CN118048500A - 用Te脱除钢中残余元素Sb的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法。该方法通过在惰性气氛、冶炼温度为1530～1680℃下，将含有残余元素Sb的钢熔清；再在熔清的钢液中进行脱氧处理后，向其中加入Te颗粒，经过一定的反应时间搅拌后，即可使钢液中残余元素Sb的脱除率达10.6～36.3％；该方法与传统的稀释法、钙反应法、硫化物熔剂处理法和减压处理法等方法相比，具备对铁矿石品位要求低、更容易控制钢的成分、避免了钢液中增S以及免去了除渣操作等优点；同时，克服了洁净钢的生产对设备要求高、成本高、操作难度大等缺点。本发明操作十分简便，省略了许多繁琐的冶炼过程，让生产过程变得更简单可控，适用于大规模的工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，尤其涉及一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法。
背景技术
随着高品位铁矿石的逐渐枯竭和电弧炉炼钢技术的快速发展，废钢作为直接的铁素资源在炼钢入炉原料的占比中不断增加。然而，作为废钢中的主要残余元素之一，锑在传统炼钢过程中的氧化脱除具有一定的难度，给纯净钢的冶炼带来了挑战。因此，锑在钢材中不断累积，导致残余元素含量不断升高。与此同时，钢中过高的锑含量对大多数钢种的热塑性、回火脆性和加工性能都产生不利影响。因此开发炼钢过程中脱除Sb的工艺，对于研发和生产高品质纯净钢具有重要意义。
目前，国内大部分钢厂常用的降低钢中残余元素含量的最常见方法是采用稀释法，即添加大量的直接还原铁，然而这种方法仍然需要充足的高质量铁矿石资源。随着高品位铁矿石资源的日益枯竭，且废钢消耗量和循环使用量也正在逐渐提高，采用稀释法来控制钢中的残余元素已经落后。此外，钙反应法、硫化物熔剂处理法和减压处理法也被提出用于脱除钢中的锑。前者把锑还原为Ca3Sb2并将其去除，但钙在钢液中的溶解度非常低，有关学者研究结表明，如Ca-CaCl2-Al2O3和CaO-CaF2等含钙助熔剂对去除锑的效果较差。对于硫化物熔剂处理法，它主要基于残余元素与硫的亲和力高于铁与硫的亲和力的事实。通过实现助熔剂和钢液之间残余元素的平衡分配，可以实现从钢液中去除残余元素的目的。尽管这种方法对去除锑具有一定效果，但它无法避免铁液中硫含量的增加，并导致大量含硫渣产生，使得难以进行含硫渣的后续处理。减压处理法不仅对冶炼时真空度要求严格、对设备要求高，且处理时间长、不可避免的会造成钢液中Mn元素的挥发，导致钢液成分难以控制。
有鉴于此，有必要设计一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，以解决上述问题。
发明内容
针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，通过在一定的冶炼条件下将Te(碲)元素与Sb以形成金属间化合物，在避免S等有害元素的加入的前提下即可将钢液中的残余元素Sb脱除，有利于后续控制钢的成分。
为实现上述目的，本发明提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，包括如下步骤：
S1、在惰性气氛、预定的冶炼温度下，将含有残余元素Sb的钢熔清；
S2、在步骤S1中经过熔清的钢液中加入预定量的铝锭，进行脱氧处理，反应至预定时间后，得到精炼钢液；
S3、向所述精炼钢液中加入预定量的Te颗粒，并搅拌至预定时间，开始搅拌，即得到目标钢液。
进一步地，步骤S3中所述Te颗粒的预定量为：所述Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为3:2～5:2。
进一步地，步骤S3中经过搅拌后，所述目标钢液中残余元素Sb的脱除率达10.6～36.3％。
进一步地，步骤S3中所述搅拌的时间为20～40min。
进一步地，步骤S1中所述预定的冶炼温度为1530～1680℃。
进一步地，步骤S1中所述含有残余元素Sb的钢中各元素成分及含量为：C：0.35～1.65wt％、Si：0.10～0.35wt％、Mn：0.10～0.40wt％、P：≤0.045wt％、S：≤0.050wt％、Sb：0.100～1.00wt％、O：0.01～0.03wt％。
进一步地，步骤S2中所述铝锭纯度为大于等于99wt％；所述铝锭的预定量为钢液质量的0.001％～0.005％。
进一步地，步骤S2中所述脱氧处理的预定时间为10～30min；脱氧处理后，所述精炼钢液中酸溶铝含量控制在0.0008～0.004wt％；所述精炼钢液中总氧含量控制在5～100ppm。
进一步地，步骤S3中所述搅拌的方式包括吹Ar搅拌、机械搅拌、电磁搅拌中的一种或多种。
本发明的有益效果是：
1、本发明提供的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法通过在惰性气氛、冶炼温度为1530～1680℃下，将含有残余元素Sb的钢熔清；再在熔清的钢液中进行脱氧处理后，向其中加入Te颗粒，经过20～40min的反应时间后，即可使钢液中残余元素Sb的脱除率达到10.6～36.3％。该方法与传统的硫化物处理法相比，避免了S等有害元素进入钢液中，故后续更容易控制钢的成分；同时，克服了洁净钢的生产对设备要求高、成本高、操作难度大等缺点。本发明操作如此简便，省略了除渣等许多繁琐的冶炼过程，让生产过程变得更加简单可控，适用于大规模的工业生产。
2、本发明提供的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法通过在钢液脱氧后加入Te元素，使其与残余元素Sb反应以形成金属间化合物；且随着炼钢过程的进行，形成的化合物在无需其他助剂的辅助下即可上升到钢液表面进而直接被脱除。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供的一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，包括以下步骤：
S1、在惰性气氛、1530～1680℃的冶炼温度下，将含有残余元素Sb的钢熔清；
S2、在步骤S1中经过熔清的钢液中加入预定量的铝锭，进行脱氧处理，反应10～30min后，得到精炼钢液；脱氧处理后，精炼钢液中酸溶铝含量控制在0.0008～0.004wt％；精炼钢液中总氧含量控制在5～100ppm；
其中，所述铝锭纯度为大于等于99wt％；所述铝锭的预定量为钢液质量的0.001％～0.005％；
S3、向所述精炼钢液中加入预定量的Te颗粒，并搅拌20～40min后，即可得到目标钢液；所述目标钢液中残余元素Sb的脱除率可达10.6～36.3％。
如此设置，避免了S等有害元素进入钢液中，更容易控制钢的成分；同时，克服了洁净钢的生产对设备要求高、成本高、操作难度大等缺点；工艺操作简便，省略了许多繁琐的冶炼过程，让生产过程变得更见简单可控，适用于大规模的工业生产。而且还因为元素Te常用于钢的微合金化，故同时能改善某些钢种的机械加工性能，提高钢材的质量。
具体地，在本发明的一些实施例中步骤S3中所述Te颗粒的预定量为：所述Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为3:2～5:2。
如此设置，在炼钢过程中使Te元素与残余元素Sb反应以形成金属间化合物；且随着炼钢过程的进行，形成的化合物在无需其他助剂的辅助下即可上升到钢液表面进而直接被脱除；但过多的Te加入不仅会导致生产成本过高，而且也几乎不会再增加Sb的脱除率；而过低的Te含量则不能完全与残余元素Sb反应，故导致脱除效率降低。
具体地，在本发明的一些实施例中，步骤S1中所述含有残余元素Sb的钢液中各元素成分及含量为：C：0.35～1.65wt％、Si：0.10～0.35wt％、Mn：0.10～0.40wt％、P：≤0.045wt％、S：≤0.050wt％、Sb：0.10～1.00wt％、O：0.01～0.03wt％。
具体地，在本发明的一些实施例中，步骤S3中所述搅拌的方式包括吹Ar搅拌、机械搅拌、电磁搅拌中的一种或多种。
如此设置，可以加快Sb与Te的反应速率，从而进一步提高脱除残余元素的效率。
下面结合实施例对本发明提供的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法进行具体说明。
实施例1
本实施例采用含有残余元素Sb的钢种中各元素成分及含量为：C：0.96wt％、Si：0.22wt％、Mn：0.30wt％、P：0.017wt％、S：0.006wt％、Sb：0.6wt％、O：0.02wt％。
本实施例提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，具体包括如下步骤：
S1、在惰性气氛、1530℃的冶炼温度下，将含有残余元素Sb的钢熔清；
S2、在步骤S1中经过熔清的钢液中加入铝锭，进行脱氧处理，反应30min后，得到精炼钢液；脱氧处理后，精炼钢液中酸溶铝含量控制在0.0016wt％；精炼钢液中总氧含量控制在25ppm；
其中，所述铝锭纯度为大于等于99wt％；所述铝锭的含量为钢液质量的0.002％；
S3、向所述精炼钢液中加入Te颗粒，并搅拌20min后，即得到目标钢液；其中所述Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为3:2。
经检测，本实施例中目标钢液中残余元素Sb的脱除率可达10.6％。
实施例2
本实施例采用含有残余元素Sb的钢种与实施例1一致。
本实施例提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，具体包括如下步骤：
S1、在惰性气氛、1600℃的冶炼温度下，将含有残余元素Sb的钢熔清；
S2、在步骤S1中经过熔清的钢液中加入铝锭，进行脱氧处理，反应30min后，得到精炼钢液；脱氧处理后，精炼钢液中酸溶铝含量控制在0.0024wt％；精炼钢液中总氧含量控制在20ppm；
其中，所述铝锭纯度为大于等于99wt％；所述铝锭的含量为钢液质量的0.003％；
S3、向所述精炼钢液中加入Te颗粒，并搅拌20min后，即得到目标钢液；其中所述Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为5:2。
经检测，本实施例中目标钢液中残余元素Sb的脱除率可达30.5％。
实施例3
本实施例提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，与实施例1相比，区别在于步骤S3中，加入Te颗粒的含量不同，本实施例中Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为2:1。其余步骤及参数均与实施例1一致，在此不再赘述。
经检测，本实施例中目标钢液中残余元素Sb的脱除率可达11.8％。
实施例4
本对比例提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，与实施例1相比，区别在于步骤S3中，加入Te颗粒的含量不同，本对比例中Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为5:2。其余步骤及参数均与实施例1一致，在此不再赘述。
经检测，本对比例中经过搅拌后，钢液中残余元素Sb的脱除率为15.3％。
实施例5
本对比例提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，与实施例2相比，区别在于步骤S1中冶炼温度不同；本对比例中冶炼温度为1680℃。其余步骤及参数均与实施例2一致，在此不再赘述。
经检测，本对比例中经过搅拌后，钢液中残余元素Sb的脱除率为36.3％。
对比例1
本对比例提供了一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，与实施例1相比，区别在于步骤S3中，加入Te颗粒的含量不同，本对比例中Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为3:1。其余步骤及参数均与实施例1一致，在此不再赘述。
经检测，本对比例中经过搅拌后，钢液中残余元素Sb的脱除率仅15.9％。
对比实施例1、实施例3～4及对比例1发现随着Te颗粒含量的增加，钢液中Te的脱除率会先增加后略微降低并保持在较稳定的范围内。这说明适量的Te能脱除率钢液中残余元素Sb，但过多的Te加入不仅会导致生产成本过高，而且也几乎不会再增加Sb的脱除率。对比实施例2和实施例5可以看到在Te的作用下，升高温度也有益于钢液中Sb的脱除率。
综上所述，本发明提供的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法通过在惰性气氛、冶炼温度为1530～1680℃下，将含有残余元素Sb的钢液熔清；再在熔清的钢液中进行脱氧处理后，向其中加入Te颗粒，搅拌20～40min后，即可使钢液中残余元素Sb的脱除率达10.6～36.3％。该方法与传统的硫化物熔剂处理法相比，避免了S等有害元素进入钢液中，更容易控制钢的成分；同时，克服了洁净钢的生产对设备要求高、成本高、操作难度大等缺点。本发明操作如此简便，省略了许多繁琐的冶炼过程，让生产过程变得更见简单可控，适用于大规模的工业生产。通过在钢液脱氧后加入Te元素，使其与残余元素Sb反应以形成金属间化合物；且随着炼钢过程的进行，形成的化合物在无需其他助剂的辅助下即可上升到钢液表面进而直接被脱除。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在惰性气氛、预定的冶炼温度下，将含有残余元素Sb的钢熔清；
S2、在步骤S1中经过熔清的钢液中加入预定量的铝锭，进行脱氧处理，反应至预定时间后，得到精炼钢液；
S3、向所述精炼钢液中加入预定量的Te颗粒，并搅拌至预定时间，即得到目标钢液。
2.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S3中所述Te颗粒的预定量为：所述Te颗粒与所述精炼钢液中残余元素Sb的摩尔比为3:2～5:2。
3.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S3中经过搅拌后，所述目标钢液中残余元素Sb的脱除率达10.6～36.3％。
4.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S3中所述搅拌的时间为20～40min。
5.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S1中所述预定的冶炼温度为1530～1680℃。
6.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S1中所述含有残余元素Sb的钢中各元素成分及含量为：C：0.35～1.65wt％、Si：0.10～0.35wt％、Mn：0.10～0.40wt％、P：≤0.045wt％、S：≤0.050wt％、Sb：0.10～1.00wt％、O：0.01～0.03wt％。
7.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S2中所述铝锭纯度为大于等于99wt％；所述铝锭的预定量为钢液质量的0.001％～0.005％。
8.根据权利要求7所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S2中所述脱氧处理的预定时间为10～30min；脱氧处理后，所述精炼钢液中酸溶铝含量控制在0.0008～0.004wt％；所述精炼钢液中总氧含量控制在5～100ppm。
9.根据权利要求1所述的用Te脱除钢中残余元素Sb的方法，其特征在于：步骤S3中所述搅拌的方式包括吹Ar搅拌、机械搅拌、电磁搅拌中的一种或多种。
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