高炉铁水有害元素分析与控制

高炉铁水有害元素分析与控制

（山东球墨铸铁管有限公司）

摘要分析了铁水有害元素的来源，通过采取多方面烧结配料、生铁含硅量、炉外增硅等措施，降低了铁水中有害元素的含量。

关键词烧结配料生铁含硅量炉外增硅

1 前言

山东球墨铸铁管有限公司现拥有160吨混铁炉一座、两台10吨工频电炉、五台10吨中频电炉、八台水冷金属型离心机、46米、60米退火炉各一座、四条精整生产线。现已形成年产球墨铸铁管30万吨的生产能力。从2009年以来，钢铁市场发生了很大的变化，各种进口铁矿粗粉及国内精粉价格持续上扬，为降低生产成本，烧结大量配加低价位经济料，用于高炉冶炼铁水，高炉铁水中的有害元素和夹杂物含量有所升高，球墨铸铁管的硬度和延伸率受到一定的影响。2011年以来，通过烧结配料及高炉操作严格控制铁水中的磷、硫、锰、钛、铜、砷、铬等微量元素，供铸管铁水质量得到稳步提高。

2 有害元素的来源

高炉铁水中的有害元素主要由冶炼铁水的原燃料带入：焦炭，无烟煤，烧结矿，块矿。通过对微量元素在铁水中的还原性统计，结果表明：

(1)炉料中的磷、砷、铜、铬元素全部进入铁水，在高炉冶炼过程中无法处理。

(2)高炉入炉原燃料中锰、钛元素60%~80%进入铁水，而且锰、

钛元素在铁水中含量与高炉铁水含硅量呈正相关性关系。原始生铁含硅量的提高有助于有害元素含量的升高。

3 不同元素对铸铁管的危害

供铸管铁水中一些元素达到一定值会对铸铁管的退火产生一定的影响，进而降低对铸铁管的产品质量：

磷是铸铁中的常存元素,它对球墨铸铁的机械性能,尤其是冲击韧性和塑性有明显的不良影响,因此总是作为有害元素对待。其主要原因是共晶团晶界产生的磷共晶脆相,磷共晶呈多角状分布于共晶团边界,急剧恶化球墨铸铁的力学性能,使球墨铸铁韧性下降;其次是磷阻碍珠光体的分解,又能固溶于铁素体中,这些都能降低韧性。磷的质量分数每增加0.01%时,脆性转变温度升高4.0～4.5℃。当磷的质量分数超过0.16%时,脆性转变温度已在室温以上,冲击断口出现脆性断裂。生产高韧性球墨铸铁时,含磷量应尽可能地低。低温(-40℃)下工作的铸件含磷量应低于0.07%,常温下工作的铸件含磷量应低于0.1%。热力学表明,在铸铁中是不可脱磷的,生产球墨铸铁就必须采用低磷生铁。

锰的作用和影响：球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形成炭化锰、炭化铁。这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。因此，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好。

硫的危害主要表现在：对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止

Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。

砷在矿石中含量较少。与磷相似，在高炉冶炼过程中全部被还原进入生铁，钢中含砷也会使铸铁产生“冷脆”现象，并降低其焊接性能。要求生铁中的含砷量小于0．008％。

铜在钢材中具有两重性，铜易还原并进入生铁。当含铜含量较小时能改善钢材抗腐蚀性。当超过0.1％时又会降低的焊接性，并引起铸铁产品的“热脆”现象。

铁水中铅含量超过0.005%就会产生尖端的星状石墨，降低铸铁管的机械性能。

4 铁水中有害元素的控制

为提高供铸管铁水的质量，公司采购铁水检测设备荧光仪，用于铁水众多微量元素的测定，代替了原来的化学法检测，大大提高了铁水检测速度及准确性，并制定了供铸管高炉铁水元素验收标准：

公司组织原料部门，到市场了解信息，掌握经济料的资源，并要求吨度价要尽可能的低，为此找到了巴西粗粉、、伊朗粗粉、墨西哥粗粉、伊朗块、墨西哥块等矿粉及块矿，代替价格昂贵的国内外精粉，而且吨度价远低于三大矿山的粗粉，不但满足了铸管用铁水对微量元素的要求，而且降低了生产成本。

(1)优化烧结配料结构。在保证矿粉微量元素含量低的前提下，经济料烧结配料（供铸管使用）的设计，在这一配料中，优先考虑烧结矿微量元素含量要低，用以保证铁水中微量元素含量尽可能低,满足铸管用铁水的对众多微量元素的特殊要求。同时兼顾烧结矿的质量，保证高炉稳定顺行。

(2)优化高炉炉料结构。根据烧结矿、块矿微量元素含量不同，及时调整高炉炉料结构，通过测算使铁水中微量元素达到最小，满足铸管产品的要求。

(3)优化高炉操作参数。一是冶炼高炉铁水含硅量的高低对锰、磷、钛等有害元素有较大的影响。原始生铁含硅量越高，铁水中锰、磷、钛还原系数提高，其含量也增加。为此，从高炉操作上加强控制，铁水硅含量控制在0.45%左右。既利于高炉的低硅冶炼，也降低了对铸管产品有影响元素含量。二是提高高炉热风温度，保持铁水物理热充足。三是适当提高炉渣碱度，保持高炉炉渣的脱硫效果，使生铁含硫降到0.030%以下。

（4）炉外增硅操作。通过高炉炉前增硅操作，进行了高炉铁水炉外增硅试验并正式用于生产供铸管铁水,保证Si>1.0%,为铁水碳含量的控制和球化处理创造了条件，降低了高炉的操作难度。

5 效果

通过降低供铸管铁水中有害元素的含量，我公司供铸管铁水中有害元素含量得到了一定的控制，全部达到了公司制定的供铸管高炉铁水元素验收标准。降低了铁水中有害元素对球墨铸铁管的影响，保证

了产品质量，降低质量异议，取得了较好的经济效益。

6 结语

(1)降低高炉入炉原燃料中有害元素是降低供铸管用铁水中有害元素的主要手段，有利于更大限度提高铸铁产品的质量。

(2)通过优化烧结配料及高炉炉料结构适当降低铁水中的有害元素，既可以满足铸管用铁水的需要，也可以降低高炉铁水的生产成本。

(3)调整高炉操作参数及炉外控制铁水成分，不失为冶炼球墨铸铁一种新的调剂手段。

Molten iron blast furnace harmful element

analysis and control

(Shandong ductile iron pipes Co., LTD)

Abstract Analyses the source of molten iron the harmful elements, through various ingredients to sintering, pig iron content of silicon, outside the furnace measures such as increasing silicon, and to reduce the harmful elements in the molten iron content. Key words Sintering ingredients pig iron content of silicon outside the furnace increase silicon