空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，一次空氣向高碳錳鐵熔體中噴吹，不像噴吹氧氣一樣產生高溫蒸發錳和損壞噴吹元件，且有強力的動力學攪拌脫碳徹底；二次空氣向高碳錳鐵熔體液面上噴吹燃燒一次空氣吹煉產生的一氧化碳增加熱量，多加錳礦來增加氧化錳固體氧利于脫碳和回收金屬錳；三次空氣與燃氣一同向爐內噴吹燃燒提供外來熱量提高爐溫，有條件在氧化期多加錳礦和在還原期多加還原劑，并有條件增加一個精煉期同時加錳礦和還原劑來保證吹煉工藝操作和調整產品成分保證質量。
【專利說明】空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝
【技術領域】:
[0001]本發明涉及錳鐵冶煉工藝，用空氣代替氧氣吹煉高碳錳鐵生產中低碳錳鐵。
【背景技術】
[0002]現有中低碳錳鐵的生產方法主要有以下三種，電硅熱法、搖爐法和吹氧法。
[0003]電硅熱法和搖爐法都是以硅錳合金為原料，錳礦為氧化劑，冶煉電提供熱源生產中低碳錳鐵。基本原理是還原劑硅錳合金和氧化劑錳礦在液態情況下發生氧化還原反應，硅錳合金中硅元素與錳礦氧化錳中的氧生成二氧化硅金進入熔渣中，金屬熔體就成為中低碳錳鐵。這兩種法的缺點是消耗大量的冶煉電能，生產成本高；生產效率也比較低。電硅熱法脫碳很困難，很難脫除硅錳合金中原有的含碳量。
[0004]吹氧法是以高碳錳鐵熔體為還原劑原料，氧氣為氧化劑。在吹煉爐中，氧氣通過頂吹、底吹或者側吹等方式沖擊高碳錳鐵熔體與其中的碳產生脫碳反應去除碳；吹煉過程中加入錳礦、石灰作為冷卻劑和成渣劑；吹煉結束后加入一定量的硅錳合金還原熔渣中的氧化錳。吹氧生產中低碳錳鐵的優點是不用外加熱源，無冶煉電耗，高碳錳鐵原料成本低，生產效率高。但是，吹氧法的缺點也是致命的。主要缺點是錳的吹煉損失大，其次是吹煉元件損壞嚴重。因為，高純度的氧氣，在高壓下沖擊熔體高碳錳鐵，將產生2500°C左右的高溫“火點”。“火點”處高溫能迅速蒸發錳鐵。特別是頂吹和側吹熔體表面時，產生的錳蒸汽形成煙氣損失掉，嚴重影響中低碳錳鐵的品位和回收率。造成成品中低碳錳鐵含錳量低、質量不穩定。
[0005]對于吹煉元件來講，“火點”生產的高溫是容易損壞的原因。例如氧氣頂吹轉爐的頂吹氧槍隨時損壞是一個很難解決的問題。耐火材料制作的底吹、側吹元件也存在侵蝕嚴重的問題。
[0006]吹氧法還有一個不足是氧氣吹煉劇烈反應脫碳時產生的煤氣沒有得到很好的回收利用，白白浪費了大量一氧化碳煤氣資源。
[0007]以上缺點是吹氧法生產中低碳錳鐵工藝不能廣泛被應用的根本原因。
【發明內容】
[0008]本發明旨在解決上述吹氧法工藝的缺點，提供一種空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，克服了“火點”高溫造成錳損失大，元件損壞嚴重的缺點和解決回收煤氣的問題。
[0009]本發明的內容是用空氣代替純氧氣吹煉高碳錳鐵生產中低碳錳鐵，弓丨入空氣三次吹煉的概念，采用空氣三次 吹煉的方法如下:
[0010]第一股空氣由吹煉爐底部的“下吹元件”向高碳錳鐵熔體中噴吹，氧化高碳錳鐵中碳產生脫碳反應，產生一氧化碳氣體，稱一次空氣吹煉。
[0011]“下吹元件”是指安裝在容器底部平面或者底部側面的透氣磚、環管、環縫或者頂部插入的浸入式噴槍。由于空氣含氧量低，一次空氣吹煉“火點”溫度不像純氧吹煉那樣高，造成錳氧化和蒸發的損失小的多；對底吹元件來講也不會造成嚴重的損壞。還因為一次空氣吹煉“火點”埋在熔體中，“火點”周圍高溫熔體上升運動過程中，已經蒸發的錳氣會被熔體吸收；被氧化的錳也會再被熔體中碳還原。一次空氣吹煉產生的一氧化碳氣和空氣中的氮氣推動熔體運動，起到動力學攪拌均勻熔體溫度和成分的作用，同時氮氣的存在降低了一氧化碳氣分壓，都是促進脫碳反應的因素。特別是在吹煉后期碳濃度比較低，脫碳反應取決于碳的傳輸速度時，一次空氣吹煉動力學攪拌的作用更大。
[0012]一次空氣吹煉過程中，必要時可向一次空氣流加入錳礦粉，由一次空氣為載體將錳礦粉噴入熔體中，起到降低溫度和固體供氧加強脫碳、回收錳的作用。
[0013]一次空氣吹煉后期或者結束時，允許部分和全部切換成惰性氣體，起到攪拌熔體，促進還原期氧化錳還原反應效果。
[0014]總之，一次空氣吹煉不僅不會有產生高溫的不利因素，還有諸多的有利因素。
[0015]在一次空氣吹煉的同時，第二股空氣由吹煉爐的“上吹元件”向高碳錳鐵熔體液面上部噴吹，燃燒一次空氣吹煉產生的一氧化碳煤氣回收煤氣熱能，稱二次空氣吹煉。
[0016]“上吹元件”是指吹煉爐側面“風口”、燒嘴或者頂槍“噴嘴”等。二次空氣吹煉的目的是回收煤氣的熱能提高爐溫，多加錳礦形成高濃度氧化錳熔渣向熔體供固體氧促進脫碳反應和向熔體補充錳。
[0017]理論上，碳的二次燃燒比一次燃燒產生多一倍的熱量。隨著一、二次空氣吹煉，熔體中碳完全燃燒，爐溫很快升高；適時適量由“下吹元件”噴入錳礦粉或者由爐口投入錳礦來控制爐溫；加入的錳礦作為固體氧參與熔體脫碳反應，產生更多的一氧化碳煤氣能加強二次吹煉效果和給熔體補充金屬錳。二次空氣吹煉創造了加入更多錳礦的條件，使熔體和熔渣中氧化錳參與脫碳反應，抑制空氣一次吹煉對熔體中錳的氧化，減少氧化損失。
[0018]空氣一、二次吹煉過程中，有良好的動力學條件和熱力學條件，不再需要很高的溫度來強化脫碳反應。因此，可·以把爐溫控制在一個比較低的1450°C-1700°C范圍內。吹煉前期控制下限，吹煉后期控制上限。在這個溫度范圍內，和高濃度氧化錳熔渣的覆蓋，錳不會有蒸發損失，吹煉元件也不易損壞。
[0019]總之，二次空氣吹煉創造了外加氧化錳的條件，抑制熔體錳的氧化；又提供固體氧促進脫碳，回收錳礦中錳。對整個吹煉過程和保證中低碳錳鐵品位高、回收率高等指標高至
關重要。
[0020]由吹煉爐“上吹元件”或者“底吹元件”向爐內同時噴吹空氣和煤氣,外供熱源來
升高爐溫，稱三次空氣吹煉。
[0021]三次空氣吹煉是空氣吹煉中低碳錳鐵的附屬手段。主要目的是燃燒外供燃氣提供熱量，保證吹煉操作的正常進行。在一次吹煉吹前、一次吹煉吹前期和一次吹煉結束后，都可以進行三次吹煉操作。
[0022]作為附屬手段，在一次吹煉前期和后期實施三次吹煉，作用是補充熱量，提高爐溫，多加錳礦促進脫碳和補充錳；在一次吹煉結束后的還原期實施三次吹煉作用是供應熱量，多加還原劑、造渣劑來保證還原期效果；有必要時也可以增加一個精煉期，專門用三次吹煉來保證精煉溫度，同時加錳礦和還原劑調整終點產品成分。
[0023]總之，三次吹煉能成為生產中低鐵錳鐵的保證手段，使得生產工藝可控制性好，產品質量可控制性好。使得生產工藝和產品質量都有可靠保障。
[0024]空氣三吹煉生產中低碳錳鐵，空氣代替氧氣吹煉，并不排除空氣中添加氧氣實現富氧空氣吹煉的情況。空氣中添加氧氣的比例為:空氣:氧氣=I: (0-0.5)。也可用吸附制氧法直接提供富氧空氣。[0025]本發明的空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，優點表現為如下幾點:
[0026]I空氣吹煉“火點”溫度低，避免高溫蒸發錳和損壞吹煉元件。
[0027]2 一次空氣吹煉氣量大，動力學攪拌條件好，脫碳反應能進行的徹底。
[0028]3 二次空氣吹煉燃燒煤氣增加熱量熔化外加的錳礦，加強了熱力學條件促進脫碳和回收錳。
[0029]4三次空氣吹煉補充外來熱量，加強還原期效果和增加精煉期，對工藝的穩定性和中低碳錳鐵質量起到保證作用。
[0030]5空氣代替氧氣吹煉成本低，又回收利用了煤氣熱能，能大幅度降低生產成本。
[0031]發明的實施
[0032]本發明的上述目的是通過下面的技術方案實現的。
[0033]本發明提供一種空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，主要包括如下步驟:
[0034]高碳錳鐵金屬熔體、一定量的富錳礦和一定量的溶劑加入到吹煉爐中，先噴吹煤氣和空氣燃燒加熱。當金屬熔體和熔渣溫度達到1500°C左右時，“下吹元件”開始向金屬熔體中噴吹空氣實施一次空氣吹煉；隨著溫度進一步升高和碳元素大量氧化產生一氧化碳氣體；“上吹元件”噴吹空氣來燃燒一氧化碳煤氣，實施二次空氣吹煉；隨著一、二次空氣吹煉的進行，適時加入錳礦和溶劑來控制爐溫在1450-1700°C范圍內；在脫碳速度減小煤氣濃度降低時，可以像爐內噴吹煤氣和空氣實施三次空氣吹煉；當熔體中碳含量降低到
0.5-1.5%的要求目標值范圍時進入還原期吹煉，向爐內加入還原劑和溶劑造渣，并適時將“下吹元件”換成噴惰性氣體,氣體流量0.5-lNM3/t.min ;完成還原期吹煉后停止供應空氣，爐溫降至1400°C以下時金屬熔體和熔渣一起倒出。
[0035]上述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說“下吹元件” 一次空氣吹煉是指安裝在容器底部平面或者底部側面的透氣磚、環管、環縫或者頂部插入的浸入式噴槍等向金屬熔體中噴吹空氣脫碳的吹煉；空氣壓力大于金屬熔體靜壓力；空氣流量5-20NM3/t.min ;吹煉時間20-80分鐘，切換成惰性氣體時流量0.5_3NM3/t.min。
[0036]上述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說“上吹元件” 二次空氣吹煉是指熔煉爐側面風口、燒嘴和爐頂可升降吹煉槍等“上吹元件”向金屬熔體液面上部噴吹空氣燃燒一次吹煉產生的一氧化碳氣體的吹煉；空氣壓力大于500p壓力；空氣流量10-25NM3/t.min ;吹煉時間40-60分鐘。
[0037]上述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說三次空氣吹煉是指分別或者同時向爐內噴吹空氣和燃氣來燃燒增加熱量的吹煉；熱量供應量為0-25MJ/t.min ;三次空氣吹煉作為輔助手段，可以任意選擇是否在一、二次空氣吹煉的開始前、結束后和一、二次空氣吹煉的前期、后期實施三次空氣吹煉操作。
[0038]上述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說隨著一、二次空氣吹煉的進行，適時加入錳礦和溶劑，加入量以控制溫度升高為原則，同時增加固體供氧脫碳和增加熔渣中氧化錳濃度，加入方法由“下吹元件”噴入錳礦粉或者爐頂投入錳礦石。
[0039]上述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說向爐內加入還原劑和溶劑造渣，其還原劑指硅錳合金、硅鈣合金、硅鐵、碳化鈣等；其溶劑指石灰、石灰石、白云石、螢石等；還原劑的加入量和控制造渣堿度大小，取決于如何再綜合利用爐渣。
[0040]上述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說三次空氣吹煉所用燃氣包括高爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣和發生爐煤氣等。
具體實施例
[0041]下面結合具體實施例對本發明進行進一步的解釋說明，下列實施例并不限制本發明的保護范圍，所有基于本發明思想所做的修改和調整都屬于本發明的保護范圍。
[0042]實施例中原材料、產品化學組成為下表所列:
[0043]
【權利要求】
1.一種空氣三次吹煉生產中低碳錳鐵新工藝，其特征在于:用空氣氧化高碳錳鐵生產中低碳錳鐵，主要包括如下步驟: 高碳錳鐵金屬熔體和一定量的富錳礦、溶劑加入到吹煉爐內，向爐內噴吹煤氣和空氣燃燒加熱，當金屬熔體和熔渣溫度達到1450°C左右時，“下吹元件”開始向金屬熔體中噴吹空氣實施一次空氣吹煉；隨著溫度進一步升高和碳元素大量氧化產生一氧化碳氣體；“上吹元件”開始噴吹空氣來燃燒一氧化碳煤氣，形成二次空氣吹煉；隨著一、二次空氣吹煉的進行，適時加入錳礦和溶劑來控制爐溫在1450-1700°C范圍內；在脫碳速度減小一氧化碳氣濃度降低時，可選擇開始噴吹燃氣和空氣實施三次空氣吹煉，當熔體中碳含量降低到0.5-1.5%的要求目標值范圍時，向爐內加入還原劑和造渣溶劑進入還原期吹煉，并適時將一次吹煉空氣切換成惰性氣體，起到攪拌熔體的作用；完成還原期吹煉后，爐溫降至1400°C以下時金屬熔體和熔渣一起倒出。
2.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說“下吹元件”一次空氣吹煉是指安裝在容器底部平面或者底部側面的透氣磚、環管、環縫或者頂部插入的浸入式噴槍等“下吹元件”向金屬熔體中噴吹空氣脫碳產生一氧化碳的吹煉。
3.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說“上吹元件”二次空氣吹煉是指熔煉爐側面風口、燒嘴和爐頂可升降吹煉槍等“上吹元件”向金屬熔體液面上部噴吹空氣燃燒一氧化碳的吹煉。
4.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說“上吹元件”三次空氣吹煉是指上吹元件分別或者同時向爐內噴吹空氣和燃氣來增加熱量的吹煉；三次空氣吹煉是輔助手段，可以任意選擇是否在一、二次空氣吹煉的開始前、結束后和一、二次空氣吹煉的前期、后期實施三次空氣吹煉操作。
5.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說隨著一、二次空氣吹煉的進行，適時加入錳礦來控制溫度升高，同時增加固體供氧脫碳和增加熔渣中氧化錳濃度，加入方法由“下吹元件”噴入錳礦粉或者爐頂投入錳礦石。
6.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說向爐內加入還原劑和溶劑造渣，其還原劑指硅錳合金、硅鈣合金、硅鐵、碳化鈣等；其溶劑指石灰、石灰石、白云石、螢石等；還原劑的加入量和控制造渣堿度大小，取決于如何再綜合利用爐渣。
7.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說空氣包括混入氧氣比例不超過50%的富氧空氣和由吸附法生產的富氧空氣。
8.如權利要求1所述空氣三次吹煉法生產中低碳錳鐵新工藝，所說三次空氣吹煉所用燃氣包括高爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣和發生爐煤氣等。
【文檔編號】C22B47/00GK103572057SQ201210289348
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月6日 優先權日:2012年8月6日
【發明者】王洪東 申請人:王洪東