[发明专利]生铁固态脱碳和电炉重熔生产工业纯铁

说明书

本发明属于金属精炼或重熔。

目前生产工业纯铁主要是用电弧炉，国外也用氧气顶底复吹转炉。其特点是液态金属进行冶炼工业纯铁。电炉原料为低碳优质废钢，成分为C＜0.55%、P＜0.45%、S＜0.03%、Ni＜0.02%、Cr＜0.15%。采用返回吹氧炼钢法，以较高的炼钢温度，较大的供氧强度，脱除铁液中碳，达到工业纯铁的碳含量规格以下，最后经还原后出钢。由于铁液脱碳需要高温，因此电炉冶炼工业纯铁冶炼周期长、电耗大、炉衬寿命低、成本高。而且无法避免废钢中Ni、Cr等元素的进入，其产品纯度不高、很难冶炼99.9%的工业纯铁。

30年代瑞典曾研究出R·K法生产低碳铁作为冶炼特殊钢的原料，该法用回转窑氧化焙烧小粒度粒化生铁、可把生铁深度脱碳。我国研究证明用粒化生铁脱碳法可以生产3-12mm含碳1%以下粒化生铁，用作电炉炼钢原料，此方法在废钢短缺时，有一定实际意义，但经济效益不高。

本发明的目的是克服电炉中液态生铁脱碳速度慢，因而生产率低电耗大的缺点，改变现行电弧炉冶炼工业纯铁工艺。而采用粒化生铁固相一次脱碳及脱碳铁粒二次液态脱碳及精炼脱除其它元素的方法，生产高纯工业纯铁。

本发明采用成分为P＜0.08%，S＜0.05%，而且不含其它合金元素（如Cr，Ni，Hn等）的普通生铁为原料、先把液态生铁用高压水冲制成0-2mm的粒化生铁，再在回转窑内于一定程度的氧化气氛下焙烧，进行固态生铁脱碳，生铁含碳量降低到0.3%以下，生铁中的Si、S、P也部分氧化脱除，而铁粒表面生成少量FeO层。将此脱碳粒化生铁作为电炉原料，装入感应炉或等离子电炉，并配加石炭造碱度为2.5-3.5的炉渣进行精炼，利用铁粒表层均匀分布的FeO作为氧化剂，进一步深度脱碳、脱硅、脱磷和脱硫。制成C＜0.025%，Si＜0.02%，P＜0.015%，S＜0.015%，而含铁＞99%的工业纯铁，符合DTI-DT4国家标准。如精选低硫低磷及低合金含量优质生铁作原料、严格控制氧化焙烧工艺、就可以生产出含碳C＜0.01%、含铁Fe＞99.9%高纯工业纯铁或符合国标DTO的微碳工业纯铁（C＜0.015%）。

本发明根据氧化气体介质不同，采用两种工艺流程。第一流程（见图1）包括1-高炉，2-高炉煤气，3-吊车，4-水泵，5-粒化水池，6-输送皮带，7-粒铁罐，8-回转窑，9-脱碳粒铁，10-精炼电炉，11-工业纯铁。该流程采用高炉煤气为能源，高炉煤气控制燃烧生成的废气作为氧化剂，在回转窑中进行一次氧化脱碳。然后装入感应电炉中进行二次脱碳及精炼。回转窑操作温度900-1100℃，填充率20-30%，一次脱碳时间3-5小时，固体脱炭率为80-90%，生铁中的P、S等元素也部分脱除。二次精炼电炉炉渣碱度为2.5-3.5，电炉精炼周期为2小时。每吨工业纯铁消耗高炉煤气200m³，电耗800度。此流程能源来源广泛便宜、适于小型高炉产品延伸。第二流程（见图2）包括6-输送皮带，7-粒铁罐，8-回转窑，9-脱碳铁粒，10-精炼电炉。11-工业纯铁，12-水封，13-回转窑返回气。回转窑内用返回气及氧气作氧化剂进一次脱碳焙烧，或用高炉煤气控制燃烧的废气作氧化剂焙烧脱碳，利用反应的放热效应提供生产过程所需的大部分热量，不足的热量利用燃烧少量煤气来补充。利用粒化生铁氧化焙烧过程的氧化铁层均匀分布的特征，在等离子体电炉或感应电炉中进行二次粒铁深度脱碳及精炼，能够制造含铁99%的普通工业纯铁，也可以生产含99.9%的高纯工业纯铁。粒化生铁粒度为0-2mm，氧化焙烧气体成分为1-3%O₂，91-100%CO₂，0-10%CO;用高炉煤气时，焙烧的煤气成分为23-26%CO₂，3%O₂，72-78%N₂，回转窑操作温度900°-1100℃，填充率20-30%，固体脱炭时间3-5小时，固体氧化脱碳率为80-90%，生铁中的P、S等元素也部分脱除。