[发明专利]空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及锰铁冶炼工艺，用空气代替氧气吹炼高碳锰铁生产中低碳锰铁。

背景技术

现有中低碳锰铁的生产方法主要有以下三种，电硅热法、摇炉法和吹氧法。

电硅热法和摇炉法都是以硅锰合金为原料，锰矿为氧化剂，冶炼电提供热源生产中低碳锰铁。基本原理是还原剂硅锰合金和氧化剂锰矿在液态情况下发生氧化还原反应，硅锰合金中硅元素与锰矿氧化锰中的氧生成二氧化硅金进入熔渣中，金属熔体就成为中低碳锰铁。这两种法的缺点是消耗大量的冶炼电能，生产成本高；生产效率也比较低。电硅热法脱碳很困难，很难脱除硅锰合金中原有的含碳量。

吹氧法是以高碳锰铁熔体为还原剂原料，氧气为氧化剂。在吹炼炉中，氧气通过顶吹、底吹或者侧吹等方式冲击高碳锰铁熔体与其中的碳产生脱碳反应去除碳；吹炼过程中加入锰矿、石灰作为冷却剂和成渣剂；吹炼结束后加入一定量的硅锰合金还原熔渣中的氧化锰。吹氧生产中低碳锰铁的优点是不用外加热源，无冶炼电耗，高碳锰铁原料成本低，生产效率高。但是，吹氧法的缺点也是致命的。主要缺点是锰的吹炼损失大，其次是吹炼元件损坏严重。因为，高纯度的氧气，在高压下冲击熔体高碳锰铁，将产生2500℃左右的高温“火点”。“火点”处高温能迅速蒸发锰铁。特别是顶吹和侧吹熔体表面时，产生的锰蒸汽形成烟气损失掉，严重影响中低碳锰铁的品位和回收率。造成成品中低碳锰铁含锰量低、质量不稳定。

对于吹炼元件来讲，“火点”生产的高温是容易损坏的原因。例如氧气顶吹转炉的顶吹氧枪随时损坏是一个很难解决的问题。耐火材料制作的底吹、侧吹元件也存在侵蚀严重的问题。

吹氧法还有一个不足是氧气吹炼剧烈反应脱碳时产生的煤气没有得到很好的回收利用，白白浪费了大量一氧化碳煤气资源。

以上缺点是吹氧法生产中低碳锰铁工艺不能广泛被应用的根本原因。

发明内容

本发明旨在解决上述吹氧法工艺的缺点，提供一种空气三次吹炼法生产中低碳锰铁新工艺，克服了“火点”高温造成锰损失大，元件损坏严重的缺点和解决回收煤气的问题。

本发明的内容是用空气代替纯氧气吹炼高碳锰铁生产中低碳锰铁，引入空气三次吹炼的概念，采用空气三次吹炼的方法如下：

第一股空气由吹炼炉底部的“下吹元件”向高碳锰铁熔体中喷吹，氧化高碳锰铁中碳产生脱碳反应，产生一氧化碳气体，称一次空气吹炼。

“下吹元件”是指安装在容器底部平面或者底部侧面的透气砖、环管、环缝或者顶部插入的浸入式喷枪。由于空气含氧量低，一次空气吹炼“火点”温度不像纯氧吹炼那样高，造成锰氧化和蒸发的损失小的多；对底吹元件来讲也不会造成严重的损坏。还因为一次空气吹炼“火点”埋在熔体中，“火点”周围高温熔体上升运动过程中，已经蒸发的锰气会被熔体吸收；被氧化的锰也会再被熔体中碳还原。一次空气吹炼产生的一氧化碳气和空气中的氮气推动熔体运动，起到动力学搅拌均匀熔体温度和成分的作用，同时氮气的存在降低了一氧化碳气分压，都是促进脱碳反应的因素。特别是在吹炼后期碳浓度比较低，脱碳反应取决于碳的传输速度时，一次空气吹炼动力学搅拌的作用更大。

一次空气吹炼过程中，必要时可向一次空气流加入锰矿粉，由一次空气为载体将锰矿粉喷入熔体中，起到降低温度和固体供氧加强脱碳、回收锰的作用。

一次空气吹炼后期或者结束时，允许部分和全部切换成惰性气体，起到搅拌熔体，促进还原期氧化锰还原反应效果。

总之，一次空气吹炼不仅不会有产生高温的不利因素，还有诸多的有利因素。

在一次空气吹炼的同时，第二股空气由吹炼炉的“上吹元件”向高碳锰铁熔体液面上部喷吹，燃烧一次空气吹炼产生的一氧化碳煤气回收煤气热能，称二次空气吹炼。

“上吹元件”是指吹炼炉侧面“风口”、烧嘴或者顶枪“喷嘴”等。二次空气吹炼的目的是回收煤气的热能提高炉温，多加锰矿形成高浓度氧化锰熔渣向熔体供固体氧促进脱碳反应和向熔体补充锰。

理论上，碳的二次燃烧比一次燃烧产生多一倍的热量。随着一、二次空气吹炼，熔体中碳完全燃烧，炉温很快升高；适时适量由“下吹元件”喷入锰矿粉或者由炉口投入锰矿来控制炉温；加入的锰矿作为固体氧参与熔体脱碳反应，产生更多的一氧化碳煤气能加强二次吹炼效果和给熔体补充金属锰。二次空气吹炼创造了加入更多锰矿的条件，使熔体和熔渣中氧化锰参与脱碳反应，抑制空气一次吹炼对熔体中锰的氧化，减少氧化损失。