CN111334703A - 一种低钛磷铁合金的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低钛磷铁合金的生产方法，对磷铁原料进行破碎处理，获得粒径为1‑80mm的颗粒料；向所述颗粒料中混入膨润土，获得混合料；向冶炼炉的熔池内装入当炉入炉首批混合料，点火，使得被装入的混合料转化为熔体后，停止点火；向熔体内熔体吹入空气，同时，连续均匀地向所述熔池内加入混合料，直至熔体深度为熔池总深度的80‑95%；继续向熔体内吹入空气10‑30min后，将部分熔体引出，铸锭，获得高纯优质磷铁合金。本发明无需电能和外加能源燃料，即可实现固体磷铁炉料风能自熔冶炼高纯磷铁合金，且所得磷铁合金的质量明显优于现有标准或技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷铁合金的生产方法，尤其涉及一种高纯(低钛)磷铁合金的生产方法。
背景技术
一般地，磷在钢铁产品中是有害元素，产生冷脆性。但在某些特钢产品中加入适量的磷，可以改善钢质的特有性能。磷以磷铁合金的形式广泛用于轧辊、内燃机缸套、发动机滚轴及大型铸造件，以增加机械部件抗腐蚀和耐磨性能。
磷铁合金(以下简称“磷铁”)作为冶炼特种钢材添加剂，有脱除特钢中的气体、选择性氧化、脱碳和除去非金属夹杂物，细化晶粒，改善电磁感作用。随着现代工业发展，用途也是日趋广泛。对于高牌号高精质量的特种钢冶炼新领域，根据某些钢种特有技术性能条件的苛刻要求，原国家GB3120-82)磷铁标准规定的质量，在此领域己不相适应。现有国内低钛磷铁合金的生产方法有待更进一步创新发展。
中国发明专利说明书CN201310400617.8以黄磷的副产品磷铁为原料，添加精制剂(碳酸钙粉、氧化铁粉、生石灰粉)，用中频感应炉熔融，然后向熔融液体吹入空气或氧气，静置后磷铁液铸模成品，其产品只对硅、钛、硫、碳四种杂质元素控制，不适用于添加冶炼高端等特钢。中国发明专利说明书CN20191089957.2以高钛磷铁为原料，中频感应炉清熔(即电能熔化)，熔化后吹入氮气或氨气，扒渣后出低钛磷铁产品，虽然对硅、碳、硫、锰、铬、钛六种杂质元素作了限制，但硅含量高达1-3％，与原标准相差无几，同样难以适用于添加冶炼高端特钢产品。上述黄磷副产品磷铁和高钛磷铁同属一种原料，因为黄磷副产品磷铁含钛高，也叫高钛磷铁。同样，使用中频感应熔化，同样需要消耗电能，成本高。另外，人工扒渣劳动强度大，吹氮气、氨气污染环境。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种低钛磷铁合金的生产方法，以实现磷铁的高效节能生产。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种磷铁合金的生产方法，包括如下步骤：
(1)提供磷铁原料；
其中，所述磷铁原料中，磷含量为18-27wt％，铁含量为65-75wt％；
(2)对所述磷铁原料进行破碎处理，获得粒径为1-80mm的颗粒料；
(3)向所述颗粒料中混入膨润土，获得混合料；
其中，膨润土的添加量为颗粒料的1-10wt％；
(4)向冶炼炉的熔池内装入当炉入炉首批混合料，点火，使得被装入的混合料转化为熔体后，停止点火；
其中，所述当炉入炉首批混合料为当炉入炉混合料总量的25-30wt％；
(5)向熔体内吹入空气，同时，连续均匀地向所述熔池内加入混合料，直至熔体深度为熔池总深度的80-95％；
(6)继续向熔体内吹入空气10-30min后，将部分熔体引出，铸锭，获得磷铁合金；
(7)重复步骤(5)和(6)，实现磷铁合金的连续生产；
其中，吹入空气时，控制风压为25-55kPa，优选为25-45kPa，可选地，风量为30-80m3/min。
进一步地，步骤(1)中，所述磷铁原料由黄磷副产物磷铁、磷矿石、含磷废钢、含磷废渣、高钛磷铁中的一种或几种组成。如此，取材广泛，原料成本低廉，可有效利用多种磷铁资源，变废为宝。
进一步地，步骤(3)中，所述杂质元素包括Si、Al、S、Ti、C、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Nb、Cu、Mo中的一种或几种。可选地，在入炉前，对杂质元素含量进行检测，以确定膨润土的添加量。
可选的，各杂质元素的含量独自地位0.5-7wt％。
进一步地，步骤(3)中，所述膨润土的添加量为颗粒料的4-7wt％。
进一步地，步骤(4)中，以木柴或焦碳进行点火。
进一步地，步骤(5)中，混合料的加入速度为1-6t/h，优选为2-5t/h。
进一步地，步骤(6)中，在将部分熔体引出之前，先放出浮于熔体上的炉渣，并对所述炉渣进行水碎，获得磷肥。磷肥可作为副产品，外售，提升经济效益。
进一步地，步骤(6)中，熔体的引出量为熔池内熔体总体积的1/2-5/6，优选为2/3。
进一步地，步骤(6)之后，磷铁合金破碎成粒径为10-50mm的颗粒成品，有效控制12种杂质元素的含量。
留存合适量的熔体，作为下一批混合料的熔化剂，以更好地实现连续生产，提高效率。将混合料加入到熔体中时，可经过吹风实现原料适量氧化自熔，生产过程中无外加碳、硫尾气排放，节能环保清洁生产。
本发明中，膨润土主要作为渣型催化、杂质元素吸附剂。在吹风适量氧化自熔过程中，杂质元素硫、碳吸氧生成SO2、CO2、分离进入尾气收尘系统；钒、钛、铝、镍、铬、铌、猛、铜、钼等金属杂质元素吸氧后，与原料中的铁，膨润土中的硅、铝、镁、钠、钙互为作用，形成低价氧化物：生成钒铁(FeO·V2O3)、钛铁(FeO·TiO2或FeTiO3)、硅铝(Al2SiO5)、硅镁镍(Ni·Mg)SiO3、铬铁镁(Mg·Fe)Cr2O4、铁铬(FeO·Cr2O3)、铌锰铁(Fe·MnO2)Nb2O6、铝铜(CuAl2O4)、钼钙(Ca·MoO4)等尖晶石，上浮于渣相中。出渣时随渣排出，从而达到高效除去杂质实现生产高纯低钛磷铁合金产品的目的。
本发明通过对磷铁原料中磷、铁含量的控制，使得磷铁原料能够为自身的熔化提升足够热能，使得在生产过程中，点火以后，无需添加任何外加燃料供能。
本发明中，科学控制吹入空气的风压、风量。申请人反复研究发现，风压、风量过大，会把炉料吹成氧化渣，风压、风量过小不能保持炉料自熔，故本发明优选风压为25-45Kpa；风量为30-80m3/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、使用多种非标准磷铁原料，对原料质量要求宽松，能处理含杂高的磷铁原料，广泛利用了有限的磷铁资源；取材质量差的非标准原料相对价格低廉，节约生产成本。
2、杂质元素控制，相比现有技术限制的4种至6种，本发明增加控制提高到12种，同时限制参数指标更加严格。适用于添加冶炼多种高端特钢产品。由于产品质量优良，在提供给我国某钢铁集团试用时，即受到好评，目前申请人已与该钢铁集团签订了关于作为该磷铁合金专用供货商的协议。现在国内各大钢铁公司使低钛磷铁冶炼特种钢，对杂质元素要求各有不同，本发明增加了多种杂质元素的限制，以适用国内各钢厂乃至世界通用。
3、本发明无需电能和外加能源燃料，即可实现固体磷铁炉料风能自熔冶炼高纯磷铁合金，是对现有磷铁合金生产技术的高效创新。例如，现有技术采用中频感应电炉熔化磷铁原料，忽视了原料中含有高达20wt％以上的磷元素自燃热能。一般地，用中频炉熔化1吨钢水，需要消耗800kW/h左右的电能，而在外加热强行熔化过程中，往往会加大磷元素挥发损失。本发明经多次研究实验表明：用电能或碳能熔化，然后再吹空气、氧气，相比吹空气边吹边自熔冶炼，要增加1-2.5％磷元素损失。本发明在熔池中预留部分磷铁合金熔体，固态混合料落入磷铁合金熔体，可选用用耐火材料套管插入磷铁合金熔体中，吹入空气达到适氧化自熔冶炼去杂。既省去了熔化电能，又减小了磷的损失，有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
以自制硅质吹风自熔炉(炉堂内径4.8米，高5米，炉池深度1米)为冶炼炉。将磷铁原料破碎成直径1-80毫米的颗粒，磷铁原料：以一种非标准的黄磷副产品磷铁包含高钛磷铁为原料，入炉前检测元素成分P含量为24.35wt％、Fe含量为74wt％，其他杂质元素含量如表1，分别在0.5-4wt％之间。根据杂质元素的最高值，另加磷铁原料总量4％的膨润土作渣型催化、杂质元素吸附剂，获得混合料。向冶炼炉内加入用木柴加焦碳点火，由小到大地吹风以预热熔炉，预热炉温达到600-800℃时，开始用电子计量给料机将混合料传入炉内。当炉内熔池出现约300mm深液态熔体时，停止加入一切燃料，将磷铁原料按时速3-5吨均匀地传入炉熔池内，同时调整风压25-45Kpa；风量30-80m3/min，进入正常自熔冶炼阶段。当自熔炉池铁水达到0.9米深时，停止加料，继续吹风15-25分钟，打开炉渣门出口，浮于上部的液态炉渣自然流出，流出渣经水碎制成副产品-磷肥。再打开下部的磷铁合金出口，放出三分之二的液态体磷铁合金，炉底预留三分之一的液态体，作为下一炉加料的熔化剂，返至连续循环生产。合金锭敲碎精整成10-50mm的颗粒成品。检测显示，所得颗粒成品的化学成分如下％：
P≥23.2、Fe≥73、Si≤0.5、Al≤0.03、S≤0.011、Ti≤0.04、C≤0.04、V≤0.15、Cr≤0.09、Mn≤0.13、Ni≤0.17、Cu≤0.15、Nb≤0.005，Mo≤0.05。
实施例2
以自制硅质吹风自熔炉(炉堂内径4.8米，高5米，炉池深度1米)为冶炼炉。将磷铁原料破碎成直径1-80毫米大小的颗粒，组批：由非标准(高钛)磷铁55-70wt％、磷矿石20-30wt％、含磷废渣10-25wt％；合批后元素成分P含量为24.9wt％、Fe含量为74.5wt％，其他杂质元素如表1，最低为0.5wt％，最高含量7wt％。另加磷铁原料总量7wt％的膨润土作渣型催化、杂质元素吸附剂。将磷铁原料和膨润土混合后，获得混合料。接上一炉，炉底预留三分之一的液态体，将磷铁原料按时速3-5吨均匀地传入炉熔池内，同时调整风压25-45Kpa；风量30-80m3/min，进入正常自熔冶炼阶段。当自熔炉池铁水达到0.9米深时，停止加料，继续吹风15-25分钟，打开炉渣门出口，浮于上部的液态炉渣自然流出，流出渣经水碎制成副产品-磷肥。再打开下部的磷铁合金出口，放出三分之二的液态体磷铁合金，炉底预留三分之一的液态体，作为下一炉加料的熔化剂，返至连续循环生产，不须要外加任何能源燃料助熔。
本实例连续开炉20天，出产品19炉，处理原料684吨，回收产品475吨。除开炉点火外，全部不用外加能源燃料，实现自熔冶炼。产品质量见表2
表1磷铁原料元素组成表
表2本发明所得高纯(低钛)磷铁合金产品质量检验报告单
表3和表4分别为国内当前低钛磷铁合金质量参数和磷铁合金国家标准。
表3当前产国内(低钛)磷铁合金质量参数
表4磷铁合金国家标准GB3120-82
对比可知，本发明生产的磷铁合金的质量明显优于国家标准。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (9)
1.一种低钛磷铁合金的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）提供磷铁原料；
其中，所述磷铁原料中，磷含量为18-27wt%，铁含量为65-75wt%；
（2）对所述磷铁原料进行破碎处理，获得粒径为1-80mm的颗粒料；
（3）向所述颗粒料中混入膨润土，获得混合料；
其中，膨润土的添加量为颗粒料的1-10wt%；
（4）向冶炼炉的熔池内装入当炉入炉首批混合料，点火，使得被装入的混合料转化为熔体后，停止点火；
其中，所述当炉入炉首批混合料为当炉入炉混合料总量的25-30wt%；
（5）向熔体内吹入空气，同时，连续均匀地向所述熔池内加入混合料，直至熔体深度为熔池总深度的80-95%；
（6）继续向熔体内吹入空气10-30min后，将部分熔体引出，铸锭，获得磷铁合金；（7）重复步骤（5）和（6），实现磷铁合金的连续生产；
其中，吹入空气时，控制风压为25-55kPa，风量为30-80m3/分钟。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（1）中，所述磷铁原料由黄磷副产物磷铁、磷矿石、含磷废钢、含磷废渣、高钛磷铁中的一种或几种组成。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（3）中，所述杂质元素包括Si、Al、S、Ti、C、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Nb、Cu、Mo中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（3）中，所述膨润土的添加量为颗粒料的4-7wt%。
5.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（4）中，以木柴或焦碳进行点火。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（5）中，混合料的加入速度为1-6t/h。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（6）中，在将部分熔体引出之前，先放出浮于熔体上的炉渣，并对所述炉渣进行水碎，获得磷肥。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（6）中，熔体的引出量为熔池内熔体总体积的1/2-5/6，优选为2/3。
9.根据权利要求1-7任一项所述的生产方法，其特征在于，步骤（6）之后，磷铁合金破碎成粒径为10-50mm的颗粒成品。
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