專利名稱：高爐-精煉爐法冶煉中低碳錳鐵新工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)的中低碳錳鐵生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種高爐—精煉爐法冶煉中低碳錳鐵新工藝。
現(xiàn)有的中低碳錳鐵生產(chǎn)方法主要有電硅熱法、搖爐法和吹氧法三種。電硅熱法冶煉中低碳錳鐵工藝是把富錳礦、錳硅合金和石灰加入電爐中，主要靠電熱使?fàn)t料熔化，并對錳硅進(jìn)行精煉脫硅而得。搖爐法又稱搖包法，是將礦熱電爐冶煉的液態(tài)錳硅合金和液態(tài)的中錳渣兌入搖包，在搖包中進(jìn)行強(qiáng)烈的混合攪拌，使錳硅合金中的硅與渣中氧化錳發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行脫硅和錳的還原，然后，將脫掉部分硅的液態(tài)錳硅合金再兌入電爐與預(yù)熱的富錳礦、石灰一起冶煉中低碳錳鐵。這兩種方法都存在能耗大、成本高、生產(chǎn)效率低的問題。轉(zhuǎn)爐吹氧法冶煉中低碳錳鐵是將電爐冶煉出來的液態(tài)高碳錳鐵(含碳6.0-7.5％)熱兌到轉(zhuǎn)爐中，通過頂吹氧槍吹入氧氣或頂吹氧氣底吹氬氣去除高碳錳鐵中的碳，同時加入適量的造渣劑或冷卻劑，當(dāng)碳脫到符合標(biāo)準(zhǔn)(C≤2.0％)要求時，得到的合金即為中碳錳鐵。該方法生產(chǎn)中碳錳鐵，錳的吹損量大，錳的收得率低，也存在能耗大、成本高、生產(chǎn)效率低的問題，并且必須采用富錳礦，無法利用貧錳礦資源。
本發(fā)明的目的是提供一種能耗低、生產(chǎn)效率高，錳的收得率高，成本低，能充分利用貧錳礦資源的高爐—精煉爐法冶煉中低碳錳鐵新工藝。
我國生產(chǎn)高碳錳鐵的方法有高爐法和電爐法兩種，它們的主要差別見表1。
表1
冶金工業(yè)出版社1991年5月第一版由本溪冶金?？茖W(xué)校李春德主編的《鐵合金冶金學(xué)》P93頁介紹了錳鐵熔池吹氧時，各元素的氧化反應(yīng)有ΔF°＝-195100+42.44T(1)ΔF°＝-113800+23.64T(2)ΔF°＝-56400-40.32T (3)ΔF°＝-223800+46.08T(4)ΔF°＝-226500+47.50T(5)ΔF°＝-221000+47.90T(6)ΔF°＝-7100+3.00T (7)ΔF°＝5630-3.66T(8)(1)、(2)、(3)、(4)、(6)反應(yīng)的自由能與溫度的關(guān)系如

圖1。
從圖1看出，F(xiàn)e、Mn、Si等元素形成的ΔF°負(fù)值隨溫度升高而減小，而C生成氧化物ΔF°負(fù)值隨溫度升高而增大。當(dāng)溫度超過1410℃時，碳可以還原FeO和MnO；當(dāng)溫度超過1600℃時，碳可以還原(MnSiO3)、(MnO)、(FeO)；當(dāng)溫度在1670℃以上時，碳可以將SiO2、Mn SiO3、MnO、FeO還原成元素[Si]、[Mn]和[Fe]。這就證明當(dāng)溫度高于1600℃時，碳的氧化反應(yīng)優(yōu)先于(1)、(6)式反應(yīng)，即可保護(hù)錳不受氧化—這就是選擇性氧化原理。以上是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧化反應(yīng)情況。而實(shí)際的中低碳錳鐵生產(chǎn)中，各組元素互成熔液，活度不等于1，各元素氧化反應(yīng)的ΔF值可由下式求出ΔF＝ΔF°+RTln[πa(生成物)/πa(反應(yīng)物)]式中π-乘積根據(jù)高爐錳鐵生產(chǎn)工藝和錳鐵吹氧過程選擇性氧化原理，本發(fā)明的技術(shù)方案是精煉爐熔池溫度控制在1650℃-1750℃，吹煉過程爐渣堿度CaO/SiO2控制在1.0-4.0，終渣堿度為1.1-1.2，其特征在于高爐錳鐵液熱送進(jìn)混鐵爐升溫至1450℃-1550℃后，兌入浸入式側(cè)吹精煉爐吹氧脫碳，前期供氧強(qiáng)度為2.5-3.0m3(min·t)-1，中期氬氧混合吹煉，氬氧比為1∶1，供氧強(qiáng)度降為0.8-1.0m3(min·t)-1，后期當(dāng)碳降至2.0％以下，錳鐵水終點(diǎn)溫度達(dá)到1750℃-1800℃時，氬氧槍中心管O2全部切換成Ar氣，還原氣氛操作，加入液態(tài)錳硅合金，供氬強(qiáng)度為0.50-0.80m3(min·t)-1。其生產(chǎn)工藝流程見圖2。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是1、采用高爐代替電爐冶煉高碳錳鐵，可以利用貧錳礦資源組織生產(chǎn)，使我國日益貧化的錳礦資源得到充分利用，并且錳的回收率高，冶煉成本低。
2、根據(jù)錳鐵吹氧過程選擇性氧化原理，提高錳鐵液入精煉爐溫度，有利于脫碳保錳，減少錳的氧化損失，提高錳的收得率。
3、中期采用氬氧混合吹煉，通過混合Ar氣降低CO分壓，有利于脫碳反應(yīng)的進(jìn)行。
4、高爐、精煉爐分別以焦炭、氧氣為主要能源，代替電能，能耗低。
5、高爐→精煉爐冶煉周期短，生產(chǎn)效率高。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，高爐錳鐵生產(chǎn)時，爐料(礦石、焦炭、熔劑)從爐頂裝入，下部風(fēng)口鼓入熱風(fēng)。燃料中的炭在熱風(fēng)中發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生具有很高溫度的還原性氣體CO、H2，氣流在上升過程中，將下降的爐料加熱，并與礦石發(fā)生還原反應(yīng)。高溫氣流中CO、H2與部分熾熱固定碳奪取了礦石中的氧，使錳還原出來，積聚在高爐下部，定期從鐵口排出，其產(chǎn)品即為高碳錳鐵。又根據(jù)錳鐵吹氧過程選擇性氧化原理，提高高爐錳鐵液的溫度，有利于脫碳保錳，減少錳的氧化。因此，高爐錳鐵液熱送進(jìn)入混鐵爐升溫至1450℃-1550℃，然后兌入浸入式側(cè)吹精煉爐。兌錳鐵水前，氬氧槍中心管氧氣壓力調(diào)到0.2MPa，環(huán)縫Ar氣或N2氣壓力調(diào)到0.20MPa，以保證錳鐵水不會堵住氬氧槍。兌錳鐵水結(jié)束后，逐漸將氬氧槍中心管壓力調(diào)至0.45-0.50MPa，同時將環(huán)縫Ar氣或N2氣壓力調(diào)至0.30-0.35MPa，加大冷卻強(qiáng)度，以保護(hù)氬氧槍，進(jìn)行正常吹煉。吹煉過程中，不斷進(jìn)行測溫、取樣、加渣料(石灰、螢石和錳礦等)操作。吹煉分前期、中期、后期三個階段進(jìn)行，前期氬氧槍中心管全部吹氧，壓力為0.45-0.50MPa，環(huán)縫Ar氣或N2氣壓力為0.30-0.35MPa，即供氧強(qiáng)度2.5-3.0m3(min·t)-1，溫度控制在1650℃-1750℃，加入石灰，CaO/SiO2爐渣堿度控制在1.0-1.2，碳從6.0-7.5％降至2.5-3.5％；中期氬氧槍中心管吹入O2與Ar氣的混合氣體，進(jìn)行氬氧混合吹煉，氬氧比例為1∶1，通過混合Ar氣降低CO分壓，有利于脫碳反應(yīng)的進(jìn)行，供氧強(qiáng)度降為0.8-1.0m3(min·t)-1，供氬強(qiáng)度也為0.8-1.0m3(min·t)-1，總壓力仍然保持0.45-0.50MPa，溫度仍然控制在1650℃-1750℃，再加入石灰、螢石，爐渣CaO/SiO2堿度控制在4.0以下，繼續(xù)脫碳；后期當(dāng)碳降至2.0％以下，錳鐵水達(dá)到終點(diǎn)溫度1750℃-1800℃時，將氬氧槍中心管O2全部切換成Ar氣，壓力為0.20-0.30MPa，環(huán)縫Ar氣壓力為0.20-0.30MPa，即供氬強(qiáng)度為0.50-0.80m3(min·t)-1，爐內(nèi)進(jìn)入還原期，加入液態(tài)的錳硅合金，進(jìn)行還原。還原反應(yīng)結(jié)束后，終渣堿度為1.1-1.2。將爐內(nèi)的渣與錳鐵液一起倒入鐵水包內(nèi)，經(jīng)過鎮(zhèn)靜冷卻降溫，再進(jìn)行澆注，出錳鐵溫度為1510℃-1530℃，澆注溫度為1430℃-1450℃。
例1(1)高爐冶煉的液態(tài)高碳錳鐵，測得溫度1300℃，倒入混鐵爐內(nèi)升溫到1500℃，兌入浸入式側(cè)吹精煉爐內(nèi)，取樣測得成分為C6.25％，Mn73.56％，Si1.27％，S0.006％，P0.285％；兌錳鐵水前，氬氧槍中心管氧氣壓力調(diào)到0.20MPa，環(huán)縫Ar氣或N2氣壓力調(diào)到0.20MPa，以保證錳鐵水不會堵住氬氧槍。
(2)兌錳鐵水結(jié)束后，逐漸將氬氧槍中心管壓力調(diào)至0.45-0.50MPa，環(huán)縫Ar氣或N2氣壓力調(diào)至0.30-0.35MPa，進(jìn)行正常吹煉，吹煉過程中，熔池溫度控制在1650℃-1750℃，并不斷進(jìn)行測溫、取樣、加渣料、冷卻劑等操作。
(3)吹煉分三個階段進(jìn)行，前期氬氧槍中心管全部吹氧，壓力為0.45-0.50MPa，環(huán)縫Ar氣或N2氣壓力為0.30-0.35MPa，即供氧強(qiáng)度為2.5-3.0m3(min·t)-1，溫度控制在1650℃-1750℃，碳從6.25％降至2.76％，中期氬氧槍中心管吹入O2與Ar氣的混合氣體，比例為1∶1，即氬、氧強(qiáng)度均為0.8-1.0m3(min·t)-1，總壓力仍然保持0.45-0.50MPa，溫度保持不變，繼續(xù)脫碳，后期當(dāng)碳降至1.57％，錳鐵水溫度達(dá)到終點(diǎn)溫度1760℃時，將氬氧槍中心管O2全部切換成Ar氣，壓力為0.20-0.30MPa，環(huán)縫Ar氣壓力為0.20-0.30MPa，供氬強(qiáng)度為0.50-0.80m3(min·t)-1，爐內(nèi)進(jìn)入還原期，加入液態(tài)的錳硅合金進(jìn)行還原，當(dāng)錳鐵水溫度降為1520℃，還原良好時，出錳鐵澆鑄，澆鑄溫度為1440℃。最后得到中碳錳鐵測得成分為C1.38％，Mn76.24％，Si0.71％，S0.006％，P0.296％若要得到低碳錳鐵，則增加吹氧脫碳時間即可。
例2高爐錳鐵吹氧脫碳按上述工藝參數(shù)控制范圍進(jìn)行操作，任意抽取兩組數(shù)據(jù)，吹煉前錳鐵成分與吹煉后錳鐵成分如下某次吹煉前高爐錳鐵化學(xué)成分C6.34％，Mn72.80％，Si1.13％
吹煉后中碳錳鐵化學(xué)成分C1.45％，Mn75.84％，Si0.84％，S0.006％，P0.324％某次吹煉前高爐錳鐵化學(xué)成分C6.15％，Mn74.28％，Si1.24％，S0.004％，P0.281％吹煉后低碳錳鐵化學(xué)成分C0.68％，Mn76.53％，Si0.96％，S0.005％，P0.315％經(jīng)比較，吹氧脫碳后，均達(dá)到了中低碳錳鐵標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)踐證明本工藝可行。
本工藝冶煉的中低碳錳鐵產(chǎn)品，表面光潔無氣孔，氣體及夾雜含量低，質(zhì)量良好，錳的綜合收得率達(dá)到91.2％，化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)《錳鐵》GB/T3795-1996標(biāo)準(zhǔn)中中低碳錳鐵牌號要求。
權(quán)利要求
1.一種高爐-精煉爐法冶煉中低碳錳鐵新工藝，精煉爐熔池溫度控制在1650℃-1750℃，吹煉過程爐渣堿度CaO/SiO2控制在1.0-4.0，終渣堿度為1.1-1.2，其特征在于高爐錳鐵液熱送進(jìn)混鐵爐升溫至1450℃-1550℃后，兌入浸入式側(cè)吹精煉爐吹氧脫碳，前期供氧強(qiáng)度為2.5-3.0m3(min·t)-1，中期氬氧混合吹煉，氬氧比為1∶1，供氧強(qiáng)度降為0.8-1.0m3(min·t)-1，后期當(dāng)碳降至2.0％以下，錳鐵水終點(diǎn)溫度達(dá)到1750℃-1800℃時，氬氧槍中心管O2全部切換成Ar氣，還原氣氛操作，加入液態(tài)錳硅合金，供氬強(qiáng)度為0.50-0.80m3(min·t)-1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高爐－精煉爐法冶煉中低碳錳鐵新工藝，精煉爐熔池溫度控制在1650℃－1750℃，其特征在于高爐錳鐵液熱送進(jìn)混鐵爐升溫至1450℃－1550℃后，兌入精煉爐吹氧脫碳，前期供氧強(qiáng)度為2.5－3.0m
文檔編號C22C33/04GK1554792SQ20031012399
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者熊小星, 賴朝彬, 呂瑞國, 蕭澤強(qiáng), 李正邦, 廖彬生, 馮小明, 趙敏森 申請人:新余鋼鐵有限責(zé)任公司