CN104419830A - 大容量矿热炉控制铁合金中铝含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大容量矿热炉控制铁合金中铝含量的方法，该方法以80%以上粒度为﹥10-15毫米的生石油焦作还原剂。按本发明的方法所制得的铁合金的含铝量低于1.5%，甚至低于1.0%。

Description

大容量矿热炉控制铁合金中铝含量的方法

技术领域

本发明涉及铁合金的制备方法，特别是涉及在大容量矿热炉冶炼时控制其所冶炼的铁合金铝含量的方法。

背景技术

铁合金通常用作钢水的脱氧剂和/或合金化剂。有些钢种，如电工钢和重轨钢要求严格控制钢中的铝含量，因此就需严格控制其所用的合金中的铝含量。比如，用于电工钢和重轨钢的硅铁和硅钙钡镁复合脱氧剂中的铝含量就被限制在1%（重量）以下。

所述铁合金中的铝来自其所用的矿石、还原剂，尤其是焦炭中所含的杂质和灰分。所述的杂质和灰分中均含比例很高的Al2O3。这些Al2O3中的Al在矿热炉冶炼的过程中被还原出来并熔在成品铁合金中，从而使产品铁合金的铝含量升高。很容易想到的是，只要选用高品位的矿石和低灰分的还原剂就能制备出低铝的铁合金。在自然界中，含杂质少的矿石储量有限，即使精心地选矿、洗涤也不可能将所述杂质全部去除，因此选用低灰分的还原剂可能是解决上述技术问题的主要途径了。

中国专利申请200510096335.9公开了一种制备铝含量为0.5-1%的低铝硅钙钡合金的方法。该方法控制铝含量的主要手段是，将矿热炉的炉温控制在1800℃以下；在所熔炼的合金出炉之前向炉内加萤石，所述萤石可还原[Al]，从而降低合金中单质铝的含量。本发明人基于冶金原理上的考虑，认为上述方法是不可行的，因为，将矿热炉的炉温控制在1800℃以下，其它的合金元素，如硅、钙和钡就不可能被还原，所以通过降低炉温来防止铝的还原的想法是不实际的；另外，萤石，即CaF2既不能将Al2O3中的Al还原出来，也不能将上述的Al氧化成Al2O3并将其驱至炉渣之中，所以，通过往矿热炉中添加萤石来去除合金中的铝也不现实。由于有悖于公知的冶金原理，所以可以肯定，该专利申请所述的方法，对于将合金中的铝含量限于0.5-1%的范围无任何具有真正价值的技术启示。

中国专利申请200910008561.5公开了一种铝含量小于等于1.5%的硅钙钡镁复合合金,该合金是在容量为6300KVA的矿热炉中制备的。所述合金系用木炭和石油焦作还原剂制备而成的。尽管木炭的灰分低，而且反应活性好是众所周知事实，但面对森林资源日渐匮乏的现实，大量使用木炭作还原剂，显而易见地是不可取的。

中国专利申请87104601公开了一种涉及“高纯硅铁”的生产方法。该方法系在4000KVA矿热炉中实施，所用的还原剂为石油焦，其灰分含量为0.10-1.44%；粒度为0-10毫米，其中0-5毫米的占绝大多数；所得的合金的铝含量分别为0.4%和0.1%。从其使用的石油焦的灰分含量看，按该方法应该能够制得上述合金。但本领域的技术人员熟知，石油焦是一种极易石墨化的碳质材料。当将其在矿热炉中作还原剂时，它极易因石墨化而沉积于炉底，导致炉底上涨，于是不得不停炉处理。尽管石油焦的灰分含量很低，但其明显的石墨化趋势，使其在矿热炉中迟迟得不到应用。中国专利申请87104601解决上述的石油焦石墨化难题的方法的十分巧妙。该方法通过控制所用的石油焦的粒度来控制其反应活性。众所周知，作为还原剂的石油焦的粒度越小则其比表面积就越大，因而其反应活性也就越高。该专利申请所述的方法，充分利用了粒度为0-10毫米，其中0-5毫米的占绝大多数的石油焦的高反应活性，就可使其在充分石墨化之前，已全部或大部与原料中的SiO2等氧化物反应而生成气态的CO逸出反应区域，也就是说，只要创造条件，使所述石油焦因参加上述还原反应而消耗的速度，大于其本身石墨化的速度，就可避免了石油焦石墨化的难题。

通常在使用冶金焦作矿热炉还原剂时，其粒度一般为5-18毫米，而且禁用焦炭粉末。作这样的要求，是为了保证矿热炉的料层具有良好的透气性。要求矿热炉料层具有良好的透气性是基于如下2点考虑：其一，是为了保证矿热炉内的还原反应产生的CO能够顺利排出，使所述的还原反应能够顺利进行；其二，是防止因排气不畅而引起炉内熔体的喷溅。专利申请87104601所述的方法，仅适用于4000KVA的小容量。该炉的熔池浅，料层厚度小，即使透气性较差可能也不会引起严重问题，但对于容量为12500KVA或以上的矿热炉而言，选用粒度为0-10毫米，其中0-5毫米的占绝大多数的石油焦作还原剂，就难以保证矿热炉的料层具有良好的透气性了。本领域技术人员不能确认，专利申请87104601所述的，粒度为0-10毫米，其中0-5毫米的占绝大多数的石油焦是否也适用于12500KVA或以上的矿热炉。

本发明的目的在于提供一种适用于大容量矿热炉的，新的制备低铝含量铁合金的方法，该方法既利用了石油焦低灰分含量的优点，又避免了其易于石墨化的不足，而且还可使料层具有良好的透气性。

发明内容

本发明提供一种大容量矿热炉控制铁合金中铝含量的方法，其特征在于，采用灰分含量为0.1-1.0%的生石油焦作还原剂，其粒度分布为﹥10-15毫米的生石油焦占80%以上；其余为粒度﹤10毫米的生石油焦。

上述的“大容量”矿热炉是指功率为12500KVA或以上的矿热炉。根据我国现行的产业政策，功率低于12500KVA的矿热炉，因其高能耗、低效率的缺点，均已被淘汰，因此，操作矿热炉的技术人员必须考虑，中国专利申请87104601所公开的,仅适用于4000KVA矿热炉的“高纯硅铁的生产方法”是否也适用于12500KVA的矿热炉。答案是否定的，原因是，12500KVA或以上的矿热炉与4000KVA的矿热炉仅在炉膛尺寸上就有很大不同。12500KVA的矿热炉的炉膛深度为2.6米，4000KVA的矿热炉炉膛深度仅为1.7米，二者相差近1米。炉膛深度不同必然导致炉内的料层厚度不同，进而，对所述料层的透气性的要求也不同。易于理解的是，料层厚度越大，则要求其透气性也越高。有鉴于此，中国专利申请87104601所公开的“0-10毫米，其中0-5毫米的占绝大多数的石油焦粒度”显然不适用于容量大于12500KVA的矿热炉。为提高料层的透气性，加大原料，特别是作为还原剂的石油焦的粒度是必须采取的技术措施，因此，在考虑了兼顾石油焦本身的石墨化趋势及料层透气性的前提下，本发明人选择的石油焦粒度为“﹥10-15毫米的生石油焦占80%以上；其余为粒度﹤10毫米的生石油焦”。

如前所述，石油焦的粒度越大，其石墨化趋势也就越强，结果当然是使炉底上涨。现有技术已经教导过，防止石油焦石墨化的措施是提高其反应活性，使其在石墨化之前，已因与物料中的氧化物发生还原反应而被耗尽。本发明人选择的适用于大容量矿热炉的石油焦是生石油焦。所述生石油焦是一种从石油焦加工场直接获得的，未经进一步处理的石油焦。它具有疏松、多孔的海绵状结构，因此又被称之为海绵焦。生石油焦的此种独特的多孔结构，使之具有较大的比表面积，因而也就具有良好的反应活性。这种良好的反应活性弥补了因其粒度被加大而导致的反应活性不足。换言之，用80%以上粒度为﹥10-15毫米的生石油焦和其余为粒度﹤10毫米的生石油焦作大容量矿热炉的还原剂，既可防止石油焦的石墨化，又确保了所述石油焦的反应活性及料层的透气性，从而可将所述矿热炉产物中的铝含量被控制在1.5%,甚至1.0%以下。

将所述生石油焦的灰分限定于0.1-1.0%的范围，是考虑到不同钢种对残铝含量的要求不同，生产用于高品质钢的铁合金时，采用低灰分的生石油焦作还原剂，反之亦然。

根据本发明的方法，可将所述铁合金中的铝含量限制在1.5%甚至是1.0%以下。在整个冶炼过程中，炉况正常，操作者无须频繁捣炉；在整个炉役期内，无因石油焦的石墨化而导致的炉底上涨问题，因而也就无需停炉处理炉底。

本发明是在现有技术的基础上，通过创造性的选择石油焦的种类及其粒度而完成的，所以与矿热炉作业相关的常规技术细节，如物料品位、配料、布料、加热、电控、出铁等不再赘述。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

用功率为12500KVA的常规敞开式矿热炉冶炼高纯度硅铁。

采用灰分0.4%的海绵状生石油焦作还原剂，其粒度为：85%的生石油焦粒度﹥10-15毫米；其余的粒度﹤10毫米的生石油焦；

硅石的SiO₂含量﹥97%。

按常规方法冶炼。

所得的硅铁含铝量为0.35%。

实施例2

用功率为12500KVA的常规敞开式矿热炉冶炼中国专利申请200910008561.5公开的中国专利申请200910008561.5公开了一种铝含量小于等于1.5%的硅钙钡镁复合合金,

采用灰分1.0%的海绵状生石油焦作还原剂，其粒度为：85%的生石油焦粒度﹥10-15毫米；其余的粒度﹤10毫米的生石油焦；

按该专利申请所述的常规方法冶炼。

所得的硅钙钡镁复合合金的含铝量为0.45%。

Claims (1)

1.一种大容量矿热炉控制铁合金中铝含量的方法，其特征在于，采用灰分含量为0.1-1.0%的生石油焦作还原剂，其粒度分布为:﹥10-15毫米的生石油焦占80%以上；其余为粒度﹤10毫米的生石油焦。