CN114854939B

CN114854939B - 一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣及铬铁铁水摇包脱钛方法

Info

Publication number: CN114854939B
Application number: CN202110841010.8A
Authority: CN
Inventors: 王怀忠
Original assignee: Baotou Hongsheng Chemical Co ltd
Current assignee: Inner Mongolia Hongsheng New Materials Co ltd
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2023-07-25
Anticipated expiration: 2041-07-23
Also published as: CN114854939A

Abstract

本发明公开了一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣及摇包脱钛方法，所述摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣96‑98份，萤石2‑4份，其中，终渣和萤石的粒度为10‑20mm。一种铬铁铁水摇包脱钛方法，其包括如下步骤：(1)加入摇包脱钛渣料；(2)预热或保温摇包；(3)注入铁水和部分脱钛；(4)摇包脱钛；(5)扒渣。优点：终渣是在电硅热法冶炼低碳铬铁过程中形成的低熔点渣，在摇包过程中，易被过热铬铁铁水熔化，通过适当添加CaF₂，一方面可降低摇包脱钛渣的熔点加快其熔化，另一方面可降低渣液的粘度，增加含钛夹杂物进入渣液速度，从而加快液态渣的形成，提高脱钛效率。

Description

一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣及铬铁铁水摇包脱钛方法

技术领域：

本发明涉及铬铁脱钛技术领域，具体地说涉及一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣及铬铁铁水摇包脱钛方法。

背景技术：

铬是生产不锈钢、轴承钢及高强结构钢的主要合金元素，铬铁是生产这些钢种的重要原材料。普通高碳铬铁中含钛0.2％-0.3％,通常主要以TiC和TiN等高熔点非金属夹杂物形态存在。以高碳铬铁为原料，所冶炼出的低碳铬铁及各种合金钢中，不可避免的含有TiC及TiN等高熔点带棱角的非金属夹杂，它们对金属基体具有强烈的割裂及应力集中作用，会严重损伤钢的力学性能及抗腐蚀性能，尤其是抗疲劳性能。其中最典型的实例，是使轴承钢的抗疲劳磨损性能大为下降，令轴承不耐磨，很快失去尺寸精度。研究表明当轴承钢中含钛量，由40ppm,降至10ppm以下时，轴承寿命提高约2倍。而我国由于铬铁含钛过高，所冶炼出的轴承钢经二次精炼后，含钛量在72-112ppm范围内，轴承抗疲劳磨损性能差，因此，大力研究与开发采用含钛较高原料，生产低钛铬鉄的新方法，就成为当前迫切任务之一。

专利CN19784828A一种超低钛高碳铬铁合金及其生产方法，公开了在中频感应电炉内加入高碳铬铁、氧化剂和造渣剂，进行精炼，利用氧化剂与矿石中的Ti金属单质结合氧化生成TiO₂后进入渣液中，随后进行扒渣处理，声称可以得到低于0.02％的超低钛高碳铬铁合金。但是铬铁中的钛未必是金属态，其理由如下：1)铬铁中的钛，来自冶炼铬铁原料中的TiO₂，在矿热炉冶炼中，TiO₂在高温还原区内，可能发生两个反应，即TiO₂+3C→TiC+2CO及TiO₂+2C→Ti+2CO,前者开始反应温度为1044℃，后者为1688℃，可见生成TiC的条件优于Ti。2)即使有少量Ti的生成，它亦无法以金属形式存在，因为含铬50％以上的铬铁铁水，具有强吸氮倾向，出铁过程中会吸收空气中的氮，并在高于1200℃温度下，即刻发生反应：Ti+N→TiN,生成氮化物。

所以，铬铁中的钛应当以TiC为主，TiN为辅的非金属夹杂物形式存在于铬铁中。以铬铁为原料生产的合金钢中，钛的危害也体现于含钛夹杂物对其性能影响上。脱除铬铁中的钛，就是脱除铬铁中的含钛夹杂物，无需加氧化剂，去将Ti氧化成TiO₂,再进行去除。因此，上述专利中氧化剂的加入对于脱钛起不到作用，而且氧化剂的加入量亦较少，而高碳铬铁中含硅3-5％，为含钛量的十几倍甚至几十倍，虽然硅对氧的亲和力稍低于钛，但依据化学中的质量作用定律，可以肯定优先发生硅的氧化，即3Si+2Cr₂O₃→4Cr+3SiO₂,将氧化剂Cr₂O₃消耗掉，无法达到其声称的氧化钛的效果。另外，上述专利中用到的电炉为中频感应电炉，以中频炉为精炼炉，添加铬铁矿作氧化剂，以CaO为主要造渣剂，进行脱钛；由于它们的熔点高，要在1700℃以上，才参与反应，而中频炉采用中频线圈内打结炉衬，只能短时间承受如此高温，维持时间过长将使炉衬进一步烧结，出现收缩开裂，造成事故。并且，要将金属液加热至如此高温，耗能大，成本高，经济效益低；加上采用耐热搅拌器，以喷粉方式引入脱钛剂，装置与工艺较为复杂，成本较高，生产过程控制难度大，难以推广使用。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种熔点低的用于铬铁铁水的摇包脱钛渣。

本发明的第二个目的在于提供一种脱钛率高的铬铁铁水摇包脱钛方法。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣，所述摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：

电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣96-98份，

萤石2-4份，

其中，所述终渣和所述萤石的粒度为10-20mm。

进一步的，所述终渣按重量百分比含：CaO 45％-50％，SiO₂ 25％-30％，Al₂O₃3.5％-8％，Cr₂O₃ 3.3％-5％，CaF₂ 1.2％-1.8％。

进一步的，所述萤石按重量百分比含：CaF₂＞85％,SiO₂＜14％,S＜0.1％,P＜0.06％。

本发明的第二个目的由如下技术方案实施：

一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣的铬铁铁水摇包脱钛方法，其特征在于，其包括如下步骤：

(1)加入摇包脱钛渣

向摇包中加入摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的重量为铬铁铁水重量的5％-8％，其中，摇包采用凉摇包或热摇包；

(2)预热或保温摇包

在步骤(1)结束后，将凉摇包预热或热摇包保温，确保摇包内温度不低于800℃；在预热摇包的同时可以加热摇包脱钛渣；

(3)注入铬铁铁水

在步骤(2)结束后，用摇包直接去接熔炼炉出炉的铬铁铁水，铬铁铁水温度1650℃-1680℃；在注入铬铁铁水的过程中，摇包脱钛渣逐步熔化成液态渣，并穿过铬铁铁水上浮至铬铁铁水表面；在液态渣上浮过程中吸附部分含钛夹杂物一同浮出铁水，脱除部分钛；

(4)摇包脱钛

在步骤(3)结束后，将摇包吊至摇包机上，摇包机摇动8-10分钟，在摇包脱钛的过程中，利用含钛夹杂物与铬铁铁水之间的密度差异，含钛夹杂物进一步上浮，并固定于液态渣中形成液态渣层；

(5)扒渣

在步骤(4)结束后，将摇包机停摇，吊开摇包扒出液态渣层后进行注锭，完成摇包脱钛操作。

进一步的，在步骤(2)的过程中，凉摇包预热采用天然气喷嘴加热器进行预热。

进一步的，步骤(1)中的摇包采用步骤(5)中注锭完成后的热摇包。

进一步的，在步骤(2)的过程中，热摇包保温过程是在热摇包上盖上保温盖，再吊至保温坑内进行保温。

自金属液中脱除夹杂物的条件有三：其一夹杂物密度小于金属液，金属液可产生浮力，将夹杂物浮至渣金界面；其二夹杂物/渣液界面能小于夹杂物/金属液界面能，热力学第二定律指出，系统中一切自动进行的过程，均向着能量降低方向进行。因此渣金界面上的夹杂物，会自动进入渣液，为渣液吸附和固定；其三渣液粘度小，流动性好，夹杂物进入渣液的阻力小。

本专利申请正是利用和发展上述三项条件，使铬铁铁水中的含钛夹杂物脱除，达到脱钛目的。首先TiC与TiN的密度分别为4.93g/cm³和5.43g/cm³,而铬铁铁水密度为6.80g/cm³。铬铁铁水对夹杂物产生的浮力较大，加上摇包摇动中，金属液呈旋转涌动，又给夹杂物一个向斜上方力量，加快了夹杂物的上浮；摇包脱钛渣，以终渣为基本组成，其CaO和SiO₂的重量比CaO/SiO₂＞1,为碱性渣。在充分熔融情况下，渣中离子直径远小于酸性渣，具较低粘度和良好流动性。再者又添加了部分CaF₂，消除了所含高熔点Cr₂O₃的不利影响，加快了摇包脱钛渣的熔化速度并降低了粘度。再有摇包摇动中，液态渣在金属液面上，呈翻滚运动，扩大了渣金接触面，增加了夹杂物进入液态渣的通道，并加快了夹杂物进入液态渣速度。所以，在较短时间内，获得较好的脱钛效果。

本发明的优点：通过就地利用废弃终渣进行脱钛，可提高废物利用率，同时，终渣是在硅热法冶炼低碳铬铁过程中形成的低熔点渣，在摇包过程中，易被过热铬铁铁水熔化，吸附含钛夹杂物的渣液，并形成保护金属液液态渣层；同时，通过适当添加CaF₂，一方面可降低摇包脱钛渣的熔点加快其熔化，另一方面可降低渣液的粘度，增加含钛夹杂物进入液态渣速度，从而加快渣液的形成，脱钛率高。与精炼脱钛相比，摇包脱钛的工艺与设备简单，易于操作，实用性更高，操作时间短，生产率高，经济效益好。

具体实施方式：

实施例1：一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：

电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣98份，终渣按重量百分比含：CaO 45％，SiO₂ 25％，Al₂O₃ 3.5％，Cr₂O₃ 3.3％，CaF₂ 1.2％。

萤石2份，萤石按重量百分比含：CaF₂ 85％,SiO₂ 14％,S 0.1％,P 0.06％。

其中，终渣和萤石的粒度为20mm。

实施例2：一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：

电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣96份，终渣按重量百分比含：CaO 50％，SiO₂ 30％，Al₂O₃ 8％，Cr₂O₃ 4％，CaF₂ 1.8％。

萤石4份，萤石按重量百分比含：CaF₂ 85％,SiO₂ 14％,S 0.1％,P 0.06％。

其中，终渣和萤石的粒度为20mm。

实施例3：一种利用实施例1所述的一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣进行的铬铁铁水摇包脱钛方法，其包括如下步骤：

(1)加入摇包脱钛渣

向刚用完的热摇包中加入摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的重量为500kg；

(2)保温摇包；

刚用完的热摇包温度在800℃，在步骤(1)结束后，在热摇包上盖上保温盖，再吊至保温坑内进行保温，取消预热，节约能源；保温摇包的同时预热摇包脱钛渣，可加速后期与铬铁铁水混合熔融的液态渣的形成；

(3)注入铬铁铁水

在步骤(2)结束后，向摇包中直接注入熔炼炉出炉铬铁铁水10t，铬铁铁水温度达1650℃，其中，铬铁铁水中的含钛量为0.2％；

在注入铬铁铁水的过程中，摇包脱钛渣逐步熔化成液态渣，并上浮穿过铬铁铁水，同时吸附部分含钛夹杂物，浮至铬铁铁水表面，达到部分脱钛目的；上浮液态渣覆盖铁水液面，对铬铁铁水起保温和防氧化作用。

(4)摇包脱钛

在步骤(3)结束后，将摇包吊至摇包机上，摇动8分钟；在摇包脱钛的过程中，利用夹杂物与铬铁铁水之间的密度差异，含钛夹杂物(TiN和TiC)上浮并固定于液态渣中形成液态渣层；

(5)扒渣

在步骤(4)结束后，将摇包机停摇扒渣，将液态渣层扒出后进行注锭，完成脱钛操作。经检测，脱钛后铬铁的含钛量为0.045％，脱钛率为77.5％。

实施例4：一种利用实施例2的所述一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣进行的铬铁铁水摇包脱钛方法，其包括如下步骤：

(1)加入摇包脱钛渣

向凉摇包中加入摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的重量为800Kg；

(2)预热摇包

在步骤(1)结束后，采用天然气喷嘴将凉摇包加热至900℃；

(3)注入铬铁铁水

在步骤(2)结束后，向摇包中注入温度达1680℃的铬铁铁水10t，其中，铬铁铁水中的含钛量为0.22％；

在注入铬铁铁水的过程中，摇包脱钛渣逐步熔化成液态渣，并穿过铬铁铁水上浮至铬铁铁水表面；在液态渣上浮中吸附部分含钛夹杂物一同浮出铁水，脱除部分钛；同时，上浮的液态渣覆盖着铁水，对铬铁铁水起保温和防氧化作用。

(4)摇包脱钛

在步骤(3)结束后，将摇包吊至摇包机上，摇动10分钟；在摇包脱钛的过程中，利用夹杂物与铬铁铁水之间的密度差异，使含钛夹杂物(TiN和TiC)上浮出铁水，并固定于液态渣中形成液态渣层；

(5)扒渣

经检测，脱钛后铬铁的含钛量为0.042％，脱钛率为80.9％。

对比例1：一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：

电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣99份，终渣包括：CaO 45％，SiO₂ 25％，Al₂O₃3.5％，Cr₂O₃ 3.3％，CaF₂ 1.2％。

萤石1份，萤石包括CaF₂ 85％,SiO₂ 14％,S 0.1％,P 0.06％。

终渣和萤石的粒度为30mm。

基于对比例1的摇包脱钛渣，摇包脱钛方法过程与实施例3相同，最终铬铁含钛量由0.2％，降至0.06％，脱钛率70％。

对比例2：一种用于铬铁铁水的摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：

电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣99.5份，终渣包括：CaO 50％，SiO₂ 30％，Al₂O₃8％，Cr₂O₃ 5％，CaF₂ 1.8％。

萤石0.5份，萤石包括CaF₂ 85％,SiO₂ 14％,S 0.1％,P 0.06％。

终渣和萤石的粒度为20mm。

基于对比例2的摇包脱钛渣，摇包脱钛方法过程与实施例4相同，最终铬铁含钛量由0.21％，降至0.059％，脱钛率71.9％。

将对比例1和2以及实施例3和4的摇包脱钛渣、脱钛温度及含钛量等数据整理后，如下表所示：

对比例1和2与实施例3和4的脱钛温度及对应的终渣、萤石的组分均相同，主要区别在于摇包脱钛渣的终渣、萤石配比及粒度不同。

从上表中可以看出，对比例1和2的脱钛率明显低于实施例3和4的脱钛率，原因是对比例1和2中，终渣和萤石的配比不合理，摇包脱钛渣粒度过大，熔化慢，导致在铬铁铁水中熔融后的渣液更为粘稠，含钛夹杂物进入渣液的阻力较大，所以脱钛率较低。

在实施例3和4中，通过按照实施例1和2所示，将终渣和萤石进行合理配比，其中，在电硅热法冶炼低碳铬铁的过程中，终渣中的CaO、SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、CaF₂已经融合成低熔点渣，在摇包过程中，易被过热铬铁铁水熔化，吸附含钛夹杂物的渣液，并形成保护金属液液态渣层；同时，通过适当添加CaF₂，一方面可进一步降低摇包脱钛渣的熔点加快其熔化，另一方面可降低渣液的粘度，减少含钛夹杂物进入渣液阻力。另外，在摇包过程中，液面呈波浪运动，渣金界面增大，通过适度增加摇包脱钛渣的用量，使液态渣层覆盖整个金属液面，以防止其氧化和过快降温。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种铬铁铁水摇包脱钛方法，其特征在于，其包括如下步骤：

（1）加入摇包脱钛渣

向摇包中加入摇包脱钛渣，摇包脱钛渣的重量为铬铁铁水重量的5%-8%，其中，摇包采用凉摇包或热摇包；

所述摇包脱钛渣的成分组成及重量份配比如下：电硅热法冶炼低碳铬铁的终渣96-98份，萤石2-4份，其中，所述终渣和所述萤石的粒度为10-20mm；所述终渣按重量百分比含：CaO 45%-50%，SiO₂ 25%-30%，Al₂O₃ 3.5%-8%，Cr₂O₃3.3%-5%，CaF₂ 1.2%-1.8%；所述萤石按重量百分比含：CaF₂＞85%,SiO₂＜14%,S＜0.1%,P＜0.06%；

（2）预热或保温摇包

在步骤（1）结束后，将凉摇包预热或热摇包保温，确保摇包内温度不低于800℃；

（3）注入铬铁铁水

在步骤（2）结束后，用摇包直接去接熔炼炉出炉的铬铁铁水，铬铁铁水温度1650℃-1680℃；在注入铬铁铁水的过程中，摇包脱钛渣逐步熔化成液态渣，并穿过铬铁铁水上浮至铬铁铁水表面；在液态渣上浮过程中吸附部分含钛夹杂物一同浮出铁水，脱除部分钛；

（4）摇包脱钛

在步骤（3）结束后，将摇包吊至摇包机上，摇动8-10分钟，在摇包脱钛的过程中，含钛夹杂物进一步上浮，并固定于液态渣中形成液态渣层；

（5）扒渣

在步骤（4）结束后，将摇包机停摇，吊开摇包扒出液态渣层后进行注锭，完成摇包脱钛操作。

2.根据权利要求1所述的一种铬铁铁水摇包脱钛方法，其特征在于，在步骤（2）的过程中，凉摇包预热采用天然气喷嘴加热器进行预热。

3.根据权利要求1所述的一种铬铁铁水摇包脱钛方法，其特征在于，步骤（1）中的摇包采用步骤（5）中注锭完成后的热摇包。

4.根据权利要求3所述的一种铬铁铁水摇包脱钛方法，其特征在于，在步骤（2）的过程中，热摇包保温过程是在热摇包上盖上保温盖，再吊至保温坑内进行保温。