CN106367591B - 一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法 - Google Patents

一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法，属于铁合金精炼技术领域。该方法以高碳锰铁为原料，经过破碎，加入到高温电阻炉中进行脱磷、脱碳处理得到低磷中碳锰铁。电阻炉坩埚内熔盐为碱金属与碱土金属的氯化盐和碳酸盐混合熔盐。脱碳脱磷之后，将坩埚拿出冷却到常温，熔盐与低磷中碳锰铁在重力作用下分离，坩埚内上层熔盐回收继续使用，下层低磷中碳锰铁，直接经电炉重熔得到最终产品。本发明采用熔盐对固态高碳锰铁进行脱碳处理，温度低，效率高，还可以解决高磷锰矿冶炼得到的非国标高磷高碳锰铁的脱磷脱碳问题。

Description

一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法
技术领域
本发明属于铁合金精炼技术领域，具体涉及一种采用熔盐进行高碳锰铁脱磷脱碳生产低磷中碳锰铁的方法。
背景技术
制取中低碳锰铁有三种方法：电热硅还原法、摇包法和吹氧脱碳法。由于吹氧脱碳过程锰回收率低，目前，常采用电热硅还原法与摇包法。电热硅还原法与摇包法均采用硅锰合金脱硅得到中低碳锰铁，导致中低碳锰铁生产成本较高。如何采用廉价高碳锰铁为原料制备中低碳锰铁一直以来是铁合金领域的技术难题。
中国专利CN 201210289348.8采用一种空气三次吹入熔融态高碳锰铁生产中低碳锰铁，由于空气中氮气含量高，碳氧反应放热量不足，且中低碳锰铁中氮含量过高，使得该项技术推广存在不足。
中国专利CN201010294120.9采用微波加热进行高碳锰铁配加碳酸钙进行脱碳，由于固相扩散慢，脱碳时间长，产品碳含量偏析严重，该技术仍未得到推广应用。
另外，我国锰矿含磷较高，在冶炼过程中，磷几乎全部进入高碳锰铁合金中，采用高磷锰矿冶炼高碳锰铁时，高碳锰铁磷含量会超标，不能满足钢铁企业生产的要求。由于液态锰金属容易氧化和挥发，对高温液态锰铁合金进行氧化脱磷会导致锰的挥发和氧化，降低锰回收率。研究至今，采用高磷锰矿生产的非国标高磷高碳锰铁的脱磷问题仍没有彻底解决。
发明内容
为克服现有技术的不足，受高碳工具钢盐浴处理过程中脱碳现象的启发，本发明提出采用熔盐处理高碳锰铁国标产品进行脱碳与脱磷，以提供一种低成本、低污染、工艺流程短、设备简单的采用高碳锰铁制备低磷中碳锰铁的方法。同时，本发明还可以解决采用高磷锰矿生产的非国标高磷高碳锰铁产品的脱磷与脱碳问题。
为了实现以上技术目标，本发明通过以下技术方案予以实现。
本发明提供了一种以高碳锰铁为原料生产低磷中碳锰铁的方法，具体是：将高碳锰铁破碎为5毫米以下的碎粒，加入到温度为800～1300K的高温电阻炉坩埚中，坩埚内为碱金属与碱土金属的氯化盐和碳酸盐混合熔盐，在空气气氛下进行脱碳脱磷反应，处理时间为2～6小时。脱碳脱磷之后，将坩埚拿出在空气气氛下冷却到常温，熔盐与低磷中碳锰铁在重力作用下分离，坩埚内上层熔盐回收继续使用，下层低磷中碳锰铁，直接重熔得到最终产品，锰回收率为90％～95％。
进一步的，所述高碳锰铁选自国标(GB/T 3795-2006)系列产品FeMn78C8.0、FeMn74C7.5、FeMn68C7.0中的任意一种。
进一步的，所述高碳锰铁为采用高磷锰矿生产得到的非国标高磷高碳锰铁。
进一步的，所述坩埚为粘土坩埚，包括氧化铝坩埚、石英坩埚等。
进一步的，所述混合熔盐为NaCl-Na2CO3、CaCl2-CaCO3、BaCl2-BaCO3、MgCl2-MgCO3、NaCl-CaCl2-Na2CO3、NaCl-Na2CO3-BaCl2-BaCO3以NaCl-CaCl2-Na2CO3-CaCO3中的任一种。不同熔盐对应的最佳反应温度不同，范围为800～1300K。
进一步的，炉内气氛为空气气氛，空气中氧气提供氧化脱碳与氧化脱磷的氧源，可适当添加水蒸气作为氧源，保持空气中含水量在20％以内即可。空气中的氧气和水蒸气能够方便的溶解在熔盐中，通过熔盐较强的流动性和渗入裂缝能力促进锰铁的脱碳脱磷反应进行。以BaCl2-BaCO3熔盐为例说明脱碳脱磷机理。BaCO3加入熔盐后分解为BaO，熔盐中BaO会在熔盐表面与空气中氧发生如式1所示反应，生成BaO2，随后BaO2在熔盐中分解释放溶解氧，如式2所示。熔盐中的溶解氧随着熔盐渗入固态高碳锰铁中，即可进行氧化脱磷脱碳反应。
BaO+0.5O2＝BaO2 (式1)
BaO2＝BaO+[O] (式2)
进一步的，脱碳脱磷前高碳锰铁碳、磷含量分别为5～7％与0.2～0.6％，脱碳脱磷之后，碳、磷含量分别为1.0～2.0％与0.1～0.3％，所述产品低磷中碳锰铁符合国标GB/T3795-2006要求。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1.本发明所使用的原料为廉价高碳锰铁，相比以硅锰合金为原料生产中低碳锰铁，可降低原料成本。
2.本发明为熔盐固相脱碳，相比液态高碳锰铁吹氧脱碳，能耗降低，锰回收率提高。相比采用铁氧化物和锰氧化物等固体物质进行高碳锰铁高温固相脱碳，携带氧离子的熔盐流动性好渗透能力强，可促进氧离子在高碳锰铁内的扩散，从而提高脱碳脱磷反应速度。
3.本发明在实现氧化脱碳的同时可进行氧化脱磷，能解决高磷锰铁生产得到的高磷高碳锰铁的利用问题。
4.本发明可解决铁合金企业进行高碳锰铁破碎过程中产生的粒状高碳锰铁的回收利用问题，即直接用粒状高碳锰铁进行熔盐脱磷脱碳。
5.本发明提供的熔盐固相脱碳脱磷工艺流程短、设备操作简单、对环境污染低。
附图说明
图1为本发明高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
采用块状FeMn68C7.0高碳锰铁破碎，其粒度为5mm以下。当电阻炉温度达到1100K时，取10公斤破碎的高碳锰铁，放入装有NaCl-Na2CO3混合熔盐的氧化铝坩埚中，两种熔盐摩尔比为1:1，熔盐使用量以保证熔盐全部覆盖住高碳锰铁即可。空气气氛中保温2小时。保温过程中，一直向熔盐表面吹入空气，空气流速控制以不溅起表面熔盐为准。将氧化铝坩埚取出，冷却到常温，坩埚内上层熔盐回收继续使用，下层低磷中碳锰铁，直接重熔得到最终产品。产品重量为8.9公斤，脱碳脱磷前后产品的成分见表1。
表1高碳锰铁脱碳脱磷前后的化学成分(wt％)
实施例2
采用块状FeMn74C7.5高碳锰铁破碎，其粒度为5mm以下。当电阻炉温度达到1200K时，取8公斤破碎的高碳锰铁，放入已经装有CaCl2-CaCO3混合熔盐的氧化铝坩埚中，两种熔盐摩尔比为1:1，熔盐使用量以保证熔盐全部覆盖住高碳锰铁即可。空气气氛中保温3小时。保温过程中，一直向熔盐表面吹入加湿空气，其中水蒸气含量为15％，空气流速控制以不溅起表面熔盐为准。将氧化铝坩埚取出，冷却到常温，坩埚内上层熔盐回收继续使用，下层低磷中碳锰铁，直接电炉重熔得到最终产品。产品重量为7.1公斤，锰含量为75.3％，碳含量为1.43％，磷含量为0.171％。
实施例3
采用由高磷锰矿生产的非国标块状高磷高碳锰铁(含锰76.3％，含碳6.52％，含磷0.524％)破碎，其粒度为5mm以下。当电阻炉温度达到1100K时，取11公斤破碎的非国标高碳锰铁，放入已经装有NaCl-Na2CO3-BaCl2-BaCO3混合熔盐的氧化铝坩埚中，四种熔盐对应的摩尔比为4:4:1:1，熔盐使用量以保证熔盐全部覆盖住高碳锰铁即可。空气气氛中保温2小时。保温过程中，一直向熔盐表面吹入空气，空气流速控制以不溅起表面熔盐为准。将氧化铝坩埚取出，冷却到常温，坩埚内上层熔盐回收继续使用，下层低磷中碳锰铁，直接电炉重熔得到最终产品。产品重量为9.8公斤，锰含量为79.3％，碳含量为1.65％，磷含量为0.386％。

Claims (5)

1.一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法，其特征在于，
将高碳锰铁破碎为5毫米以下的碎粒，加入到温度为800～1300K的高温电阻炉坩埚中，坩埚内为碱金属与碱土金属的氯化盐和碳酸盐混合熔盐，熔盐使用量以保证其全部覆盖住高碳锰铁即可；在炉内空气气氛下进行脱碳脱磷反应，处理时间为2～6小时；脱碳脱磷之后，将坩埚拿出在空气气氛下冷却到常温，熔盐与低磷中碳锰铁在重力作用下分离，坩埚内上层熔盐回收继续使用，下层低磷中碳锰铁，直接重熔得到最终产品。
2.如权利要求1所述的一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法，其特征在于，所述高碳锰铁选自国标系列产品FeMn78C8.0、FeMn74C7.5、FeMn68C7.0中的任意一种。
3.如权利要求1所述的一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法，其特征在于，所述高碳锰铁为采用高磷锰矿生产得到的非国标高磷高碳锰铁。
4.如权利要求1所述的一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法，其特征在于，所述混合熔盐为NaCl-Na2CO3、CaCl2-CaCO3、BaCl2-BaCO3、MgCl2-MgCO3、NaCl-CaCl2-Na2CO3、NaCl-Na2CO3-BaCl2-BaCO3以及 NaCl-CaCl2-Na2CO3-CaCO3中的任一种。
5.如权利要求1所述的一种高碳锰铁熔盐脱碳脱磷制备低磷中碳锰铁的方法，其特征在于，在进行炉内脱碳脱磷反应时，添加水蒸气作为氧源，其添加量以保持炉内空气中含水量在20％以内。
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