CN103627949B

CN103627949B - 高钒高锰铸铁的冶炼方法

Info

Publication number: CN103627949B
Application number: CN201310613932.9A
Authority: CN
Inventors: 蒋龙奎; 戈文荪; 王建; 陈永; 陈炼; 何为; 黄正华
Original assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Steel and Vanadium Co Ltd; Pangang Group Xichang Steel and Vanadium Co Ltd
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103627949A

Abstract

本发明提供了一种高钒高锰铸铁的冶炼方法。所述冶炼方法包括以下步骤：按重量计，将40～45份的转炉钢渣、40～45份的炼钢除尘灰、5～10份的含碳物料和5～10份的复合渣加入矿热炉中进行熔炼；待炉料熔化后，控制炉内铁液温度为1450～1550℃并保温；分离铁液和熔分渣，并对铁液进行脱磷和脱氧处理，得到高钒高锰铸铁液；其中，所述高钒高锰铸铁液的成分按重量百分比计为C3.0～3.5%、Si2.0～2.5%、Mn2.0～3.0%、P0.06～0.1%、S0.03～0.05%、V1.8～2.5%、Ti≤0.5%以及余量的铁。本发明具有工艺简单、金属铁、钒收率高等优点，并且对转炉钢渣、除尘灰中的有价金属铁、钒、锰资源进行了充分有效回收，解决了钢铁企业由于转炉钢渣、除尘灰大量堆积引起的环境问题。

Description

高钒高锰铸铁的冶炼方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金领域，更具体地讲，涉及一种以转炉钢渣、炼钢除尘灰、煤粉、复合渣为原料冶炼高钒高锰铸铁的方法。

背景技术

铸铁是指含碳量在2%以上的铁碳合金，通常是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。

公开号为CN1097807A的中国专利公开了一种用电弧炉冶炼铸造生铁的方法，其原料主要是铁矿石、焦炭、石灰石或生石灰，该方法采用电弧炉冶炼铸造生铁，原料中赤铁矿或褐铁矿比例为60～85、焦炭的比例为10～30、石灰石或生石灰的比例为0～20。

公开号为CN102453832A的中国专利公开了一种铸铁的制备方法。该方法包括：（1）将高炉铁水引入到脱碳炉中进行脱碳处理，得到铸铁液；（2）将铸铁液引入到钢包中，并在铸铁液中引入合金化原料，并合金化；（3）将合金化后的铸铁液引入到铸铁模具中，冷却后脱模，得到铸铁。本发明提供的铸铁的制备方法通过使用高炉铁水作为原料，并经脱碳和合金化，能够得到所需组成的铸铁，本发明提供的方法的原料来源广泛，且成分稳定，能够满足铸铁生产的要求，并且相对于电弧炉冶炼法其能耗显著降低，大大地降低了生产成本。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。

本发明的目的之一在于提供一种采用工业废弃物转炉钢渣、除尘灰为原料冶炼高钒高锰铸铁的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高钒高锰铸铁的冶炼方法。所述冶炼方法包括以下步骤：按重量计，将40～45份的转炉钢渣、40～45份的炼钢除尘灰、5～10份的含碳物料和5～10份的复合渣加入矿热炉中进行熔炼；待炉料熔化后，控制炉内铁液温度为1450～1550℃并保温；分离铁液和熔分渣，并对铁液进行脱磷和脱氧处理，得到高钒高锰铸铁液；其中，所述高钒高锰铸铁液的的成分按重量百分比计为C3.0～3.5%、Si2.0～2.5%、Mn2.0～3.0%、P0.06～0.1%、S0.03～0.05%、V1.8～2.5%、Ti≤0.5%以及余量的铁。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述冶炼方法将按重量计42～44份的转炉钢渣、42～44份的炼钢除尘灰、6～8份的含碳物料和6～8份的复合渣加入矿热炉中进行熔炼。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，按重量百分比计，所述转炉钢渣中含有CaO40～50%、SiO₂12～22%、TFe18～30%、TiO₂≤0.5%、V₂O₅2～3%、P≤0.8%、S≤0.1%和MnO1～2%。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，按重量百分比计，所述炼钢除尘灰中含有SiO₂10～20%、CaO10～20%、TFe50～70%、P≤0.2%、S≤0.1%和MnO1～2%。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述含碳物料为煤粉，其按重量百分比计含有C_固≥75%、P≤0.05%和S≤0.05%。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，按重量百分比计，所述复合渣中含有CaO65～75%和SiO₂20～30%。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述转炉钢渣的粒度≤30mm，所述炼钢除尘灰的粒度≤3mm，所述含碳物料的粒度≤3mm，所述复合渣的粒度≤30mm。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述保温的时间为1.5～2小时。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述转炉钢渣、炼钢除尘灰、含碳物料和复合渣的加入总量为20～25t。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述脱磷和脱氧步骤包括在矿热炉的出铁过程中，向承装所述高钒高锰铸铁液的容器中加入脱磷剂和碳化硅，其中，按重量百分比计，所述碳化硅中含有SiC≥75%、P≤0.1%和S≤0.1%，所述脱磷剂中含有CaO70～80%、Fe₂O₃10～20%、CaF₂4～8%、Al₂O₃5～10%、P≤0.1%和S≤0.1%。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述脱磷剂的加入量为30～40Kg/t_铁，所述碳化硅的加入量为1.0～1.2Kg/t_铁。

根据本发明高钒高锰铸铁的冶炼方法的一个实施例，所述脱磷剂的粒度≤1mm，所述碳化硅的粒度≤10mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：具有工艺简单、金属铁、钒收率高等优点，并且该方法以转炉钢渣、除尘灰、煤粉、复合渣为原料冶炼高钒高锰铸铁，对转炉钢渣、除尘灰中的有价金属铁、钒、锰资源进行了充分有效回收，解决了钢铁企业由于转炉钢渣、除尘灰大量堆积引起的环境问题，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的高钒高锰铸铁的冶炼方法。

含钒钛铁水转炉冶炼的特点为炼钢转炉钢渣中含有较高含量的有价资源—TFe、V₂O₅和MnO，炼钢除尘灰中含有较高含量的有价资源—TFe、MnO等，而目前，炼钢转炉钢渣（简称转炉钢渣）、炼钢除尘灰大量堆积，未得到有效利用且引起的环境问题，为充分有效回收转炉钢渣和除尘灰中的有价金属、解决日益紧张的环境问题，发明人提出一种采用转炉钢渣、炼钢除尘灰冶炼高钒高锰铸铁的方法。

根据本发明示例性实施例的高钒高锰铸铁的冶炼方法，包括以下步骤：

按重量计，将40～45份的转炉钢渣、40～45份的炼钢除尘灰、5～10份的含碳物料和5～10份的复合渣加入矿热炉中进行加热熔分并初步脱磷。其中，各原料的加入总量为20～25t。待炉料熔化后，保温1.5～2小时，控制炉内铁液温度为1450～1550℃；然后进行出铁和熔分渣，其中，将熔分渣放入渣罐，将铁液出至承装所述高钒高锰铸铁液的容器（例如铁水罐）中，并且随铁液流向铁水罐中加入30～40Kg/t_铁的脱磷剂和1.0～1.2Kg/t_铁的碳化硅脱氧剂对铁液进行脱磷和脱氧。出铁结束后，等待5min，待脱磷渣完全上浮后，将铁水罐表面的脱磷渣扒除，得到高钒高锰铸铁液。最后，将脱氧、脱磷后的铸铁液倒入铸铁模具中，冷却后进行脱模，得到40～60Kg/块的高钒高锰铸铁块，该铁块可供铸造厂浇铸铸铁件。所述高钒高锰铸铁成分按重量百分比计为C3.0～3.5%、Si2.0～2.5%、Mn2.0～3.0%、P0.06～0.1%、S0.03～0.05%、V1.8～2.5%、Ti≤0.5%以及余量的铁。

其中，所述转炉钢渣和炼钢除尘灰来自于含钒钛铁水的炼钢转炉冶炼过程中。按重量百分比计，转炉钢渣中含有CaO40～50%、SiO₂12～22%、TFe18～30%、TiO₂≤0.5%、V₂O₅2～3%、P≤0.8%、S≤0.1%和MnO1～2%，粒度≤30mm。炼钢除尘灰中含有SiO₂10～20%、CaO10～20%、TFe50～70%、P≤0.2%、S≤0.1%和MnO1～2%，粒度≤3mm。含碳物料为煤粉，煤粉中含有C_固≥75%、P≤0.05%和S≤0.05%，粒度≤3mm。复合渣中含有CaO65～75%和SiO₂20～30%，粒度≤30mm。碳化硅中含有SiC≥75%、P≤0.1%和S≤0.1%，粒度≤10mm。脱磷剂中含有CaO70～80%、Fe₂O₃10～20%、CaF₂4～8%、Al₂O₃5～10%、P≤0.1%和S≤0.1%，粒度≤1mm。

优选地，按重量计，各原料配比为42～44份的转炉钢渣、42～44份的炼钢除尘灰、6～8份的含碳物料和6～8份的复合渣。

本发明中涉及主要反应原理为：①各原料在矿热炉中受热后熔化成为液态，分为渣层和铁液层；②熔融的碳与铁液中的铁氧化物反应，将其还原为液态金属铁；③熔融的碳与V₂O₅反应，将其还原生成液态钒进入到铁液中；④脱磷剂与铁液中磷反应，使之生成含磷渣系进入脱磷渣中；⑤脱氧剂与铁液中的氧反应，将氧去除。

各原料配比设置的原因在于：首先是转炉钢渣与炼钢除尘灰配比的设定是基于高钒高锰铸铁中对钒、锰、铁的成分含量需求而设定（其中高钒高锰铸铁中的钒主要来自于转炉钢渣，锰和铁均来自于转炉钢渣和炼钢除尘灰，因此可根据其成分含量要求设定出需求原料配比）。其次是含碳物料配比的设定是基于产生还原反应对碳的需求、高钒高锰铸铁中碳含量的需求以及根据碳的利用效率而设定。复合渣的设定是基于炼钢除尘灰和转炉钢渣在熔过程中需要调节较好的渣态以及碱度而设定。

也就是说，转炉钢渣、炼钢除尘灰起到的作用在于：提供高钒高锰铸铁需要的铁、钒、锰元素，成分多于或少于其比例将会导致高钒高锰铸铁成分的改变；含碳物料（煤粉）的主要作用在于提供碳与铁氧化物、V₂O₅反应，同时一部分碳还需要熔入到铁液中，含碳物料的加入比例过小时，在现有的利用率条件下，铁氧化、V₂O₅不能充分完全被还原，且熔入铁液的碳含量降低，含碳物料的加入比例过大时，造成资源的浪费，且熔入铁液的碳含量超出铸铁上限范围；复合渣的作用在于调节原料熔分过程的渣态及碱度，达到渣态较好，易于渣铁分离的效果，复合渣的加入量过大或过小，将造成渣态较差，渣铁分离困难，不利于钢渣、除尘灰中有价资源的充分有效回收。

铁水温度的设定是基于含碳物料溶解且发生还原反应需求，且出铁过程温降较大，为保证铁以液态进入铁水罐中，需要合适的铁水温度。若铁水温度过低，反应不够充分，且由于出铁过程温降较大，铁液未进入铁水罐而固化，出铁困难。若铁水温度过高，将造成电力资源浪费（矿热炉熔化原料采用电力能源），使生产成本上升。保温时间的设定过短，矿热炉内反应不充分，若保温时间的设定过长，则使生产时间延长，不利于生产组织，用时造成电力资源浪费，使生产成本上升。

碳化硅和脱磷剂的成分和加入量限定在相应范围内的原因分析如下：（1）碳化硅的中SiC含量的设定是基于脱氧过程利用效率，SiC含量过低会使利用效率大大降低，且由于含量降低，致使碳化硅加入量增加，S、P含量的设定是基于铸铁对S、P含量的要求，碳化硅S、P含量过高将会使铸铁S、P含量大幅度升高，影响其质量。碳化硅加入量的设定主要是根据铁液脱氧工艺需求而定，加入量过低，脱氧效果不佳，加入量过高，造成资源浪费，使生产成本增加。（2）脱磷剂成分的设定主要基于脱磷效果，超出设定范围，脱磷效果不佳，脱磷剂加入量的设定主要由于脱磷效果与生产成本的需求，加入量过小，脱磷效果不佳，加入量过大，造成资源浪费，使生产成本增加。

为了更好地理解本发明的上述示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。

示例1

按重量计，将42份的转炉钢渣、45份的炼钢除尘灰、6份的煤粉和7份的复合渣加入矿热炉中，各原料的加入总量为20t，进行加热熔分、初步脱硫。待炉料熔化后，保温1.5小时，控制炉内铁液温度为1480℃；然后进行出铁和熔分渣，其中，将熔分渣放入渣罐，将铁液出至承装所述高钒高锰铸铁液的容器（例如铁水罐）中，并且随铁液流向铁水罐中加入35Kg/t_铁的脱磷剂和1.0Kg/t_铁的碳化硅脱氧剂对铁液进行脱磷和脱氧。出铁结束后，等待5min，待脱磷渣完全上浮后，将铁水罐表面的脱磷渣扒除，得到高钒高锰铸铁液。最后，将脱氧、脱磷后的铸铁液倒入铸铁模具中，冷却后进行脱模，得到40～60Kg/块的高钒高锰铸铁块，该铁块可供铸造厂浇铸铸铁件。所述高钒高锰铸铁成分按重量百分比计为C3.1%、Si2.4%、Mn2.7%、P0.08%、S0.04%、V2.0%、Ti0.1%以及余量的铁。

其中，所述转炉钢渣和炼钢除尘灰来自于含钒钛铁水的转炉冶炼过程中。按重量百分比计，转炉钢渣中含有CaO48%、SiO₂20%、TFe27.8%、TiO₂0.4%、V₂O₅2.2%、P0.05%、S0.05%和MnO1.5%，粒度≤30mm。所述炼钢除尘灰中含有SiO₂18%、CaO15%、TFe65.4%、P0.05%、S0.05%和MnO1.5%，粒度≤3mm。煤粉中含有C_固80%、P0.04%和S0.03%，粒度≤3mm。复合渣中含有CaO70%和SiO₂30%，粒度≤30mm。碳化硅中含有SiC90%、P0.05%和S0.05%，粒度≤10mm。脱磷剂中含有CaO74%、Fe₂O₃15%、CaF₂4.9%、Al₂O₃6%、P0.04%和S0.06%，粒度≤1mm。

示例2

按重量计，将45份的转炉钢渣、41份的炼钢除尘灰、8份的煤粉和6份的复合渣加入矿热炉中，各原料的加入总量为22t，进行加热熔分、初步脱硫。待炉料熔化后，保温2小时，控制炉内铁液温度为1520℃；然后进行出铁和熔分渣，其中，将熔分渣放入渣罐，将铁液出至承装所述高钒高锰铸铁液的容器（例如铁水罐）中，并且随铁液流向铁水罐中加入40Kg/t_铁的脱磷剂和1.2Kg/t_铁的碳化硅脱氧剂对铁液进行脱磷和脱氧。出铁结束后，等待5min，待脱磷渣完全上浮后，将铁水罐表面的脱磷渣扒除，得到高钒高锰铸铁液。最后，将脱氧、脱磷后的铸铁液倒入铸铁模具中，冷却后进行脱模，得到40～60Kg/块的高钒高锰铸铁块，该铁块可供铸造厂浇铸铸铁件。所述高钒高锰铸铁成分按重量百分比计为C3.3%、Si2.2%、Mn2.8%、P0.06%、S0.03%、V2.3%、Ti0.2%以及余量的铁。

其中，所述转炉钢渣和炼钢除尘灰来自于含钒钛铁水的转炉冶炼过程中。按重量百分比计，转炉钢渣中含有CaO44%、SiO₂22%、TFe29.5%、TiO₂0.4%、V₂O₅2.5%、P0.05%、S0.05%和MnO1.5%，粒度≤30mm。所述炼钢除尘灰中含有SiO₂15%、CaO17%、TFe66.4%、P0.05%、S0.05%和MnO1.5%，粒度≤3mm。煤粉中含有C_固80%、P0.04%和S0.03%，粒度≤3mm。复合渣中含有CaO70%和SiO₂30%，粒度≤30mm。碳化硅中含有SiC90%、P0.05%和S0.05%，粒度≤10mm。脱磷剂中含有CaO74%、Fe₂O₃15%、CaF₂4.9%、Al₂O₃6%、P0.04%和S0.06%，粒度≤1mm。

示例3

按重量计，将40份的转炉钢渣、40份的炼钢除尘灰、10份的煤粉和10份的复合渣加入矿热炉中，各原料的加入总量为20t，进行加热熔分、初步脱硫。待炉料熔化后，保温1.6小时，控制炉内铁液温度为1550℃；然后进行出铁和熔分渣，其中，将熔分渣放入渣罐，将铁液出至承装所述高钒高锰铸铁液的容器（例如铁水罐）中，并且随铁液流向铁水罐中加入30Kg/t_铁的脱磷剂和1.1Kg/t_铁的碳化硅脱氧剂对铁液进行脱磷和脱氧。出铁结束后，等待5min，待脱磷渣完全上浮后，将铁水罐表面的脱磷渣扒除，得到高钒高锰铸铁液。最后，将脱氧、脱磷后的铸铁液倒入铸铁模具中，冷却后进行脱模，得到40～60Kg/块的高钒高锰铸铁块，该铁块可供铸造厂浇铸铸铁件。所述高钒高锰铸铁成分按重量百分比计为C3.5%、Si2.4%、Mn3.0%、P0.08%、S0.05%、V2.3%、Ti0.2%以及余量的铁。

其中，所述转炉钢渣和炼钢除尘灰来自于含钒钛铁水的转炉冶炼过程中。按重量百分比计，转炉钢渣中含有CaO43%、SiO₂22%、TFe30%、TiO₂0.4%、V₂O₅3%、P0.05%、S0.05%和MnO1.5%，粒度≤30mm。所述炼钢除尘灰中含有SiO₂18%、CaO20%、TFe60.4%、P0.05%、S0.05%和MnO1.5%，粒度≤3mm。煤粉中含有C_固90%、P0.04%和S0.03%，粒度≤3mm。复合渣中含有CaO70%和SiO₂30%，粒度≤30mm。碳化硅中含有SiC90%、P0.05%和S0.05%，粒度≤10mm。脱磷剂中含有CaO74%、Fe₂O₃15%、CaF₂4.9%、Al₂O₃6%、P0.04%和S0.06%，粒度≤1mm。

可以看出，本发明具有工艺简单、金属铁、钒收率高等优点，并且该方法以转炉钢渣、除尘灰、煤粉、复合渣为原料冶炼高钒高锰铸铁，对转炉钢渣、除尘灰中的有价金属铁、钒、锰资源进行了充分有效回收，解决了钢铁企业由于转炉钢渣、除尘灰大量堆积引起的环境问题，具有广阔的应用前景。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。

Claims

1.一种高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法包括以下步骤：

按重量计，将40～45份的转炉钢渣、40～45份的炼钢除尘灰、5～10份的含碳物料和5～10份的复合渣加入矿热炉中进行熔炼，

其中，按重量百分比计，所述转炉钢渣中含有CaO 40～50％、SiO₂12～22％、TFe 18～30％、TiO₂≤0.5％、V₂O₅2～3％、P≤0.8％、S≤0.1％和MnO 1～2％，所述炼钢除尘灰中含有SiO₂10～20％、CaO 10～20％、TFe 50～70％、P≤0.2％、S≤0.1％和MnO 1～2％，所述复合渣中含有CaO 65～75％和SiO₂20～30％；

待炉料熔化后，控制炉内铁液温度为1450～1550℃并保温；

分离铁液和熔分渣，并对铁液进行脱磷和脱氧处理，得到高钒高锰铸铁液；

其中，所述高钒高锰铸铁液的成分按重量百分比计为C 3.0～3.5％、Si2.0～2.5％、Mn 2.0～3.0％、P 0.06～0.1％、S 0.03～0.05％、V 1.8～2.5％、Ti≤0.5％以及余量的铁。

2.根据权利要求1所述的高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述冶炼方法将按重量计42～44份的转炉钢渣、42～44份的炼钢除尘灰、6～8份的含碳物料和6～8份的复合渣加入矿热炉中进行熔炼。

3.根据权利要求1所述的高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述转炉钢渣的粒度≤30mm，所述炼钢除尘灰的粒度≤3mm，所述含碳物料的粒度≤3mm，所述复合渣的粒度≤30mm。

4.根据权利要求1所述的高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述保温的时间为1.5～2小时。

5.根据权利要求1所述的高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述脱磷和脱氧步骤包括在矿热炉的出铁过程中，向承装所述高钒高锰铸铁液的容器中加入脱磷剂和碳化硅，其中，按重量百分比计，所述碳化硅中含有SiC≥75％、P≤0.1％和S≤0.1％，所述脱磷剂中含有CaO 70～80％、Fe₂O₃10～20％、CaF₂4～8％、Al₂O₃5～10％、P≤0.1％和S≤0.1％。

6.根据权利要求5所述的高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述脱磷剂的加入量为30～40Kg/t_铁，所述碳化硅的加入量为1.0～1.2Kg/t_铁。

7.根据权利要求5所述的高钒高锰铸铁的冶炼方法，其特征在于，所述脱磷剂的粒度≤1mm，所述碳化硅的粒度≤10mm。