Vol.15 No.2 生铁固态脱碳法制备工业纯铁 ·135 707C <T<1 010C Mn Cr Si C Fe;1 010C <T<1 120C Mn Si Cr C Fe; 1120C<T SiMn Cr C Fe 从热力学角度来讲、只要温度大于800℃碳就优于铁先氧化。由于C原子半径较 Si、M、Cr等原子半径小，有利于C在生铁中的扩散.所以从动力学角度来看，C有可 能较其他元素先被氧化) 2试验方法和试验装置 2.1铁水粒化 将符合要求的液态铁水浇制成0~6mm的粒化生铁。本实验采用S、P含量较低并且 不含其他合金元素的普通生铁为原料，其化学成分为：碳4.32%：硅1.30%：硫0.053%：磷 0.090%。 2.2固态脱碳 将一定量的粒化生铁放人回转窑内，在氧化气氛下培烧，在粒铁表面被少量氧化的问 时、脱除粒铁中的大部分碳。粒铁脱碳试验是在能模拟工业生产条件的台式规模(Bench Scale)的回转窑中进行的，炉管采用耐热合金材料制成，炉管内径130mm,恒温带长度 200mm,用可控硅温控电源控温，热电偶为Pt-PtRh,最高温度可达1100℃。 模拟高炉煤气燃烧后的产物作为氧化介质，在回转窑中进行一次氧化脱碳。由于脱碳 过程受温度，混合气体成分，脱碳时间和粒度等因素的影响，比较复杂。为确定各主要影 响因素的水平范围，用正交设计法制定出试验方案，并将试验结果进行方差分析，找出最 佳工艺条件。 2.3电炉重熔 将脱碳后的粒铁配入一定量的CO在感应炉中将脱碳粒铁熔化、利用粒铁表面上的 FeO去除Si和残留的C并通过造渣去除S、P,粒铁熔化脱碳仅需10~15min。 3试验结果及讨论 3.1粒化生铁脱碳 本文在固定气体流量为3.8L/min的条件下为确定脱碳试验过程中温度、粒度，时 间和气体成分对脱碳率的影响，选择了L9正交试验。试验结果表明当实验条件为：含氧 量为2%，温度为980℃，时间为4h,粒度为0~3mm时，脱碳率较高为82.6%。根据极 差值的大小可知反应时间对脱碳率的影响最大，反应时间、粒度和温度为显著性因素。根 据正交实验结果作图，从图3、4、5、6可以直观地看出每个因素对脱碳率的影响大小。 影响脱碳率大小的顺序是反应时间>粒度>反应温度>气体成分。 (1)反应时间对脱碳率的影响非常显著。时间增加脱碳率大幅度上升、但反应时间的 增加，生产成本也会迅速上升，所以时间长短应适宜、当选4脱碳率为69.2%。 (2)粒度对脱碳率的影响也非常显著，随粒度增加脱碳率明显下降。粒度为0~3mm 时脱碳率为628%，脱碳效果较理想。从动力学角度分析可以看出，粒度的大小主要影 响脱碳反应速度。反应速度与颗粒直径成反比关系，故粒径越大氧化气体介质与粒铁接触o V l . N 1 5 o . 2 生铁固 态脱碳法制备 工业纯铁 3 1 5 ℃ 0 7 7 2 ℃ T < 0 1 T ℃ < < 0 0 1 1 M n C r 1 F 5 C e 2 O ℃ ; T < < 0 0 1 1 1 1 1 n M 5 C C r F C e ; 1 M 5 n C r F C e 。 从 热 力 学 角 度 来讲 , 只 要 温 度 大 于 8 0 ℃ 碳就 优 于 铁 先 氧 化 。 由 于 C 原 子 半 径较 iS 、 M n 、 C r 等原 子半径 小 , 有 利于 C 在 生铁 中的扩 散 , 所 以 从动 力学角 度来看 , C 有可 能较其他元素先 被氧化 〔4〕 。 2 试验 方法和试验装置 2 . 1 铁水粒化 将 符合要 求 的液 态 铁水浇制 成 0 一 6 m m 的 粒化 生 铁 。 本实 验 采用 S 、 P 含量 较低 并 且 不含其他合金元 素的普通 生铁为 原 料 , 其化学 成分 为: 碳 4 . 32 % ; 硅 】 . 30 % ; 硫 0 . 0 53 % ; 磷 0 . 0 9 0 % 。 .2 2 固 态脱碳 将一 定量 的粒化生 铁放 入 回转窑 内 , 在氧 化气氛 下焙烧 , 在 粒 铁表 面 被 少量 氧化 的同 时 , 脱除粒铁中 的 大部分 碳 。 粒铁脱 碳试 验是 在 能模 拟工 业 生 产条 件 的台 式 规 模( B en c l S c al e) 的 回 转 窑 中进 行 的 , 炉 管采 用 耐 热合 金 材料制 成 ,炉 管 内径 13 0 m m , 恒 温 带 长 度 20 0 m m , 用可控 硅温控 电源控温 , 热电偶 为 R 一 R R h , 最高 温度 可达 1 10 0 ℃ 。 模拟 高炉 煤气燃烧后 的产物 作为氧化 介质 , 在 回转 窑 中进行 一 次氧 化脱碳 。 由于 脱碳 过程 受 温度 , 混合气体成分 , 脱碳 时间和 粒度 等因素的影 响 , 比较复 杂 。 为 确定 各主 要影 响 因素的水平 范围 , 用 正交设计法制 定 出试验方案 , 并 将试验结果进行方 差分析 , 找 出最 佳工 艺条 件 。 .2 3 电炉重熔 将 脱碳后 的粒铁配 人一定量的 C a O 在感应 炉 中将脱碳粒铁熔 化 , 利用 粒铁表 面上 的 F e O 去 除 iS 和残 留的 C 并通 过造 渣 去除 S 、 P , 粒铁熔化脱 碳仅 需 10 一 15 m in 。 3 试验结果及讨论 .3 1 粒化生 铁脱碳 本 文在 固定 气体流 量为 3 . 8 L / m in 的条 件下 为确 定 脱碳 试验 过 程 中温 度 、 粒度 、 时 间和 气体成分对 脱碳率 的影响 , 选 择了 L g 正交 试验 。 试验结果表 明 当实验条 件 为: 含 氧 量 为 2 % , 温度为 98 0℃ , 时 间为 4 h , 粒度 为 O一 3 m m 时 , 脱碳 率较 高为 8 .2 6 % 。 根据 极 差值的大小可 知反 应 时 间对脱碳率的影响最大 , 反 应 时间 、 粒度 和温 度 为显 著性因素 。 根 据正 交实 验结果 作 图 , 从 图 3 、 4 、 5 、 6 可 以 直 观地看 出每个 因 素对 脱碳 率的影 响 大 小 。 影响 脱碳 率大 小的 顺序是反 应 时间 > 粒度 > 反应温度 > 气体成 分 。 ( l) 反 应时 间 对脱碳 率的影 响 非常显 著 。 时 间 增加 脱碳率大幅度 _ L 升 , 但 反应 时 间 的 增加 , 生 产成本 也会迅速上 升 , 所 以 时 间长 短 应适宜 , 当选 h4 脱碳 率为 69 . 2 % 。 (2 ) 粒度 对脱 碳率 的影 响也 非 常显 著 , 随粒度 增 加脱 碳 率明显 下 降 。 粒 度 为 O一 3 m m 时脱碳率为 62 . 8 % , 脱 碳效果较理想 。 从动 力 学 角 度 分 析可 以 看 出 , 粒度的 大 小主 要 影 响脱碳 反应速 度 。 反应速度与颗粒直 径成 反 比关系 , 故粒径越大 氧化气体介 质与粒铁接触