[发明专利]一种采用电炉吹气冶炼和净化生产铸铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼行业，具体属于冶炼净化工艺生产铸铁的范畴。 

背景技术

炼钢业与铸铁业的基本现状：欧美等发达国家主要以废钢铁为原料通过吹气冶炼电弧炉的氧化和还原工艺生产钢材，近年约占其钢材总产量的90%。2002年、2005年、2011年中国粗钢产量分别约为1.8、3.5、7亿吨，2011年约占世界的45%,主要以铁矿石为原料通过高炉、吹气冶炼转炉的氧化和还原工艺生产钢材，其中主要使用电弧炉生产特钢，仅约占中国的10%。2010年中国废钢产生量约1.1亿吨，其中钢厂自产废钢量为0.3亿吨，社会废钢产量在0.8亿吨左右。大型钢厂的转炉及电弧炉消耗废钢约为0.9亿吨，铸造、小五金、小钢厂消耗废钢约为0.3亿吨。2004年、2008年、2012年中国汽车产销量分别约500、1000、2000万辆。2010年汽车保有量约为58辆/千人，同期发达国家约为500辆/千人，中国汽车产量持续高速增幅还有很大的空间，当今中国粗钢增幅比汽车低，未来汽车废钢铁的总量及在钢铁原料中的比重会逐年增加。2012年中国铸铁件产量约为3500万吨，主要以铸造生铁及少量优质废钢为原料通过感应炉重熔及增碳工艺生产铸铁。 

废钢铁一般分为重型废钢铁（重废），厚度≥6mm，中型废钢铁（中废），厚度≥4mm，统料型废钢铁（统废），厚度≥2mm，是各种工业废钢铁的混合体，轻料型废钢铁（轻废），是各种工业及生活废钢铁的混合体，焚烧废铁指焚烧垃圾后产生的废钢铁。还有马达铁、冲花铁、钢铁屑、机件废铁、钢铁生产的回炉料等。特殊废钢铁分3类，高熔点合金废钢铁，如不锈钢、轴承等，电镀废钢铁，汽车废钢铁。重废、中废、冲花铁、铸铁回炉料等成分一致性较好，杂质含量低，价格高，是优质废钢铁。统废、轻废及焚烧废铁的成分复杂，杂质含量高，可以有部分铁的氧化物，可以含有少量的油污及泥沙，价格低，供应量大，是低质废钢铁。一般废铁中含有较高C、Si、Mn、S、P，废钢中会含有较高C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Sn，及其他众多的微量元素，所有元素分布极不均匀。废钢铁以杂质的类型可分为三类，一是低熔点的元素，如Hg、As、Cd、Zn、Mg、Ce、Bi、Pb、Sb、Sn、Al、Cu、S、P等，二是高熔点元素，如Ni、Co、Ti、Cr、V、B、Nb、Mo、W等，三是非金属夹杂物及气体，如氧化物、硫化物、O₂、N₂、H₂、等。低熔点的元素及化合物易在较低的温度下受热膨胀造成材料的“热脆”，部分元素相对活跃易形成夹杂物，部分元素在重熔工艺中很难挥发及氧化。高熔点元素熔点很高，易残留在铸件中形成加工硬点，在重熔工艺中不易分解。夹杂物及气体含量过多，夹杂物颗粒过大，会使铸件致密度下降，易产生偏析、缩松、裂纹等，如＞10um的夹杂物易产生疲劳裂纹。重熔工艺以重新熔化的物理过程为基础，清除的难度较大或者成本很高，上述三类元素及化合物有一些对铸铁的影响很大，故只有把有害杂质的含量控制在一定的范围内，才能生产品质一致的铸铁产品。含铁原料的种类及成分十分复杂，它虽然都是吹气冶炼炉氧化、还原化学反应过程下的良好原料，但在传统铸铁业使用重熔工艺的条件下，各类含铁原料是无法广泛使用的。汽车废钢含有常用的有色金属有 Al、Cu、Zn、Mg、Sn、Pb、Hg、Ni、Ti、W、Ag、Cr、Be等，如果有害元素超标将严重影响铸铁品质的稳定性，是铸铁业使用传统重熔工艺最大的障碍。德国的宝马公司在全国范围内建立起类似连锁销售及回收的网络，汽车厂参与对废旧汽车的发动机等进行分类的检测，为部件的再生利用及相同物料的回炉处理创造了有利的条件，但是在实际操作过程中，像发动机、车桥等各种复杂的汽车总成，如果总成部分锈死或没有再生利用的价值，分解总成中含有电镀及高熔点合金等的部件，清除铸铁重熔工艺原料中的有害成分是十分不经济的。同时中国地域广阔，汽车零部件的生产厂家众多，同类部件的钢铁成分差异很大，使中国的汽车厂很难全面向德国一样参与汽车部件的再生利用，随着中国汽车报废量的增加，汽车零部件中钢铁的再生利用，有效消除地下拼装市场的部分隐患，是急待解决的重要课题。