CN107177772A - 一种含锑钢冶炼过程中锑的加入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含锑钢冶炼过程中锑的加入方法，包括：将铝合金和锑合金放入钢质包装罐内，后通过加热方法加热钢质包装罐至700～900℃，并保温0.5～2小时，使钢质包装罐内的两种合金熔化，但钢质包装罐不被熔化，后在转炉出钢过程中，将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包中的钢水中，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中；所述锑合金和铝合金的质量比为1:1～4:1。本发明的方法可以减少锑及锑化合物的挥发。

Description

一种含锑钢冶炼过程中锑的加入方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种含锑钢冶炼过程中锑的加入方法。

背景技术

锑的相对密度为6.68g/cm³，熔点为630℃，沸点为1635℃。锑的氧化物三氧化二锑的沸点为1425℃。锑和它的许多化合物有毒，其作用机理为抑制酶的活性，且三价锑的毒性要比五价锑大。急性锑中毒的症状也与砷中毒相似，主要表现为引起心脏毒性(表现为心肌炎)，不过锑的心脏毒性还可能引起阿－斯综合征。有报告称，从搪瓷杯中溶解的锑等价于相当于6克酒石酸锑钾时，就会在三天后致人死亡。吸入锑灰也对人体有害，有时甚至是致命的：小剂量吸入时会引起头疼、眩晕和抑郁；大剂量摄入锑灰，例如长期皮肤接触可能引起皮肤炎、损害肝肾、剧烈而频繁的呕吐，甚至死亡。美国职业安全卫生署规定工作环境空气中锑含量在烟雾为100微克/立方米，锑尘为200微克/立方米。美国职业安全卫生署计划将空气中所有锑化合物含量限制在1到5微克/立方米，美国国家职业安全和卫生研究所希望让工人尽量少呼吸到锑以防止膀胱癌。2002年9月，世界卫生组织规定，对水中锑含量和日摄入量应小于0.86微克/千克每日。日本限定宝特瓶中的锑含量应小于200ppm，对热灌装用的饮料，则禁用含锑的宝特瓶。欧盟则规定，食品中的锑含量应小于20ppb，环保极PET纤维中的锑含量不得大于260ppm。

在钢的冶炼过程中，特别是冶炼高牌号无取向硅钢的过程中，Sb可以提高并稳定硅钢的磁性能，Lyudkovs等人通过研究发现：锑能够促进对材料磁性有利的织构组分的形成，与不含锑硅钢相比，含锑硅钢在1.5T下磁导率提高100％，在1.7T下磁导率提高300％。另外，铁损W15/60下降约11％，这些性能上的提高是由于含锑硅钢具有较好的织构和较大的晶粒尺寸。

Sb能提高钢的耐硫酸露点腐蚀性能，09CrCuSb合金管又称ND钢，含Sb:0.04～0.1％,是一种广泛应用于预热器和热交换器的合金钢管，其主要应用于电厂和炼油厂制造在高含硫烟气中工作的省煤器、空气预热器、热交换器和蒸发器等，用以抵御含硫烟气结露腐蚀，是目前国内外最理想的“耐硫酸低温露点腐蚀”用钢材。

但是目前在炼钢过程中，Sb元素只是以块状的形式在转炉出钢的过程中随钢流加入钢包钢水中，或者以块状的形式从RH精炼炉真空室加入至钢水中，块状锑合金加入钢水中后，锑合金被加热熔化，溶入钢水中，但由于块状锑合金外观尺寸大(锑锭的重量约为10kg左右)，块状锑合金完全熔化需较长的时间，锑在钢水中的固溶形式为置换固溶，若锑合金的该熔化过程在钢液表面发生，熔化后的锑合金由于锑沸点低以及在高温下易于氧化等特点挥发到空气中。现有的块状锑合金的加入方法收得率低，Sb的收得率约为20～80％，散失到空气中的Sb元素会严重的危害炼钢职工的身体健康，随着国家对环保的重视，在含锑钢冶炼过程中，钢铁企业迫切需要开发出一种减少Sb及Sb的氧化物挥发的方法。

专利CN201610352491-公开了一种RH精炼所用锑线及其加入方法，其技术措施为：通过利用喂线的方式，将锑线加入至钢液中，同时控制锑线加入位置、加入速度、钢包底吹等因素，尽可能保证大部分锑元素溶于钢液中，极大地减少了锑元素的气化量，使得锑元素的收得率明显提高，相对现有技术而言，是一种工艺简单、易于操作、环境友好的工艺方法。但由于锑线内包裹的为粉末状锑合金，锑线强度低，只能采取低速喂线的方法，以避免锑线在喂入过程中折断，锑线的喂入速度和喂入量受到限制，按锑线的喂入速度为1.5～5m/s,锑线含锑量115g/m计算，200吨钢水中增0.05％的锑，需喂入锑线870米，喂入时间为：174～580秒，而在正常的钢水精炼过程中，无法单独拿出这么长的时间用于钢水增锑。该方法仅适用于小容量钢包或者对钢水微量增锑，适用于对钢水中Sb含量的微调，而对于常规炼钢过程则用途有限。

发明内容

为克服现有技术中加入锑不能满足需求的缺陷，解决锑加入钢水中的问题，本发明提供一种含锑钢冶炼过程中锑的加入方法。

本发明提供的含锑钢冶炼过程中锑的加入方法，包括：

将铝合金和锑合金放入钢质包装罐内，后通过加热钢质包装罐至700～900℃，并保温0.5～2小时，使钢质包装罐内的两种合金熔化，但钢质包装罐不被熔化，后在转炉出钢过程中，将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包中的钢水中，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中；所述锑合金和铝合金的质量比为1:1～4:1。

上述的方法中，所述加热钢质包装罐采用的方法可以为使用煤气加热。

作为上述方法一种更好的选择，所述钢质包装罐可以应用于700～900℃的工作温度，并且可以在转炉出钢时熔化。本领域技术人员可以根据钢水温度选择合适的钢种，如本发明的实施例即选用了65Mn钢种。

作为上述方法一种更好的选择，在转炉出钢前，预先将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包包底，在转炉出钢过程中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中。

作为上述方法另一种更好的选择，在转炉出钢时，将含有液体铝锑合金的钢质包装罐随钢流加入至钢包中的钢水中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化。

作为上述方法一种更好的选择，转炉出钢前，预先在钢包中加入一部分合成渣料，加入的合成渣料为放钢过程中需加入的合成渣料总质量的30％～100％，所述合成渣料为钢水精炼过程中使用的造渣料，可以分为以下两种，第一种为萤石和石灰以1:1～1:9比例混合而成的合成渣，第二种预熔铝酸钙和石灰以1:1～1:5比例混合而成的合成渣，出钢后，合成渣在钢流作用下被加热熔化，由于合成渣比热容量约为钢水比热的1.5倍，钢液温度也相应下降，锑合金加入后所处环境的温度较低，减弱了锑合金沸腾挥发的热力学条件。

作为上述方法一种更好的选择，对于需要对钢水增碳的钢种，采用活性炭对钢水进行增碳。活性炭的加入量根据钢水的目标碳含量和转炉出钢前钢水中的碳含量进行计算，计算时活性炭的回收率可按70％计算，活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到钢渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附气化锑及气化氧化锑的作用。

采用本发明的方法，可以减少锑及锑化合物的挥发。本发明减少锑及锑化合物挥发的途径包括：

a:在出钢钢流的作用下，包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中。由于锑合金不需在钢包中进行固态到液态的转变，锑合金溶入钢水中的时间减少，锑合金挥发至空气中的机会相应的亦减少；

b:铝锑合金和钢水均为液态，液体与液体间的传质条件良好，在出钢钢流的作用下，铝锑合金和钢水在涡流的环境下快速混匀，减少锑合金上浮到钢液表面的机会，也就减少了锑合金在钢液表面的挥发；

c:铝锑合金中的铝金属性强于锑，会被钢水中或空气中的氧优先氧化，减少了锑被氧化的机会，也就相应了减少了氧化锑的产生量。

本发明相对于现有技术具有如下的优势：

1、本发明预先将铝锑合金加热为液态，将液态铝锑合金加入到钢水中后，液态锑与液态钢水间的传质条件良好，液态锑能快速溶入到钢水中，减少了锑元素溶入钢水中所花费的时间，减少了锑及锑化合物的挥发。

2、转炉放钢前，预先在钢包中加入一部分冷态合成渣料，用于降低钢水的温度，将锑合金加入到较低温度的钢水中，锑元素的挥发量会降低。

3、采用活性炭对钢水进行增碳，活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到钢渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附气化锑及气化氧化锑的作用。

具体实施方式

如下为本发明的实施方式，其仅用作对本发明的解释而并非限制。

本发明加入锑的方法典型包括如下步骤：

将锑合金和铝合金混合放入钢质包装罐内，钢质包装罐的壁厚为2～5mm，每个钢质包装罐内装入20～40kg锑合金和铝合金的混合物，锑合金和铝合金的质量比为1:1～4:1；将钢质包装罐密封后通过煤气加热等方法加热钢质包装罐至700～900℃，并保温0.5～2小时，钢质包装罐内的铝合金和锑合金熔化，铝锑合金被加热至液态，在转炉出钢过程中，将罐装的液态铝锑合金随钢流加入钢包钢水中，包装罐可以快速被钢水熔化。铝锑合金和钢水均为液态，液体与液体间的传质条件良好，在出钢钢流的作用下，铝锑合金和钢水在涡流的环境下快速混匀，减少了锑合金溶入钢水中所花费的时间减少、减少了锑合金上浮到钢液表面的机会，也就减少了锑合金在钢液表面挥发的机会，并且由于铝合金的影响，减少了锑被氧化的机会，也就减少了氧化锑的生成量。

本领域技术人员可以根据钢水温度选择合适的钢种，如选用了65Mn钢种。

将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包中的钢水中的方法可以分为以下两种方法：方法一为：在转炉出钢前，预先将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包包底，在转炉出钢过程中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中。方法二为：在转炉出钢过程中，将含有液体铝锑合金的钢质包装罐随钢流加入至钢包中的钢水中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化。

转炉出钢前，预先在钢包包底中加入一部分合成渣料，加入的合成渣料为放钢过程中需加入的合成渣料总量的30％～100％，合成渣料为钢水精炼过程中使用的造渣料，可以分为以下两种，第一种为萤石和石灰以1:1～1:9比例混合而成的合成渣，第二种预熔铝酸钙和石灰以1:1～1:5比例混合而成的合成渣，放钢后，合成渣在钢流作用下被加热熔化，由于合成渣比热容量约为钢水比热的1.5倍，钢液温度也相应下降，锑合金加入后所处环境的温度较低，减弱了锑合金沸腾挥发的热力学条件。

对于需要在转炉放钢过程中增碳的钢种，例如09CrCuSb合金钢，采用活性炭对钢水进行增碳，活性炭的加入量根据钢水的目标碳含量和转炉出钢前钢水中的碳含量进行计算，活性炭的回收率按70％计算，活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到钢渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附气化锑及气化氧化锑的作用。

上述过程中加入各金属元素的量可以按照常规方式进行计算。

如下为具体含锑钢冶炼过程中锑的加入方法。

实施例1：

转炉冶炼09CrCuSb合金钢，转炉公称吨位为200t,转炉放钢前，预先将铝锑合金加热至液态，具体措施为：将锑合金和铝合金混合放入钢质包装罐内，钢质包装罐的壁厚为2mm，每个钢质包装罐内装入20kg锑锭和铝粒的混合物，锑合金和铝合金的质量比为1:1，即钢质包装罐内含10kg锑锭和10kg铝粒，将钢质包装罐密封后通过煤气加热等方法加热钢质包装罐至700℃，并保温0.5小时，钢质包装罐内的铝粒和锑锭熔化，铝锑合金被加热至液态，在转炉出钢前，预先将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包包底，在转炉出钢过程中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中，共加入10罐铝锑合金。铝锑合金和钢水均为液态，液体与液体间的传质条件良好，在出钢钢流的作用下，铝锑合金和钢水在涡流的环境下快速混匀，减少了锑合金溶入钢水中所花费的时间，减少了锑合金上浮到钢液表面的机会，也就减少了锑合金在钢液表面挥发的机会，并且由于铝合金易被氧化的影响，减少了锑被氧化的机会，也就减少了氧化锑的生成量。

转炉放钢前，预先在钢包包底中加入一部分合成渣料，合成渣料为萤石和石灰以1:9比例混合而成的合成渣，加入的合成渣料为放钢过程中需加入的合成渣料总量的30％，即加入500kg合成渣料，放钢后，合成渣在钢流作用下被加热熔化，由于合成渣比热容量约为钢水比热的1.5倍，钢液温度也相应下降，锑合金加入后所处环境的温度较低，减弱了促使锑合金沸腾挥发的热力学条件，也就减少锑合金沸腾挥发的可能性。

对于需要在转炉出钢过程中增碳的钢种，例如09CrCuSb合金钢，采用活性炭对钢水进行增碳，活性炭的加入量根据钢水的目标碳含量和转炉出钢前钢水中的碳含量进行计算，活性炭的回收率按70％计算，即加入活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到钢渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附气化锑及气化氧化锑的作用。

钢包由转炉运入LF精炼炉工位，经过LF精炼后，运往连铸工位浇注，经检测铸坯中的Sb元素含量为0.049％，Sb元素的回收率为98％，大幅减少了挥发到大气中的锑及锑化合物的量。

实施例2

转炉冶炼硅钢W600，转炉公称吨位为200t,转炉放钢前，预先将铝锑合金加热至液态，具体措施为：将锑锭和铝粒混合放入钢质包装罐内，钢质包装罐的壁厚为5mm，每个钢质包装罐内装入40kg锑锭和铝粒的混合物，锑合金和铝合金的质量比为4:1，即钢质包装罐内含32kg锑锭和8kg铝粒，将钢质包装罐密封后通过煤气加热等方法加热钢质包装罐至900℃，并保温2小时，钢质包装罐内的铝粒和锑锭熔化，铝锑合金被加热至液态，在转炉放钢过程中，将罐装的液态铝锑合金随钢流加入钢包钢水中，共加入3罐铝锑合金。铝锑合金和钢水均为液态，液体与液体间的传质条件良好，在出钢钢流的作用下，铝锑合金和钢水在涡流的环境下快速混匀，减少了锑合金溶入钢水中所花费的时间，减少了锑合金上浮到钢液表面的机会，也就减少了锑合金在钢液表面挥发的机会，并且由于铝合金易被氧化的影响，减少了锑被氧化的机会，也就减少了氧化锑的生成量。

转炉出钢前，预先在钢包包底中加入一部分合成渣料，合成渣料为预熔铝酸钙和石灰以1:1比例混合而成的合成渣，加入的合成渣料为放钢过程中需加入的合成渣料总量的100％，即加入1600kg合成渣料，放钢后，合成渣在钢流作用下被加热熔化，钢液温度也相应下降，锑合金加入后所处环境的温度较低，减弱了锑合金沸腾挥发的热力学条件。

钢包由转炉运入RH精炼炉工位，经过RH精炼后，钢水上连铸工位浇注，经过连铸浇注后，经检测铸坯中的Sb元素含量为0.047％，Sb元素的回收率为94％，大幅减少了挥发到大气中的锑及锑化合物的量。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种含锑钢冶炼过程中锑的加入方法，包括：

将铝合金和锑合金放入钢质包装罐内，后通过加热钢质包装罐至700～900℃，并保温0.5～2小时，使钢质包装罐内的两种合金熔化，但钢质包装罐不被熔化，后在转炉出钢过程中，将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包中的钢水中，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中；所述锑合金和铝合金的质量比为1:1～4:1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在转炉出钢前，预先将含有液体铝锑合金的钢质包装罐加入至钢包包底，在转炉出钢过程中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化，液态铝锑合金溶入钢水中。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在转炉出钢时，将含有液体铝锑合金的钢质包装罐随钢流加入至钢包中的钢水中，钢流冲击钢质包装罐，钢质包装罐被钢水熔化。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转炉出钢前，预先在钢包中加入一部分合成渣料，加入的合成渣料为放钢过程中需加入的合成渣料总质量的30％～100％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于需要对钢水增碳的钢种，采用活性炭对钢水进行增碳。