[发明专利]一种无碳海绵铁的冶炼方法

权利要求书

1.一种无碳海绵铁的冶炼方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在竖炉内利用氢气对氧化球团进行竖炉还原，得到无碳海绵铁；

步骤2、在常压状态下将无碳海绵铁与石灰熔剂加入真空感应炉内并加热熔化，熔化过程中完成熔分渣自脱磷，待物料完全熔化后得到高氧铁水和熔渣；所述高氧铁水中的FeO含量为70％；

所述石灰熔剂与海绵铁的质量比值控制在5％～6％范围内；

所述熔分渣自脱磷的过程为：

8FeO+2[P]+3CaO＝8Fe+Ca₃(PO₄)₂ (1)；

步骤3、在真空状态下将熔渣从真空感应炉转移至渣包，高氧铁水通过偏心炉的出铁口转移至精炼单元；

步骤4、以Ar为载气和搅拌气，利用吹Ar喷粉单元向精炼单元的高氧铁水中喷脱氧剂，并利用搅拌部件对铁水进行搅拌，高氧铁水在真空环境下进行同步脱氧、脱硫和脱气，得到高纯铁水；

所述脱氧剂为金属钠颗粒；所述金属钠颗粒中的Na含量与高氧铁水中的氧含量的摩尔比Na/O为1.05～1.1；

脱氧过程为：

2Na+[O]＝Na₂O (2)；

金属钠对铁水进行脱氧，脱氧产物Na₂O进一步与铁水中的硫反应形成Na₂SO₄；脱氧产物Na₂O和脱硫产物Na₂SO₄均以气态形式溢出并进入气相中；将所述气相进行余热回收和除尘，得到Ar和除尘灰；将得到的Ar返回所述吹Ar喷粉单元进行循环利用；将得到的除尘灰经水溶、石灰置换和过滤处理，回收氢氧化钠与石膏；

Na₂O+H₂O＝2NaOH (6)

Na₂SO₄+H₂O+CaO＝2NaOH+CaSO₄ (7)

待金属钠颗粒喷吹完成后，继续喷吹Ar，所述Ar用于作为搅拌气促进N、H气体杂质的脱除；

待同步脱氧、脱硫和脱气后，高纯铁水中氧含量和硫含量均小于10ppm；

步骤5、将高纯铁水在真空环境下进行浇铸，浇铸完成后，停止抽真空，得到高纯铸铁；所述高纯铸铁的纯度大于99.9％；

所述真空感应炉和所述精炼单元均设于真空室内，所述精炼单元设于所述真空感应炉的下方；所述吹Ar喷粉单元设于真空室外；所述真空感应炉、精炼单元和吹Ar喷粉单元依次连接；所述真空室设置有烟气出口；

所述真空感应炉由上至下依次包括还原烟气容纳层、熔渣容纳层和铁水容纳层；所述熔渣容纳层内为熔渣层；所述铁水容纳层内为铁水层；

所述真空感应炉上设有出渣口，所述真空室内还设有渣包，所述出渣口与所述渣包连通；所述真空感应炉底部设有与所述真空感应炉相连通的偏心炉；所述偏心炉底部设有出铁口；

所述真空感应炉熔炼产生的铁水进入所述精炼单元内，所述吹Ar喷粉单元用于向精炼单元内的铁水中喷入脱氧剂；所述精炼单元利用所述脱氧剂对真空感应炉生成的铁水进行同步脱氧、脱硫和脱气处理，得到高纯铁水，将高纯铁水进行真空浇铸，得到高纯铸铁；

所述精炼单元包括铁水包，所述铁水包设于偏心炉的出铁口下方且与所述偏心炉连通；

所述吹Ar喷粉单元包括脱氧剂料斗和氩气源；所述氩气源通过第一支管与所述脱氧剂料斗连通；所述脱氧剂料斗通过第二支管与所述铁水包连通；所述第一支管上设有流量控制阀和通止阀；所述第二支管上设有下料阀；所述脱氧剂料斗底部设有下料口，所述第二支管通过下料口与所述铁水包连通；

所述第二支管为可旋转中空圆形棒，氩气及脱氧剂通过可旋转中空圆形棒的中心孔径注入铁水中；所述可旋转中空圆形棒的底面上设有搅拌部件，所述搅拌部件用于搅动铁水，进而增大铁水与脱氧剂的接触面积。

2.根据权利要求1所述的无碳海绵铁的冶炼方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述熔渣的碱度为3～3.5；所述高氧铁水的磷含量20ppm。

3.根据权利要求1所述的无碳海绵铁的冶炼方法，其特征在于，在所述步骤2中，出铁过程保留20％～30％的高氧铁水在真空感应炉内。