一種以礦石為原料的鐵碳錳直接合金化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鑄造領(lǐng)域，一種以礦石為原料的鐵碳錳直接合金化方法。
技術(shù)背景
[0002]隨著工業(yè)化程度日益提高，鐵碳錳合金(高錳鋼和中、高錳鑄鐵)已經(jīng)廣泛用于多種鑄造產(chǎn)品。典型的鐵碳錳合金生產(chǎn)方式為:首先以優(yōu)質(zhì)錳礦石為主要原料用電爐(或高爐)生產(chǎn)錳鐵(Mn含量>60% )或以電解法生產(chǎn)金屬錳，再將錳鐵或金屬錳與廢鋼混合重熔生產(chǎn)含Mn 7?35%的鐵碳錳合金。該生產(chǎn)方式的特點為:以優(yōu)質(zhì)錳礦石、廢鋼為主要原料；先后使用電爐(或高爐)和中頻爐進行2次加熱；生產(chǎn)流程相對較長、爐料成本相對較高。與此同時，國內(nèi)外大量存在的廉價鐵錳礦因為含鐵量高而不能被利用。本發(fā)明可在一次加熱的基礎(chǔ)上以廉價鐵錳礦和鐵礦石為主要原料通過I次加熱直接生產(chǎn)含Mn 7?35%的鐵碳錳合金，生產(chǎn)流程短、原料成本低。
[0003]中國發(fā)明專利CN1818085A公開了一種廢硅鐵、錳鐵肩熔煉鑄鐵的工藝方法。該發(fā)明以廢硅鐵和廢錳鐵的鐵肩為主要原料，先將廢硅鐵肩和廢錳鐵肩與水玻璃、電石渣等按一定比例復(fù)配并制成塊料。干燥后按一定比例送入熔煉爐中按常規(guī)方法熔煉出鑄鐵。中國發(fā)明專利CN1554792A公開了一種高爐-精煉爐法冶煉中低碳錳鐵新工藝。該發(fā)明以高爐錳鐵熱液為原料，將高爐錳鐵液熱送進混鐵爐升溫至1450?1550°C后，兌入精煉爐中，前期吹氧脫碳、中期氧氬混合吹煉、后期關(guān)氧吹氬還原，終點溫度控制在1750?1800°C。中國發(fā)明專利CN1584095A公開了一種利用中頻爐重熔生產(chǎn)低碳錳鐵合金的方法。該發(fā)明以金屬猛為原料，先將金屬猛投入中頗爐并通電fe化成液體，然后向液態(tài)金屬猛中加入廢鋼，質(zhì)量為金屬錳質(zhì)量的5?30%，熔化后除去爐渣；待鋼包內(nèi)的含金溶液冷卻后，破碎成客戶要求的塊狀錳鐵。
[0004]中國發(fā)明專利CN1584089A公開了一種應(yīng)用于冶金煉鋼及機械鑄造使用錳含金的生產(chǎn)工藝。將Mn含量>20%的錳礦配加還原劑、發(fā)熱劑、催化劑分別破碎研磨成顆粒粉料后按比例混勻再加入粘結(jié)劑制成復(fù)合錳合金球團。將復(fù)合錳礦球團經(jīng)豎爐或沖天爐熔化成液態(tài)含錳渣料后直接轉(zhuǎn)入電弧爐或感應(yīng)爐配加電渣爐中，在電弧爐電極或感應(yīng)線圈和電渣爐電極加熱下，配制不同的渣系形成有利于含錳液渣還原的氣氛，將含錳液渣中的錳還原成金屬成為錳鐵。
[0005]中國發(fā)明專利CN101319289A公開了一種高錳鋼鑄件的冶煉方法，該發(fā)明使用廢鋼、猛鐵、絡(luò)鐵為原料，用中頻感應(yīng)電爐冶煉尚猛鋼。首先加廢鋼，恪化后添加猛鐵和絡(luò)鐵，溫度升到1590?1610°C停爐，出爐溫度1470?1490°C之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種以礦石為原料的鐵碳錳直接合金化方法，可以利用礦石生產(chǎn)鐵碳錳合金(高錳鋼或高錳鑄鐵)。鐵礦石、鐵錳礦、固體炭和添加劑混勻后再造球，在感應(yīng)電爐中還原和直接合金化形成鐵碳錳合金用于鑄造生產(chǎn)，生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)成本低。
[0007]—種基于直接合金化的鐵碳錳合金生產(chǎn)方法，其特征在于:采用感應(yīng)電爐直接使用以鐵錳礦、鐵礦石、粘結(jié)劑、固體碳為主要原料制備的含炭球/塊生產(chǎn)鐵碳錳合金，不需要使用錳鐵或者高錳渣，不需要重復(fù)加熱。
[0008]含炭球/塊鐵錳礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25?65%，全鐵品位>35%的鐵礦石或含鐵固體廢棄物質(zhì)量分?jǐn)?shù)24?60%，固體碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)5?35%，粘結(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5?15%，添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5?25% ;其中，涉及的鐵錳礦含鐵8?35% ;鐵礦石包括含鐵固體廢棄物，含鐵35?70% ;固體碳包括煤、石油焦、蘭炭、焦炭及其混合物，固定碳>35%。
[0009]球/塊可單獨或與金屬爐料共同加入到感應(yīng)電爐之中。
[0010]球/塊與金屬爐料還原熔化后以金屬液和液態(tài)爐渣形式排出，出爐溫度為1250?1650 °C。
[0011]感應(yīng)電爐由電源、水冷線圈、爐殼、坩禍、冷卻塔、集塵器和自動給料機構(gòu)成；其電源為中頻或高頻感應(yīng)電源，通過電纜與水冷線圈相連；坩禍置于水冷線圈內(nèi)部，但水冷線圈總高度小于坩禍30?85%，故坩禍上緣高于水冷線圈；爐體下部坩禍與水冷線圈之間及上部坩禍與爐殼之間添加有氧化鎂、莫來石纖維等保溫隔熱材料；爐殼包覆于水冷線圈外部；集塵器懸于坩禍上部，自動給料機介于二者之間，用于向坩禍中加料；爐殼、集塵器、給料機其材質(zhì)均為不導(dǎo)磁不銹鋼。
[0012]感應(yīng)電爐使用具有感應(yīng)加熱能力的金屬或石墨坩禍；感應(yīng)電爐對球/塊的加熱功率為0.15?1.5kff.kg Si甘禍總高度大于水冷線圈15?85% ;水冷線圈由下至上分為2?6組，分別感應(yīng)電源連接，獨立控制。
[0013]本發(fā)明直接使用礦石，采用專用感應(yīng)電爐，通過I次加熱生產(chǎn)鐵碳錳合金直接用于鑄造，無需使用錳鐵或金屬錳、無需重復(fù)加熱，生產(chǎn)流程短、原料來源廣泛、生產(chǎn)成本低。與現(xiàn)有鐵錳礦利用技術(shù)的差別主要體現(xiàn)在:
[0014](I)原料?，F(xiàn)有技術(shù)需要先生產(chǎn)錳鐵或金屬錳，再向錳鐵或金屬錳中配入廢鋼重熔生產(chǎn)鐵碳錳合金，與本發(fā)明所述的以鐵錳礦和鐵礦石為原料的生產(chǎn)方式不同；
[0015](2)加熱次數(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)鐵碳錳合金需要在生產(chǎn)錳鐵或金屬錳過程中進行I次加熱、在錳鐵或金屬錳與廢鋼重熔的過程中再進行I次加熱，至少經(jīng)過2次加熱才能制備出錳碳鐵合金，與本發(fā)明所述只需要I次加熱的生產(chǎn)方式不同；
[0016](3)熔煉設(shè)備。現(xiàn)有技術(shù)在錳鐵或金屬錳與廢鋼重熔過程中也需要使用中頻爐等感應(yīng)電爐，但這種常規(guī)感應(yīng)電爐只能對導(dǎo)電性強的金屬爐料加熱，不能直接用于加熱導(dǎo)電性較差的礦石原料。本發(fā)明涉及的感應(yīng)電爐是經(jīng)過重新設(shè)計的專用熔煉設(shè)備，與現(xiàn)有的常規(guī)設(shè)備在結(jié)構(gòu)、材料和外型參數(shù)上均有較大差別。
[0017]綜上，本發(fā)明與現(xiàn)有的鐵碳錳合金生產(chǎn)技術(shù)相比較，在原料、加熱次數(shù)和工藝方法方面都不同，是一種以礦石為主要原料的全新鐵碳錳合金生產(chǎn)工藝。
[0018]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0019](I)首先將固體碳、鐵猛礦破碎至_5mm并與鐵礦石、粘結(jié)劑、添加劑混勾。其中，鐵錳礦25?65%，鐵礦石25?60%，固體碳5?45%，粘結(jié)劑0.5?15%，碳酸鈣0.5?35% ;粘結(jié)劑包括膨潤土、水玻璃、消石灰、水泥、羧甲基纖維素鈉等。
[0020](2)將-5mm鐵錳礦、固體碳與鐵礦石、粘結(jié)劑和碳酸鈣的混勻并造塊，料塊的形狀為球或者其他塊狀集合體；
[0021](3)