机械搅拌理论铁水脱硫增硅技术研究

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1、机械搅拌理论铁水脱硫增硅技术研究第1章文献综述1.1铸造用铁水含硫控制1.1.1铁水中硫对铸件影响现代铸铁件生产逐渐摒弃了传统工艺流程，开始向短流程工艺发展。在传统工艺流程中，首先获得铸造用原铁液，再处理、精炼至目标铁液。即以固态铸造生铁为主要原料，配以合适的辅助原料，将其投入到熔炼设备中，进行加热和熔炼，直到铁液的温度和化学成分复合技术要求时，停止加热进行出铁操作，然后进入铸造工序。铸铁件短流程生产工艺中原铁液直接采用高炉铁水，经感应电炉升温、调整成分后直接用于铸造[7]。无论是传统工艺还是短流程工

2、艺，铸造用原铁液即铸造生铁仍是铸件生产的主要原材料，铸造生铁中化学元素的含量将直接影响铸铁件的质量，其中硫含量的控制是基础。在铸铁中，硫多以硫化物MnS、FeS的夹杂物形式存在于晶界，由于FeS软而脆，削弱了晶界的强度。随着硫的增加，硬度虽然增大，但力学性能下降。对于普通灰铸铁来说，硫含量宜低，高牌号铸铁中，硫要严加控制。对于孕育铸铁来说，一般硫含量应小于0.12%，控制在0.06%左右为佳[8]。球墨铸铁要求铸造生铁硫含量小于0.07%，最好是在0.02%~0.05%。因为硫消耗球化剂，硫过高会造成

3、球化不良，同时硫是阻碍石墨化元素，容易促进白口倾向。铁液中，高硫铁液表面氧化结膜温度高，流动性差，硫化物多，铸件易产生夹杂、皮下气孔等缺陷[9]。对于蠕墨铸铁来说，硫的含量愈低，稳定性愈好。终点硫含量一般要求在0.02%。铁液中硫含量极低，含量小于0.002%时，将铁液快速冷却，可直接获得蠕铁。但硫会恶化蠕化效果，终点硫含量大于0.03%时，蠕化剂消耗量大，同时也增加硫化物夹杂，影响铸件性能[10]。1.1.2铸造用铁水预脱硫方法1）高炉炉内脱硫根据硫在铁、渣、煤气中的分配可知：高炉内部，硫（由炉料带

4、入）又全部转入炉渣、生铁、煤气中。在铁水冶炼过程中，硫含量在生铁中的要想降低，首先要控制原燃料带入高炉的硫含量，降低进入高炉中的总硫含量；其次要提高炉渣中的硫含量可通过提高渣铁间硫的分配系数来实现，最后是提高煤气带走的硫含量。但煤气带走的硫含量是有限的，由于受温度限制，只能依靠减少由各种炉料带入的硫量和增加炉渣带走的硫量，达到降低生铁硫含量的目的。减少炉料硫带入量脱硫能力关于炉渣的即使不变，也会明显降低生铁含硫量通过减少炉料带入的硫量。硫量主要由焦炭决定，占总硫量的72.91%[11]。其次是烧结矿的

5、含硫量，生铁的硫含量直接受其影响，故应选购含硫量较低的煤粉和含硫量较低的矿粉，同时配碳量关于烧结矿的要控制，达到氧化气氛有利于烧结去除[S]。炉料结构要选择合理，这样软熔带高度会降低，炉缸温度逐渐提高，高炉透气性逐渐提高，高炉顺行和焦比的降低得到促进，生铁含硫量也得到了控制。提高炉渣的脱硫能力在铁水液滴穿过渣层下降到炉缸时，主要进行的是炉渣脱硫反应，这时渣铁接触面积较大。渣铁聚集在炉缸中脱硫反应也继续进行着，虽然较液滴穿过渣层时接触面小，但渣接触的时间比较长在渣铁界面间。液态高炉渣的组成主要是由正负离

6、子。所以进行的离子迁移过程在液态的渣铁界面间即为渣铁间脱硫反应：即变为硫负离子在铁水中硫原子吸收电子后进入渣中，渣中变为中性氧在氧负离子失去电子后进入铁水中，再生成一氧化碳逸出与过饱和的碳反应。1.2铸造用铁水冶炼工艺铸造生铁区别于炼钢生铁主要是由于铁中含Si量的不同，炼钢生铁的Si含量≤1.25%，而铸造生铁的Si含量＞1.25%[20]，表1为机械工业部颁布的对炼钢生铁与铸造生铁的划分标准。铸造生铁在机械工业中应用广泛，目前较常用的是灰口铸铁。灰口铸铁断面完全呈灰口状态时铸铁牌号应在Z18以

7、上，相应Si含量≥1.6%[21]。Si含量越高，生铁售价越高，同时生产难度越大，消耗也越大。冶炼铸造生铁必须采取措施增加铁水含Si量，主要的方法有铁水炉内与炉外增硅。铁水炉内增硅是指在高炉内通过改变热制度、造渣制度、送风制度、装料制度等促进硅在高炉内的还原达到铁水增硅的目的[22]。但炉内增硅会使高炉出现透气性变差，渣口破损次数增多，容易悬塌料，同时焦比上升，高炉利用系数降低，成本增加等问题。实践表明，生铁中硅含量每增加1%，焦比上升40~50kg/t，生铁产量降低12%~15%，成本上升8%

8、~10%，因此大型高炉（≥200m3）冶炼铸造生铁更为困难[23]。为改善高炉冶炼铸造生铁的经济技术指标，各大钢厂根据自身条件提出了许多不同的工艺方法[24-27]。第2章铁水炉外脱硫增硅工艺路线选择2.1铁水炉外脱硫增硅方法确定目前，冶金行业中铁水炉外脱硫使用较普遍的是喷粉法和KR搅拌法。对于如何选择合适的方法进行铁水炉外脱硫同时能进行增硅，需对喷粉法和KR搅拌法进行动力学及生产成本等方面的比较、分析。喷粉法脱硫的基本原理是依靠外设氮气，将脱硫剂