一种应用于感应炉铸造的自热含碳球/块.pdf

本发明属于铸造领域，具体涉及一种可在感应电炉中自主发热的含碳球/块。该球/块含铁屑25～65％，铁矿石25～60％，固体碳5～25％，粘结剂2～15％，碳酸钙0.5～35％。本发明首先将铁屑、固体碳破碎，再与铁矿石和粘结剂混匀并造块，干燥后制成自热含碳球/块。该球/块中的铁屑在交变磁场作用下产生感应电势，为铁矿石还原、熔化提供热量。铁屑能够在感应电炉中自主发热，但其成分波动较大，熔炼出的铁水质量不稳定；铁矿石还原、熔化产生的铁水质量稳定，但不能在感应电炉中自主发热。将铁矿石与铁屑混和造块可以降低因铁屑成分差异带来的铁水质量波动，制成可直接用于感应电炉的自热含碳球/块。使用本发明可提高铁屑的利用价值，替代高价废钢和铸造生铁，降低原料成本。

权利要求书
1.  一种可直接用于感应电炉铸造的含碳球/块，其特征在于：将以铁屑、铁矿石、固体碳为主要原料的球/块用于感应电炉铸造生产；球/块与金属炉料同时加入感应电炉之中；球/块与金属炉料熔化后以铁水形式排出感应电炉；其中，铁屑质量分数25～65％，铁矿石25～60％，铁矿石矿石全铁品位>35％，固体碳5～25％，粘结剂2～15％，碳酸钙0.5～35％。

2.  根据权利要求1所述的可直接用于感应电炉铸造的含碳球/块，其特征在于对于铁屑纯净、配加量超过40％时，冶炼时将烘干后的自热含碳球/块单独投入至感应炉熔炼；铁屑成分复杂、配加量低于40％时将烘干后的球/块与金属炉料共同投加。

3.  根据权利要求1所述的可直接用于感应电炉铸造的含碳球/块，其特征在于铁矿石包括含铁固体废弃物，固体碳包括煤、石油焦、兰炭、焦炭的混合物。

4.  根据权利要求1所述的可直接用于感应电炉铸造的含碳球/块，其特征在于所述的球\块是将原料混合并造块，炉料呈球/块状。

说明书一种应用于感应炉铸造的自热含碳球/块
技术领域：
本发明属于铸造领域，涉及一种应用于感应炉铸造的自热含碳球/块。
技术背景：
随着工业化程度日益提高，废钢作为铸造原料的作用日益增强，但大量的廉 价“铁屑”因为成分波动大而难以被用于铸造生产，资源浪费严重。优质废钢虽 然性质优良，但价格较高。现有技术已经可以将铁屑作为铸造原料，但由于铁屑 成分复杂，熔炼出的铁水质量波动大，故只能将其与优质废钢共用来降低铁水的 质量波动。
中国发明专利CN1818085A公开了一种利用废硅铁、锰铁屑熔炼铸铁的工 艺方法：将废硅铁屑和废锰铁屑与水玻璃、电石渣、水泥等按一定配比经粉碎、 筛选、添加辅料、混和、压块、风干等工艺方法制成干块料。再将上述干块料按 一定比例送入熔炼炉中按常规炼铁工艺熔炼铁水。
中国发明专利CN101892415B公开了一种利用废铁屑废钢生产铸件的方法： 在感应电炉底部铺设一层铁屑，并加注炉底增碳剂；再加入回炉料，用铁屑填充 缝隙，然后加入废钢，再用铁屑填充废钢之间的缝隙。
中国发明专利CN102134625A公开了一种利用中频电炉熔炼铁屑压块生产 铸件的方法。炉料由下述质量百分含量的原料组成：铁屑块10％～60％，废钢0～ 50％，回炉料20％～30％，其余为生铁。该发明在铁屑压制成块的过程中，不加 入任何添加剂，是靠机械压力将散装铁屑冷压成型，压制好的铁屑块按规则比例 进行炉料配制，并按顺序加入中频电炉内熔炼。
本发明提供了一种含铁屑(颗粒或薄片)的自热含碳球/块，可以直接用于 感应炉铸造。自热含碳球/块熔炼产生的铁水质量稳定，可以显著提高铁屑利用 价值和铸件质量。
本发明与现有铁屑利用技术的差别主要体现在：
(1)原料。现有技术以铁屑或废钢作为原料，而本发明使用铁矿石、固体 碳和铁屑作为原料，摆脱了对铸造生铁、废钢等优质金属炉料的依赖；
(2)铁水质量。现有技术可以将铁屑用于铸造生产，但不能从根本上消除 铁屑成分波动对铁水质量的影响。本发明采用将铁矿石和铁屑混匀制备球/块， 混匀工序本身就能降低铁屑成分波动，且铁矿石还原、熔化产生的铁水比较纯净， 可通过稀释作用进一步降低铁水的成分波动，提高铁水质量；
(3)铁水收得率。铁屑堆密度小、比表面积大。熔炼过程中炙热的铁屑表 面容易与氧气接触而氧化，形成大量含铁炉渣、降低铁水收得率。而本发明将破 碎后的铁屑包裹于球/块内部，可以降低铁屑与氧气的接触机率。且球/块内部的 固体碳可使炉膛内部形成还原性气氛，最大限度地减少铁屑氧化现象，从而提高 铁水收得率；
(4)有害元素。铁屑成分复杂，S、P等有害元素含量高。将破碎后的铁屑 压制成高密度球/块，有利于强化有害元素与碳酸钙之间的相互作用，进而强化 脱除反应。将铁屑碎片与碳酸钙等S、P脱除剂充分混匀造块，可以获得比现有 的散装铁屑和铁屑压块更高的S、P脱除率，降低铸件中的有害元素含量。
含碳球/块通常被视为一种潜在的炼铁原料，可用于生产生铁，后者再做为 铸造炉料。中国发明专利CN 103805729A报道了一种利用转底炉生产低硫生铁 的方法，以低品位铁矿粉、碳质还原剂、石灰石等为原料造球，在转底炉内实现 铁元素还原和渣铁分离，出料后经过筛分、磁选等工序得到高品质珠铁。
中国发明专利CN 102978385A公开了一种高炉用含碳球/块，将烧结机头电 除尘灰、高炉瓦斯泥、炉前矿槽除尘灰和无钙铬渣作为球/块组分使用，用于高 炉炼铁。
中国发明专利CN102471812B公开了一种用于制造还原铁的移动炉床炉的 原料而使用的含碳球/块，属于冶金领域。其中，球/块中SiO2、Al2O3、CaO和 MgO的合计含量为7～15％(质量分数，下同)，MgO含量为0.1～6％，Al2O3/SiO2的质量比为0.34～0.52，CaO/SiO2的质量比为0.25～2.0，C含量能够保证还原铁 中有1～9％的C残留。
发明内容
本发明提供了一种自热含碳球/块，可在感应电炉中自主发热并为内部铁矿石 还原提供能量。自热球/块中的铁矿石和铁屑在造球前经过充分混匀，成分波动 小。且铁矿石还原熔炼出的铁水质量稳定，可以进一步消除铁屑成分差异带来的 铁水质量波动，提高铁屑利用价值。
一种可直接用于感应电炉铸造的含碳球/块，其特征在于：将以铁屑、铁矿 石、固体碳为主要原料的球/块用于感应电炉铸造生产；球/块与金属炉料同时加 入感应电炉之中；球/块与金属炉料熔化后以铁水形式排出感应电炉；其中，铁 屑质量分数25～65％，铁矿石25～60％，铁矿石矿石全铁品位>35％，固体碳5～25％， 粘结剂2～15％，碳酸钙0.5～35％。
铁屑配加量超过40％时，冶炼时可将烘干后的自热含碳球/块单独投入至感 应炉熔炼；铁屑成分复杂、配加量低于40％时，可将自热含碳球/块与废钢共同 加入感应炉熔炼。
铁矿石包括含铁固体废弃物，固体碳包括煤、石油焦、兰炭、焦炭的混合物，
所述的球\块是将原料混合并造块，炉料呈球/块状。
本发明与现有含碳球/块的差别主要体现在：
(1)受热机理。现有的球/块主要依靠外界温度场升温，球/块本身不能发热。 本发明使用廉价铁屑和铁矿石为原料，制得的自热含碳球/块可以在感应电炉中 自主发热。熔炼过程中，球/块中的铁屑首先在感应电场中受热升温，并以热辐 射和热传递的方式为临近铁矿石的还原、熔化供热。铁屑内部的受热功率如式(1) 所示。

其中，E，为感应电势的有效值，V；
I，废钢内部产生的感应电流，A；
f，感应电源频率，Hz；
ψ，电源相位。
可见，本发明涉及的含碳球/块的还原、熔化过程和受热机理与传统产品有 本质不同；
(2)工艺设备。现有的含碳球/块主要用作竖炉、转底炉、隧道窑的原料， 而本发明可以被直接用于感应电炉；
(3)产品定位。本发明涉及的自热含碳球/块可以在感应电炉中自主发热， 熔炼出的铁水质量稳定，可以直接作为铸造原料使用。而现有含碳球/块不能在 感应炉中自主发热，通常被视为一种潜在的炼铁原料，可用于生产生铁或者金属 化球/块，后者再做为铸造炉料使用。本发明与现有含碳球/块的产品定位不同。
综上，本发明与现有含碳球/块在成分、受热机制、工艺设备以及产品定位上 都不同，是一种可以被直接用于感应炉铸造的新型炉料。
本发明的技术方案如下：
(1)首先将固体碳、铁屑破碎至-10mm并与铁矿石、粘结剂、添加剂混匀。 其中，铁屑质量分数25～65％，铁矿石25～60％，固体碳5～25％，粘结剂2～15％， 碳酸钙0.5～35％；粘结剂包括膨润土、水玻璃、消石灰、水泥、羧甲基纤维素钠 等。
(2)将铁屑碎片、固体碳与铁矿石、粘结剂和碳酸钙的混匀并造块，料块 的形状为球或者其他块状集合体；
(3)炉料熔化后，铁元素以铁水形式排出感应电炉，炉渣以机械方式排出。
附图说明
图1为本发明涉及的自热含碳球/块制备和使用过程。
具体实施方式
以下实例用于说明本发明的实施过程，但不用来限制本发明的使用方法和适 用范围。
实例1：
制备感应电炉用含碳球/块，其原料为广西某高铁铝土矿、铁屑和山东某烟 煤，矿石主要成分为：TFe 35.21％，SiO212.14％，Al2O334.15％，CaO 3.17％， MgO 3.16％，粒度组成-0.074mm占87％；烟煤灰分18.17％，水分3.57％，挥发 分21.16％，固定碳57.1％。
制备和使用过程：
(1)破碎和混匀。将铁屑和无烟煤破碎至-2mm；取铁屑100kg，加入高铁 铝土矿100kg，无烟煤20kg，粘结剂8.5kg，碳酸钙6kg，水15L混合并搅拌；
(2)成型。使用对辊压球机造球，将混匀后的物料制成直径50mm块状体；
(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干；
(4)球/块烧制。控制烧制温度280℃，烧制25min；
(5)使用。取240kg球/块与50kg废钢同时投加至感应电炉中熔炼，扒渣 机扒出炉渣后倒出铁水。
实例2：
制备感应电炉用含碳球/块。其原料为山西某磁铁矿、无烟煤和铁屑，磁铁 矿主要成分为：TFe 64.95％，SiO22.62％，Al2O32.03％，CaO 0.82％，MgO 0.73％， 粒度组成-0.074mm占55％；无烟煤灰分15.21％，水分3.14％，挥发分12.17％， 固定碳69.48％。
制备和使用过程：
(1)破碎和混匀。将铁屑、无烟煤破碎至-3mm；取铁屑200kg，加入铁矿 石120kg，无烟煤16kg，粘结剂18kg，碳酸钙6kg，水40L混合并搅拌；
(2)成型。使用圆盘造球机造球，将混匀后的物料制成直径15mm球状体；
(3)球/块烘干。将球/块置于220℃烘干箱中烘干；
(4)球/块冷却。将烘干后的球/块自然冷却至室温；
(5)使用。取300kg球/块单独投加至感应电炉，人工扒出液态炉渣后倒出 铁水。
实例3：
制备感应电炉用含碳球/块，其原料为辽宁某赤铁矿、烟煤和铁屑，赤铁矿 主要成分为：TFe 60％，SiO29.89％，Al2O31.22％，CaO 0.13％，MgO 1.92％， 粒度组成-0.074mm占71％；烟煤灰分17.22％，水分3.11％，挥发分25.16％，固 定碳54.51％。
制备和使用过程：
(1)破碎和混匀。将铁屑破碎至-5mm，无烟煤破碎至-2mm；取铁屑100kg， 加入铁矿石150kg，烟煤25kg，粘结剂15kg，碳酸钙8kg，水25L混合并搅拌；
(2)成型。使用对辊压球机造球，将混匀后的物料制成直径30mm球状体；
(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干；
(4)使用。取260kg球/块与200kg废钢共同投加至感应电炉熔炼，人工扒 出液态炉渣后排出液态铁水。
实例4：
制备感应电炉用含碳球/块，其原料为山东某高铁赤泥、烟煤和铁屑，赤泥 主要成分为：TFe 48％，SiO212.07％，Al2O35.15％，CaO 3.13％，MgO 2.92％， 粒度组成-0.074mm占87％；烟煤灰分18.17％，水分3.57％，挥发分21.16％，固 定碳57.1％。
制备和使用过程：
(1)破碎和混匀。将铁屑和无烟煤破碎至-2mm；取铁屑100kg，加入高铁 赤泥300kg，烟煤36kg，粘结剂20kg，碳酸钙4kg，水30L混合并搅拌；
(2)成型。使用对辊压球机造球，将混匀后的物料制成直径50mm块状体；
(3)球/块烘干。将球置于干燥处自然风干；
(4)使用。取260kg热态球/块与150kg废钢同时投加至感应电炉中熔炼， 待液态炉渣由扒渣机扒出之后，产品以铁水形态排出。