[发明专利]一种生产高纯度纯铁的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产高纯度纯铁的方法，主要是采用直接还原技术和熔分技术在非真空或真空条件下通过改型的中频/工频炉及水平连铸及底浇注、电渣重熔等生产高纯度纯铁及超高纯铁，属于冶金技术领域。

背景技术

含碳量低于0.04％的铁碳合金称为低碳钢或无碳钢，也称工业纯铁，具有矫顽力低、导热和电磁性能好等优良物理性能。主要包括电磁纯铁和原料纯铁：电磁纯铁是功能性软磁材料，要求电磁性能优良，主要用于电器、电讯、仪表和国防尖端工业制做电磁元件、电磁铁芯等。原料纯铁是一种要求纯净度较高的工业纯金属，是精密合金、非晶态合金(如SiFeB等)、硬磁材料、超低碳不锈钢、高速钢以及粉末冶金的主要原料。

近年来，随着生产设备的不断改进以及通讯、音像、电机工程、自动化设备、汽车、磁分离及生物工程等领域高新技术产业的发展，国内外原料纯铁正向超纯化以及适合磁性材料，特殊钢用途的方向发展。有关资料表明，以铁为基体的硬磁材料中纯铁平均占配料的60％～70％，因此，硬磁材料的快速发展给原料纯铁带来了广阔的市场发展空间，据资料显示，我国硬磁材料的发展每年以30％～40％的速度增长；非晶态合金是电子类产品的配套产品，其生产工艺简单、能耗少且效率高，就电力行业基础材料的发展趋势而言，非晶态合金产品有着良好的发展前景。

国内外一些厂家高纯铁成份如表1，高纯铁产品气体、夹杂物和微量元素含量如表2，美国高纯铁化学成分如表3：

表1                     /％(不大于)：

表2

                            /％(不大于)：

表3

                            /％(不大于)：

海绵铁，简称DRI(Direct Reduction Iron)，是用高品位铁矿、球团矿或铁磷等杂质含量低的氧化铁在固态直接还原生产的冶金产品，不仅可作为废钢代用品，而且由于其化学成分稳定，有害杂质含量少，也是生产优质钢、特种钢、高纯净钢的必不可少的高级原料。

中频/工频感应炉主要具有无接触加热、冷渣和电磁搅拌等优点，与采用电弧炉相比可以避免电极的增碳，保证了产品中较低的含碳量。同时我们在传统中频感应熔炼炉底部增加了底吹氩氧系统。从钢包底部进行吹氩搅拌，由于高温的作用，氩气泡急剧膨胀(资料介绍体积膨胀100倍左右)上浮，带动钢液对流，达到搅拌钢水使温度均匀，钢包内钢液成分偏差极小，可以达到精确控制成分的目的，使传统只用于熔化的中频炉成为高纯铁冶炼的重要设备。

水平连铸是钢铁工业生产领域中新发展起来的一种新技术，它与常规的立式和弧形连铸相比有许多优点。由于水平连铸的结晶器成水平布置，钢水在结晶器内的静压力低避免了铸坯鼓肚，水平连铸的中间罐和结晶器之间是密封连接的。采用水平连铸或底浇注都有效地防止了钢液二次氧化，铸坯清洁度高，其夹杂含量低。

电渣重熔冷坩埚熔炼CCM(Cold Crucible Melting)就是在水冷铜坩埚与金属熔体之间存在一层由金属熔体因坩埚冷却而形成的固体壳层，金属就在这壳层内熔炼，此时坩埚内衬相当于用所熔金属制成，因此又称凝壳熔炼，坩埚内表面与金属熔体不直接接触，避免了坩埚对熔体的污染，超纯铁等纯净金属的制备方法中它占有非常重要的地位，采用此项技术，进一步净化了钢液提高了纯度。

传统高纯铁生产流程如图1所示。通过上述工艺流程简图我们可以发现：传统生产工艺流程冗长，精炼工序繁多,生产高纯度的纯铁需要复杂工艺和设备。

发明内容

本发明的目的为了克服上述现有技术存在的问题，而提供一种生产高纯度纯铁的方法，本发明的方法利用直接还原技术和熔分技术及水平连铸或底浇注、电渣重熔等在非真空条件或真空下生产超纯铁的工艺，本发明的流程短，设备简单，投资省，能够生产出铁大于99.9％低杂质纯铁，其中C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni、Mo、Al、Cu、Co、Ti、Nb、V、W、Pb、B、As、Ce、La二十余种元素含量都均小于0.01％。

本发明的技术方案为：

一种生产高纯度纯铁的方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤一、首先选用含铁氧化物原料，通过直接还原系统进行分层控制还原，制取海绵铁。