CN117660706A - 高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法 - Google Patents

Abstract

高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，通过高炉一步法生产铸造用高纯生铁，能够避免炉外氧化法对生铁的污染，提高高纯生铁的纯净度，能够避免炉外氧化法对硅元素的氧化浪费，可节省炉外处理设备的投入，节约生产成本，产品质量均匀稳定，适合于大批量生产。

Description

高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法

技术领域

本发明涉及铸造用高纯生铁生产技术，特别是一种高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，通过高炉一步法生产铸造用高纯生铁，能够避免炉外氧化法对生铁的污染，提高高纯生铁的纯净度，能够避免炉外氧化法对硅元素的氧化浪费，可节省炉外处理设备的投入，节约生产成本，产品质量均匀稳定，适合于大批量生产。

背景技术

铸造用高纯生铁是一种磷P、硫S、锰Mn、钛Ti等常规元素含量低，特定的微量元素铬Cr、钒V、钼Mo、锡Sn、锑Sb、铅Pb、铋Bi、碲Te、砷As、硼B、铝Al等含量极少的高端铸件专用生铁。主要用于风电铸件、核电铸件、高铁用铸件、大断面球铁铸件、有低温冲击韧性和疲劳性能要求的球铁铸件等，是生产高端球墨铸铁件必不可少的主要原材料。

铸造用高纯生铁中的元素wt％含量如下：C≥3.30，Si≤0.70，Ti≤0.030，Mn≤0.015，P≤0.030，S≤0.020，Cr≤0.015，V≤0.015，V≤0.015，Mo≤0.01，Sn≤0.003，Sb≤0.0008，Pb≤0.001，Bi≤0.001，Te≤0.003，As≤0.002，B≤0.001，Al≤0.01。50多年前，国外冶钛渣炼技术最发达的国家如加拿大、挪威、乌克兰，采用氧化法已成功生产制备出高纯生铁。国内多数企业均采用精料法+炉外氧化法生产高纯生铁。为了生产出更纯净的高纯生铁，使生铁中的Mn、V、Ti、P、S等有害元素控制到更低的水平，一般采用高炉冶炼+铁水“三脱”生产工艺。氧化法和铁水“三脱”工艺，设备投入大，生产工艺相对复杂，处理完成后有时需对铁水中氧化掉的硅(Si)进行增硅操作，成本浪费较大。

炉外氧化法生产高纯生铁时，有害元素或微量杂质元素是以氧化物的方式去除，在铁水内生成的氧化物，在短时间内上浮排除不充分，会滞留在铁液中形成夹杂物。炉外氧化法生产高纯生铁，设备投入较大、耐材消耗高、成本增加等问题。炉外氧化法生产高纯生铁，去除有害元素和杂质元素之前先氧化脱硅，而铸件用生铁中的硅元素是有益元素，氧化法完成之后还需对铁水增硅，会造成生产成本增加。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，通过高炉一步法生产铸造用高纯生铁，能够避免炉外氧化法对生铁的污染，提高高纯生铁的纯净度，能够避免炉外氧化法对硅元素的氧化浪费，可节省炉外处理设备的投入，节约生产成本，产品质量均匀稳定，适合于大批量生产。

本发明的技术解决方案如下：

高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，包括送入高炉中的以下物料：

由烧结矿和球团矿组成的第一混合原料，以wt％计，所述第一混合原料中烧结矿为65～70，球团矿为30～35，所述烧结矿的碱度R2控制在R2＝1.90～2.00；所述烧结矿以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥55，Si0₂≤5.3，Al₂0₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.03，Ti0₂≤0.06，Mn≤0.1，Cr≤0.008，V≤0.002，Zn≤0.001；所述球团矿以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥62，Si0₂≤8，Al₂0₃≤2.0，P≤0.010，S≤0.1，Ti0₂≤0.05，Mn≤0.1，Cr≤0.006，V≤0.002，Zn≤0.002；

作为燃料的焦炭，所述焦炭以wt％计的成分含量如下：C≥85，灰份≤12.5，挥发份≤1.6，S≤0.65，P≤0.015，水份≤9；

作为燃料的喷吹煤粉，所述喷吹煤粉以wt％计的成分含量如下：C≥75，灰份≤11，挥发份≤11，S≤0.5，P≤0.025；

作为燃料的烧结煤粉，所述烧结煤粉以wt％计的成分含量如下：C≥73，灰份≤16，挥发份≤2，S≤0.5，P≤0.025；

作为燃料的烧结焦粉，所述烧结焦粉以wt％计的成分含量如下：C≥78，灰份≤15，挥发份≤3，S≤0.65，P≤0.025。

所述焦炭的粒度小于25mm的wt％占比＜8，大于80mm的wt％占比＜5，余量粒度均在25～80mm，最大尺寸＜150mm；所述喷吹煤粉的粒度小于10mm的wt％占比≥80；所述烧结煤粉的粒度小于10mm的wt％占比≥80。

所述焦炭的M₂₅≥91％，M₁₀≤7％；所述喷吹煤粉的可磨性指数≥65。

所述球团矿以酸精粉为原料，所述酸精粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥65，Si0₂≤8，Al₂0₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.4，Ti0₂≤0.05，MnO≤0.055。

所述烧结矿以碱精粉和富矿粉为原料，所述碱精粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥64，Si0₂≤5，Al₂0₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.5，Ti0₂≤0.08，MnO≤0.055；所述富矿粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥63，Si0₂≤5，Al₂0₃≤2.2，P≤0.015，S≤0.1，Ti0₂≤0.08，MnO≤0.055。

包括以下内容：

采用低焦比控制技术以降低生铁中的钛Ti含量；

采用稳定装料制度控制技术和合理布料技术以保持高炉稳定顺行；

采用送风控制技术：风量控制在1750-1850m³/min，风速控制在175-185m/s；

采用热控制技术：铁水物理热控制在1470℃～1520℃，风温稳定控制在1180℃；

采用喷煤控制技术、顶压高压控制技术、造渣控制技术和出铁量控制技术。

本发明技术效果如下：本发明高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，能够实现高炉一步法生产铸造用高纯生铁，是冶炼高纯生铁最经济、最实用的方法，生产出的高纯生铁具有高均匀性、高一致性和高稳定性。该法生产的高纯生铁设备投入减少，生产工艺简化，节约能源,，节约生产成本。

现有技术中的炉外氧化法生产高纯生铁时，有害元素或微量杂质元素是以氧化物的方式去除，在铁水内生成的氧化物，在短时间内上浮排除不充分，会滞留在铁液中形成夹杂物。而本发明采用高炉一步法生产铸造用高纯生铁，避免炉外氧化法对生铁的污染，提高高纯生铁的纯净度。

现有技术中的炉外氧化法生产高纯生铁，设备投入较大、耐材消耗高、成本增加等问题。而本发明采用高炉一步法生产高纯生铁可避免上述问题发生，节约成本。

现有技术中的炉外氧化法生产高纯生铁，去除有害元素和杂质元素之前先氧化脱硅，而铸件用生铁中的硅元素是有益元素，氧化法完成之后还需对铁水增硅，会造成生产成本增加。而本发明采用高炉一步法生产铸造用高纯生铁的方法不会造成硅元素的氧化浪费。

附图说明

图1是实施本发明高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法流程示意图。图1中包括送入高炉(规格为800m³)的物料有：精品烧结矿和精品球团矿，焦炭和熔剂，通过热风炉吹送的热风和煤粉。从高炉输出的有高纯生铁铁水(可制作成高纯生铁铸铁块)和炉渣(可进行水冲渣处理)。

具体实施方式

下面结合附图(图1)和实施例对本发明进行说明。

图1是实施本发明高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法流程示意图。参考图1所示，高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，包括送入高炉中的以下物料：由烧结矿和球团矿组成的第一混合原料，以wt％计，所述第一混合原料中烧结矿为65～70，球团矿为30～35，所述烧结矿的碱度R2控制在R2＝1.90～2.00；所述烧结矿以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥55，Si0₂≤5.3，Al₂0₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.03，Ti0₂≤0.06，Mn≤0.1，Cr≤0.008，V≤0.002，Zn≤0.001；所述球团矿以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥62，Si0₂≤8，Al₂0₃≤2.0，P≤0.010，S≤0.1，Ti0₂≤0.05，Mn≤0.1，Cr≤0.006，V≤0.002，Zn≤0.002；作为燃料的焦炭，所述焦炭以wt％计的成分含量如下：C≥85，灰份≤12.5，挥发份≤1.6，S≤0.65，P≤0.015，水份≤9；作为燃料的喷吹煤粉，所述喷吹煤粉以wt％计的成分含量如下：C≥75，灰份≤11，挥发份≤11，S≤0.5，P≤0.025；作为燃料的烧结煤粉，所述烧结煤粉以wt％计的成分含量如下：C≥73，灰份≤16，挥发份≤2，S≤0.5，P≤0.025；作为燃料的烧结焦粉，所述烧结焦粉以wt％计的成分含量如下：C≥78，灰份≤15，挥发份≤3，S≤0.65，P≤0.025。

所述焦炭的粒度小于25mm的wt％占比＜8，大于80mm的wt％占比＜5，余量粒度均在25～80mm，最大尺寸＜150mm；所述喷吹煤粉的粒度小于10mm的wt％占比≥80；所述烧结煤粉的粒度小于10mm的wt％占比≥80。所述焦炭的M₂₅≥91％，M₁₀≤7％；所述喷吹煤粉的可磨性指数≥65。所述球团矿以酸精粉为原料，所述酸精粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥65，Si0₂≤8，Al₂0₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.4，Ti0₂≤0.05，MnO≤0.055。所述烧结矿以碱精粉和富矿粉为原料，所述碱精粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥64，Si0₂≤5，Al₂0₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.5，Ti0₂≤0.08，MnO≤0.055；所述富矿粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥63，Si0₂≤5，Al₂0₃≤2.2，P≤0.015，S≤0.1，Ti0₂≤0.08，MnO≤0.055。

包括以下内容：生产高纯生铁前预先调整高炉炉况，采用先加入过渡料的方法进行调整，当炉况调整达到生产高纯生铁要求时，开始冶炼高纯生铁；采用低焦比控制技术以降低生铁中的钛Ti含量；采用稳定装料制度控制技术和合理布料技术以保持高炉稳定顺行；采用送风控制技术：风量控制在1750-1850m³/min，风速控制在175-185m/s；采用热控制技术：铁水物理热控制在1470℃～1520℃，风温稳定控制在1180℃；采用喷煤控制技术、顶压高压控制技术、造渣控制技术和出铁量控制技术。

生产高纯生铁采用800m³铸造高炉，是铸造业最优化的炉容，能很好地满足大型或超大型铸件的生产，实现铸件的高纯净度、高稳定性、高一致性。

精选原料、辅料、燃料，有害元素的控制从入炉料入手，直接将有害元素控制在高纯生铁标准要求的范围内。

高炉铁水中的硫(S)含量满足高纯生铁成分要求。节省了炉外精炼喷吹镁粉脱硫工序，节省了喷吹镁粉、喷吹枪、氮气、扒渣等的消耗，降低生产成本。

高炉铁水中的磷(P)、钛(Ti)、锰(Mn)含量满足高纯生铁成分要求。节省了炉外精处理吹氧氧化去磷、钛、锰工序，节省了喷吹氧气、喷粉枪、喷吹搅拌用的氮气和石灰粉剂及扒渣等的消耗，降低生产成本。

高炉铁水中的十一种微量元素，如铬(Cr)、钒(V)、铝(Al)等含量满足高纯生铁成分要求。节省了炉外精处理吹氧氧化去除处理，节省了喷吹氧气、喷粉枪、喷吹搅拌用的氮气和石灰粉剂及扒渣等的消耗，降低生产成本。

高炉操作采用低硅操作是实现高纯生铁成分控制最有效的操作方法，能显著降低生产成本，稳定高炉顺行。

铸造用高纯生铁采用高炉一步法生产是本发明专利的核心，高炉一步法生产高纯生铁可节省炉外处理设备的投入，节约生产成本，产品质量均匀稳定，适合于大批量生产。具体技术方案如下：

1、采用铸造行业的大中型高炉一步法生产制备高纯生铁。高炉的容量选择600～800m³是最为合适的：一方面，每次出铁量100～130吨，满足大型或超大型铸件的生产，实现铸件的高纯净度、高稳定性、高一致性。另一方面，600～800m³容量的高炉，变料操作迅速，一天就可以完成变料操作，有利于精料操作，快速实现铁水成分的精准控制。

2、高炉用的原辅材料和燃料进行精选方可入炉，且入高炉时按控制标准严格执行。

2.1、入高炉燃料控制标准如表1。

表1入高炉燃料控制标准单位：质量分数％

2.2、烧结矿(高碱)和球团用原料控制标准如表2

表2烧结矿(高碱)和球团用原料控制标准单位：质量分数％

2.3、入高炉原料控制标准如表3。

表3入高炉原料控制标准单位：质量分数％

注：烧结矿(高碱)碱度为R₂＝1.9±0.06

3、高炉一步法生产高纯生铁冶炼工艺技术

3.1、生产高纯生铁前预先调整高炉炉况，采用先加入过渡料的方法进行调整，当炉况调整达到生产高纯生铁要求时，开始冶炼高纯生铁。

3.2、低焦比控制技术：能有效焦炭的灰分，减少了焦炭灰分中硅(Si)的来源，实现了低硅冶炼，进而降低生铁中的钛(Ti)含量。

3.3、合理的炉料结构控制技术：原料组成，高碱度烧结矿65-70％，酸性球团矿30-35％；高碱烧结矿的碱度控制在R2＝1.90-2.00，同时增加烧结矿中MgO含量。

3.4、稳定装料制度控制技术：料线按1200mm控制，严禁空料线作业，并分装入炉；料批控制按总料批确定，每小时6.5～7批料，连续4小时料批不能超规定批数上限；在炉温合适的情况下，力争上限料批，矿批重按料速控制在22～24t/小时。

3.5、合理布料技术：达到炉喉径相O/C控制(O/C为氧/碳的比值)，实现合理煤气流分布，保持高炉稳定顺行，充分利用煤气能量，降低能耗；采取中心发展型煤气分布，使中气流分布范围尽量缩小，即保持中心狭窄通道，又能提高煤气利用率。

3.6、送风控制技术：风量控制在1750-1850m³/min，风速控制在175-185m/s。

3.7、热控制技术：炉温【Si】含量控制在0.4±0.1％，铁水物理热控制在1470℃～1520℃；风温稳定控制在1180℃。

3.8、喷煤控制技术：提高喷吹煤比，降低风口区温度，减少SiO生成；喷煤量按＞130kg/t控制。

3.9、顶压高压控制技术：800m³高炉顶压控制在160kpa，即能提高炉内压力，抑制SiO生成，又能降低煤气流速，提高煤气利用率，降低焦比。

3.10、造渣控制技术：入炉理论炉渣碱度R2≥1.15，R3≥1.40；炉渣中MgO含量≥10％，Al₂O₃＜13％，炉渣流动性好脱硫能力强。

3.11、出铁量控制技术：铁口深度必须大于2000mm，保证铁口堵泥耐冲刷力强，出铁均匀；出铁量控制在115～130吨/次，出铁次数17～19次/天，每次铁量差＜15t。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。

Claims (6)

1.高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，包括送入高炉中的以下物料：

由烧结矿和球团矿组成的第一混合原料，以wt％计，所述第一混合原料中烧结矿为65～70，球团矿为30～35，所述烧结矿的碱度R2控制在R2＝1.90～2.00；所述烧结矿以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥55，SiO₂≤5.3，Al₂O₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.03，TiO₂≤0.06，Mn≤0.1，Cr≤0.008，V≤0.002，Zn≤0.001；所述球团矿以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥62，SiO₂≤8，Al₂O₃≤2.0，P≤0.010，S≤0.1，TiO₂≤0.05，Mn≤0.1，Cr≤0.006，V≤0.002，Zn≤0.002；

作为燃料的焦炭，所述焦炭以wt％计的成分含量如下：C≥85，灰份≤12.5，挥发份≤1.6，S≤0.65，P≤0.015，水份≤9；

作为燃料的喷吹煤粉，所述喷吹煤粉以wt％计的成分含量如下：C≥75，灰份≤11，挥发份≤11，S≤0.5，P≤0.025；

作为燃料的烧结煤粉，所述烧结煤粉以wt％计的成分含量如下：C≥73，灰份≤16，挥发份≤2，S≤0.5，P≤0.025；

作为燃料的烧结焦粉，所述烧结焦粉以wt％计的成分含量如下：C≥78，灰份≤15，挥发份≤3，S≤0.65，P≤0.025。

2.根据权利要求1所述的高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，所述焦炭的粒度小于25mm的wt％占比＜8，大于80mm的wt％占比＜5，余量粒度均在25～80mm，最大尺寸＜150mm；所述喷吹煤粉的粒度小于10mm的wt％占比≥80；所述烧结煤粉的粒度小于10mm的wt％占比≥80。

3.根据权利要求1所述的高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，所述焦炭的M₂₅≥91％，M₁₀≤7％；所述喷吹煤粉的可磨性指数≥65。

4.根据权利要求1所述的一种高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，所述球团矿以酸精粉为原料，所述酸精粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥65，SiO₂≤8，Al₂O₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.4，TiO₂≤0.05，MnO≤0.055。

5.根据权利要求1所述的高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，所述烧结矿以碱精粉和富矿粉为原料，所述碱精粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥64，SiO₂≤5，Al₂O₃≤1.8，P≤0.010，S≤0.5，TiO₂≤0.08，MnO≤0.055；所述富矿粉以wt％计的成分含量如下：全铁TFe≥63，SiO₂≤5，Al₂O₃≤2.2，P≤0.015，S≤0.1，TiO₂≤0.08，MnO≤0.055。

6.根据权利要求1所述的高炉直接冶炼出铸造用高纯生铁的方法，其特征在于，包括以下内容：

采用低焦比控制技术以降低生铁中的钛Ti含量；

采用稳定装料制度控制技术和合理布料技术以保持高炉稳定顺行；

采用送风控制技术：风量控制在1750-1850m³/min，风速控制在175-185m/s；

采用热控制技术：铁水物理热控制在1470℃～1520℃，风温稳定控制在1180℃；

采用喷煤控制技术、顶压高压控制技术、造渣控制技术和出铁量控制技术。