CN103333993B - 真空感应炉脱磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空感应炉脱磷方法，它依次包括以下步骤：1）采用烘烤炉在对石灰石和萤石进行烘烤；2）将石灰石和萤石放入坩埚底部的一侧；3）将工业纯铁放入坩埚中；4）给真空炉抽真空，并给坩埚加热，待钢水完全熔化均匀，继续抽真空；5）待真空度达到0.6~0.8pa时，停止抽真空，向真空炉中冲氩气至0.3~0.7atm；6）打开真空炉，快速扒渣；7）关闭真空炉，再抽真空，待真空度达到0.078pa以下时，向真空炉中冲氩气至0.3~0.7 atm；8）向钢液中加入各种合金进行合金化处理，处理完毕即可出钢。实践证明，采用该方法操作简单、脱磷效果好，渣金平衡反应时间短，对炉衬侵蚀轻。
Description
技术领域
本发明属于低磷钢冶炼技术领域，具体地指一种真空感应炉脱磷方法。
背景技术
目前，由于工业纯铁等原材料中磷含量不够低，而真空感应炉冶炼高纯净钢和超低磷钢时，没有很好的方法降低钢中磷含量。传统的脱磷方法是在钢液表面加石灰等造渣料利用渣金平衡反应脱磷，该脱磷方法耗时长，炉衬侵蚀严重，而且其脱磷效果不明显，脱磷结果通常只能达到54ppm，而且，脱磷过程中，石灰还容易撒在坩埚顶部，造成灰尘累积，引发断电事故。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种真空感应炉脱磷方法，采用该方法操作简单、脱磷效果好，渣金平衡反应时间短，对炉衬侵蚀轻。
为实现上述目的，本发明的真空感应炉脱磷方法，依次包括以下步骤：
1）采用烘烤炉在100~200℃对石灰石和萤石进行烘烤20~40min；
2）将石灰石和萤石放入坩埚底部的一侧，所述石灰石与萤石的重量比为4~5︰1；
3）将工业纯铁放入坩埚中，压在所述石灰石和萤石上部，所述工业纯铁与萤石的重量比为500︰1~2；
4）给真空炉抽真空，并给坩埚加热至1600~1700℃，待钢水完全熔化均匀，继续抽真空；
5）待真空度达到0.6~0.8pa时，停止抽真空，向真空炉中冲氩气至0.3~0.7atm；
6）打开真空炉，快速扒渣；
7）关闭真空炉，再抽真空，待真空度达到0.078pa以下时，向真空炉中冲氩气至0.3~0.7 atm；
8）向钢液中加入各种合金进行合金化处理，处理完毕即可出钢。
优选地，所述步骤1）中石灰石和萤石为直径5~10mm的块状；因为，颗粒度过大则不能完全反应，而且参与反应的耗时长，颗粒度过小，则会在抽真空时容易带入真空管道导致设备故障。
进一步地，所述步骤2）中，将石灰石和萤石放入坩埚底部的一侧后，用锡纸盖住石灰石和萤石，这样可防止初期抽真空时小颗粒渣料被抽入真空管道。
再进一步地，所述石灰中CaO的重量百分含量为90~96%，SiO2的重量百分含量为2~4%；这样有利于减少石灰中的杂质含量，提高石灰反应活度。
还进一步地，所述萤石中CaF2的重量百分含量为80~90%，SiO2的重量百分含量为2~8%。
本发明的真空感应炉脱磷方法中各步骤工艺参数控制的原因和反应基本原理如下：
将烘烤除杂后石灰和萤石放入坩埚底部的一侧，而不是铺满整个底部，因为如果铺满整个底部会部分阻断感应曲线，影响工业纯铁的熔化，如果进一步地用锡纸盖住石灰和萤石，可防止初期抽真空时小颗粒渣料被抽入真空管道。所选石灰与萤石的重量比为4~5︰1，这样的石灰与萤石的重量比更接近大工业生产值的组成。按一定比例将工业纯铁与萤石加入坩埚，有助于化渣的最佳值。给真空炉第一次抽真空脱除纯铁中的氧，因为扩散脱氧需要较长的时间，在工业纯铁未熔化时，扩散脱氧反应已经在进行，而后给坩埚加热，待钢水完全熔化，第一次抽真空不需太高的真空度，因为后续还要开炉扒渣操作，但也不能太低，导致纯铁中残余的氧过多后期无法脱除，控制在0.6~0.8pa即可停止抽真空；然后向真空炉中冲氩至0.3~0.7atm进行保护，有利于减少开炉后的钢水氧化程度；然后打开真空炉，快速扒渣；扒渣完毕后，合炉再抽真空，待真空度升至0.078pa以下的较高真空度后即可充分脱除钢水中的氧。
本发明通过将石灰石和萤石置于坩埚工业纯铁的底部，当工业纯铁不断熔化时会覆盖石灰和萤石，与其充分反应，然后渣料会上浮，不断与刚熔化的纯铁进行接触脱磷反应，增加了石灰与纯铁中磷的接触面积，加快了传质，促进了脱磷反应的进行。此种方法脱磷耗时短，炉衬侵蚀轻，脱磷效果明显。生产出的低磷钢磷含量可从常规冶炼的54ppm降至15ppm以下，脱磷效果明显。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的真空感应炉脱磷方法作进一步详细说明。
实施例1
原料：工业纯铁主要成分如表1-1所示，石灰石、萤石主要成分如表1-2所示；
表1-1
| 元素 | C | Mn | S | P | Al | O |
| 含量（%） | 0.004 | 0.033 | 0.0028 | 0.0065 | 0.0083 | 0.014 |
表1-2
| 原料 | CaO | CaF2 | SiO2 | S | P |
| 石灰（%） | 95.4 | 2.2 | 0.012 | 0.002 | |
| 萤石（%） | 87.3 | 7.1 | 0.002 | 0.002 |
对上述表1-1组分的工业纯铁采用表1-2组分的石灰石、萤石采用50kg真空感应炉进行真空感应炉脱磷，具体步骤如下：
1）采用烘烤炉在150℃对石灰石和萤石进行烘烤30min；
2）将石灰石400g和萤石100g放入MgO坩埚底部的一侧，将石灰和萤石放在坩埚底部圆的一半内，以防完全阻挡感应炉加热的磁场感应曲线；
3）将工业纯铁50kg放入坩埚中，压在石灰石和萤石上部，将坩埚向一侧倾斜15°，防止化钢过程产生“架桥”；
4）给真空炉抽真空，并给坩埚加热升温至前期功率逐渐增至50kw，加热至1600℃化钢后，功率升至60kw，继续抽真空并增强钢液的搅拌作用，让脱磷反应成分进行；
5）待真空度达到0.7pa时，停止抽真空，向真空炉中冲氩气至0.4atm；
6）打开真空炉，用事先准备好的小扒渣板从坩埚一侧扒除脱磷渣；
7）扒渣完成后合炉再抽真空，待真空度达到0.078pa时，再次向真空炉中冲氩气至0.5atm；
8）在氩气保护下，向钢液中加合金进行合金化处理，处理完毕即可出钢。
按本实施例方法脱磷处理后，取出钢样对其成分化验，部分元素含量结果表1-3 所示。
表1-3
| 元素 | C | O | S | P |
| 含量（%） | 0.0012 | 0.0013 | 0.0009 | 0.0008 |
实施例2
原料：工业纯铁主要成分如表2-1所示，石灰石、萤石的主要成分如表2-2所示。
表2-1
| 元素 | C | Mn | S | P | Al | O |
| 含量（%） | 0.007 | 0.023 | 0.0028 | 0.0065 | 0.013 | 0.010 |
表2-2
| 原料 | CaO | CaF2 | SiO2 | S | P |
| 石灰（%） | 92.2 | 3.2 | 0.012 | 0.002 | |
| 萤石（%） | 87.3 | 7.7 | 0.002 | 0.002 |
对上述表2-1组分的工业纯铁采用表2-2组分的石灰石、萤石采用50kg真空感应炉进行真空感应炉脱磷，具体步骤如下：
1）采用烘烤炉在200℃下对石灰和萤石进行烘烤20min；
2）将烘烤过的粒度直径5~10mm的块状石灰450g和萤石100g放入坩埚底部一侧，用锡纸覆盖石灰和萤石渣料；
3）将工业纯铁45kg放入坩埚中，压在石灰石和萤石上部，坩埚向一侧倾斜20°，防止化钢过程产生“架桥”；
4）给真空炉抽真空，并给坩埚加热升温至前期功率逐渐增至50kw，加热至1650℃化钢后，功率升至60kw，继续抽真空并增强钢液的搅拌作用，让脱磷反应成分进行；
5）待真空度达到0.8pa时，停止抽真空，向真空炉中冲氩气至0.5atm；
6）打开真空炉，用事先准备好的小扒渣板从坩埚一侧扒除脱磷渣；
7）扒渣完成后合炉再抽真空，待真空度达到0.078pa时，再次向真空炉中冲氩气至0.6atm；
8）在氩气保护下，加合金进行合金化处理，处理完毕即可出钢。
按本实施例方法脱磷处理后，取出钢样对其成分化验，部分元素含量结果表2-3 所示，
表2-3
| 元素 | C | O | S | P |
| 含量（%） | 0.0015 | 0.0018 | 0.0015 | 0.0010 |
实施例3
原料：工业纯铁主要成分如表3-1所示，石灰石、萤石的主要成分如表3-2所示。
表3-1
| 元素 | C | Mn | S | P | Al | O |
| 含量（%） | 0.005 | 0.032 | 0.0026 | 0.0067 | 0.0082 | 0.016 |
表3-2
| 原料 | CaO | CaF2 | SiO2 | S | P |
| 石灰（%） | 94.2 | 3.6 | 0.011 | 0.002 | |
| 萤石（%） | 86.8 | 6.2 | 0.002 | 0.002 |
对上述表3-1组分的工业纯铁采用表3-2组分的石灰石、萤石采用50kg真空感应炉进行真空感应炉脱磷，具体步骤如下：
1）采用烘烤炉在180℃对直径5~10mm的块状石灰石和萤石进行烘烤35min，；
2）将石灰石412g和萤石103g放入MgO坩埚底部的一侧，将石灰和萤石放在坩埚底部圆的一半内并用锡纸盖住；
3）将工业纯铁50kg放入坩埚中，压在石灰石和萤石上部，将坩埚向一侧倾斜15°，防止化钢过程产生“架桥”；
4）给真空炉抽真空，并给坩埚加热升温至前期功率逐渐增至50kw，加热至1700℃化钢后，功率升至60kw，继续抽真空并增强钢液的搅拌作用，让脱磷反应成分进行；
5）待真空度达到0.7pa时，停止抽真空，向真空炉中冲氩气至0.4atm；
6）打开真空炉，用事先准备好的小扒渣板从坩埚一侧扒除脱磷渣；
7）扒渣完成后合炉再抽真空，待真空度达到0.078pa时，再次向真空炉中冲氩气至0.5atm；
8）在氩气保护下，向钢液中加合金进行合金化处理，处理完毕即可出钢。
按本实施例方法脱磷处理后，取出钢样对其成分化验，部分元素含量结果表3-3 所示；
表3-3
| 元素 | C | O | S | P |
| 含量（%） | 0.0015 | 0.0019 | 0.0015 | 0.0010 |
实施例4
原料：工业纯铁主要成分如表4-1所示，石灰石、萤石的主要成分如表4-2所示；
表4-1
| 元素 | C | Mn | S | P | Al | O |
| 含量（%） | 0.005 | 0.036 | 0.0028 | 0.0073 | 0.0072 | 0.017 |
表表4-2
| 原料 | CaO | CaF2 | SiO2 | S | P |
| 石灰（%） | 91.6 | 2.4 | 0.010 | 0.002 | |
| 萤石（%） | 88.3 | 5.5 | 0.003 | 0.002 |
操作过程与实施例1相同，只是步骤2）中所用石灰石量为450g，所用萤石量为112g。
按本实施例方法脱磷处理后，取出钢样对其成分化验，部分元素含量结果表4-3 所示；
表4-3
| 元素 | C | O | S | P |
| 含量（%） | 0.0016 | 0.0019 | 0.0013 | 0.0014 |
实施例5
原料：工业纯铁主要成分如表5-1所示，石灰石、萤石的主要成分如表5-2所示；
表5-1
| 元素 | C | Mn | S | P | Al | O |
| 含量（%） | 0.006 | 0.030 | 0.0022 | 0.0068 | 0.0076 | 0.014 |
表表5-2
| 原料 | CaO | CaF2 | SiO2 | S | P |
| 石灰（%） | 94.4 | 1.8 | 0.010 | 0.002 | |
| 萤石（%） | 86.1 | 4.7 | 0.002 | 0.002 |
操作过程与实施例1相同，只是步骤2）中所用石灰石量为418g，所用萤石量为104g。
按本实施例方法脱磷处理后，取出钢样对其成分化验，部分元素含量结果表5-3 所示；
表5-3
| 元素 | C | O | S | P |
| 含量（%） | 0.0017 | 0.0015 | 0.0014 | 0.0011 |
通过以上实施例可以看出，原材料工业纯铁中[P]含量为65~73ppm，在采用本发明真空感应炉脱磷方法之后，[P]含量能达到15ppm以下，证明，本发明的脱磷方法的脱磷效果明显。
Claims (4)
1.一种真空感应炉脱磷方法，其特征在于：它依次包括以下步骤：
1)采用烘烤炉在100～200℃对石灰和萤石进行烘烤20～40min，所述石灰和萤石为直径5～10mm的块状；
2)将石灰和萤石放入坩埚底部的一侧，所述石灰与萤石的重量比为4～5：1；
3)将工业纯铁放入坩埚中，所述工业纯铁与萤石的重量比为500：1～2；
4)给真空炉抽真空，并给坩埚加热至1600～1700℃，待钢水完全熔化均匀，继续抽真空；
5)待真空度达到0.6～0.8Pa时，停止抽真空，向真空炉中冲氩气至0.3～0.7atm；
6)打开真空炉，扒渣；
7)关闭真空炉，再抽真空，待真空度达到0.078Pa以下时，再次向真空炉中冲氩气至0.3～0.7atm；
8)向钢液中加入各种合金进行合金化处理，处理完毕即可出钢。
2.根据权利要求1所述的真空感应炉脱磷方法，其特征在于：所述步骤2)中，将石灰和萤石放入坩埚底部的一侧后并用锡纸盖住。
3.根据权利要求1或2所述的真空感应炉脱磷方法，其特征在于：所述石灰中CaO的重量百分含量为90～96％，SiO2的重量百分含量为2～4％。
4.根据权利要求1或2所述的真空感应炉脱磷方法，其特征在于：所述萤石中CaF2的重量百分含量为80～90％，SiO2的重量百分含量为2～8％。
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