一種采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法及設備的制作方法
【專利摘要】一種采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法及設備，包括：①裝料配料期，在有吹氣功能的重熔爐體中添加含鐵原料及輔料；②熔化期，升溫，造渣；③吹氣凈化及還原期，對熔體吹入氣體，造還原渣；④碳化鐵或石墨化。本發明旨在通過吹氣凈化工藝，或/和高溫吹氣冶煉中的氧化與還原的化學反應，或/和選用精煉爐吹氣凈化工藝、真空工藝等，有效的清除含鐵原料及輔料中的雜質，替代傳統鑄鐵重熔感應爐中無法吹氣冶煉清除雜質的物理重熔過程，消除低熔點元素、高熔點元素、非金屬夾雜物及氣體的危害，穩定產品的一致性，匹配生產各種鑄鐵所需的元素，添加、生成、孕育鑄鐵所需的碳化鐵或各種形式的石墨的基礎結構，達到生產的各種鑄鐵的目的。
【專利說明】一種采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法及設備

【技術領域】
[0001]本發明涉及鋼鐵冶煉行業，具體屬于冶煉凈化工藝生產鑄鐵的范疇。

【背景技術】
[0002]2012年中國鑄鐵件產量約為3500萬噸，約3000家鑄鐵企業，近萬臺感應爐。感應爐從用電的工作頻率上分工頻爐、中頻爐、高頻爐，以爐襯分為堿性爐與酸性爐，以用途上分冶煉爐、重熔爐、保溫爐。冶煉感應爐指主要通過氧化與還原的化學反應及吹氣清除雜質并升溫的電爐，設備包含頂底吹氣功能。重熔感應爐指主要通過重新熔化的物理過程達到目的的電爐。現在中國鑄鐵業及鑄鋼業最常用的是酸性、中頻、重熔感應爐，在中國有近萬臺重熔感應爐。
[0003]傳統重熔感應爐以雜質含量低的含鐵原料，通過重熔及增碳工藝生產鑄鐵。常用的含鐵原料主要有鑄造生鐵、 球墨生鐵、優質廢鋼等。為了制造風電鑄件、核電鑄件，大斷面、有低溫沖擊韌度和疲勞性能要求的球鐵鑄件等高端鑄件，還必須使用雜質含量更低的聞純生鐵。
[0004]有時為了提高鑄鐵的性能，如耐磨、強度、韌性、高低溫性等，根據不同牌號的鑄鐵可能還需要添加一些貴重金屬和其他合金元素等純度較高的元素輔料，如硅鐵、錳鐵、鉻鐵、純鎳、純銅、錫錠、鑰鐵、硼鐵、釩鐵、鈦鐵、純銻等，生成合金鑄鐵。傳統感應爐重熔工藝生產高牌號鑄鐵，需要嚴格控制原料中非鐵元素及化合物的含量，如:p、S、Mn、T1、S1、Cr、V、Mo、Sn、Sb、Pb、B1、Te、As、B、Al、O、N、H等。在熔煉過程中，鐵液與砂粒、鐵銹、爐襯、包襯、焦炭灰分、空氣等原料及爐體中的雜質相互接觸、碰撞、化合，生成氧化物、硫化物等夾雜物，如果沒有得到很好的清除，就會保留在鑄件內部或鑄件表面，形成夾渣。雖然非金屬夾雜物在鑄鐵中的總含量很小，約為0.01% (W)，但如果可以使較大顆粒的夾雜物數量大幅度減少，氣體含量大幅度下降，會提高鑄件致密度，降低偏析、縮松、裂紋等出現的概率，如> 1um的夾雜物易產生疲勞裂紋，能使鑄件的疲勞強度下降60~80%，對承受交變載荷的鑄件極為不利。在熔煉過程中爐渣是自然形成的，一般不使用人工添加的爐渣，上浮的夾雜物不易被爐渣充分吸收。熔煉過程中高溫鐵液因為沒有爐渣覆蓋易吸入大氣，通過脫氧劑等清除鐵液中02、N2, H2氣體后易再次吸入大氣，并易再次形成夾雜物。
[0005]傳統感應爐重熔工藝以重新熔化的物理過程為基礎，很難清除含鐵原料、輔料存在的及生產過程中生成的各種雜質，很難降低低熔點元素、高熔點元素、易氧化元素、夾雜物及氣體的數量及危害。生產高牌號鑄鐵的常規途徑是選擇純度更高的含鐵原料及輔料，目前傳統鑄鐵業沒有更為有效的方法解決上述問題。


【發明內容】

[0006]本發明提供一種采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，該方法適用用于傳統重熔感應爐工藝生產鑄鐵的工廠，在保留感應爐設備的基礎上改造及加裝吹氣功能，降低新設備投入的費用，部分調整工藝達到吹氣凈化或/和氧化還原生產鑄鐵，能相對提高含鐵原料及輔料的純度，擴大鑄鐵原料的使用范圍，降低原料的成本，同時有效的清除原料及生產中產生的夾雜物及氣體，提高鑄鐵的牌號及降低貴重金屬的添加數量。
[0007]本發明還提供實施上述方法的設備。
[0008]本發明的技術方案包括以下工序:f.裝料配料期，在有吹氣功能的爐體中添加含鐵原料及輔料悉-1熔化期，升溫，造渣Tl吹氣凈化及還原期，對熔體吹入氣體，造還原渣；?碳化鐵或石墨化。
[0009]本發明在使用酸性重熔爐只吹入N2、CO2, Ar時，輔料的添加方式為:在工序I和工序f.-l中的扒渣前添加輔料的量為含鐵原料總量的1.5~10% (W);在工序:￡的含鐵原料中混入輔料，投入的輔料為輔料投料總量的20~90% ;在工序1:-1熔化期的扒渣前添加或分批添加余下的輔料；其所述輔料為石灰基類、錳的氧化物類、增碳劑類；其中硅基類為石英砂或/和碳化硅、石灰、螢石，其比例為螢石O~10% (W)、石灰為10~30% (W)、石英砂40~80% (W)，或以碳化硅代替O~70% (W)的石英砂；硅基類為含鐵原料總量的I~6%(W)。其中錳的氧化物類為富錳渣、富錳礦、一氧化錳、二氧化錳中一種或幾種的組合；添加錳的氧化物類為含鐵原料總量的O~1% (W);其中增碳劑類為焦碳顆粒、石墨礦、碳粉、
碎石墨電極塊、碳化硅；添加增碳劑類為含鐵原料總量的0.5~3 %。在工序望-1和言扒渣后添加硅基類輔料；輔料為石英砂、石灰、螢石，比例為螢石O~10% (W)、石灰20~40%(W)、石英砂40~80% (W)，或以碳化硅代替20~70% (W)的石英砂，為含鐵原料總量的
0.5~4% (W);在工序f:-1扒渣后添加錳的氧化物類和增碳劑類，使含錳總量為含鐵原料總量O~2% (W)，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)。
[0010]本發明在使用酸性重熔爐不僅吹入N2、C02、Ar，并吹入O 2時，還包括在工序:1: _1
和f之間加入工序I: _2吹氧升溫氧化期，輔料的添加方式為:在工序+1.和工序f+-1或
/和工序f-2吹氧升溫氧化期中的扒渣前添加輔料的量為含鐵原料總量的3.5~15%(W);
在工序1.的含鐵原料中混入輔料，投入的輔料為輔料投料總量的20~90% ;在工序玄-1
或/和工序f-2中的扒渣前添加或分批添加余下的輔料；其所述輔料為硅基類、錳的氧化物類、增碳劑類、鐵的氧化物類；其中硅基類為石英砂或/和碳化硅、石灰、螢石，其比例為螢石O~10% (W)、石灰為10~30% (W)、石英砂40~80% (W),或以碳化娃代替20~70%(W)的石英砂；硅基類為含鐵原料總量的2~6% (W);其中錳的氧化物類為富錳渣、富錳礦、一氧化錳、二氧化錳中一種或幾種的組合；添加錳的氧化物類為含鐵原料總量的O~1%(W);其中增碳劑類為焦碳顆粒、石墨礦、碳粉、碎石墨電極塊、碳化硅；添加增碳劑類為含鐵原料總量的I~5%(W);其中鐵的氧化物類為鐵精粉、鐵礦石、氧化鐵皮、鐵鱗、氧化鐵粉、含鐵原料中的鐵銹；添加鐵的氧化物為含鐵原料總量0.5~3%(W)。在工序1>2中的扒渣后添加硅基類輔料；輔料為石英砂、石灰、螢石，比例為螢石O~10% (W)、石灰20~40% (W)、石英砂40~80% (W)，或以碳化硅代替20~70% (W)的石英砂，為含鐵原料總量的0.5~
4% (W);在工序f-2中的扒渣后添加錳的氧化物類和增碳劑類，使含錳總量為含鐵原料總量O~2% (W)，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)。
[0011]本發明所述工序f-2中對熔體吹入氧氣或富氧，即在原料熔化為30%~100%時，
向原料內吹入氧氣或富氧助熔，氧氣體壓力為0.2~0.8 MPa，供氧量為1.5~25m3/t，其中富氧的氧含量為30%~93%。
[0012]本發明所述工序重中，對熔體吹入的氣體還包括吹入N2、C02、Ar中一種或幾種。廢鋼鐵中的元素分有易氧化的:Ca、Mg、S、Al、Ce、T1、S1、B、V、Nb、Mn、Cr、P、C等；難氧化的:Pb、Sb、As、W、Mo、Ni等；基本不氧化:Sn、Co、Cu等。本發明通過頂底吹入的氧氣及鐵的氧化物釋放的[O]，形成的高[O]氛圍，充分氧化易氧化的雜質，FeO在與C的反應中生成大量的CO氣體，CO及吹入的其他氣體在上浮的過程中攜帶易熔化、揮發及氧化的雜質，混入爐渣排出。本發明冶煉中產生的CO等氣體及底部吹入的N2、Ar等氣體能有效上浮攜帶雜質，對非金屬夾雜物、氣體、低沸點及低熔點物質，具有極強清洗能力，如Hg、Cd、Zn、Sb、As、Bi等元素及化合物的沸點均低，易形成蒸汽狀態而被清除。吹氣攪拌等高溫攪拌，也有利于高熔點元素及原料中雜質的分解，如Mo、Co、W、大塊石墨、增碳劑中的灰分等。
[0013]本發明所述工序f中對爐體吹入氣體的方式，為在重熔爐中插入吹氣管或/和在底部加裝吹氣功能；或/和在鋼包中通過插入吹氣管或/和在底部加裝吹氣功能；吹氣管可以采用水冷銅管、普通鋼管、高溫涂層滲鋁鋼管、高溫金屬管、陶瓷管、金屬陶瓷管從頂部、爐門、側部吹入氣體，高溫涂層滲鋁鋼管、高溫金屬管、陶瓷管、金屬陶瓷管可接觸鋼鐵水。本發明添加還原渣的同時，通過底吹氣或頂吹氣，可在電弧爐或/和精煉爐，或/和同時抽取真空，吹入N2、CO2, Ar，可先吹N2、再吹CO2或Ar，也可只吹CO2或Ar，清除夾雜物及氣體，具體為0.05~1.0mVmin>5~20 min。使用水環泵與蒸汽噴射泵或單獨使用水環泵抽取真空，并吹入氣體，當達到真空度10~300Pa后，抽氣5~20min。對于生產高牌號鑄鐵，要求雜質含量很低，可以延長吹氣時間，同時抽取真空，提高精煉效果，有利于提高夾雜物、氣體、低熔點物質的清除效果，并防止氣體二次混入。
[0014]鑄鐵中存在大量細小的非鐵、碳質點，S12,FeO,MnO, Al2O3等氧化物微粒約為500萬個/ cm3,尺寸約在0.2~1.0Mm之間，MnS、FeS等硫化物微粒約為4000萬個/ cm3,尺寸約在2~23Mm之間。尺寸在1Mm以下的夾雜物數量約為90%，一般自然狀態下> 50um的夾雜物可以主動上浮，底吹氣工藝可以快速地使> 5um的夾雜物上浮，但對于< Ium的非均質晶核數量也有部分影響。鑄鐵中如果因氣體空隙導致密度下降0.2T/ m3，意味著鑄鐵氣體的滲透性相當于約提高37%。每氧化1% (W)的C生成的CO，或C每還原6% (W)的FeO生成的CO，因氣體密度小，受熱膨脹后其體積約是總鋼鐵液近千倍。N2、C0、C02、Ar氣體等幾乎不溶解在鋼鐵中，凈化工藝中的氣體與鋼鐵液之間的超大體積比，是有效上浮攜帶夾雜物、有害氣體及清洗低沸點物質等的主要原因，對提聞鑄鐵品質意義重大。
[0015]本發明所述工序f中，可以對爐體抽取真空。在還原期，使用水環泵與蒸汽噴射泵或單獨使用水環泵，抽取真空并輔助爐底吹入氣體，當達到真空度10~300Pa后，抽氣5~20min，降低氣體及夾雜物的含量，進一步清除有害氣體、夾雜物及易揮發性物質。
[0016]本發明所述重熔方式的電爐為電弧爐、感應爐、等離子爐、電子束爐中任何一種；爐體的爐襯為酸性。
[0017]本發明所述爐體，爐體的用途可以是重熔爐、保溫爐，電爐可以附加真空脫氣裝置；電弧爐可以是三相爐與直流爐；感應爐可以是工頻爐、中頻爐或高頻爐；電爐可以單獨使用一種及多種聯合使用。
[0018]本發明的設備為重熔爐爐體底部有開口 ；吹氣管與爐體底部開口對應設置，重熔爐爐體底部的開口內填充有隔離熔體的透氣磚；吹氣管外有水循環降溫保護系統。
[0019]本發明所述含鐵原料包括鋼鐵水、廢鋼鐵、煉鋼生鐵、鑄造生鐵、球墨生鐵、還原鐵、半鋼、鐵的氧化物中的一種或幾種的組合；廢鋼鐵包括重廢、中廢、統廢、輕廢、焚燒廢鐵、廢鋼、廢鐵、馬達鐵、沖花鐵、鋼鐵屑、機件廢鐵、鋼鐵回爐料、高熔點合金廢鋼鐵、電鍍廢鋼鐵、汽車廢鋼鐵、優質廢鋼鐵或低質廢鋼鐵中的一種或幾種的組合。
[0020]本發明所述輔料分造渣輔料、元素輔料，造渣輔料主要用于產生爐渣，造渣輔料目的是提供氧化及還原氛圍，吸附雜質，加速含鐵原料的熔化，調整熔煉所需的酸堿濃度，保護爐襯，減少散熱和吸氣，提供熔化熱量，爐渣要有較好的流動性、黏度和吸附雜質的能力。
[0021]酸性爐使用硅基類造渣輔料，輔助的有石英砂(碳化硅)、石灰、粘土、礬土、螢石等，它們在氧化還原反應中損失較少，其中Ca0、Si02主要用于調整爐渣的酸堿度，CaF2主要用于加大堿性造渣的流動性，Al2O3主要增加堿性造渣的黏度。分用于氧化反應的氧化渣及用于還原反應的還原渣。鐵的氧化物既是造渣輔料，又是含鐵原料，在熔化期至還原期波動很大。增碳劑、碳化硅既是元素輔料，可分解為C、Si元素，也可生成C0、Si02發熱。元素輔料依據鑄鐵牌號所需合金元素的比例，在還原期之前或還原期中調整，如碳、硅、錳，可通過添加焦炭、碳粉、碳化硅、富錳渣、富錳礦、硅鐵、錳鐵等調整，在還原期前加入的元素輔料雜質含量可以較高，在還原期加入的元素輔料需要雜質含量較低。
[0022]在酸性爐中Si02/Ca0代表酸度的大小，高酸度有利于保護爐襯，高S12含量的爐渣，易造成S12還原為硅元素的氛圍，減少還原期硅鐵或碳化硅的消耗。在在裝料期至氧化前期，可補充含鐵原料中硅含量的不足，可以用碳化硅代替部分石英砂，硅元素雖然在氧化期大量燒損，但S12比例加大后，硅元素殘留量明顯增大，同時硅元素可以減少碳的燒損，增加熔化期及氧化期的熱量，單位質量的碳化硅氧化的放熱量約是碳的(生成CO) 2.5倍。
[0023]對于含錳很低的含鐵原料，在裝料期至氧化前期添加錳的氧化物，有利于降低爐渣熔點。在氧化反應中錳元素的損失很大，增大爐渣中錳的氧化物的含量，可以減少含鐵原料中錳的氧化，在氧化末期添加錳的氧化物，可以增大“回錳”的可能，減少還原期錳鐵的消耗。爐溫高，FeO少，堿度高，回錳程度高。
[0024]FeO在氧化還原反應中是一個不斷變化的值，首先存在于含鐵原料的鐵銹中，之后人工添加部分氧化鐵皮等調整爐渣的熔點，加入鐵礦石等放出氧氣，通過吹氧提高FeO的數量，提供氧化氛圍，間接傳[O]，充分氧化雜質，其中在堿性爐中最重要的是促使磷的氧化，同酸性爐一樣也可氧化其他雜質。FeO最終被C還原，產生CO氣體，上浮清洗雜質，同時碳在氧化氛圍中也會不斷減少FeO的數量,出鐵時FeO的含量會降到含鐵元素的0.05~
0.5% (W)。如果廢鋼鐵中需要氧化、揮發、溶解、排出的雜質較少，可以減少富氧的吹入量，使CO氣體的排出量減少，加快升溫的速度，降低能源損耗。
[0025]預先估計含鐵原料的碳的比例，推斷配料中碳的添加數量，減少還原期增碳劑的消耗，添加碳的目的是達到鑄鐵的高含碳要求，不同于煉鋼脫碳達到鋼的低含碳要求，并有利于產生熱量，提高溶化速度，降低熔體熔化溫度，還原FeO，生成CO，補充使用廢鋼造成的碳含量不足，碳化硅即可以補充碳和硅，也可以產生熱量。
[0026]通過脫硫、脫磷工藝可以有效的清除S、P。一般脫磷比脫硫難，還原脫磷的同時也可脫硫。高爐、沖天爐、重熔電爐、酸性電爐脫磷難度大，一般不脫磷，只脫硫。
[0027]脫硫為吸熱反應，主要通過CaO基熔渣，分高、低氧氛圍脫硫。在堿性及酸性電爐的氧化期，通過吹氧、高氧化鐵、低堿氛圍下，少量的硫易生成S02氣體，隨爐氣排出，使含S總量降為0.9~0.6，在電爐的還原期、渣洗及精煉爐中，在低氧及低氧化物，爐溫較高、堿度較高或碳含量較高時，S易形成硫化物爐渣排出。或/和在渣洗及精煉爐分爐還原法脫硫、磷硫。
[0028]生產低磷鑄鐵可使用低磷含鐵原料，對于采用廢鋼鐵煉鐵，灰口鑄鐵產品中的含P總量常比鋼中高，蠕墨、球墨鑄鐵產品中的含P總量常與鋼接近，如果需要少量脫磷，可由電爐、渣洗、精煉爐通過還原法少量脫磷，使含P總量降為0.8~0.4。
[0029]通過渣洗工藝及精煉爐中還原脫磷，可以同時降低鑄鐵中氧、硫、夾雜物的含量。鋼鐵液含C量> 1%(W)時，易使含氧量< 50ppm，再通過吹氬氣及強脫氧劑脫氧，當氧含量(1ppm時，易脫磷。在電爐或精煉爐中加入CaAl、CaS1、CaC2等后，鈣首先與硫、氧反應，使渣液界面氧勢進一步減小，小于臨界氧勢，鈣幾乎同時磷、碳、氮等反應，生成磷酸鈣等。磷酸鈣易生成毒物，需妥善處理。渣洗工藝脫磷，一般先用化渣爐熔化爐渣，后粉碎處理，隨鋼鐵液倒入鋼包，也可在電爐冶煉終點時加入渣料，熔化后和鋼液同時倒入鋼包，化渣時也可添加其他合金。常使用主成分(CaO+BaO) _A1203_CaF2的渣系，其中CaO調節堿度、脫硫、脫磷，A1203與S12調整粘度，MgO保護爐襯，CaF2助熔劑，Al脫氧、發熱，C、SiC、CaC2脫氧、發熱、發泡。
[0030]本發明旨在通過吹氣凈化工藝，或/和高溫吹氣冶煉中的氧化與還原的化學反應，或/和選用精煉爐吹氣凈化工藝、真空工藝等，有效的清除含鐵原料及輔料中的雜質，替代傳統鑄鐵重熔感應爐中無法吹氣冶煉清除雜質的物理重熔過程。本發明即可用于生產低檔鑄件，也可以生產高檔鑄件。本發明可生產灰口、蠕墨、球墨、可鍛、白口鑄鐵，耐熱、耐蝕、耐磨鑄鐵，合成、孕育鑄鐵，D型鑄鐵等產品。
[0031]與現有技術相比，本發明的優點在于:利用吹入的N2、C02、Ar，消除有害氣體、上浮攜帶雜質，利用吹入O2，提供氧化氛圍，用于氧化雜質，在氧化與還原過程中生成大量的CO氣體上浮攜帶雜質。通過吹氣凈化、吹氣攪拌、氧化還原的化學反應、抽真空等方式，消除含鐵原料、輔料及生產中產生的各種雜質，消除低熔點元素、高熔點元素、非金屬夾雜物及氣體的危害，穩定產品的一致性，匹配生產各種鑄鐵所需的元素，添加、生成、孕育鑄鐵所需的碳化鐵或各種形式的石墨的基礎結構，達到生廣的各種鑄鐵的目的。
[0032]吹氣工藝對超量低熔點元素有一定的揮發效果，如:Hg、Cd、Zn、Mg、Ce、Al、Cu、Sn、As、Sb、B1、Pb等。可以提高高熔點元素的分解效率，如:N1、Co、T1、Cr、V、B、Nb、Mo、W等，減少機械加工硬點。也可以降低易氧化元素的含量，如Ca、Mg、S、Al、Ce、T1、B、S1、V、Nb、Mn、Cr 等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發明的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0034]圖1中，為對傳統重熔爐改造，使其擁有吹氣功能的方案。在爐體底部I開口，埋入吹氣管2及隔離熔體的透氣磚3，鋪設水循環降溫保護系統4，使爐體擁有底吹氣功能。
[0035]實施例1:酸性感應爐氧化法吹氣工藝
在感應爐中采用陶瓷管、金屬陶瓷管、高溫金屬管，從頂部或爐門插入鋼鐵水中吹入氣體，也可在底部開口，埋入吹氣管及隔離熔體的透氣磚，鋪設水循環降溫保護吹氣系統，使傳統重熔感應爐擁有底吹氣功能。通過頂底吹氣或頂吹氣，吹入氧氣，氧化部分易氧化的元素，并利用人工添加的鐵的氧化物及吹氧生成的FeO，充分氧化雜質，FeO被C還原產生CO氣體，大量上浮清洗雜質。利用底部或頂吹氣，吹入N2、CO2, Ar,消除有害氣體、部分上浮攜帶雜質。可以降低傳統重熔工藝中含鐵原料、輔料存在的及生產過程中生成的各種雜質，可以降低熔點元素、高熔點元素、易氧化元素、夾雜物及氣體的數量及危害。提高鑄鐵的牌號及降低貴重金屬的添加數量，也可以在后道工序中通過精煉爐及真空精煉爐進一步降低雜質，防止氣體二次混入。
[0036]補爐
每次冶煉一爐鋼鐵液后，立即檢查爐襯，在高溫下快速修補爐底及渣線等部位，以維護爐膛原狀。先將爐底殘渣全部扒出，用1:1的硅砂、水洗砂混合料補爐，每煉30爐左右，用石灰侵蝕爐底，然后重新修補，采用火烤法烘烤。
[0037]裝料配料
目的:合理碼放含鐵原料，預先估計含鐵原料與需要生成鑄鐵品種中碳、硅、錳等比例，合理添加輔料。
[0038]把含鐵原料裝入感應爐。爐底放一半生鐵小料，爐子中部放大料、低碳廢鋼，大料四周放中料，用小料一直填實到頂部，原料裝實。如果絲狀或板狀等小料比例較多，可以采用液壓方式壓縮小料，使分散的小料< 50%，壓塊約重為5~200Kg。如有條件使用鐵水，可以在鋪好部分固體鋼鐵后，澆鑄30~100%的鋼鐵水。另外在氧化期添加固體含鐵原料為上述總量的O~10% (W)，抑制氧化升溫速度，便于在較低的溫度下清除雜質。
[0039]在裝料配料期和初步熔化期或/和吹氧升溫氧化期的扒渣前添加輔料的量為含鐵原料總量的3.5~15% (W);在裝料配料期的含鐵原料中混入輔料，投入的輔料為輔料投料總量的20~50%，把上述輔料混合，部分輔在爐底，可減少碳的消耗，增加碳原子的數量；在初步熔化期或/和吹氧升溫氧化期的扒渣前添加或分批添加余下的輔料；其所述輔料為石灰基類、鐵的氧化物類、增碳劑類、錳的氧化物類；
其中硅基類為石英砂或/和碳化硅、石灰、螢石，其比例為螢石O~10% (W)、石灰為10~30% (W)、石英砂40~80% (W),或以碳化娃代替20~70% (W)的石英砂；娃基類為含鐵原料總量的2~6% (W)。在氧化期使Si02/Ca0的比例約為1.5~5，以碳化硅或石英砂補充含鐵原料中硅元素的不足。
[0040]其中錳的氧化物類為富錳渣、富錳礦、一氧化錳、二氧化錳中一種或幾種的組合；添加錳的氧化物類為含鐵原料總量的O~1% (W);
其中增碳劑類為焦碳顆粒、石墨礦、碳粉、碎石墨電極塊、碳化硅；添加增碳劑類為含鐵原料總量的I~5% (W)；
其中鐵的氧化物類為鐵精粉、鐵礦石、氧化鐵皮、鐵鱗、氧化鐵粉、含鐵原料中的鐵銹；添加鐵的氧化物為含鐵原料總量0.5~3% (W)。
[0041]在吹氧升溫氧化期的扒渣清除雜質后，需另造少量新的氧化渣覆蓋熔體，或在吹氣凈化及還原期扒渣除雜質后，也需另造少量新的還原渣覆蓋熔體，新渣為硅基類輔料，主要由石英砂、石灰、螢石組成，比例為螢石O~10% (W)、石灰20~40% (W)、石英砂40~80% (W)，或以碳化硅代替20~70% (W)的石英砂，為含鐵原料總量的0.5~4% (W);爐渣中S12/ CaO的比例約為1.2~3 ;
吹氧升溫氧化期的扒渣后添加錳的氧化物類和增碳劑類，使含錳總量為含鐵原料總量O~2% (W)，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)。在還原期，根據鑄鐵牌號中非鐵元素的比例，及時添加元素輔料，調整合金成分。
[0042]初步熔化期
最大功率加熱原料，迅速將部分固體鑄鐵原料升溫熔化成鋼鐵水。
[0043]吹氧升溫氧化期
目的:加速原料熔化，持續升溫，吹氧助熔，形成高氧化氛圍，氧化雜質，氣體攪拌熔池，上浮夾雜物，分析元素含量，扒渣，去除雜質及氣體。
[0044]加速原料熔化:最大功率加熱,吹氧助熔,加速原料熔化,補渣,取樣分析元素。
[0045]原料熔化50~80% (W)時，使用氧氣或富氧助熔，通過頂底吹氣或頂吹氣，吹入氧氣，吹氣壓力為0.1~0.6MPa，富氧含氧量為50~93%，吹氧量為2~20 Nm3/T,使FeO在氧化期中最大含量為含鐵原料總量的1.5~12% (W)，占氧化末期爐渣總量的10~50%(W),以去除雜質的程度選擇吹氧量，含鐵原料雜質較高或生產高牌號的鑄鐵，需要吹入較多的氧氣。
[0046]爐料熔化達70~100%時，補充造渣輔料，充分攪拌鋼液，在熔池中心取樣，分析C、P、S等含量，根據對P、S的含量的控制要求，確定渣洗工藝少量脫磷、脫硫的方案，還原期脫硫方案，初步確定還原期添加合金元素含量的方案。在氧化期扒渣前補充渣量，調整酸度等，做好扒渣準備。原料全熔后，應適當減小供電功率，主要依靠吹氧升溫。
[0047]采用水冷氧槍或吹氧鋼管，插入爐渣深度< 100mm，角度為30~45°。采用超高溫材料的氧槍也可插入鋼鐵水中，可提高氧化速度，降低氧氣的損失。不使用助熔時，要用鉤子將原料拉入熔池，提高熔化速度。
[0048]造渣去雜質:如果需要更為純凈的鐵液，對在氧化順序中先C氧化的雜質，在較低的溫度下氧化雜質，分批添加含鐵原料，延長吹煉時間，采用自動流渣及扒渣方式，及時分批扒氧化渣、添造新氧化渣，清除雜質，同時需防止爐溫上升過快，氧化氛圍下降，雜質再次還原。可以清除T1、B、V、Mn、Nb、Cr等元素。
[0049]高溫氧化氛圍的形成:向熔池吹氧，因熔體中Fe的濃度極高，部分2Fe+02=2Fe0，氧化最主要是通過FeO的間接傳氧，Fe0+M=M0 ;少部分由在界面上的FeO向鋼鐵液中擴散傳氧，Fe0=Fe+[0]，以及氧氣擴散到鋼鐵液中，02=2[0];也有少量直接氧化，2M+02=2M0 ;沉降在爐底未熔化的鐵礦石也可提供氧，FeO=Fe+[O]，Fe203=2Fe0+[0]，為吸熱反應，反應速度比吹氧放熱反應來得慢。氧化氛圍為雜質元素的氧化提供了條件，是冶煉電爐工藝去除雜質的重要步驟。
[0050]氧化順序:在冶煉條件下部分元素氧化的基本順序為Ca — Mg —少量Fe —少量 S — Al — Ce — Ti — B — Si — V — Nb — Mn (Nb、Mn > 1400 °C ,易被 C 還原)—Cr — P — C — Fe, Sn — Mo — W — Ni — Pb — Sb — As — Co — Cu 等。其中 Sn、Sb、As、Pb部分揮發及氧化，W、Mo、Ni少量氧化，Co、Cu基本不氧化。氧化順序也與濃度有關，濃度高，易被氧化。
[0051]生成SO2:在氧化期氧比硫活潑，通過吹氧、高氧化鐵、低堿氛圍下，少量的硫易生成 S02 氣體，隨爐氣排出，FeS+2 [O] =Fe+S02 ? , MnS+2 [O] =Mn+S02 個。
[0052]停電扒渣初步脫氧:在氧化期扒渣清除雜質時爐溫在逐步升高，逐步進入氧化末期，應適當減小供電功率，停止吹氧后，在液面撒上增碳劑，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)，補充鐵水的含碳量，根據鑄鐵牌號中錳含量的要求，適量添加錳的氧化物，為含鐵原料總量O~2% (W)，讓熔池進入自然沸騰狀態約3~15min，使FeO大量轉化為Fe，使錳的氧化物被碳還原，補充鐵水中錳的含量，扒氧化渣，清除增碳劑及錳的氧化物中的雜質，造稀薄還原渣覆蓋熔體，以減少吸氣和降溫。充分攪拌鋼液，在熔池中心取樣，分析C、Mn、S1、S、P等元素含量，為后期及時調整元素含量提供依據。酸性電爐無法脫磷，一般不脫硫，其他與堿性爐相似。
[0053]爐溫在1450~1670°C下，C的氧化反應逐步進入十分活躍狀態，Fe0+C=Fe+C0，C+[0]= CO，使FeO與C充分反應，C大量消耗，生成CO，CO的上浮及富氧中的N2攪動，使氣體攜帶夾雜物充分上浮，有利于排出夾雜物和氣體。
[0054]也可以采用氣體噴射增碳，增碳劑可以使用碳化硅、焦炭顆粒等，添還原渣覆蓋熔體。每還原6% (W) FeO,需要的1% (W) C，C的氧化速度約為0.3~1.2%/h。
[0055]吹氣凈化及還原期
氧化期扒渣完畢到出鐵液這段時間稱為還原期，酸性感應爐還原期主要對鐵液脫氧，通過吹氣繼續排出夾雜物及氣體，防止氣體二次混入，調整合金元素成分，控制好出鐵溫度。還原期可在感應爐或/和精煉爐及渣洗工藝中完成，或/和同時抽取真空。一般不在酸性電弧爐的還原期脫硫，而通過渣洗工藝少量脫磷的同時少量脫硫時，并使爐渣暫時為堿性。如果需要在渣洗工藝、精煉爐及真空爐中進一步清除雜質及氣體，需要選擇較高的出爐溫度。
[0056]添加還原劑，關閉爐門，確保反應繼續進行，盡量保證爐膛有較好的密封性，以保持白渣快速形成。常用還原劑有碳粉、碳化硅、硅鐵、錳鐵、硅錳鐵、鋁等。
[0057]同時通過底吹氣或頂吹氣，可在感應爐或和精煉爐，或/和同時抽取真空，吹入N2、CO2, Ar，可先吹N2、再吹CO2或Ar，也可只吹CO2或Ar，清除夾雜物及氣體，具體為0.05~
1.0mVmin,5~20 min，可良好的清除夾雜物及有害氣體，吹氣可在電弧爐或和精煉爐進行,對于生產高牌號鑄鐵,要求雜質含量很低,可以延長吹氣時間，同時抽取真空，以感應爐+真空方式、精煉爐+真空方式，提高精煉效果，有利于提高夾雜物、氣體、低熔點物質的清除效果，并防止氣體二次混入。使用水環泵與蒸汽噴射泵或單獨使用水環泵抽取真空，并輔助爐底吹入氣體，當達到真空度10~300Pa后，抽氣5~20min，降低氣體及夾雜物的含量，進一步清除有害氣體、夾雜物及易揮發性物質。
[0058]根據鑄鐵牌號中非鐵元素的比例，及時添加元素輔料，調整合金成分，把鐵液溫度升高到出鐵溫度，出爐溫度范圍為1320°C~1650°C，做好出鐵準備。
[0059]生產低磷鑄鐵可使用低磷含鐵原料，對于采用廢鋼鐵煉鐵，灰口鑄鐵產品中的含P總量常比鋼中高，蠕墨、球墨鑄鐵產品中的含P總量常與鋼接近，如果需要少量脫磷，可由渣洗或精煉爐通過還原法少量脫磷，使含P總量降為0.4~0.8。
[0060]通過渣洗工藝及精煉爐中還原脫磷，可以同時降低鑄鐵中氧、硫、夾雜物的含量。鋼鐵液含C量> 1%(W)時，易使含氧量< 50ppm，再通過吹氬氣及強脫氧劑脫氧，當氧含量(1ppm時，易脫磷。在電爐或精煉爐中加入CaAl、CaS1、CaC2等后，鈣首先與硫、氧反應，使渣液界面氧勢進一步減小，小于臨界氧勢，鈣幾乎同時與磷、碳、氮等反應，生成磷酸鈣等。磷酸鈣易生成毒物，需妥善處理。渣洗工藝脫磷，一般先用化渣爐熔化爐渣，后粉碎處理，隨鋼鐵液倒入鋼包，也可在電爐冶煉終點時加入渣料，熔化后和鋼液同時倒入鋼包，化渣時也可添加其他合金。常使用主成分(CaCHBaO)-Al2O3-CaF2的渣系，其中CaO調節堿度、脫硫、脫磷，Al2O3與S12降低粘度，MgO保護爐襯，CaF2助熔劑，Al脫氧、發熱，C、SiC, CaC2脫氧、發熱、發泡。
[0061]碳化鐵或石墨化
碳化鐵指碳在鐵水中以原子方式存在，在凝固后以碳化鐵的形式出現，石墨化指碳在鐵水及凝固后以晶體方式獨立存在。碳化鐵或石墨化可在感應爐或/和精煉爐中完成，或/和保持真空狀態，防止二次氣體混入。對于生產白口鑄鐵可以選擇較高的出鐵溫度，通過吹氣攪拌充分分解鐵水中的石墨結晶體，使碳以原子狀態溶解在鐵液中。對于生產球墨及蠕墨鑄鐵應選擇較高的出鐵溫度，灰口鑄鐵應選擇較低的出鐵溫度，出鐵溫度越高分解鐵液中石墨的效果越好，盡可能消除石墨的遺傳性缺陷，然后添加一定數量的生鐵或較小的石墨晶體及石墨孕育劑，在較低的溫度下孕育石墨。
[0062]實施例2:酸性感應爐不氧化吹氣工藝
不吹入氧氣及不添加鐵的氧化物，其他與氧化吹氣工藝相同，清除雜質的效果低于氧化吹氣工藝。
[0063]I)補爐同實施例1。
[0064]2)裝料配料
把含鐵原料裝入感應爐，同實施例1。在在裝料配料期和熔化期的扒渣前添加輔料的量為含鐵原料總量的1.5~10% (W);在裝料配料期的含鐵原料中混入輔料，投入的輔料為輔料投料總量的20~50% ;在熔化期的扒渣前添加或分批添加余下的輔料。其所述輔料為石灰基類、錳的氧化物類、增碳劑類；
其中硅基類為石英砂或/和碳化硅、石灰、螢石，其比例為螢石O~10% (W)、石灰為10~30% (W)、石英砂40~80% (W)，或以碳化硅代替O~70% (W)的石英砂；硅基類為含鐵原料總量的I~6% (W)，在熔化末期使Si02/Ca0的比例約為1.5~5。
[0065]其中錳的氧化物類為富錳渣、富錳礦、一氧化錳、二氧化錳中一種或幾種的組合；添加錳的氧化物類為含鐵原料總量的O~1% (W);
其中增碳劑類為焦碳顆粒、石墨礦、碳粉、碎石墨電極塊、碳化硅；添加增碳劑類為含鐵原料總量的0.5~3 %。
[0066]在熔化期扒渣后添加硅基類輔料；輔料為石英砂、石灰、螢石，比例為螢石O~10%(W)、石灰20~40% (W)、石英砂40~80% (W),或以碳化娃代替20~70% (W)的石英砂，為含鐵原料總量的0.5~4% (W)，Si02/Ca0的比例約為1.5~10，;在熔化期的扒渣后添加錳的氧化物類和增碳劑類，使含錳總量為含鐵原料總量O~2%(W)，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)。
[0067]3)熔化期
用最大功率熔化原料，迅速將固體鑄鐵原料升溫熔化成鋼鐵水。繼續添加或分批添加輔料，充分攪拌鋼液，在熔池中心取樣，分析C、P、S等含量，為后期及時調整元素含量提供依據。
[0068]4)吹氣凈化及還原
吹氣、接近出鐵溫度后，添加還原劑、調整合金成分等同上。
[0069]5)碳化鐵或石墨化同實施例1。
【權利要求】
1.一種采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于包括以下工序:I裝料配料期，在有吹氣功能的重熔爐體中添加含鐵原料及輔料；2 -1熔化期，升溫，造渣；S吹氣凈化及還原期，對熔體吹入氣體，造還原渣；！；碳化鐵或石墨化。
2.根據權利要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:輔料的添加方式為: 在工序I和工序S-〗中的扒渣前添加輔料的量為含鐵原料總量的1.5~10% (W);在工序X的含鐵原料中混入輔料，投入的輔料為輔料投料總量的20~90% ;在工序.2-1熔化期的扒渣前添加或分批添加余下的輔料；其所述輔料為石灰基類、錳的氧化物類、增碳劑類；其中硅基類為石英砂或/和碳化硅、石灰、螢石，其比例為螢石O~10% (W)、石灰為10~30% (W)、石英砂40~80% (W)，或以碳化硅代替O~70% (W)的石英砂；硅基類為含鐵原料總量的I~6% (W)； 其中錳的氧化物類為富錳渣、富錳礦、一氧化錳、二氧化錳中一種或幾種的組合；添加錳的氧化物類為含鐵原料總量的O~1% (W);其中增碳劑類為焦碳顆粒、石墨礦、碳粉、碎石墨電極塊、碳化硅；添加增碳劑類為含鐵原料總量的0.5~3 % ; 在工序5:-〗和、i扒渣后添加硅基類輔料；輔料為石英砂、石灰、螢石，比例為螢石O~10% (W)、石灰20~40% (W)、石英砂40~80% (W),或以碳化娃代替20~70% (W)的石英砂，為含鐵原料總量的0.5~4% (W);在工序1:-〗扒渣后添加錳的氧化物類和增碳劑類，使含錳總量為含鐵原料總量O~2% (W)，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)。
3.根據權利要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:在使用重熔爐時還包括 在工序2: -1和.S之間加入工序2: -2吹氧升溫氧化期，對熔體吹入氣體，造氧化渣；輔料的添加方式為: 在工序I和工序.2.-〗或/和工序X-2的扒渣前添加輔料的量為含鐵原料總量的3.5~15% (W);在工序I的含鐵原料中混入輔料，投入的輔料為輔料投料總量的20~90% ;在工序2-〗或/和工序1:-2中的扒渣前添加或分批添加余下的輔料；其所述輔料為硅基類、錳的氧化物類、增碳劑類、鐵的氧化物類；其中硅基類為石英砂或/和碳化硅、石灰、螢石，其比例為螢石O~10% (W)、石灰為10~30% (W)、石英砂40~80% (W),或以碳化娃代替20~70% (W)的石英砂；硅基類為含鐵原料總量的2~6% (W);其中錳的氧化物類為富錳渣、富錳礦、一氧化錳、二氧化錳中一種或幾種的組合；添加錳的氧化物類為含鐵原料總量的O~1% (W);其中增碳劑類為焦碳顆粒、石墨礦、碳粉、碎石墨電極塊、碳化硅；添加增碳劑類為含鐵原料總量的I~5% (W);其中鐵的氧化物類為鐵精粉、鐵礦石、氧化鐵皮、鐵鱗、氧化鐵粉、含鐵原料中的鐵銹；添加鐵的氧化物為含鐵原料總量0.5~3% (W)； 在工序2-2中的扒渣后添加硅基類輔料；輔料為石英砂、石灰、螢石，比例為螢石O~10% (W)、石灰20~40% (W)、石英砂40~80% (W),或以碳化娃代替20~70% (W)的石英砂，為含鐵原料總量的0.5~4% (W);在工序:1:-2中的扒渣后添加錳的氧化物類和增碳劑類，使含錳總量為含鐵原料總量O~2% (W)，使含碳總量為含鐵原料總量2~4% (W)。
4.根據權利要求3所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:所述工序.1.:-2中對熔體吹入的氣體為氧氣或富氧，即在原料熔化為30%~100%時，向原料內吹入氧氣或富氧助熔，氧氣壓力為0.2~0.8 MPa，供氧量為1.5~25m3/t，其中富氧的氧含量為30%~93%。
5.根據權利要求1所述采用吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:所述工序I中，對熔體吹入的氣體為吹入N2、C02、Ar中一種或幾種。
6.根據權利要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:所述工序石中對爐體吹入氣體的方式，為在重熔爐中插入吹氣管或/和在底部加裝吹氣功能；或/和在鋼包中通過插入吹氣管或/和在底部加裝吹氣功能；吹氣管采用水冷銅管、普通鋼管、高溫涂層滲鋁鋼管、高溫金屬管、陶瓷管、金屬陶瓷管，從頂部、爐門、側部吹入氣體；吹氣管用高溫涂層滲鋁鋼管、高溫金屬管、陶瓷管、金屬陶瓷管，插入鋼鐵水中吹氣。
7.根據權利要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:所述工序:5中，還包括對爐體抽取真空；在還原期，使用水環泵與蒸汽噴射泵或單獨使用水環泵，抽取真空并輔助爐底吹入氣體，當達到真空度10~300Pa后，抽氣5~20min，降低氣體及夾雜物的含量，進一步清除有害氣體、夾雜物及易揮發性物質。
8.根據權利要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:所述重熔爐體為電弧爐、感應爐、等離子爐、電子束爐中任何一種；爐體的爐襯為酸性。
9.根據權利要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法，其特征在于:所述重熔爐體，爐體的用途是重熔爐、保溫爐，電爐附加真空脫氣裝置；電弧爐是三相爐與直流爐；感應爐是工頻爐、中頻爐或高頻爐；電爐單獨使用一種及多種聯合使用。
10.一種用于權利 要求1所述采用重熔爐吹氣冶煉和凈化生產鑄鐵的方法的設備，其特征在于:重熔爐爐體底部(I)有開口 ；吹氣管(2)與爐體底部(I)開口對應設置，重熔爐爐體底部(I)的開口內填充有隔離熔體的透氣磚(3);吹氣管(2)外有水循環降溫保護系統(4)。
【文檔編號】C22C33/08GK104164529SQ201310411595
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】徐忠民, 盧峰, 萬仁芳 申請人:襄陽康捷飛龍電氣有限公司