一种生产超纯净工业纯铁的方法与流程

本发明涉及钢铁冶金，特别属于冶金行业钢铁新型的超纯净工业纯铁。尤其涉及一种用于生产极低气体含量、低磷硫、超低碳、低硅用的超纯净工业纯铁的方法。工业纯铁是用于冶炼高等级精密合金、高温合金、超低碳不锈钢、电热合金等重要的原材料。

背景技术：

1、工业纯铁是钢的一种，其成分中含有99.50％～99.90％铁，碳含量在0.04％以下，其他杂质含量越低越好。一般说来，工业纯铁具有导电性好、质地软，韧性大，电磁性能优良的特点，是冶炼精密合金、高温合金、超低碳不锈钢、非晶态合金和电热合金等重要的原料。从电磁性能来看，工业纯铁纯度越高，电磁性能越好，但制取高纯度的铁，工艺非常复杂，成本高。

2、目前，从生产设备上区分，工业纯铁可以分为电弧炉、氧气转炉等方法生产，两者的区别在于：

3、1)电弧炉纯铁的最低含碳量为0.025％，含氮量较高，受石墨电极增碳的影响，不能生产更低含碳量的纯铁。

4、2)氧气转炉纯铁可以生产含碳量小于0.01％的低碳纯铁，但其含氧量高，含氮量较低，只能生产品质一股的工业纯铁。

5、随着科学技术的高速发展，人们对材料要求越来越苛刻。开发高纯铁的制备技术，可提高铁的纯度及其产品性能，增加产品技术含量及附加值。工业纯铁大致分为高铝、低铝和非晶专用三类四个等级，其中低铝工业纯铁生产时需采用含氧浇铸技术，随着绿色概念的不断普及，全球对生态环境重视程度的日益提高，国家新宏观调控政策的出台，企业面临节能减排的压力越来越大。

6、中国专利cn117265210a公布了“一种工业纯铁的制备方法”，该工业纯铁按重量百分比为c≤0.01％、si≤0.01％、mn≤0.05％、p≤0.01％、s≤0.010％、al0.03～0.05％，全氧≤0.005％，其余为fe。该发明中存在工序较长、连铸坯氧含量较高等，容易造成铸坯缺陷产生。

7、中国专利cn101353753a公布了“一种超低碳高纯度工业纯铁及其制备方法”，包括如下重量百分配比的化学元素：c≤0.008％、si≤0.05％、mn≤0.05％、p≤0.005％、s≤0.002％、al≤0.055％。采用电弧炉冶炼，经aod吹氧去碳，最后浇注成钢锭。生产周期长，采用模铸生产，模冷10h后脱模，生产效率低，不能形成连续生产。

8、中国专利cn113512619a公布了“一种工业纯铁的生产方法”，包括铁中杂质重量百分比不大于0.15％，其中c≤0.005％，si≤0.01％、mn≤0.05％、p≤0.010％、s≤0.002％、al≤0.010％、n≤0.0040％，且mn/s≥10；该发明中杂质元素、气体含量较高，不能用于生产高精尖产品。

技术实现思路

1、本发明的目在于提供一种超低碳、低杂质含量、极低气体含量的超纯净工业纯铁的生产方法，利用现有常规冶炼设备实现低成本高效率连续生产。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种生产超纯净工业纯铁的方法，其特征在于，包括如下方法步骤：

4、1)铁水预处理前，控制铁水中c≥2.1％、si 0.25wt％～0.50wt％、mn≤0.10wt％、p≤0.080wt％、s≤0.030wt％，并控制铁水温度≥1300℃；铁水中杂质元素总量不大于0.10wt％，其中ti≤0.03wt％、cr≤0.03wt％、ni≤0.01wt％、cu≤0.01wt％，pb、as、sn、sb、bi均≤0.0003wt％。

5、铁水预处理：铁水经过“三脱”预处理，包括脱硫、脱磷、脱硅，利用耦合反应理论，进行脱硅、脱磷和脱硫。第一步脱硅，采用铁水罐脱硅，利用脱硅剂脱出铁水中硅至0.10wt％～0.15wt％，扒净渣，所述脱硅剂为铁皮82～88份、石灰8～12份和萤石3～8份的混合物。第二步脱硫，根据处理前铁水硫含量调整脱硫剂用量和搅拌时间，按质量比为1：(3.0～4.0)的比例添加镁粉和石灰粉，镁在铁水中的反应：mg(s)→mg(l)→mg(g)→[mg]，经熔化、气化、溶解，铁水中溶解镁与硫反应：mg(s)+[s]＝mgs(s)，使铁水中硫≤0.003wt％；第三步脱磷，加强熔池搅拌，采用feo渣脱磷，控制渣中tfe≤5％，r＝2～2.5，经预处理后铁水磷含量≤0.003％。

6、铁水经过“三脱”预处理，减少转炉炼钢吹炼过程中除去硅、磷所需的石灰造渣料，减少渣量，减轻熔渣外溢及喷溅等，控制“三脱”反应过程中的氧化还原成分，吹炼期采用溢渣工艺，及时排除各反应期生产的炉渣并实现在线炉渣改质。熔渣对炉衬的侵蚀也因而减轻，炉齡显著提高。同时缩短了转炉的吹炼时间，提高了转炉生产效率，降低了铁损，钢水质量也得到有效提高。

7、2)转炉冶炼：采用全铁法和双渣法冶炼，第一次造渣，转炉前期加入铁矿石、石灰石、萤石造前渣，当吹炼进行到6～8分钟时间，熔池温度1380～1420℃时进行倒渣操作，加入含si渣料进行脱氧，然后进行第二次造渣，加入白云石、铁矿石和石灰造后渣，继续吹炼至1590～1620℃出钢，控制终渣碱度2.8～3.0、feo含量为8wt％～12wt％；在转炉出钢过程中加铝粒脱氧并加入预熔渣和石灰进行渣洗；第二次滑板挡渣出钢后控制渣层厚度25～35mm；控制转炉出钢c≥0.10％。

8、3)钢包炉精炼(lf)：采用两次造渣，第一次造渣加入预熔渣和石灰造白渣，并加入铝脱氧，保持白渣时间10～15min，将钢中s≤0.0008wt％、o≤0.0010wt％；然后进行扒渣操作，控制渣层厚度25～35mm，之后加入预熔渣和石灰再次造渣，控制炉渣碱度r＝1.2～1.5；出站前进行钙处理，并保持软吹时间10～15min；控制钢水温度1650～1690℃。

9、4)真空处理(rh)：钢水进站后抽真空至小于140pa开始吹氧脱碳，真空度在50～60pa时，增加氩气搅拌，保持时间15～20min定氧，目标氧控制在200～250ppm之间，加入铝线脱氧，循环时间5～10min，控制破空后氧含量在20～40ppm之间、碳含量≤0.001％；出站前在钢水中抛洒铝粒，进行mg处理使夹杂物充分球化，并加入无碳覆盖剂，保证软吹+镇静时间达到20～25min。

10、5)连铸：全程采用保护性浇注，使用超低碳保护渣和无碳覆盖剂；中包过热度控制在15～25℃，二冷矫直温度控制在940～960℃，保证mn/s≥12。

11、所述含si渣料为酸性调渣料、硅石和碳化硅中的一种或几种。

12、铁水比≥95％；选用无碳中间包和无碳钢包。

13、利用生产超纯净工业纯铁的方法生产的工业纯铁，所述工业纯铁中的化学成分按重量百分比计为：c≤0.001％、si≤0.005％、mn≤0.02％、p≤0.0008％、s≤0.0008％、al≤0.01％，此外，控制钢中o≤0.0010％、n≤0.0010％、钢中合金元素nb≤0.0030％、ti≤0.0030％、cr≤0.01％、ni≤0.01％、cu≤0.01％，另外，钢中的残余元素pb、as、sn、sb、bi均≤0.0003％，其余为fe。

14、原理说明：本发明铁水采用“三脱”预处理工艺，严格限制入转炉铁水成分，炼钢时采用顶底复吹转炉冶炼，转炉采用两次造渣工艺，前渣加入石灰石、萤石，铁水发生氧化反应产生feo，有利于熔化炉渣、有利于减少氧的消耗，由于c、o反应生成的co、co2气体对炉渣起到搅拌作用，增大脱p反应动力学条件，使脱p效率和反应界面增加。与此同时，对于脱mn反应来说，钢中较多的sio2，以及加含si渣料进行脱氧，使吹炼前期炉渣碱度低甚至呈酸性，这对于脱mn反应是有利的；一次倒渣后，加入铁矿石、石灰、白云石二次造渣，提高炉渣碱度，有利于脱s反应热力学的进行。为防止返p，保证钢中足够的feo；精炼过程中控制较高的c含量，保证微正压，防止负压造成钢水吸n，保证钢水中较低的o含量，有利于减轻后续脱氧造白渣的负担和减少氧化物夹杂生成，较高的c含量有利于提高lf精炼处理过程中脱硫反应的进行，还能够提高rh真空处理过程中脱n能力。lf钢包炉精炼采用两次造渣，首次造白渣脱s到极低后进行扒渣操作，然后第二次造渣控制合理cao+mgo/al2o3+sio2，保证二次渣具有良好的流动性及吸附后续脱氧产物的能力，然后到rh真空处理站进行较长时间的深处理，先吹氧脱碳然后用al线脱氧，随后进行mg处理，在获得超低碳的同时，严格控制氧含量及夹杂物形貌，出站前在钢中抛洒铝粒，并加入无碳覆盖剂，保证软吹+镇静时间20～25min，有效地减少钢中的氧和使夹杂物充分上浮排除。连铸工艺采用合适的过热度和矫直温度，同时保证mn/s≥12，可以获得高表面质量和内部质量的连铸坯，避免出现中心疏松、中心偏析和角横裂的产生。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明提供一种经过铁水“三脱”预处理生产超纯净工业纯铁的工艺方法，采用复吹转炉、钢包炉精炼、rh真空处理和板坯连铸是现有钢铁企业的常规设备，对原辅料的要求容易达到，根据冶金动力学和热力学原理，将炼钢脱碳、脱气、脱硫、脱磷、脱锰的任务分配到不同工序不同时间来完成，能够稳定、高效、协同地实现高品质工业纯铁纯净度、表面质量、内部质量和残余元素的控制目标，因而本发明具有良好的推广应用价值。

17、本发明旨在解决氧气转炉纯铁含氧量较高，不能生产高品质纯铁的问题；解决低铝工业纯铁生产难题；利用现有常规冶炼设备，实现低成本高效率连续生产；利用真空脱碳技术，使工业纯铁获得极低碳含量；通过精炼脱锰技术研究，进一步降低钢中的锰含量，满足工业纯铁的成分要求；控制脱氧，获得合格的连铸板坯，纯铁要求各元素含量越低越好，包括脱氧元素铝，对于纯铁的浇注，其脱氧程度的控制就显得极为重要，即保证成分要求，还要满足生产工艺要求，得到合格的连铸板坯。