高纯生铁生产工艺浅析

高纯生铁生产工艺浅析

近年来，随着我国汽车、风电、船舶、化工、高速列车等行业的发展，对优质铸铁件、等温淬火球铁件（ADI）、大断面球铁件及特殊性能要求的球铁件需求量不断提高，与国内的铸造生铁普遍存在的钛、磷含量偏高和杂质、微量元素超标等形成突出的矛盾，很多高端铸造企业不得不从加拿大等国进口高纯生铁来满足生产要求，制约着我国由铸造大国向铸造强国迈进的步伐。河北龙凤山铸业有限公司等企业为加快推进高纯生铁的研制，充分利用当地的优质的原燃料优势，摸索生产工艺，已形成大批量生产高纯生铁的能力，填补了国内的空白，形成了符合实际的企业产品标准，为国内装备制造业的发展提供基础性原料保障。下面就结合河北龙凤山铸业有限公司的生产实际，对高纯生铁生产工艺进行探讨和分析。

一、我国铸铁的标准体系

现有《球墨铸造用生铁》、《铸造生铁》、《炼钢用生铁》、《含钒生铁》、《铸造用磷铜钛合金耐磨生铁》等五个标准。球墨铸铁件和高牌号灰铸铁件主要使用《球墨铸造用生铁》和《铸造生铁》两个国家标准，间或使用《炼钢用生铁》行业标准；有关高纯生铁生产企业制订的高纯生铁企业产品标准。

二、高纯生铁工艺控制的原则

根据国内外有关的研究资料和市场用户需求，高纯生铁化学成分的要求包括控制碳、硅、锰、硫、磷、钛六个常规元素；对高端铸件有影响的微量元素及其极限值；微量元素的含量总和，重点在于控制钛、锰、磷、硫四个元素，关键是控制钛、磷的含量。

钛易与碳、氮生成显微硬度很高的化合物，又有选择性结晶的特性，使钛向晶界及铸件后凝固处富集，并影响球化质量等，钛高会使铸件脆化、降低切削加工性能和助长缩松等铸造缺陷的产生。磷和锰是正偏析元素，对球墨铸造的低温韧度影响极大，对脆性转变温度的影响分别是硅的7.5倍和1.92倍。合理确定铬、钒、钼、锡、锑、铅、铋、碲、砷、硼和铅十一个微量元素的最大值，各微量元素的含量总和以形式良好铸铁件性能。河北龙凤山铸业有限公司的钛和上述十一个微量元素的含量总和不应大于0.1%，11个微量元素最大值是：

三、高纯生铁的生产工艺

目前国外主要采用高炉还原+另炉氧化吹炼的方法，但在不使用特殊原料（钒钛磁铁矿）的条件下，不适合采用此工艺。

钛是干扰球化元素，实际生产中【Ti】和【Si】同步还原，呈强相关性，控

制高炉铁水含【Si】量的途径：控制焦炭、煤的灰分和原料中的SiO2含量，降低焦比；改善炉料结构，合理布料促使煤气合理分布，控制滴落带高度，减少铁水吸硅量；增加炉缸渣中氧化性物质，促进铁水脱硅反应。

在充分利用企业设备、优质原燃料和人员技术的基础上，摸索研究，采取“精料+高炉精细作业+炉外专项处理”的技术路线，用高炉直接冶炼出高纯生铁，主要的生产工艺为：

1.降低焦炭灰分和TiO2，降低烧结矿中SiO2和TiO2，降低焦比。通过对优质原材料的选用、配比和增加必要的细化分选工序，最大限度降低钛元素含量。

2.选择合理的炉料结构。以高碱烧结矿占比65—70%，酸性球团矿占比30—35%，碱度为1.9—2.0（倍）；增加装入料热流化，改善矿石高温冶金性能，提高炉料本身自熔温度，增加烧结矿中MgO含量。

3.装料控制。根据高纯生铁质量要求和出铁量，总料批确定按每小时6.5—7批料控制，连续4小时料批不能超规定批数上限；提前2小时根据炉温、料速与铁量关系预测下2小时负荷情况，稳定炉温；严禁空料线作业，分装入炉；合理布料，实现合理煤气流分布范围尽量缩小。

4.送风控制。为使生铁含Si量稳定，风量控制在1750—1850m/min;密切关注各风口部位反映的参数作细节把握，压差反应快；考虑白天与黑夜环境温差对炉温的影响，夜里风温比白天高30℃左右。

5.热制度管理。稳定炉温【Si】含量控制0.4±0.1%，铁水物理热>1470℃－1520℃；严禁含Si跳号波动，降低风口区温度减少SiO生成；冷却设备发现漏水及时控制更换，不影响炉缸的炉温。

6.造渣管理。入炉碱度以炉渣R2≥1.15（倍），R3≥1.4（倍）；炉渣流动性要好，脱硫能力强，MgO含量≥12%，Al2O3≤14%。

7.喷煤管理。视炉况反应、料速计算，按综合负荷加减喷煤量，喷枪均匀喷煤，堵枪要及时处理。

8.实行高顶压控制。800m3高炉顶压控制在150kpa，既提高炉内压力，抑制SiO生成，又能降煤气流速，提高利用率，降低焦比。

9.出铁量控制。铁口深度≥1800mm，保证铁口堵泥耐冲刷力强、透气性好，无潮泥，出铁顺畅，按时出铁。

10.炉外处理。高炉采取低【Si】作业法，以获低【Ti】铁水，由于不同牌号铁水有时需炉外增硅，由喂料机按计算量进行孕育；在铁水罐中，根据所需的脱【Si】量，以氮气为载体进行喷Mg粒操作，搅拌铁水，脱气、浮渣和均匀化学成分；以液面渣量多少决定是否捞渣，由捞渣机完成；浇锭时，使用高效孕育剂

进行随流孕育，若白口没有完全消除，启动第二孕育装置进行补加，孕育剂加入时，应稳定均匀，孕育剂流要正对铁水流。高纯生铁锭外观洁净，断口均匀呈细灰粒状，金相分析，石墨组织均呈A型石墨形态，细小，分布均匀。

高纯生铁在我国应用有着广泛的空间，需要针对不同用户的特定需求，严格炉料控制，强化工艺管理，细化工艺参数，总结生产经验，生产出符合要求的优质高纯生铁，实现批量替代进口，切实提高铸造生铁的附加值，推进我国高端铸件的全面发展。

参考文献:

[1]李克瑞、曾艺成、张忠仇：《优质生铁和高纯生铁—球铁稳定生产的基础》，2007年中国铸造活动周论文集，355－362；

[2]李传栻：《如何面对铸造生铁中干扰元素的影响》；铸造纵横，2009（2）；

[3]钱立：《企标之我见》，第八届全国铸铁及熔炼学术会议暨先进球化处理方法研讨会论文集，2010.7，160,162。