的铁水通过扒渣装置4进行扒渣，
第二步、将预处理过后的铁水输送进冶炼装置的内部，将氧气供应系统的氧气吹送管道的端头设置在冶炼装置的底部，启动氧气供应系统对铁水进行吹氧搅拌，在氧气供应系统进行吹氧搅拌的同时向冶炼装置内加入块状生石灰，生石灰的用量为600～700kg，在冶炼装置内发生如下反应：
[O2]+[Mn]＝Mno；
[O2]+[Si]＝SiO2；
[Feo]+[Mn]＝Mno+Fe；
[Feo]+[Si]＝SiO2+Fe；
1/2[O2]+[C]＝CO；
2[P]+5[O]+4CaO·P2O2。
通过这些反应脱除了冶炼装置内铁水中的Si、Mn、P，在冶炼装置内硅、锰、磷、碳等元素依次氧化，冶炼装置内温度控制在1400～1450℃，脱磷冶炼终期硅、锰等少量金属元素基本氧化完成，脱磷效率可达90％以上，
第三步、把冶炼完的铁水倒入铁水包中，通过加料系统加增碳增硅孕育剂铸铁，利用氩气供应系统进行搅拌，使其成分均匀，通过在线实时检测系统进行实时检测，在线实时检测系统实时对铁水包内进行反应的铁水进行取样检测，铁水充分反应脱氧后直至达到标准，停止通氧，冷却降温至后续工艺。
使用本发明系统生产高纯生铁，经实验测得数据C的质量百分比为3.2，Si的质量百分比为0.44，Ti的质量百分比为0.021，Mn的质量百分比为0.047，本发明的生产指标满足中国铸造协会发布的《铸造用高纯生铁-ZXB/T0001-2011》标准。
实施例2
请参阅图3，本实施例提供一种高纯生铁的生产工艺，与实施例1的区别在于：1)冶炼装置采用转炉，转炉型号为60t类型；2)钝化镁用量为500-700kg；3)生石灰用量为600-800kg；4)在转炉中的冶炼温度为1350～1450℃，经实验测得数据C的质量百分比为3.05，Si的质量百分比为0.47，Ti的质量百分比为0.024，Mn的质量百分比为0.044，本发明的生产指标满足中国铸造协会发布的《铸造用高纯生铁-ZXB/T0001-2011》标准。
实施例3
请参阅图1-2，本实施例提供一种球墨铸铁的生产工艺，与实施例1的区别在于：1)钝化镁用量为350kg；2)生石灰用量为350kg；3)在AOD炉中的冶炼温度为1400℃，经实验测得数据C的质量百分比为3.57，Si的质量百分比为1.56，Mn的质量百分比为0.43，本发明的生产指标满足《GB T 1348-2009球墨铸铁件标准》。
实施例4
请参阅图1-2，本实施例提供一种特级高纯生铁的生产工艺，与实施例1的区别在于：1)钝化镁用量为600～800kg；2)生石灰用量为800～1000kg；3)在AOD炉中的冶炼温度为1400～1450℃，经实验测得数据C的质量百分比为3.4，Si的质量百分比为0.46％，Ti的质量百分比为0.018％，Mn的质量百分比为0.042，本发明的生产指标满足中国铸造协会发布的《铸造用高纯生铁-ZXB/T0001-2011》标准。
实施例5
请参阅图1-2，本实施例提供一种球墨铸铁的生产工艺，与实施例1的区别在于：1)钝化镁用量为350kg；2)生石灰用量为350kg；3)在AOD炉中的冶炼温度为1400～1450℃，经实验测得数据C的质量百分比为3.36，Si的质量百分比为1.54，Mn的质量百分比为0.48，本发明的生产指标满足《GB T 1348-2009球墨铸铁件标准》。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高纯生铁生产系统，其特征在于：所述系统包括铁水包(1)、氮气供应装置(2)、扒渣装置(3)、冶炼装置(4)、氧气供应系统(5)、加料系统(6)、氩气供应系统(7)和在线实时检测系统(8)，所述氮气供应装置(2)的氮气吹送管路设置在所述铁水包(1)的内部，所述扒渣装置(3)的吹送管路设置在所述铁水包(1)开口的内侧，所述冶炼装置(4)与所述铁水包(1)相连，所述氧气供应系统(5)的氧气吹送管道设置在所述冶炼装置(4)内腔的底部，所述加料系统(6)的加料口设置在所述铁水包(1)的上方，所述氩气供应系统(7)的氩气吹送管路设置在所述铁水包(1)内腔的底部，所述在线实时检测系统(8)实时对所述铁水包(1)内进行反应的铁水进行取样检测。
2.根据权利要求1所述的一种高纯生铁生产系统，其特征在于：所述铁水包(1)包壁的定型耐材的高度从传统的17环满环加高到19环满环，在所述铁水包(1)加高部分的包嘴处加焊钢板，保证对包壁定型耐材的支撑，所述铁水包(1)其余部分采用湿法喷涂料进行湿喷。
3.根据权利要求1所述的一种高纯生铁生产系统，其特征在于：所述氮气供应装置(2)采用空气压缩机进行氮气吹送作业。
4.根据权利要求1所述的一种高纯生铁生产系统，其特征在于：所述冶炼装置(4)为AOD炉或者转炉。
5.根据权利要求4所述的一种高纯生铁生产系统，其特征在于：所述AOD炉包括炉体(9)，所述炉体(9)的上端设置有炉盖(10)，所述炉体(9)的内壁上均包覆有耐材砖(11)，左侧所述耐材砖(11)的端面为迎钢侧(12)，右侧所述耐材砖(11)的端面为风枪侧(13)，所述AOD炉依托于侧吹良好的动力学条件，通过提高过程温度和降低CO气体分压的方式实现脱碳保铬，所述风枪侧(13)的所述耐材砖(11)厚度大于所述迎钢侧(12)的所述耐材砖(11)厚度。
6.根据权利要求4所述的一种高纯生铁生产系统，其特征在于：所述转炉包括转炉炉体(14)，所述转炉炉体(14)的内腔均包覆有耐火砖(15)，右侧所述耐火砖(15)的板壁上侧嵌装有出料口内座砖(16)，所述出料口内座砖(16)的内侧设置有液态金属通道(17)。
7.一种高纯生铁生产工艺，其特征在于：高纯生铁生产系统工艺流程如下：
第一步、将通过处理含锌、铅等固体废物的高炉生产出的铁水浇注在所述铁水包(1)1内，将所述铁水包(1)运送至预设生产线的铁水预处理系统内，利用所述氮气供应装置(2)上的氮气喷枪向所述铁水包(1)中喷吹钝化镁脱硫，脱硫反应：
Mg(S)+[S]＝(MgS) (S)。
脱硫能力可达90％以上，为避免下道工序回硫，脱硫后的铁水通过所述扒渣装置(3)4进行扒渣，
第二步、将预处理过后的铁水输送进所述冶炼装置(4)的内部，将所述氧气供应系统(5)的氧气吹送管道的端头设置在所述冶炼装置(4)的底部，启动所述氧气供应系统(5)对铁水进行吹氧搅拌，在所述氧气供应系统(5)进行吹氧搅拌的同时向所述冶炼装置(4)内加入块状生石灰，在所述冶炼装置(4)内发生如下反应：
[O2]+[Mn]＝Mno；
[O2]+[Si]＝SiO2；
[Feo]+[Mn]＝Mno+Fe；
[Feo]+[Si]＝SiO2+Fe；
1/2[O2]+[C]＝CO；
2[P]+5[O]+4CaO·P2O2。
通过这些反应脱除了所述冶炼装置(4)内铁水中的Si、Mn、P，在所述冶炼装置(4)内硅、锰、磷、碳等元素依次氧化，所述冶炼装置(4)内温度控制在1400～1450℃，脱磷冶炼终期硅、锰等少量金属元素基本氧化完成，脱磷效率可达90％以上，
第三步、把冶炼完的铁水倒入所述铁水包(1)中，通过所述加料系统(6)加增碳增硅孕育剂铸铁，利用所述氩气供应系统(7)进行搅拌，使其成分均匀，通过所述在线实时检测系统(8)进行实时检测，铁水充分反应脱氧后直至达到标准，停止通氧，冷却降温至后续工艺。
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