CN109852756A

CN109852756A - 一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂

Info

Publication number: CN109852756A
Application number: CN201910169950.XA
Authority: CN
Inventors: 李�杰; 梁鹏; 王志; 胡金文; 江志
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-06-07

Abstract

本发明公开了一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，属于钢铁冶金技术领域。它包括CaO、BaCO₃、铁氧化物、CaF₂、Cr₂O₃和添加剂，其中添加剂为稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐；CaO与BaCO₃之间质量比为1∶15～3∶5，CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比为7∶18～25∶6。本发明的脱磷剂能够满足高炉使用红土镍矿后生产的含铬铁水的预处理需求，保证良好的化渣效果，有效降低含铬铁水中的含磷量，并且减少对环境造成的污染。

Description

一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，更具体地说，涉及一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂。

背景技术

随着国际铁矿石价格的持续走高以及高品位铁矿石的不断消耗，在高炉冶炼中添加红土镍矿具有很好的降低成本的优势，但是在冶炼过程中矿石中的Cr元素会被还原到铁水中，影响铁水质量。而且，当Cr含量达到0.20％以上时，由于Cr与P参与氧化反应的活性比较接近，Cr优先于P氧化，大量Cr元素氧化生成的Cr₂O₃会进入到炉渣中，导致炉渣粘稠，化渣困难，使得氧化反应的动力学条件和操作条件恶化，从而阻碍脱磷的顺利进行。含铬铁水中的含磷量是制约红土镍矿在高炉冶炼中使用的关键因素。

经检索发现，中国专利申请公开号CN103789501A，申请日：2012年11月3日的发明专利公开了一种不锈钢冶炼用脱磷剂，该发明针对不锈钢钢种铬含量高的特点，采用造粒的方法制备脱磷剂，脱磷剂由28～32份碳酸钙、16～20份碳酸钡、26～28份氟化钙、5～9份三氧化二铬、4～8份石英砂和18～22份氧化镁组成，但是该发明没有提及脱磷剂的脱磷效果，而且脱磷剂中大量使用氟化钙作为助溶剂，帮助化渣，但氟化钙会侵蚀炉衬，降低炉衬使用寿命，同时会造成严重的环境污染。

中国专利申请公开号CN1840713A，申请日：2005年3月31日的发明专利公开了一种含铬铁水的脱磷剂，其由18～25％的CaO、45～56％的BaO、20～30％的CaF₂、2～7％的Cr₂O₃、不大于2％的SiO₂和不大于0.2％的H₂O组成。采用此脱磷剂，可以使含铬铁水的含磷量降低30～50％。虽然该发明可以降低不锈钢等含铬钢材中的含磷量，但是脱磷率相对较低，同时也大量使用了氟化物，不仅对环境造成污染，而且还导致钢厂积压大量的炼钢废渣，使得钢厂的利用空间大量减少。

中国专利申请公开号CN1948514A，申请日：2006年11月9日的发明专利公开了一种利用碳酸钡系渣料对含铬铁水同时脱磷脱硫的方法，该碳酸钡系渣料脱磷剂中各组分及重量百分比为：BaCO₃：50～100％，FeO：0～50％，Cr₂O₃：0～5％。该发明的方法为：在1420℃熔化含铬生铁，生铁含磷量为0.06～0.085％。待铁水熔清后分两批加入配制好的重量为生铁10％的碳酸钡系渣料，间隔2分钟，采用这种脱磷剂可以稳定地脱磷到0.02％以下。虽然这种脱磷剂脱磷效果较好，而且不含氟化物，对环境没有污染，但是该脱磷剂针对含铬量为2％～10％且含磷量在0.1％以下的含铬铁水，无法处理更高含铬量和含磷量的铁水。

综上所述，为了使红土镍矿在高炉冶炼中更好地使用，需要一种满足高炉使用红土镍矿后生产的含铬铁水的预处理需求，保证良好化渣效果，有效降低含铬铁水中的含磷量，并且减少环境污染的脱磷剂。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中高炉使用红土镍矿后导致的含铬铁水脱磷过程中化渣困难、脱磷率低、脱磷剂造成环境污染等问题，本发明提供一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，该脱磷剂是一种简单、高效的含铬铁水预处理脱磷造渣剂，能够满足高炉使用红土镍矿后生产的含铬铁水的预处理需求，有效降低含铬铁水中的含磷量，在保证化渣效果的同时减少脱磷剂中氟化物的添加量，从而减少环境污染。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，包括CaO、BaCO₃、铁氧化物、CaF₂、Cr₂O₃和添加剂，其中添加剂为稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐；所述CaO与BaCO₃之间质量比为1∶15～3∶5，所述CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比为7∶18～25∶6。

优选地，所述脱磷剂包含下列以质量百分比计的组分：2～12％的CaO、20～30％的BaCO₃、50～60％的铁氧化物、3.5～12.5％的CaF₂、5％的Cr₂O₃以及3～9％的稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐。

优选地，所述脱磷剂包含下列质量百分比的组分：6～12％的CaO、20～25％的BaCO₃、50～56％的铁氧化物、6～9％的CaF₂、5％的Cr₂O₃以及3～6％的稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐。

优选地，所述BaCO₃可以用等Ba含量的BaO替代。

优选地，所述铁氧化物为Fe₂O₃，或等铁含量的FeO或Fe₃O₄，或使用等铁含量的FeO、Fe₃O₄和轧钢铁皮替代。

优选地，所述稀土金属氧化物为La₂O₃或CeO₂。

优选地，所述碱金属碳酸盐为Li₂CO₃或Na₂CO₃，或使用等锂含量的Li₂O或等钠含量的Na₂O替代。

优选地，所述CaO是通过将块状分析纯石灰在700℃下保温8h活化后研碎成粉末而制备得到的。

优选地，所述CaF₂可以用同等含量的萤石替代。

使用上述脱磷剂对含铬铁水进行脱磷预处理的方法，具体步骤为：

S100、混合CaO、BaCO₃、Fe₂O₃、CaF₂、Cr₂O₃以及稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐，得到脱磷剂；

S200、在惰性气氛保护下，熔化含铬生铁，待铁水熔清后加入步骤S100中得到的脱磷剂，并且保温；

S300、冷却至室温，且取样分析。

优选地，步骤S200中加入的脱磷剂与铁水之间的质量比为3∶20～1∶5。

优选地，步骤S200中加入脱磷剂后，每3～7分钟搅拌一次。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，包括CaO、BaCO₃、铁氧化物、CaF₂、Cr₂O₃和添加剂，其中添加剂为稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐；CaO与BaCO₃之间质量比为1∶15～3∶5，CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比为7∶18～25∶6，将CaO与BaCO₃，CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐的质量比控制在适当的比例下，可以实现该脱磷剂对含铬铁水的良好脱磷效果，该脱磷剂对磷含量在0.15％左右，铬含量在0.25％的含铬铁水的预处理脱磷率可达65％～90％，满足高炉使用红土镍矿后生产的含铬铁水的预处理需求；

(2)本发明的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，通过加入适量的稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐来替代CaF₂作为助熔剂，稀土氧化物能够电离出O^2-，使熔渣中的复合阴离子解体，提高熔渣流动性，同时与熔渣中SiO₂等酸性物质生成低熔点物质，使熔化温度降低，有利于熔渣熔化，此外碱金属碳酸盐比CaO碱性更强，不仅具有极强的脱磷能力，而且能生成低熔点物相，改善熔渣流动性，通过将CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比控制在7∶18～25∶6，在保证良好的化渣效果的同时减少了脱磷剂中氟化物的添加量，从而减少对炉衬的侵蚀和对环境造成的污染；

(3)使用本发明的脱磷剂对含铬铁水进行脱磷预处理的方法简单、有效，解决了高炉使用红土镍矿后导致的铁水脱磷过程中炉渣粘稠，脱磷率低的问题，有助于发挥高炉添加红土镍矿的性价比优势，降低高炉冶炼的生产成本。

附图说明

图1为本发明的脱磷剂对含铬铁水进行脱磷预处理的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

本发明的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，包括CaO、BaCO₃、铁氧化物、CaF₂、Cr₂O₃和添加剂，其中添加剂为稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐；CaO与BaCO₃之间质量比为1∶15～3∶5，CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比为7∶18～25∶6。

值得注意的是，由于BaO渣系脱磷效果优于CaO基渣系，但是BaO的成本比CaO的成本高，为了在保证脱磷效果的同时降低脱磷剂的制备成本，本发明采用以BaCO₃为基础，加入适量的CaO，并且将CaO与BaCO₃之间质量比控制在1∶15～3∶5，含有该比例范围内的CaO与BaCO₃的脱磷剂结合了BaO和CaO二者优点，实现了对含铬铁水的良好脱磷效果。

此外，由于本发明的脱磷剂中存在BaCO₃，所以需要加入相当数量的助熔剂来促进化渣，现有技术中常用的助熔剂主要为CaF₂，但是CaF₂会对环境造成污染。为了在保证脱磷效果的同时减少对环境的污染，本发明通过加入适量的稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐来替代CaF₂，并且将CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比控制在7∶18～25∶6，含有该比例范围内的CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐的脱磷剂，保证了良好的化渣效果，从而实现了对含铬铁水的良好脱磷效果，并且减少了脱磷剂中氟化物的添加量，从而减少环境污染。

需要进一步说明的是，本发明的脱磷剂中的CaO是通过将块状分析纯石灰在700℃下保温8h活化后研碎成粉末而制备得到的。其特点是：晶粒细小、体积密度小、气孔隙率高、比表面积大、熔解速度快、反应能力强。使用这种活性石灰，石灰表面很难形成致密的硅酸二钙硬壳，有利于石灰快速渣化，同时提高脱磷效果。此外，本发明的脱磷剂中的BaCO₃可以用等Ba含量的BaO替代；铁氧化物为Fe₂O₃，或等铁含量的FeO或Fe₃O₄，或使用等铁含量的FeO、Fe₃O₄和轧钢铁皮替代；CaF₂可以用同等含量的萤石替代；稀土金属氧化物为La₂O₃或CeO₂；碱金属碳酸盐为Li₂CO₃或Na₂CO₃，或使用等锂含量的Li₂O或等钠含量的Na₂O替代。

使用本发明的脱磷剂对含铬铁水进行脱磷预处理的方法，具体步骤为：

S100、将CaO、BaCO₃、Fe₂O₃、CaF₂、Cr₂O₃以及稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐按照质量配比称重、混合，得到脱磷剂；

S200、在惰性气氛保护下，使用高温炉在1400℃条件下熔化含铬生铁，待铁水熔清后，以脱磷剂与铁水的质量比为3∶20～1∶5的比例加入步骤S200中得到的脱磷剂，每3～7分钟搅拌一次，保温25分钟；

S300、冷却至室温，且取样进行化学分析。

值得说明的是，在步骤S200中加入脱磷剂后需要每3～7分钟搅拌一次的目的在于可加速化渣，促进熔渣与铁水充分接触，提高脱磷效果。

实施例1

本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：6％CaO，20％BaCO₃，50.5％Fe₂O₃，12.5％CAF₂，5％Cr₂O₃，6％CeO₂。

如图1所示，将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝4.23％，[％P]＝0.130％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.34％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.014％，脱磷率为89.23％。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：6％CaO，20％BaCO₃，50.5％Fe₂O₃，12.5％CaF₂，5％Cr₂O₃，6％La₂O₃。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝3.81％，[％P]＝0.120％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.31％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.018％，脱磷率为85.00％。

实施例3

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：6％CaO，20％BaCO₃，50.5％Fe₂O₃，12.5％CaF₂，5％Cr₂O₃，6％Li₂CO₃。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝4.26％，[％P]＝0.16％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.32％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.017％，脱磷率为89.38％。

实施例4

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：6％CaO，20％BaCO₃，50.5％Fe₂O₃，12.5％CaF₂，5％Cr₂O₃，6％Na₂CO₃。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝3.95％，[％P]＝0.19％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.43％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.033％，脱磷率为82.63％。

实施例5

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：12％CaO，20％BaCO₃，50.5％Fe₂O₃，9.5％CaF₂，5％Cr₂O₃，3％CeO₂。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝4.52％，[％P]＝0.13％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.41％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.033％，脱磷率为74.62％。

实施例6

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：2％CaO，30％BaCO₃，50.5％Fe₂O₃，3.5％CaF₂，5％Cr₂O₃，9％CeO₂。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝4.30％，[％P]＝0.17％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.40％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.043％，脱磷率为74.70％。

实施例7

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：6％CaO，20％BaCO₃，60％Fe₂O₃，5％Cr₂O₃，6％CAF₂，3％CeO₂。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝4.20％，[％P]＝0.15％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.39％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比3∶20的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.052％，脱磷率为65.33％。

实施例8

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例中，含铬铁水的脱磷剂各成分质量百分比为：2％CaO，25％BaCO₃，50％Fe₂O₃，5％Cr₂O₃，12％CaF₂，6％CeO₂。

将以上各成分粉剂按照设定好的比例混合，制成配渣。将生铁(按质量百分比计，[％C]＝4.47％，[％P]＝0.14％，[％Cr]＝0.25％，[％Si]＝0.45％)加入到氧化铝坩埚中，外套石墨坩埚保护放入马弗炉中升温至1400℃，并通入氩气保护，至生铁完全熔化，将渣以质量比1∶5的比例加入到铁水中，每隔5分钟用钢棒搅拌一次，保温25分钟，取出坩埚，置于冷却水中快速冷却至室温。

对铁样进行化学分析，结果显示：经过脱磷处理后，铁水中硅含量小于0.1％，磷含量降为0.038％，脱磷率为72.86％。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

Claims

1.一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：包括CaO、BaCO₃、铁氧化物、CaF₂、Cr₂O₃和添加剂，其中添加剂为稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐；所述CaO与BaCO₃之间质量比为1∶15～3∶5，所述CaF₂与稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐之间质量比为7∶18～25∶6。

2.根据权利要求1所述的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：所述脱磷剂包含下列以质量百分比计的组分：2～12％的CaO、20～30％的BaCO₃、50～60％的铁氧化物、3.5～12.5％的CaF₂、5％的Cr₂O₃以及3～9％的稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐。

3.根据权利要求2所述的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：所述脱磷剂包含下列质量百分比的组分：6～12％的CaO、20～25％的BaCO₃、50～56％的铁氧化物、6～9％的CaF₂、5％的Cr₂O₃以及3～6％的稀土金属氧化物或碱金属碳酸盐。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：所述铁氧化物为Fe₂O₃。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：所述稀土金属氧化物为La₂O₃或CeO₂。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：所述碱金属碳酸盐为Li₂CO₃或Na₂CO₃。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种少氟的高效含铬铁水预处理脱磷剂，其特征在于：所述CaO是通过将块状分析纯石灰在700℃下保温8h活化后研碎成粉末而制备得到的。

8.使用权利要求1-7中任一项所述的脱磷剂对含铬铁水进行脱磷预处理的方法，其特征在于，具体步骤为：

S300、冷却至室温，且取样分析。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤S200中加入的脱磷剂与铁水之间的质量比为3∶20～1∶5。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤S200中加入脱磷剂后，每隔3～7分钟搅拌一次。