[0001] 本发明涉及铁合金生产技术领域，具体涉及一种提高铁合金产品内在质量和显热回收的工艺。

[0002] 铁合金是指除碳以外的非金属或金属元素与铁组成的合金，种类繁多，是钢铁生产工业中必不可少的重要原材料。在铁合金的生产中，通常采用以下四种浇铸方式：地坑浇铸，即将铁水包内的铁水扒干净炉渣后即倒入地坑内，合金冷却后用铲车铲起入库，再加工到合格粒度后销售；锭模浇铸，即采用底厚为150mm以上的无铁水溢流口的铸铁锭模独立摆放，用行车吊着铁水包移动逐个对锭模进行浇铸，浇铸成厚度200mm以上的产品块，经过72小时左右的冷却后经强力破碎机破碎到小于150mm粒度入库，再加工到合格粒度后组批销售；地坑—铸铁档块锭模，即采用铸铁块围成类似锭模的地坑进行浇铸，合金锭厚度在400mm左右，经过72小时左右的冷却后吊运到加工场地破碎精整，入库后再加工到合格粒度销售；砂模浇铸，即中低碳锰铁等通常采用这种浇铸方式。为了在生产中得到铁合金颗粒，通常需要对铸锭进行破碎和精整操作，这极大的增加了人工成本，并造成了环境污染，对整个生产工艺造成了较大的影响。

[0003] 对此，为解决现有技术中存在的问题，本领域技术人员做出了诸多努力，例如中国专利CN115055652B提出了一种铁合金精细化浇铸的方法，通过链式浇铸机使得注入铜模具型腔内的液态铁合金凝固成形，能够直接制得铁合金颗粒，免除了破碎过程，但浇铸所得的铁合金内在质量较低。

[0037] 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

[0038] 如图1所示，本实施例提出了一种提高铁合金产品内在质量和显热回收的工艺，包括以下步骤：

[0039] 步骤S1：将熔炼原料置于多台矿热炉中进行熔炼，使多台矿热炉间断联动的产出铁水，注入铁水包之中，将铁水包中的铁水倒入铁合金混铁炉中，进行镇静、除渣、调温和调质操作。

[0040] 具体的，本发明对年产30万吨硅锰合金采用4台矿热炉进行原料熔炼，每台矿热炉的出铁周期为2‑4小时，在将原料放如矿热炉中进行熔炼时，为保证四台矿热炉能够实现间断联动的产出铁水，使4台矿热炉依次开始原料熔炼，并使两台矿热炉的开始熔炼时间间隔为0.5‑1小时，待熔炼结束后，通过开堵眼机或出铁机器人打开矿热炉的出铁口，将铁水引出至铁水包中。

[0041] 将铁水包中的铁水倒入铁合金混铁炉中，进行镇静、除渣、调温和调质的具体方法为：

[0042] 步骤S1‑1：将多个矿热炉产出的铁水包呈周期性逐个导入铁合金混铁炉中，并控制两个铁水包之间的时间间隔。其时间间隔受制于于矿热炉生产联动。其中矿热炉出铁时间以多炉错开为宜，不集中便于全厂生产调控匹配。其平均间隔时间间隔t为：t＝M/N，其中，M表示矿热炉的冶炼时间；N表示矿热炉的数量；具体的，矿热炉的数量为4个，矿热炉的冶炼时间为2‑4小时，则两个铁水包之间的时间间隔为0.5‑1小时。

[0043] 步骤S1‑2：根据矿热炉的出铁量和铁合金混铁炉的容量计算每炉次波动造成的偏差，根据偏差判断是否需要补入浇铸液中含有的元素，以保证浇铸液成分稳定；

[0044] 具体的，本发明中以硅锰合金，即Mn65Si17为例，若每座矿热炉一个炉役的出铁量为12‑38吨，铁合金混铁炉的容量为300吨，则每炉次波动为2％，造成的偏差为0.08％‑0.25％，将偏差与工艺要求中限定的阈值相比较，若偏差超过阈值，则可以补充Si、Mn相应元素金属或合金，以控制铁水成分稳定。

[0045] 优选的，铁合金混铁炉的大小与多台矿热炉的铁水供应能力以及浇铸机的生产能力相关，为保证铁合金混铁炉内的铁水具备进行镇静、除渣、调质和调温工作的时间，铁合金混铁炉的容量为： 其中，P为1昼夜铁合金总产量；K为铁合金铁水折算系数；y为充满度；T为平均液态贮存时间。依据铁合金混铁炉的容量应满足的条件，能够在满足工艺要求的同时计算出铁合金混铁炉的最小容量，从而能够节省成本，并进一步提高生产效率和产量。

[0046] 步骤S1‑3：启动热源对铁合金混铁炉进行加热操作，以保持铁合金混铁炉内温度稳定，完成均质操作。

[0047] 具体的，铁合金混铁炉通过煤气作为热源进行温度控制，铁水从矿热炉中引出时温度通常为1500‑1650℃，引出至铁水包后温度为1450‑1600℃，浇铸温度为浇铸温度1350‑1370，通过煤气加热能够将铁合金混铁炉内的铁水控制于浇铸温度范围之内，并保持温度稳定，同时能够使矿热炉产出的铁水不用在铁水包中等待温度降低至浇铸温度区间，既避免了一定热能损失，又能给铁合金混铁炉提供了一定热能补充。

[0048] 步骤S2：将经均质、保温、贮存处理后的铁水注入转运系统，并通过转运系统转运至链式浇铸机上进行连续粒化浇铸作业。

[0049] 具体的，转运系统包括多个转运包、运输装置和倾翻机构，通过运输装置不间断的将转运包运输至倾翻机构进行浇铸，从而能够保证链式浇铸机进行连续粒化浇铸作业。

[0050] 步骤S3：收集浇铸所得的铁合金颗粒，注入热交换系统中，进行快速冷却操作和连续显热回收。

[0051] 具体的，热交换系统包括热交换塔、热回收装置、进风通道、出风通道、第一除尘器和第二除尘器，其中，热交换塔上部为铁合金颗粒的注入口，中部热交换区域，底部设有收集漏斗，用于将冷却后的铁合金颗粒收集并输送至产品运输装置上，以运输至包装区进行自动包装；进风通道连接于中部热交换区域的下侧，用于将惰性气体输入至热交换塔中，出风通道连接与中部热交换区域的上侧，用于将带有铁合金颗粒热量的热风排出，出风通道依次连接第一除尘器、热回收装置、第二除尘器和进风通道。

[0052] 对铁合金颗粒进行快速冷却的具体方法为：

[0053] 先通过热料罐收集链式浇铸机浇铸所得的铁合金颗粒，再通过提升装置将热料罐提升至热交换塔上方，通过注入口注入至热交换塔的中部热交换区域；再通过进风通道输入惰性气体，即氮气，使惰性气体经过铁合金颗粒，吸收铁合金颗粒的热量，形成热风从出风通道排出，再经过第一除尘器除尘后输入热回收装置中进行余热回收利用，经过余热回收后的气体从热回收装置输入至第二除尘器中进行二次除尘，并在除尘后与新输入的惰性气体一同输入进风通道，形成循环。优选的，第二除尘器和进风通道之间增设有风机，用于将惰性气体输入进风通道之中。

[0054] 具体的，在进行快速冷却操作的过程中，注入热交换塔中的铁合金温度为750‑900℃，铁合金的注入速率为38t/h；注入热交换塔中的惰性气体的温度为25‑35℃，惰性气体的输入流量不小于30000Nm3/h，气体压强为2‑3kpa。经过快速冷却操作后，铁合金的输出速率同样为38t/h，惰性气体的输出流量同样不小于30000Nm3/h；从热交换塔中输出的铁合金温度为150‑200℃，输出的惰性气体温度为750‑800℃，通过惰性气体与铁合金的热交换过程，实现铁合金的快速冷却，同时，通过控制铁合金的注入速率和惰性气体的输入流量，并使之相匹配，能够保证铁合金快速冷却的效果，并同时能够保证后续热回收过程的连续性，使得铁合金的显热回收具备一定的实际意义。

[0055] 优选的，热回收装置为原料烘干预热装置，包括热能传递与转换设备和加热舱，用于进行原料的烘干预热，具体方法为：

[0056] a：带有热量的惰性气体经第一除尘器除尘后输入热能传递与转换设备中；

[0057] b：热能传递与转换设备将热量转化为热能形式并传递至加热舱，对置于加热舱内的原料进行烘干与预热操作；需要注意的是，将原料置于加热舱之前，对原料进行预处理操作，包括破碎、筛分以及干燥操作。

[0058] c：对加热舱的温度以及热效率进行监测和分析，以保证烘干与预热过程的稳定。

[0059] 优选的，热回收装置为余热锅炉，通过余热锅炉利用惰性气体带出的热量加热以产生水蒸气，实现余热发电。

[0060] 步骤S4：收集冷却后的铁合金颗粒，并通过产品运输装置运输至包装区进行自动包装。

[0061] 为验证本发明所述方法的有效性和可靠性，采用本发明所述的方法和普通锭模浇铸方法，以硅锰合金为例，进行对比实验。

[0062] 分析两种方法所获得的铸锭产品内在质量，实验结果表明，地坑浇铸方法所获得的铸锭中，硫、碳、锰、硅、磷等元素在凝固中均有不同程度的偏析，主元素锰相差2％～5％,Mn偏析达到5％,硅偏析为2.5％，杂质元素偏析较大；硫达到300％,碳为99％,磷为7.8％，如表1和表2所示：

[0063] 表1地坑浇铸硅锰合金偏析数据组1

[0064]

[0065] 表2地坑浇铸硅锰合金偏析数据组2

[0066] 元素 上部 中下部 偏差/％Mn 67.4 70.7 ‑4.8
Fe 7.8 8.2 ‑4.4
Si 22.7 19.0 16
C 2.34 0.97 141
P 0.094 0.093 1.2
S 0.028 0.014 105
Ti 0.486 0.220 121
B 0.032 0.034 ‑5.7

[0067] 钢铁生产对铁合金的新要求是合金含量高纯化、杂质含量最低化、合金粒度均匀化。高端钢铁产品对元素含量范围有严格要求，要求炼钢中对元素精准控制。对于洁净钢生产，特别是超低碳IF钢的生产，铁合金成分的均匀性是质量保证限制性因素之一。薄板坯连铸技术要求钢水化学成分准确控制在更窄化学成分范围内。因此炉外精炼加入的铁合金元素含量范围也需要加以控制，以保证钢水的铸造性能和成品质量。成分不均匀的铁合金会给炉外精炼工艺条件带来诸多变动因素。使用合金元素含量波动范围小的铁合金，可以显著提高合金效率，降低炼钢成本。

[0068] 优质钢合金用量大，成分要求严格。例如:高牌号硅钢成品硅含量要求为3％，在真空处理要求加入硅铁一次命中。硅铁成分1％的偏差就会带来钢水成分0.03％的波动。只有精确控制铁合金元素含量才能确保钢水成分稳定、成品性能均一。

[0069] 铁合金成分的均匀性主要体现在供货批中主元素含量高低的差异。铁合金产品标准对主元素含量范围做出了明确规定：硅铁标准允许3％的硅含量组批交货；锰铁标准中散料锰铁组批按锰含量不大于3％波动范围内的同牌号、同组级的归为一批交货，袋装产品按锰含量不大于2％波动范围内的同牌号、同组级进行组批。硅锰合金锰含量波动在4％范围内的同牌号、同组级归为一批交货。但在铁合金贸易中用户往往要求供货批中主元素含量偏差要小。按照75％硅铁国家标准，硅含量大于72.0％为合格产品，但在使用上含量波动范围在5％，会使硅钢的硅含量波动0.15％，直接影响电工钢的各种性能。在冶炼铁合金方面，锰含量相差1％，生产成本可能相差达百元以上，硅含量相差1％冶炼电耗相差100kw·h/t。因此，无论从生产厂家还是从用户方面，把主元素控制在最小范围波动都是重要的。

[0070] 造成炉次间和批次间铁合金成分偏差的原因很多，本发明通过连续粒化浇铸及余热回收利用的工艺实现成分波动最小化，成品均一性。每炉次12‑38吨浇注对铁合金混铁炉内合金成分波动及偏差影响如表3和表4所示：

[0071] 表3 12吨浇注入铁合金混铁炉(300吨)硅锰合金成分波动分析

[0072]

[0073] 表4 38吨浇注入铁合金混铁炉(300吨)硅锰合金成分波动分析

[0074]

[0075]

[0076] 本发明中，液态铁合金在铜模内完全凝固的时间为10‑300S，硅锰合金在铜模凝固时间为15‑30S，基于铁合金的快速凝固，并配合快速冷却的过程，使得产品的成分均匀，不存在偏析现象，极大程度的提高了产品的内在质量。不同炉次的波动对整体扰动很小，远远小于硅锰合金国家标准的4％，破碎混合组批操作就不再进行，合金冷却后可直接进入包装工序。

[0077] 另外，对两种方法所得的铸锭进行取样，并检测产品中的氧含量，根据结果可知，地坑浇铸方法所获得的铸锭中氧含量平均值为0.28％，采用本发明所述的方法获得的铸锭中氧含量平均值不大于0.15％，实验证明，采用本发明所述的方法获得的铸锭夹渣率较低，进一步证明其内在产品质量较高。

[0078] 本发明通过将多个矿热炉进行联动操作，使各个矿热炉通过生产节奏配合，连续不间断的产生铁水，并通过合铁合金混铁炉对多个矿热炉产生的铁水进行贮存以及均质操作，能够形成一个整体的浇铸节奏；并通过引入铁合金混铁炉承担中转工作，在提供贮存铁水的功能之外，实现了对铁水的成分、温度以及流动性的调控，能够解决铁水出炉后不能长时间停留的问题；能够解决由于凝固时间长主成分均匀差，造成炉次间和批次间铁合金成分偏差大的问题；能够避免夹杂物对浇铸过程产生的影响，从而能够在实现连续化浇铸的同时，保证铁合金液在浇注过程中的温度、成分以及质量的稳定，从而能够提高产品的均匀性和一致性，从而能够提高所获得的铁合金产品的内在产品质量。

[0079] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。