本公开的实施例一般涉及钢铁冶炼领域，并且更具体地，涉及一种直接生产低钛低微量元素的风电用铸造铁水及其制备方法。
背景技术：
：风能是一种清洁的可再生能源，并且全球的风能比地球上可开发利用的永能总量还要大10倍，是可再生能源中最具开发前景的能源，受到世界各国的重视，中国风能储量也很大，且分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦，合计风能达10亿千瓦。我国新能源战略把大力发展风力发电设为重点。铸件是风力发电设备的重要部件，风力发电设备上的铸件都是要求很高的铁素体基球墨铸铁件，主要有装置叶片的轮毂、齿轮箱体、底座、轴承座等构件，其中轮毂是铸件中的核心部分。风电铸件运行环境恶劣，常年在高达几十米至一百多米的高空运行，经受各种极端恶劣天气和复杂的风力交变载荷，有的铸件要在-20℃甚至-40℃环境下服役20年。因此对铸件质量性能指标要求较高，除了要求常规性能指标外，还有低温冲击性能指标要求，尤其对反球化元素ti提出了更高的要求。国内风电铸件用铁水的生产冶炼设备选择有效容积在200～500m3的小高炉。大容积高炉长期冶炼容易引起炉况波动，降低高炉效率，炉况波动大，不易稳定地生产出合格产品。冶炼风电铸件用铁水，必须选择优质原燃料，要求入炉料焦炭(包括喷煤)和矿石中杂质硫、磷、锰、钛及其他微量元素达到冶炼风电铸件用铁水要求，同时要通过炉外处理及氧化法脱磷，成本高，污染严重。技术实现要素：本发明的目的在于，提供一种直接生产低钛低微量元素的风电用铸造铁水及其生产方法，本发明根据风电设备工作环境恶劣要求具备耐高温、耐腐蚀、寿命长、高延伸率和低温耐冲击韧性强等特点，结合熔融还原工艺现状，兼顾经济性、合理性、实用性等理念，通过对原料成分控制、炉料结构配比、冶炼参数确定、铁水成分调质等关键工艺过程的优化，研发出了一种风电设备铸造用铁水。根据本公开的实施例，提供了一种低钛低微量元素的风电用铸造铁水，取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染造球工艺，直接采用矿粉及普通煤粉冶炼，不用采用精料法，所述铁水的化学组分及重要百分比要求为：ti≤0.010％、cr v mo sn sb pb bi te as b al≤0.040％。进一步地，所述铁水的化学组分及重量百分比为：c：3.7-4.1％，si：0.0001-0.0012％，p：0.010-0.018％，s：0.015-0.025，ti：0.0001-0.010％，cr：0.0001-0.010，v：0.0001-0.010％，mo：0.005-0.030，sn：0.0001-0.005％，sb：0.0005-0.003％，pb：0.0005-0.0011％，bi：0.0001-0.0005％，te：0.0002-0.0006％，as：0.0002-0.0010％，b：0.0001-0.0010％，al：0.002-0.010％，余量为fe。进一步地，所述铁水的化学组分及重量百分比为：ti≤0.005％、cr v mo sn sb pb bi te as b al≤0.02％。更进一步地，提供一种直接生产上述铸造铁水的方法，包括以下步骤：取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染造球工艺，直接采用矿粉及普通煤粉冶炼，不用采用精料法，采用普通矿粉，采用熔融还原工艺，通过富氧喷枪(1)将温度＞1080℃，富氧含量控制在40±2％范围内的富氧热风以300±50m/s速度喷入熔融反应炉，风量控制在140000-180000nm3；严控控制入炉矿石中磷含量＜0.1％，严格控制矿粉粒度＜8mm，配加合理白云石及生石灰粉后加热至450℃以上，采用惰性或还原性气体通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，喷吹速度＞50m/s，通过渣层喷入铁水中，被铁水中剩余的碳元素还原，同时，严格控制煤粉粒度＜6mm，煤粉水分＜3％，温度≥85℃，采用惰性或还原性气体通过煤粉喷枪(3)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁水中，喷吹速度＞50m/s，煤粉喷吹量＞600kg/t铁水，烟煤在煤粉中的比例＜50wt％，为铁水补碳。进一步地，还原气体主要由cxhy、h2、co中的一种或多种组成。更进一步地，配加合理白云石及生石灰粉，配加比例达到炉渣碱度目标为1.25±0.05，采用四元碱度＝(cao mgo)/(al2o3 sio2)计算。进一步地，生成的炉渣达到一定量的时候，通过炉渣口(4)排除反应炉，采用连通器式无渣出铁工艺出铁室(5)出铁到铁水包中。进一步地，确保渣中气体组分比例：(h2 co)/(co2 h2o)＜10，且控制渣量＞0.42t/tfe。进一步地，还包括在铁水包中进行喂镁线脱硫，采用双喂丝机同时双孔喂线，脱硫后静止5分钟，取样检验，残留镁量应控制在0.030％～0.045％。进一步地，镁线为高镁包芯线，直径为φ13mm，采用0.30mm冷扎带钢包扎，线密度380～400g/m，内容物重为220g/m，内容物中钝化镁含量28％～40％，硅含量4％～6％，石墨8-12％，氧化钙45-55％，内容物中各组分之和为100％，芯线加入量为铁水质量的0.82％。本发明的优点及效果：本发明采用普通矿粉及煤粉即可生产出完全满足现阶段低钛低微量元素的风电用铸造铁水的质量要，且取消了烧结、焦化及球团等污染重，耗能高的工艺，填补了我国熔融还原法生产风电设备专用铁水
技术领域：
空白。本发明对风电设备专用铁水的成分和含量进行了优化，铁水中除fe外主要成分为c、si、mn、p、s。对风电铸件还控制了v、cr、sn、pb、bi、mo、sb、cu、al、ni、b等微量元素尤其是ti的成分。对铁水产品的力学性能、金相组织及元素成分进行反复的实验和修正，确定了适合风电设备铁水十余种微量元素含量的最大限值，尤其是实现了对硫、磷、钛等关键微量元素含量的精准控制。对整个冶炼工艺过程的关键技术制度的方式进行了优化，提高了冶炼效率，对后续流程也提高了利用率，降低了能耗，保护了环境。本发明对熔融还原的工艺参数进行了优化，确定了适合生产风电设备专用铁水的工艺技术，尤其是热风温度，氧含量，风量，速度，矿的主要要求，熔剂的配比，以及煤粉的量，要求进行了优化，使得冶炼出的铁水相比传统工艺对成分的控制更加精确，同时更加节省能耗，操作简单直接，工艺稳定。采用合适的白云石和生石灰配料，保证炉渣碱度，和流动性，保证了冶炼过程中，夹杂物和微量元素的控制。无渣出铁工艺，保证了铁的纯度，同时也不会浪费铁水。本发明提出了渣中气体的比例，这样的控制很好的保证了脱ti效果。而采用了特定成分的镁线进行脱硫，也保证了铁水的杂质的去除。综上，本发明提出的利用熔融还原生产低钛低微量圆度的风电铸造用铁水，流程简单，工艺参数优化后，保证了风电铸造用铁水的质量，在使用过程中不用再对铁水进行特殊去杂质，成分调整处理。应当理解，
发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。附图说明结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：图1示出了本发明的熔融还原炉结构示意图；图2示出了本发明的物料流向示意图。1-富氧喷枪；2-矿粉喷枪；3-煤粉喷枪；4-炉渣口；5-出铁室；6-还原区；7-氧化区；具体实施方式为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。下面参照图1来描述本发明的实施例提供的铸造用铁水生成方法。制备主原料及还原剂；所述主原料为氧化铁矿粉，其中，矿石原料选取时，严控控制矿石中磷含量＜0.1％，严格控制矿粉粒度＜8mm，铁矿品位＞55％。采用普通进口矿或国内精矿粉。在一些实施例中，将白云石、石灰石破碎，按照工艺参数与氧化铁矿粉配比均匀，得到主原料。通过对白云石、石灰石与氧化铁矿粉的重量比进行调整，使所得冶炼渣的碱度r为为1.25，可以有效控制铁水中钛及微量元素的含量。其中，碱度r按四元碱度计算，r＝(wcao wmgo)/(wsio2 wal2o3)，分别为cao、mgo、sio2、al2o3的含量(％，w)。将所述主原料经矿粉加热系统预热到450℃以上。所述还原剂为无烟煤和/或烟煤煤粉。将无烟煤及烟煤经料场运至原煤仓，自原煤仓经皮带运输至破碎烘干系统，得到粒度≤6mm，水分≤3％，温度≥85℃的煤粉作为还原剂。由于不需要使用高价的焦炭，因此生产成本较低。煤粉包括烟煤(也成为气煤)和无烟煤，要求烟煤的占比低于50wt％。在一些实施例中，通过调整还原剂与主原料的合理配碳比(c/o摩尔比)为0.8-1.3，例如1.0，可以有效控制铁水中微量元素的含量。将主原料、还原剂和富氧空气输入熔融还原炉进行还原反应。采用惰性或还原性气体分别通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁水中，被铁水中剩余的碳元素还原。同时将主原料由位于熔融还原炉中部的矿粉喷枪(2)喷入熔融还原炉铁渣熔池内。采用惰性或还原性气体分别通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁水中，被铁水中剩余的碳元素还原。喷吹速度＞50m/s。矿粉喷枪(2)输送气用量8000～11000nm3/h。矿粉喷枪采用的载气可以是惰性或还原性气体。在一些实施例中，还可以将白云石及石灰石矿粉单独作为辅料通过位于熔融还原炉中部的辅料喷枪喷入熔融还原炉。辅料喷枪采用的载气可以是惰性或焦炉煤气、甲烷、h2等还原性气体。将还原剂由位于熔融还原炉中部的煤粉喷枪喷入熔融还原炉铁渣熔池内。在一些实施例中，煤粉喷枪输送气用量1500～4000nm3/h。煤粉喷枪采用的载气可以是惰性或还原性气体。喷吹速度＞50m/s，煤粉喷吹量＞600kg/t铁水，烟煤在煤粉中的比例＜50wt％，为铁水补碳。将富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉。富氧空气中氧气的体积百分比是40％，富氧空气的温度是1000℃～1100℃，富氧空气的输入速度是300±50nm3/min，风量控制在140000-180000nm3/h。应当说明的是，上述的步骤：主原料、还原剂、富氧空气分别经对应的喷吹系统(矿粉喷枪、煤粉喷枪、氧枪)喷入熔融还原反应炉可以同时进行，依次进行或者交替进行。在本公开实施例中，上述的步骤同时进行。主原料及还原剂分别经对应的喷吹系统(矿粉喷枪、煤粉喷枪)喷入熔融还原反应炉铁渣熔池内，熔池温度控制在1450-1550℃范围内，确保喷吹系统稳定，以便熔池反应稳定，保证熔融还原反应炉内压力保持在60～100kpa。在一些实施例中，富氧空气由位于熔融还原炉顶部的氧枪吹入熔融还原炉，由于其中含有35％～55％的氧气，使熔融还原炉内控制并保持弱氧化气氛。由于富氧空气的温度是1000℃～1100℃，所以还原剂煤粉喷入熔融还原炉内会燃烧放热，为熔融还原炉内还原反应提供热源。同时，基于还原剂的加入量、加入速度以及富氧空气加入速度和氧气含量，还原剂煤粉在熔融还原炉内的燃烧是部分燃烧，生成co气体，co气体可参与还原反应。因此，还原剂煤粉喷入熔融还原炉内燃烧放热，使熔融还原炉内温度控制在1450-1550℃范围内，氧化铁矿粉与煤粉发生反应，产生大量co气体，使熔池上下翻滚、剧烈沸腾，形成良好的动力学条件，加速铁还原反应进行。并且，熔池逸出的co气体与从炉顶喷入的高温富氧空气发生二次燃烧释放热量维持炉内高温，一部分热量在强烈的渣铁喷溅搅动中由溅起的熔渣带回熔池，完成上部二次燃烧产生的热量向熔池的传递，熔化喷入的矿粉和煤粉。在一些实施例中，矿粉喷枪、还原剂喷枪采用的载气还可以是惰性气体与空气的混合气体，或还原性气体与空气的混合气体。通过调节惰性气体与空气的比例，能够调控渣池氧化性，保证熔渣feo含量达到5～10％，具备一定脱磷能力。同时确保渣中气体组分比例：(h2 co)/(co2 h2o)＜8，且控制渣量＞0.42t/tfe，保证脱钛。还原气体主要有cxhy、h2、co组成，与熔解于铁水、渣液的feo反应生成液态铁水进入。炉渣碱度控制目标为1.25±0.05。富氧热风温度＞1080℃，富氧含量40±2％。在一些实施例中，熔融还原炉中部是指炉底与炉顶部之间约1/2位置处(当然，应当理解的是，此处所说的“1/2”并不是严格的限定，例如，以熔融还原炉的高度计，距离炉底2/5至距离炉顶2/5的范围)。矿粉喷枪可以设置一支，也可以设置多支；煤粉喷枪可以设置一支，也可以设置多支；并且，矿粉喷枪和煤粉喷枪交替布置，从而能够使主原料、还原剂混合均匀。矿粉喷枪和煤料喷枪的数目可以由本领域技术人员根据实际情况来进行合理选择，在此不做限定。将熔池内铁水通过连通器出铁。计算熔池内的铁水量，当达到存量要求时，通过炉内压力调整，增加炉内压力，即可通过连通器式无渣出铁工艺出铁。生成的炉渣达到一定量的时候，通过炉渣口(4)排除反应炉，采用连通器式无渣出铁工艺出铁室(5)出铁，出铁后取样进行分析。在铁水包中进行喂镁线脱硫，采用双喂丝机同时双孔喂线，镁线为高镁包芯线，直径为φ13mm，采用0.30mm冷扎带钢包扎，线密度380～400g/m，内容物重为220g/m，内容物中钝化镁含量28％～40％，硅含量4％～6％，石墨8-12％，氧化钙45-55％，内容物中各组分之和为100％，芯线加入量为铁水质量的0.82％。脱硫结束取样检验。根据硫含量计算喂丝量，要求喂丝加入量精确，避免脱硫过程中铁水飞溅，减少温度损失，处理包定位准确、快速，减少铁水停留时间。脱硫后静止5分钟，取样检验，残留镁量应控制在0.030％～0.045％。铁水成分如下表：表1例1～3化学组分及重量百分比(单位：wt％)csipsti例13.920.00080.0160.1130.007例23.980.00090.0170.1040.008例33.970.00070.0150.1200.007续表1例1～3化学组分及重量百分比(单位：wt％)crvmosnsbpbbiteasbal例10.0110.0100.0060.0040.0010.0010.00040.00030.00140.0010.013例20.0100.0120.0080.0040.0020.0010.00030.00040.00140.0010.014例30.0120.0110.0070.0030.0010.0010.00030.00050.00150.0010.013由表1、表2成分检验看，采用熔融还原工艺，利用普通矿粉及非焦煤粉生产的铁水成分稳定，符合低钛低微量元素的风电用铸造铁水需求，优于一般高炉方法冶炼的炼钢用铁水，由于不采用物料造粒烧结工艺，减少污染物排放，产品完全满足风电设备铸造用铁水等成分要求。根据本公开的实施例，实现了以下技术效果：球铁中除fe外主要成分为c、si、mn、p、s、mg。对风电铸件还控制了v、cr、sn、pb、bi、mo、sb、cu、al、ni、b等微量元素尤其是ti的成分。对铁水产品的力学性能、金相组织及元素成分进行反复的实验和修正，确定了适合风电设备铁水十余种微量元素含量的最大限值，尤其是实现了对硫、磷、钛等关键微量元素含量的精准控制。对整个冶炼工艺过程的关键技术创新以规程、制度的方式进行固化。采用普通矿粉即可生产出完全满足现阶段优质铸造生铁的质量要求；且不需使用高价的焦炭，生产运行成本低。在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种低钛低微量元素的风电用铸造铁水，其特征在于，取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染造球工艺，直接采用矿粉及普通煤粉冶炼，不用采用精料法，所述铁水的化学组分及重要百分比要求为：ti≤0.010％、cr v mo sn sb pb bi te as b al≤0.040％。
2.根据权利要求1所述的铸造铁水，其特征在于，所述铁水的化学组分及重量百分比为：c：3.7-4.1％，si：0.0001-0.0012％，p：0.010-0.018％，s：0.015-0.025，ti：0.0001-0.010％，cr：0.0001-0.010，v：0.0001-0.010％，mo：0.005-0.030，sn：0.0001-0.005％，sb：0.0005-0.003％，pb：0.0005-0.0011％，bi：0.0001-0.0005％，te：0.0002-0.0006％，as：0.0002-0.0010％，b：0.0001-0.0010％，al：0.002-0.010％，余量为fe。
3.根据权利要求2所述的铸造铁水，其特征在于，所述铁水的化学组分及重量百分比为：ti≤0.005％、cr v mo sn sb pb bi te as b al≤0.02％。
4.一种直接生产如权利要求1-3所述的铸造铁水的方法，其特征在于，包括以下步骤：取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染造球工艺，直接采用矿粉及普通煤粉冶炼，不用采用精料法，采用普通矿粉，采用熔融还原工艺，通过富氧喷枪(1)将温度＞1080℃，富氧含量控制在40±2％范围内的富氧热风以300±50m/s速度喷入熔融反应炉，风量控制在140000-180000nm3；严控控制入炉矿石中磷含量＜0.1％，严格控制矿粉粒度＜8mm，配加合理白云石及生石灰粉后加热至450℃以上，采用惰性或还原性气体通过矿粉喷枪(2)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，喷吹速度＞50m/s，通过渣层喷入铁水中，被铁水中剩余的碳元素还原，同时，严格控制煤粉粒度＜6mm，煤粉水分＜3％，温度≥85℃，采用惰性或还原性气体通过煤粉喷枪(3)喷入熔融还原反应炉还原区(6)，通过渣层喷入铁水中，喷吹速度＞50m/s，煤粉喷吹量＞600kg/t铁水，烟煤在煤粉中的比例＜50wt％，为铁水补碳。
5.如权利要求4所述的铸造铁水的方法，其特征在于，还原气体主要由cxhy、h2、co中的一种或多种组成。
6.如权利要求5所述的铸造铁水的方法，其特征在于，配加合理白云石及生石灰粉，配加比例达到炉渣碱度目标为1.25±0.05，采用四元碱度＝(cao mgo)/(al2o3 sio2)计算。
7.如权利要求6所述的铸造铁水的方法，其特征在于，生成的炉渣达到一定量的时候，通过炉渣口(4)排除反应炉，采用连通器式无渣出铁工艺出铁室(5)出铁到铁水包中。
8.如权利要求7所述的铸造铁水的方法，其特征在于，确保渣中气体组分比例：(h2 co)/(co2 h2o)＜10，且控制渣量＞0.42t/tfe。
9.如权利要求8所述的铸造铁水的方法，其特征在于，还包括在铁水包中进行喂镁线脱硫，采用双喂丝机同时双孔喂线，脱硫后静止5分钟，取样检验，残留镁量应控制在0.010％～0.020％。
10.如权利要求9所述的铸造铁水的方法，其特征在于，镁线为高镁包芯线，直径为φ13mm，采用0.30mm冷扎带钢包扎，线密度380～400g/m，内容物重为220g/m，内容物中钝化镁含量28％～40％，硅含量4％～6％，石墨8-12％，氧化钙45-55％，内容物中各组分之和为100％，芯线加入量为铁水质量的0.82％。
技术总结本发明提供了一种低钛低微量元素的风电用铸造铁水的生产方法。所述铁水中包括：Ti≤0.010％、Cr V Mo Sn Sb Pb Bi Te As B Al≤0.040％。采用熔融还原法进行制备。本发明确定了适合风电设备铁水十余种微量元素含量的最大限值，尤其是实现了对硫、磷、钛等关键微量元素含量的精准控制。对整个冶炼工艺过程的关键技术制度的方式进行了优化，取消了焦化、烧结、球团等高能耗、高污染物料造块、造球工艺，直接采用矿粉及普通煤粉冶炼，不用采用精料法，采用普通矿石即可生产，提高了冶炼效率，对后续流程也提高了利用率，降低了能耗，保护了环境。
技术研发人员：刘志国;徐涛;周海川;张勇;程鹏;任俊;昝智;卜二军;曲刚
受保护的技术使用者：内蒙古赛思普科技有限公司
技术研发日：2020.02.26
技术公布日：2020.06.09
