[发明专利]一种采用转炉吹气冶炼和净化生产铸铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼行业，具体属于冶炼净化工艺生产铸铁的范畴。 

背景技术

炼钢业与铸铁业的基本现状：欧美等发达国家主要以废钢铁为原料通过吹气冶炼电弧炉的氧化和还原工艺生产钢材，近年约占其钢材总产量的90%。2002年、2005年、2011年中国粗钢产量分别约为1.8、3.5、7亿吨，2011年约占世界的45%,主要以铁矿石为原料通过高炉、吹气冶炼转炉的氧化和还原工艺生产钢材，其中主要使用电弧炉生产特钢，仅约占中国的10%。2010年中国废钢产生量约1.1亿吨，其中钢厂自产废钢量为0.3亿吨，社会废钢产量在0.8亿吨左右。大型钢厂的转炉及电弧炉消耗废钢约为0.9亿吨，铸造、小五金、小钢厂消耗废钢约为0.3亿吨。 

2012年中国铸铁件产量约为3500万吨，主要以铸造生铁及少量优质废钢为原料通过感应炉重熔及增碳工艺生产铸铁。并有少量铸铁企业依托大型高炉炼钢企业提供铁水，降低铸铁熔化成本。目前中国生产高端铸件的高纯生铁的产量约为300万吨，主要由优质铁矿石产地的钢厂生产，已经基本满足国内高端铸件的需求。但用于生产高端铸件的高纯生铁的高炉企业数量有限，同时高炉需要依赖优质铁矿石生产高纯生铁，铸铁企业依托高炉企业提供铁水生产高端铸件受地域影响严重。 

废钢铁一般分为重型废钢铁（重废），厚度≥6mm，中型废钢铁（中废），厚度≥4mm，统料型废钢铁（统废），厚度≥2mm，是各种工业废钢铁的混合体，轻料型废钢铁（轻废），是各种工业及生活废钢铁的混合体，焚烧废铁指焚烧垃圾后产生的废钢铁。还有马达铁、冲花铁、钢铁屑、机件废铁、钢铁生产的回炉料等。特殊废钢铁分3类，高熔点合金废钢铁，如不锈钢、轴承等，电镀废钢铁，汽车废钢铁。重废、中废、冲花铁、铸铁回炉料等成分一致性较好，杂质含量低，价格高，是优质废钢铁。统废、轻废及焚烧废铁的成分复杂，杂质含量高，可以有部分铁的氧化物，可以含有少量的油污及泥沙，价格低，供应量大，是低质废钢铁。一般废铁中含有较高C、Si、Mn、S、P，废钢中会含有较高C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Sn，及其他众多的微量元素，所有元素分布极不均匀。废钢铁以杂质的类型可分为三类，一是低熔点的元素，如Hg、As、Cd、Zn、Mg、Ce、Bi、Pb、Sb、Sn、Al、Cu、S、P等，二是高熔点元素，如Ni、Co、Ti、Cr、V、B、Nb、Mo、W等，三是非金属夹杂物及气体，如氧化物、硫化物、O₂、N₂、H₂、等。低熔点的元素及化合物易在较低的温度下受热膨胀造成材料的“热脆”，部分元素相对活跃易形成夹杂物，部分元素在重熔工艺中很难挥发及氧化。高熔点元素熔点很高，易残留在铸件中形成加工硬点，在重熔工艺中不易分解。夹杂物及气体含量过多，夹杂物颗粒过大，会使铸件致密度下降，易产生偏析、缩松、裂纹等，如＞10um的夹杂物易产生疲劳裂纹。重熔工艺以重新熔化的物理过程为基础，清除的难度较大或者成本很高，上述三类元素及化合物有一些对铸铁的影响很大，故只有把有害杂质的含量控制在一定的范围内，才能生产品质一致的铸铁产品。含铁原料的种类及成分十分复杂，它虽然都是吹气冶炼炉氧化、还原化学反应过程下的良好原料，但在传统铸铁业使用重熔工艺的条件下，各类含铁原料是无法广泛使用的。汽车废钢含有常用的有色金属有 Al、Cu、Zn、Mg、Sn、Pb、Hg、Ni、Ti、W、Ag、Cr、Be等，如果有害元素超标将严重影响铸铁品质的稳定性，是铸铁业使用传统重熔工艺最大的障碍。 

高纯生铁是指磷、硫、锰、钛等有害杂质元素含量低，Cr、V、Mo、Sn、Sb、Pb、Bi、Te、As、B、Al等微量元素含量很低, 主要用于风电铸件、核电铸件，大断面、有低温冲击韧度和疲劳性能要求的球铁铸件等。 

传统铸铁业以铸造生铁及优质废钢铁为原料，主要使用两种炼铁流程：冲天炉+重熔感应炉双联和重熔感应炉单炼。冲天炉+重熔感应炉双联的流程主要为：冲天炉→重熔感应炉。一般使用重废、中废等杂质含量稍低的含铁原料与焦炭或天然气等，在冲天炉中通过燃烧、氧化与还原反应，生成脱硫的铁水，再经过感应炉单炼一样的处理。重熔感应炉单炼，主要使用铸造生铁、重废等杂质含量较低的含铁原料。通过感应加热，既可以使用生铁的遗传晶核，也可以通过增碳及孕育技术等完成石墨化的过程。铸铁企业依托大型高炉炼钢企业提供铁水为原料，主要使用的炼铁流程：高炉铁水→重熔感应炉双联。冲天炉或重熔工艺生产铸铁无法使用成分复杂、杂质含量高、供应量大、价格低的低质废钢铁，如统废、轻废及焚烧废铁等。