CN1246493C - 高炉—精炼炉法冶炼中低碳锰铁新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉-精炼炉法冶炼中低碳锰铁新工艺,精炼炉熔池温度控制在1650℃-1750℃,其特征在于高炉锰铁液热送进混铁炉升温至1450℃-1550℃后,兑入精炼炉吹氧脱碳,前期供氧强度为2.5-3.0m3(min·t)-1,中期氩氧混合吹炼,供氧强度为0.8-1.0m3(min·t)-1,后期关氧吹氩还原操作,终点温度控制在1750℃-1800℃。本发明可以充分利用贫锰矿资源组织生产,实现热送热装,能耗低,生产效率高,锰的收得率高。
Description
本发明涉及冶金行业的中低碳锰铁生产工艺,尤其涉及一种高炉—精炼炉法冶炼中低碳锰铁新工艺。
现有的中低碳锰铁生产方法主要有电硅热法、摇炉法和吹氧法三种。电硅热法冶炼中低碳锰铁工艺是把富锰矿、锰硅合金和石灰加入电炉中,主要靠电热使炉料熔化,并对锰硅进行精炼脱硅而得。摇炉法又称摇包法,是将矿热电炉冶炼的液态锰硅合金和液态的中锰渣兑入摇包,在摇包中进行强烈的混合搅拌,使锰硅合金中的硅与渣中氧化锰发生反应,进行脱硅和锰的还原,然后,将脱掉部分硅的液态锰硅合金再兑入电炉与预热的富锰矿、石灰一起冶炼中低碳锰铁。这两种方法都存在能耗大、成本高、生产效率低的问题。转炉吹氧法冶炼中低碳锰铁是将电炉冶炼出来的液态高碳锰铁(含碳6.0-7.5%)热兑到转炉中,通过顶吹氧枪吹入氧气或顶吹氧气底吹氩气去除高碳锰铁中的碳,同时加入适量的造渣剂或冷却剂,当碳脱到符合标准(C≤2.0%)要求时,得到的合金即为中碳锰铁。该方法生产中碳锰铁,锰的吹损量大,锰的收得率低,也存在能耗大、成本高、生产效率低的问题,并且必须采用富锰矿,无法利用贫锰矿资源。
本发明的目的是提供一种能耗低、生产效率高,锰的收得率高,成本低,能充分利用贫锰矿资源的高炉—精炼炉法冶炼中低碳锰铁新工艺。
我国生产高碳锰铁的方法有高炉法和电炉法两种,它们的主要差别见表1。
表1
冶金工业出版社1991年5月第一版由本溪冶金专科学校李春德主编的《铁合金冶金学》P93页介绍了锰铁熔池吹氧时,各元素的氧化反应有:
(1)、(2)、(3)、(4)、(6)反应的自由能与温度的关系如图1。
从图1看出,Fe、Mn、Si等元素形成的ΔF°负值随温度升高而减小,而C生成氧化物ΔF°负值随温度升高而增大。当温度超过1410℃时,碳可以还原FeO和MnO;当温度超过1600℃时,碳可以还原(MnSiO3)、(MnO)、(FeO);当温度在1670℃以上时,碳可以将SiO2、MnSiO3、MnO、FeO还原成元素[Si]、[Mn]和[Fe]。这就证明当温度高于1600℃时,碳的氧化反应优先于(1)、(6)式反应,即可保护锰不受氧化—这就是选择性氧化原理。以上是在标准状态下的氧化反应情况。而实际的中低碳锰铁生产中,各组元素互成熔液,活度不等于1,各元素氧化反应的ΔF值可由下式求出:
ΔF=ΔF°+RTln[πa(生成物)/πa(反应物)]式中:π-乘积
根据高炉锰铁生产工艺和锰铁吹氧过程选择性氧化原理,本发明的技术方案是:精炼炉熔池温度控制在1650℃-1750℃,吹炼过程炉渣碱度CaO/SiO2控制在1.0-4.0,终渣碱度为1.1-1.2,其特征在于:高炉锰铁液热送进混铁炉升温至1450℃-1550℃后,兑入浸入式侧吹精炼炉吹氧脱碳,前期供氧强度为2.5-3.0m3(min·t)-1,中期氩氧混合吹炼,氩氧比为1∶1,供氧强度降为0.8-1.0m3(min·t)-1,后期当碳降至2.0%以下,锰铁水终点温度达到1750℃-1800℃时,氩氧枪中心管O2全部切换成Ar气,还原气氛操作,加入液态锰硅合金,供氩强度为0.50-0.80m3(min·t)-1。其生产工艺流程见图2。
本发明与现有技术相比,其优点是:
1、采用高炉代替电炉冶炼高碳锰铁,可以利用贫锰矿资源组织生产,使我国日益贫化的锰矿资源得到充分利用,并且锰的回收率高,冶炼成本低。
2、根据锰铁吹氧过程选择性氧化原理,提高锰铁液入精炼炉温度,有利于脱碳保锰,减少锰的氧化损失,提高锰的收得率。
3、中期采用氩氧混合吹炼,通过混合Ar气降低CO分压,有利于脱碳反应的进行。
4、高炉、精炼炉分别以焦炭、氧气为主要能源,代替电能,能耗低。
5、高炉→精炼炉冶炼周期短,生产效率高。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述。
根据现有技术,高炉锰铁生产时,炉料(矿石、焦炭、熔剂)从炉顶装入,下部风口鼓入热风。燃料中的炭在热风中发生燃烧反应,产生具有很高温度的还原性气体CO、H2,气流在上升过程中,将下降的炉料加热,并与矿石发生还原反应。高温气流中CO、H2与部分炽热固定碳夺取了矿石中的氧,使锰还原出来,积聚在高炉下部,定期从铁口排出,其产品即为高碳锰铁。又根据锰铁吹氧过程选择性氧化原理,提高高炉锰铁液的温度,有利于脱碳保锰,减少锰的氧化。因此,高炉锰铁液热送进入混铁炉升温至1450℃-1550℃,然后兑入浸入式侧吹精炼炉。兑锰铁水前,氩氧枪中心管氧气压力调到0.2MPa,环缝Ar气或N2气压力调到0.20MPa,以保证锰铁水不会堵住氩氧枪。兑锰铁水结束后,逐渐将氩氧枪中心管压力调至0.45-0.50MPa,同时将环缝Ar气或N2气压力调至0.30-0.35MPa,加大冷却强度,以保护氩氧枪,进行正常吹炼。吹炼过程中,不断进行测温、取样、加渣料(石灰、萤石和锰矿等)操作。吹炼分前期、中期、后期三个阶段进行,前期氩氧枪中心管全部吹氧,压力为0.45-0.50MPa,环缝Ar气或N2气压力为0.30-0.35MPa,即供氧强度2.5-3.0m3(min·t)-1,温度控制在1650℃-1750℃,加入石灰,CaO/SiO2炉渣碱度控制在1.0-1.2,碳从6.0-7.5%降至2.5-3.5%;中期氩氧枪中心管吹入O2与Ar气的混合气体,进行氩氧混合吹炼,氩氧比例为1∶1,通过混合Ar气降低CO分压,有利于脱碳反应的进行,供氧强度降为0.8-1.0m3(min·t)-1,供氩强度也为0.8-1.0m3(min·t)-1,总压力仍然保持0.45-0.50MPa,温度仍然控制在1650℃-1750℃,再加入石灰、萤石,炉渣CaO/SiO2碱度控制在4.0以下,继续脱碳;后期当碳降至2.0%以下,锰铁水达到终点温度1750℃-1800℃时,将氩氧枪中心管O2全部切换成Ar气,压力为0.20-0.30MPa,环缝Ar气压力为0.20-0.30MPa,即供氩强度为0.50-0.80m3(min·t)-1,炉内进入还原期,加入液态的锰硅合金,进行还原。还原反应结束后,终渣碱度为1.1-1.2。将炉内的渣与锰铁液一起倒入铁水包内,经过镇静冷却降温,再进行浇注,出锰铁温度为1510℃-1530℃,浇注温度为1430℃-1450℃。
例1:
(1)高炉冶炼的液态高碳锰铁,测得温度1300℃,倒入混铁炉内升温到1500℃,兑入浸入式侧吹精炼炉内,取样测得成分为:C:6.25%,Mn:73.56%,Si:1.27%,S:0.006%,P:0.285%;兑锰铁水前,氩氧枪中心管氧气压力调到0.20MPa,环缝Ar气或N2气压力调到0.20MPa,以保证锰铁水不会堵住氩氧枪。
(2)兑锰铁水结束后,逐渐将氩氧枪中心管压力调至0.45-0.50MPa,环缝Ar气或N2气压力调至0.30-0.35MPa,进行正常吹炼,吹炼过程中,熔池温度控制在1650℃-1750℃,并不断进行测温、取样、加渣料、冷却剂等操作。
(3)吹炼分三个阶段进行,前期氩氧枪中心管全部吹氧,压力为0.45-0.50MPa,环缝Ar气或N2气压力为0.30-0.35MPa,即供氧强度为2.5-3.0m3(min·t)-1,温度控制在1650℃-1750℃,碳从6.25%降至2.76%,中期氩氧枪中心管吹入O2与Ar气的混合气体,比例为1∶1,即氩、氧强度均为0.8-1.0m3(min·t)-1,总压力仍然保持0.45-0.50MPa,温度保持不变,继续脱碳,后期当碳降至1.57%,锰铁水温度达到终点温度1760℃时,将氩氧枪中心管O2全部切换成Ar气,压力为0.20-0.30MPa,环缝Ar气压力为0.20-0.30MPa,供氩强度为0.50-0.80m3(min·t)-1,炉内进入还原期,加入液态的锰硅合金进行还原,当锰铁水温度降为1520℃,还原良好时,出锰铁浇铸,浇铸温度为1440℃。最后得到中碳锰铁测得成分为:C:1.38%,Mn:76.24%,Si:0.71%,S:0.006%,P:0.296%
若要得到低碳锰铁,则增加吹氧脱碳时间即可。
例2:高炉锰铁吹氧脱碳按上述工艺参数控制范围进行操作,任意抽取两组数据,吹炼前锰铁成分与吹炼后锰铁成分如下:
某次吹炼前高炉锰铁化学成分:
C:6.34%,Mn:72.80%,Si:1.13%,S:0.005%,P:0.293%
吹炼后中碳锰铁化学成分:
C:1.45%,Mn:75.84%,Si:0.84%,S:0.006%,P:0.324%
某次吹炼前高炉锰铁化学成分:
C:6.15%,Mn:74.28%,Si:1.24%,S:0.004%,P:0.281%
吹炼后低碳锰铁化学成分:
C:0.68%,Mn:76.53%,Si:0.96%,S:0.005%,P:0.315%
经比较,吹氧脱碳后,均达到了中低碳锰铁标准要求,实践证明本工艺可行。
本工艺冶炼的中低碳锰铁产品,表面光洁无气孔,气体及夹杂含量低,质量良好,锰的综合收得率达到91.2%,化学成分符合国家标准《锰铁》GB/T3795-1996标准中中低碳锰铁牌号要求。
Claims (1)
1、一种高炉-精炼炉法冶炼中低碳锰铁新工艺,精炼炉熔池温度控制在1650℃-1750℃,吹炼过程炉渣碱度CaO/SiO2控制在1.0-4.0,加入液态硅锰合金还原剂后的终渣碱度为1.1-1.2,其特征在于:高炉锰铁液热送进混铁炉升温至1450℃-1550℃后,兑入浸入式侧吹精炼炉吹氧脱碳,前期供氧强度为2.5-3.0m3(min·t)-1,碳从6.0~7.5%降至2.5~3.5%;中期氩氧混合吹炼,氩氧比为1∶1,供氧强度降为0.8-1.0m3(min·t)-1,继续脱碳;后期当碳降至2.0%以下,锰铁水终点温度达到1750℃-1800℃时,氩氧枪中心管O2全部切换成Ar气,还原气氛操作,供氩强度为0.50-0.80m3(min·t)-1。
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