CN107674939A - 一种脱磷化渣剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种脱磷化渣剂，其组成成分按重量百分比计包括：CaO25‑40％、Na2CO312‑25％、FeO8‑25％、SiO28‑25％、Cr2O35‑10％及余量的杂质。本申请提供一种脱磷化渣剂，将该脱磷化渣剂应用于吹炼后的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能。

Description

一种脱磷化渣剂及其应用
技术领域
本发明涉及转炉半钢炼钢技术领域，具体涉及一种脱磷化渣剂及其应用。
背景技术
高炉-转炉法是最早也是目前成功应用于冶炼钒钛磁铁矿工精矿的方法。目前该工艺已经非常成熟，能回收90％的铁、80％的钒。在很大程度上解决了钒的利用问题，其工艺流程为钒钛磁铁矿精矿经过球团或者烧结工序造块处理后进入高炉冶炼，在此过程中大部分的钒被焦炭、煤气还原进入铁水，钛未被回收而进入炉渣。而后含钒铁水中的钒经过转炉提钒而氧化进入钒渣，半钢则用于半钢炼钢。钒渣经破碎、磁选、焙烧、水浸、沉钒等工序处理最终得到五氧化二钒产品。
在高炉炼铁的生产过程，由于其还原性气氛不可避免的会将造渣剂、矿石、还原剂中的磷还原进入铁水。同时在铁水预处理、炼钢等过程也会因为造渣剂、废钢等原料中含有磷而将磷带入铁水。
磷以[Fe2P]或[Fe3P]的形式存在于液钢中，在钢材中则以置换固溶体的形式存在。但是在大多数钢种中磷元素会在很大程度上降低钢材的抵抗力，导致冷脆、回火脆性等现象发生。因此，需要在炼钢过程中加入脱磷剂，以提高钢材的性能，而目前所采用的脱磷剂，其脱磷效果较差，脱磷后钢水中磷的含量仍大于0.01％。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种脱磷化渣剂，将该脱磷化渣剂应用于吹炼后的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种脱磷化渣剂，其组成成分按重量百分比计包括：CaO25-40％、Na2CO312-25％、FeO8-25％、SiO28-25％、Cr2O35-10％及余量的杂质。
优选的，所述脱磷化渣剂的组成成分按重量百分比计包括：CaO25-35％、Na2CO318-25％、FeO15-25％、SiO28-15％、Cr2O38-10％及余量的杂质。
优选的，所述化渣剂主要由石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵制备得到。
优选的，所述制备化渣剂的原料按重量百分比计包括：石灰石15-25％、钛铁矿30-45％、提钒尾渣8-15％、膨润土5-15％及重铬酸铵5-15％。
优选的，所述制备方法为：按重量百分比将石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵混合，成型，再烘干，即得化渣剂
优选的，所述烘干的温度为120-150℃。
一种采用上述化渣剂的半钢炼钢方法，所述方法为：通过氧枪对转炉内的半钢钢水吹炼，并向转炉内加入石灰、轻烧白云石及上述的化渣剂。
优选的，所述转炉内加入石灰、轻烧白云石及化渣剂的重量比为1:0.20-0.4:0.15-0.40。
优选的，所述吹炼时间为12-15min；其中，吹炼开始5min内，氧枪枪位为1.5-1.7m；吹炼开始5-12min内，氧枪枪位为1.7-2.0mm；吹炼开始12-15min内，氧枪枪位为1.2-1.5m。
优选的，所述通过氧枪吹炼后得到炉渣的碱度为4.0-8.0。
本发明提供一种脱磷化渣剂，组成成分按重量百分比计包括：CaO25-40％、Na2CO312-25％、FeO8-25％、SiO28-25％、Cr2O35-10％及余量的杂质。本申请是通过向炉内添加氧化性脱磷剂，使磷元素被氧化成5价，使磷元素以氧化形式固定在熔渣中，从而达到去除与固定铁水中磷元素的目的。其中，本申请提出在脱磷化渣剂中加入氧化钙及一氧化铁进行脱磷除杂，其反应式如下：
2P+5FeO+3CaO＝3CaO·P2O5+5Fe
反应后生成较为稳定的化合物CaO·P2O5，从而达到除磷的效果，其中，虽然氧化钙与磷具有很强的结合能力，价格低廉，但其熔点较高，在脱磷过程中只能作为固定剂使用，因此，需要在脱磷化渣剂中引入助熔剂。
同时，本申请提出在脱磷化渣剂中加入碳酸钠，其原因在于，碳酸钠的使用成本较低，且熔点低可不用助熔剂，同时其也可以作为助熔剂与其它脱磷剂配合使用。碳酸钠在高温下可生成氧化钠及二氧化碳，其中，氧化钠是强氧化性化合物，部分的磷元素被氧化而生成磷的氧化物。同时，碳酸钠分解所得二氧化碳也会参加反应，同样可以氧化部分磷元素生成磷的氧化物，其反应式如下：
5Na2O+2P＝P2O5+10Na
5CO2+2P＝P2O5+5CO
在脱磷化渣剂中加入碳酸钠而不直接加入氧化钠的目的在于，氧化钠在高温下容易蒸发，生成钠蒸汽，处理时容易冒白烟，易造成材料的损失，因此，在脱磷化渣剂中加入碳酸钠而非氧化钠以减少蒸发损失。
本申请还提出在脱磷化渣剂中加入氧化硅及氧化铬，其原因在于，在脱磷化渣剂中加入氧化硅可降低反应熔点，使磷元素在较低温度下被氧化，降低反应温度，从而降低生产成本，同时，氧化铬可将磷元素氧化生成氧化磷而达到去除铁水中磷元素的效果，其反应式如下：
5Cr2O3+6P＝3P2O5+10Cr
其中，本申请还充分公开脱磷化渣剂中组分的配比及制备方法，并将该脱磷化渣剂与石灰及轻烧白云石以一定的重量比例混合，应用于吹炼后的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能。
本申请还公开了吹炼后炉渣的碱度在4.0-8.0的范围内，碱度的增加虽有利于脱去钢水中的磷元素，但不利于后续的提钒工序，因此，本申请通过多次试验提出将炉渣的碱度控制在4.0-8.0的范围内，以同时达到脱磷、提钒的目的。
本发明取得的积极成果为：
提出一种脱磷化渣剂，其可将钢水中的磷元素氧化生成五氧化二磷而将磷元素固定在炉渣中，达到去除钢水中磷元素的目的；同时，本申请提出将该脱磷化渣剂与石灰及轻烧白云石以一定比例混合，并应用于吹炼后碱度在4.0-8.0范围内的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
在高炉炼铁的生产过程，由于其还原性气氛不可避免的会将造渣剂、矿石、还原剂中的磷还原进入铁水。同时在铁水预处理、炼钢等过程也会因为造渣剂、废钢等原料中含有磷，而将磷带入铁水。
磷以[Fe2P]或[Fe3P]的形式存在于液钢中，在钢材中则以置换固溶体的形式存在。但是在大多数钢种中磷元素会在很大程度上降低钢材的抵抗力，导致冷脆、回火脆性等现象发生。
磷和碳、硅、硼等元素一样能显著的提高钢材的脆性转变温度。所以，即使钢材中的磷含量不高，也会因为磷在部分区域的严重偏析而导致某个区域磷含量很高，从而导致钢材的冷脆转变温度升高。所以，磷的突出危害是导致钢材产生冷脆现象，并且随着钢材中磷含量的增加而更显著。因此，弹簧钢、高速工具钢、轴承钢和优质碳素钢等钢种对磷元素含量有着非常严格的要求。
磷使钢材在250-400℃回火时，产生低温回火脆性。并且这种回火脆性无法通过再次加热的方法而消除。碳素工具钢需要进行退火、淬火、回火等热处理工艺时，要严格控制钢材中的磷含量。在碳钢中，磷元素是相对较弱的脆化元素，与合金元素一起共偏聚会加剧钢材的高温回火脆性。为消除钢材的回火脆性，应当将钢水的磷含量控制在0.01％以下。
磷在连铸坯中的偏析度仅次于硫，并且在铁的固溶体中的扩散速率非常小，导致钢材局部组织异常，机械性能不均匀。所以磷在钢材中的偏析很难消除，其也严重影响了钢材的性能。因此不锈钢、IF钢和管线钢等要求较高焊接性能的钢种对磷含量的要求非常严格，并且因为硫的偏析度也很高，所以也要求硫含量尽量的低。
此外磷还会加剧不锈钢的晶间腐蚀。研究发现具有极佳抗腐蚀效果的304不锈钢在500-900℃条件下进行热处理时，由于磷元素在固溶时向晶界富集，所以很容易发生晶间腐蚀和晶间应力腐蚀而导致钢件脆裂。但是类似的热处理在焊接过程是避免不了的，所以会发生此类局部晶间应力腐蚀脆裂。同时也有研究发现，304不锈钢在550-850℃之间进行热处理时，晶界表面磷元素的浓度很快比原始浓度升高了25-40％，并且热处理温度越高，晶界表面的磷元素浓度越高，钢材的耐冲击性能也因此大大降低。除此之外，磷还会破坏电工钢的电磁性能，影响高猛钢的耐磨性和寿命，使铸坯表面产生裂纹、引发氢致裂纹和应力腐蚀裂纹等。
基于以上所述关于磷元素对钢材的危害性，本申请提出一种脱磷化渣剂，并将其应用于吹炼后的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能。
本发明提供的技术方案是一种脱磷化渣剂，组成成分按重量百分比计包括：CaO25-40％、Na2CO312-25％、FeO8-25％、SiO28-25％、Cr2O35-10％及余量的杂质。本申请是通过向炉内添加氧化性脱磷剂，使磷元素被氧化成5价，使磷元素以氧化形式固定在熔渣中，从而达到去除与固定铁水中磷元素的目的。其中，本申请提出在脱磷化渣剂中加入氧化钙及一氧化铁进行脱磷除杂，其反应式如下：
2P+5FeO+3CaO＝3CaO·P2O5+5Fe
反应后生成较为稳定的化合物CaO·P2O5，从而达到除磷的效果，其中，虽然氧化钙与磷具有很强的结合能力，价格低廉，但其熔点较高，在脱磷过程中只能作为固定剂使用，因此，需要在脱磷化渣剂中引入助熔剂。
同时，本申请提出在脱磷化渣剂中加入碳酸钠，其原因在于，碳酸钠的使用成本较低，且熔点低可不用助熔剂，同时其也可以作为助熔剂与其它脱磷剂配合使用。碳酸钠在高温下可生成氧化钠及二氧化碳，其中，氧化钠是强氧化性化合物，部分的磷元素被氧化而生成磷的氧化物。同时，碳酸钠分解所得二氧化碳也会参加反应，同样可以氧化部分磷元素生成磷的氧化物，其反应式如下：
5Na2O+2P＝P2O5+10Na
5CO2+2P＝P2O5+5CO
在脱磷化渣剂中加入碳酸钠而不直接加入氧化钠的目的在于，氧化钠在高温下容易蒸发，生成钠蒸汽，处理时容易冒白烟，易造成材料的损失，因此，在脱磷化渣剂中加入碳酸钠而非氧化钠以减少蒸发损失。
本申请还提出在脱磷化渣剂中加入氧化硅及氧化铬，其原因在于，在脱磷化渣剂中加入氧化硅可降低反应熔点，使磷元素在较低温度下被氧化，降低反应温度，从而降低生产成本，同时，氧化铬可将磷元素氧化生成氧化磷而达到去除铁水中磷元素的效果，其反应式如下：
5Cr2O3+6P＝3P2O5+10Cr
其中，本申请还充分公开脱磷化渣剂中组分的配比及制备方法，并将该脱磷化渣剂与石灰及轻烧白云石以一定的重量比例混合，应用于吹炼后的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能。
本申请还公开了吹炼后炉渣的碱度在4.0-8.0的范围内，碱度的增加虽有利于脱去钢水中的磷元素，但不利于后续的提钒工序，因此，本申请通过多次试验提出将炉渣的碱度控制在4.0-8.0的范围内，以同时达到脱磷、提钒的目的。
本申请提供的技术方案是一种脱磷化渣剂，其组成成分按重量百分比计包括：CaO25-40％、Na2CO312-25％、FeO8-25％、SiO28-25％、Cr2O35-10％及余量的杂质。其中，优选的所述脱磷化渣剂组成成分按重量百分比计包括：CaO25-35％、Na2CO318-25％、FeO15-25％、SiO28-15％、Cr2O38-10％及余量的杂质。其中，所述化渣剂主要由石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵制备得到；所述制备化渣剂的原料按重量百分比计包括：石灰石15-25％、钛铁矿30-45％、提钒尾渣8-15％、膨润土5-15％及重铬酸铵5-15％；所述制备方法为：按重量百分比将石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵混合，成型，再烘干，即得化渣剂。其中，所述烘干的温度为120-150℃。
将上述脱磷化渣剂与石灰及轻烧白云石以一定的重量比例混合，并应用于吹炼后的钢水中，使钢水中磷的含量低于0.01％，从而提高钢材的性能；其中，石灰、轻烧白云及脱磷化渣剂的重量比为1:0.20-0.4:0.15-0.40；所述吹炼后得到炉渣的碱度为4.0-8.0。
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种脱磷化渣剂，其组成成分按重量百分比计包括：CaO35％、Na2CO325％、FeO10％、SiO215％、Cr2O310％及余量的杂质，其中，所述化渣剂的原料按重量百分比计包括：石灰石25％、钛铁矿30％、提钒尾渣15％、膨润土15％及重铬酸铵15％。所述脱磷化渣剂的制备方法为：按重量百分比将石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵混合，成型，在120℃条件下烘干，即得化渣剂。
一种采用上述脱磷化渣剂的半钢炼钢方法，所述方法为：通过氧枪对转炉内的半钢钢水吹炼，并向转炉内加入石灰、轻烧白云石及上述化渣剂；其中，所述转炉内加入石灰、轻烧白云石及化渣剂的重量比为1:0.3:0.2；所述吹炼时间为12min；其中，吹炼开始5min内，氧枪枪位为1.5m；吹炼开始10min内，氧枪枪位为1.8mm；吹炼开始12min内，氧枪枪位为1.3m；所述通过氧枪吹炼后得到炉渣的碱度为5.0。
将上述脱磷化渣剂应用于吹炼后的钢水中，所得钢水中磷含量低于0.01％。
实施例2：
一种脱磷化渣剂，其组成成分按重量百分比计包括：CaO40％、Na2CO320％、FeO25％、SiO28％、Cr2O35％及余量的杂质，其中，所述化渣剂的原料按重量百分比计包括：石灰石22％、钛铁矿45％、提钒尾渣15％、膨润土8％及重铬酸铵10％。所述脱磷化渣剂的制备方法为：按重量百分比将石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵混合，成型，在140℃条件下烘干，即得化渣剂。
一种采用上述脱磷化渣剂的半钢炼钢方法，所述方法为：通过氧枪对转炉内的半钢钢水吹炼，并向转炉内加入石灰、轻烧白云石及上述化渣剂；其中，所述转炉内加入石灰、轻烧白云石及化渣剂的重量比为1:0.2:0.4；所述吹炼时间为15min；其中，吹炼开始5min内，氧枪枪位为1.6m；吹炼开始12min内，氧枪枪位为2.0mm；吹炼开始15min内，氧枪枪位为1.3m；所述通过氧枪吹炼后得到炉渣的碱度为8.0。
将上述脱磷化渣剂应用于吹炼后的钢水中，所得钢水中磷含量低于0.01％。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种脱磷化渣剂，其特征在于，其组成成分按重量百分比计包括：CaO25-40％、Na2CO312-25％、FeO8-25％、SiO28-25％、Cr2O35-10％及余量的杂质。
2.根据权利要求1中所述一种脱磷化渣剂，其特征在于，其组成成分按重量百分比计包括：CaO25-35％、Na2CO318-25％、FeO 15-25％、SiO28-15％、Cr2O38-10％及余量的杂质。
3.根据权利要求1中所述一种脱磷化渣剂，其特征在于，所述化渣剂主要由石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵制备得到。
4.根据权利要求3中所述一种脱磷化渣剂，其特征在于，所述制备化渣剂的原料按重量百分比计包括：石灰石15-25％、钛铁矿30-45％、提钒尾渣8-15％、膨润土5-15％及重铬酸铵5-15％。
5.根据权利要求1-4中所述一种脱磷化渣剂，其特征在于，所述制备方法为：按重量百分比将石灰石、钛铁矿、提钒尾渣、膨润土及重铬酸铵混合，成型，再烘干，即得化渣剂。
6.根据权利要求5中所述一种脱磷化渣剂，其特征在于，所述烘干的温度为120-150℃。
7.一种采用如权利要求1-4中所述一种脱磷化渣剂的半钢炼钢方法，其特征在于，所述方法为：通过氧枪对转炉内的半钢钢水吹炼，并向转炉内加入石灰、轻烧白云石及权利要求1-4中所述的化渣剂。
8.根据权利要求7中所述半钢炼钢方法，其特征在于，所述转炉内加入石灰、轻烧白云石及化渣剂的重量比为1:0.20-0.4:0.15-0.40。
9.根据权利要求7中所述半钢炼钢方法，其特征在于，所述吹炼时间为12-15min；其中，吹炼开始5min内，氧枪枪位为1.5-1.7m；吹炼开始5-12min内，氧枪枪位为1.7-2.0mm；吹炼开始12-15min内，氧枪枪位为1.2-1.5m。
10.根据权利要求7中所述半钢炼钢方法，其特征在于，所述通过氧枪吹炼后得到炉渣的碱度为4.0-8.0。
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