CN1229506C - 一种以转炉渣为原料的铁水脱磷剂 - Google Patents
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Abstract
一种以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其组分为(wt%)：转炉渣20～50、石灰15～28、铁氧化物20～43、萤石0～3、苏打0～3、石灰石0～3。本发明中的转炉渣比例达20～50%，铁氧化物可以是烧结矿或轧钢铁皮，也可以是转炉烟尘或烧结除尘灰，显著降低了生产成本；可节省石灰；熔点低，在较低温度下可以快速成渣；脱磷剂中石灰以高活性CaO形式存在，脱磷产物为稳定的磷酸钙，避免了后期炼钢的回磷反应；喷粉过程中喷溅发生率显著降低；脱磷终渣中自由CaO含量明显降低；萤石比例低，减轻了对鱼雷罐耐火材料的侵蚀；同时脱磷终渣中F含量明显降低，有利于环境保护；原料为废弃转炉渣，降低了炼钢的总渣量。
Description
技术领域
本发明涉及火法冶金技术领域，特别涉及鱼雷罐或铁水包的铁水喷粉脱磷预处理。
背景技术
磷是绝大多数钢种中的有害元素。近年来，随着科学技术的迅速发展，用户对钢质量的要求不断提高。例如，对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致裂纹钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量＜0.01％或0.005％。此外，为了降低氧气转炉钢的生产成本和实施少渣炼钢，也要求铁水磷含量＜0.015％。因此，80年代以来许多冶金工作者致力于研究铁水“三脱”预处理问题，开发了各种处理方法。根据所用容器的不同，可分为两类：一种是在盛铁水的铁水包或鱼雷罐型混铁车中进行脱磷；另一种是在转炉内进行铁水脱磷预处理。这两种方法在工业上均得到了实际应用。
铁水“三脱”预处理是为了生产高纯净钢而发展起来的技术，其中心问题是脱磷。其工艺合理性体现在：从热力学上分析，铁水温度比钢水温度低有利于脱磷，而且铁水中碳含量高，增加了磷的活度，有利于脱磷；从动力学上分析，脱碳反应不易发生而脱磷反应容易在渣-铁界面发生，越是温度低越是如此。
石灰渣系和苏打渣系是目前工业应用的两类铁水脱磷剂。苏打渣系能使铁水同时脱磷脱硫，但是由于苏打灰成本高，会引起铁水温度大幅度下降、以及对耐火材料的侵蚀和一系列环境污染等方面的问题，受到一定的限制。
因此，目前由石灰、萤石、氧化铁等组成的石灰系脱磷剂应用较为普遍。但这种脱磷剂在实际应用时存在以下问题：
(1)初期成渣速度较慢，在喷吹处理中容易发生喷溅；
(2)脱磷剂一般含萤石6-15％，对耐火材料的侵蚀较严重，而且脱磷渣中的氟化物对土壤有污染，不利于环境保护；
(3)脱磷剂成本偏高；
(4)脱磷终渣中自由CaO较高，不利于脱磷渣的综合利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以转炉渣为原料的环保型铁水脱磷剂，不仅可以大幅度降低脱磷剂成本，而且可以减少脱磷渣中氟化物和自由CaO含量，有利于脱磷渣的进一步利用，同时也减少了炼钢总渣量，有利于环境保护。
转炉渣的主要成分是硅酸钙、铁酸钙以及铁、锰、钙、镁的其他氧化物。大部分转炉渣经过处理，消除因f.CaO引起膨胀崩坏因素后，可作填埋材料、道路材料、建筑材料如钢渣水泥和钢渣砖等墙体材料、钢渣肥料等，此外，由于转炉渣含有CaO和FeO，可作为部分原料返回高炉、烧结而循环使用。
对转炉渣的脱磷能力进行分析，发现转炉终渣磷分配比的实际值与计算值之间有明显差别，即转炉渣的脱磷能力没有得到充分的发挥，磷在渣金之间没有达到平衡。其主要原因是吹炼初期造渣未能最佳化、渣量过剩、动力学条件的不足等。由于通常铁水预处理温度在1300～1400℃，比转炉吹炼终点温度(1650℃左右)明显低，这意味着在铁水温度下转炉渣有更大的脱磷能力。因此，基于转炉渣的脱磷能力以及转炉渣本身已经预熔的特点，完全可以作为铁水脱磷剂使用，替代常规石灰渣系脱磷剂中的石灰、氧化铁等成分。
为达到上述目的，本发明所述的铁水脱磷剂，含有如下组分：
转炉渣 20～50
石灰 15～28
铁氧化物 20～43
萤石、苏打、石灰石中的一种或一种以上，其含量分别为，
0＜萤石≤3
0＜苏打≤3
0＜石灰石≤3
以上为重量百分比。
转炉渣可以是常规炼钢转炉渣，也可以是冶炼脱磷铁水的脱碳渣，其作用兼顾石灰和铁氧化物；
石灰作为脱磷剂的碱剂，以高活性CaO形式存在，而不以铁酸盐形式存在，高活性CaO快速溶化后，即与渣中P2O5形成3CaO.P2O5；
铁氧化物为氧化剂，为P的氧化提供固体氧源，同时有助于石灰的熔化；铁氧化物为FeO和Fe2O3，或者为FeO、Fe2O3中任一种；铁氧化物可以是烧结矿或轧钢铁皮，也可以是转炉烟尘或烧结除尘灰。
萤石为助熔剂，提高石灰的熔化速度；
苏打可同时脱磷脱硫，可以提高石灰系脱磷剂的脱磷能力；
石灰石在铁水温度下会发生CaCO3的分解反应( )而吸热，使得反应界面温度下降，有利于脱磷反应的进行；
所述的转炉渣由CaO、SiO2、MnO、FeO、Fe2O3、MgO、Al2O3、P2O5、S等组成；其中，所述的转炉渣中所含的CaO/SiO2为2.0～4.5，所含的P2O5≤2.5％；所述的石灰中CaO含量≥85％；所述的铁氧化物中氧化铁含量≥70％；所述的苏打中Na2CO3含量≥95％；所述的萤石中CaF2含量≥85％。
铁水喷粉脱磷要求将转炉渣、石灰、铁氧化物、萤石、苏打、石灰石等磨粉，搅拌均匀，即可应用于鱼雷罐或铁水包的铁水喷粉脱磷预处理。
本发明的有益效果：
与现有技术的脱磷剂相比较，本发明具有以下优点：
(1)脱磷剂中转炉渣比例达20～50％，显著降低了生产成本；
(2)每使用1kg/t.p转炉渣，可节省石灰0.5kg/t.p；
(3)脱磷剂在脱磷的过程中，同时具有20％以上的脱硫率；
(4)脱磷剂熔点低，在较低温度下，可以快速成渣；
(5)脱磷剂中石灰以高活性CaO形式存在，脱磷产物为稳定的磷酸钙，避免了后期炼钢的回磷反应；
(6)喷粉处理过程中喷溅发生率显著降低；
(7)脱磷终渣中自由CaO含量明显降低，全部在1％以下；
(8)脱磷剂中萤石比例低，≤3％，减轻了脱磷剂对鱼雷罐耐火材料的侵蚀；同时脱磷终渣中F含量明显降低，全部在1％以下，有利于环境保护；
(9)脱磷剂原料为废弃转炉渣，成本低廉，有利于环境保护，降低了炼钢的总渣量。
具体实施方式
表1所示为本发明的实施例。表2所示为比较例。
表1
| 铁水脱磷剂组分(重量百分比) | ||||||
| 转炉渣 | 石灰 | 铁氧化物 | 萤石 | 苏打 | 石灰石 | |
| 实施例1 | 20 | 28 | 43 | 3 | 3 | 3 |
| 实施例2 | 50 | 18 | 26 | 2 | 2 | 2 |
| 实施例3 | 20 | 28 | 43 | 3 | 3 | 3 |
| 实施例4 | 40 | 22 | 30 | 3 | 3 | 2 |
| 实施例5 | 28 | 30 | 42 | 0 | 0 | 0 |
| 实施例6 | 40 | 24 | 33 | 3 | 0 | 0 |
| 实施例7 | 28 | 30 | 40 | 0 | 0 | 2 |
| 实施例8 | 30 | 30 | 38 | 0 | 2 | 0 |
表2
| 常规脱磷剂(重量百分比) | |||
| 烧结矿 | 石灰 | CaF2 | |
| 比较例 | 54 | 38 | 8 |
实施例1
实施例1铁水脱磷剂组成见表1。在250kg感应炉内，装入铁水100kg，在1400℃进行喷粉处理，喷吹N2气或Ar气；喷吹压力0.2～0.3Mpa，气体流量0.4～0.5Nm3/h，粉剂喷吹速度200～800g/min，喷吹4kg铁水脱磷剂。
本发明实施例1的铁水脱磷剂与比较例相比较，其结果见表3。
表3
| 处理前成分(％) | 处理后成分(％) | ηP(％) | ηS(％) | ||||
| Si | P | S | P | S | |||
| 实施例1 | 0.20 | 0.088 | 0.027 | 0.040 | 0.018 | 54.5 | 33.3 |
| 比较例 | 0.20 | 0.078 | 0.025 | 0.041 | 0.019 | 47.4 | 24.0 |
实施例2
实施例2铁水脱磷剂组成见表1。在250kg感应炉内，装入铁水100kg，在1350℃进行喷粉处理，喷吹N2气或Ar气；喷吹压力0.2～0.3Mpa，气体流量0.4～0.5Nm3/h，粉剂喷吹速度200～800g/min，喷吹4kg脱磷剂。
本实施例的铁水脱磷剂与常规脱磷剂相比较，其结果见表4。
表4
| 处理前成分％ | 处理后成分％ | ηP％ | ηS％ | ||||
| Si | P | S | P | S | |||
| 实施例2 | 0.06 | 0.086 | 0.019 | 0.026 | 0.011 | 69.8 | 42.1 |
| 比较例 | 0.06 | 0.074 | 0.022 | 0.032 | 0.014 | 56.8 | 36.4 |
实施例3
实施例3铁水脱磷剂的组成见表1。在320吨鱼雷罐中进行铁水预处理，铁水预脱磷温度范围1300～1400℃；
本实施例的铁水脱磷剂与常规脱磷剂相比较，其结果见表5。
表5
| 时间 | 处理前成分％ | 处理后成分％ | 处理时间min | 温降℃ | ηP％ | ηS％ | |||
| Si | P | S | P | S | |||||
| 实施例3 | 0.14 | 0.080 | 0.029 | 0.026 | 0.003 | 34 | 116.8 | 67.5 | 89.7 |
| 比较例 | 0.11 | 0.072 | 0.026 | 0.024 | 0.003 | 33.2 | 128.3 | 66.7 | 88.5 |
实施例4
实施例4铁水脱磷剂的组成见表1。
在320吨鱼雷罐中进行铁水预处理，试验条件同实施例3。
本实施例的铁水脱磷剂与常规脱磷剂相比较，其结果见表6。
表6
| 时间 | 处理前成分％ | 处理后成分％ | 处理时间min | 温降℃ | ηP％ | ηS％ | |||
| Si | P | S | P | S | |||||
| 实施例4 | 0.07 | 0.073 | 0.032 | 0.017 | 0.002 | 24.4 | 117.2 | 76.7 | 93.8 |
| 比较例 | 0.08 | 0.072 | 0.026 | 0.022 | 0.003 | 25.2 | 122.3 | 69.4 | 88.5 |
实施例5
实施例5铁水脱磷剂组成见表1。在250kg感应炉内，装入铁水100kg，在1350℃进行喷粉处理，喷吹N2气或Ar气；喷吹压力0.2～0.3Mpa，气体流量0.4～0.5Nm3/h，粉剂喷吹速度200～800g/min，喷吹4kg脱磷剂。
本实施例的铁水脱磷剂与常规脱磷剂相比较，其结果见表7。
表7
| 处理前成分(％) | 处理后成分(％) | ηP(％) | ηS(％) | ||||
| Si | P | S | P | S | |||
| 实施例5 | 0.04 | 0.080 | 0.018 | 0.029 | 0.010 | 63.8 | 44.4 |
| 比较例 | 0.06 | 0.074 | 0.022 | 0.032 | 0.014 | 56.8 | 36.4 |
实施例6
实施例6铁水脱磷剂组成见表1。在250kg感应炉内，装入铁水100kg，在1400℃进行喷粉处理，喷吹N2气或Ar气；喷吹压力0.2～0.3Mpa，气体流量0.4～0.5Nm3/h，粉剂喷吹速度200～800g/min，喷吹4kg铁水脱磷剂。
本发明实施例6的铁水脱磷剂与比较例相比较，其结果见表8。
表8
| 处理前成分(％) | 处理后成分(％) | ηP(％) | ηS(％) | ||||
| Si | P | S | P | S | |||
| 实施例6 | 0.18 | 0.083 | 0.022 | 0.035 | 0.014 | 57.8 | 36.4 |
| 比较例 | 0.20 | 0.088 | 0.027 | 0.040 | 0.018 | 54.5 | 33.3 |
实施例7
实施例7铁水脱磷剂的组成见表1。在320吨鱼雷罐中进行铁水预处理，铁水预脱磷温度范围1300～1400℃；
本实施例的铁水脱磷剂与常规脱磷剂相比较，其结果见表9。
表9
| 处理前成分％ | 处理后成分％ | 处理时间min | 温降℃ | ηP％ | ηS％ | ||||
| Si | P | S | P | S | |||||
| 实施例7 | 0.12 | 0.078 | 0.030 | 0.023 | 0.003 | 32.6 | 115.2 | 70.5 | 90.0 |
| 比较例 | 0.11 | 0.072 | 0.026 | 0.024 | 0.003 | 33.2 | 128.3 | 66.7 | 88.5 |
实施例8
实施例8铁水脱磷剂的组成见表1。
在320吨鱼雷罐中进行铁水预处理，铁水预脱磷温度范围1300～1400℃。
本实施例的铁水脱磷剂与常规脱磷剂相比较，其结果见表10。
表10
| 处理前成分％ | 处理后成分％ | 处理时间min | 温降℃ | ηP％ | ηS％ | ||||
| Si | P | S | P | S | |||||
| 实施例8 | 0.06 | 0.076 | 0.029 | 0.018 | 0.003 | 24.9 | 119.2 | 76.3 | 89.7 |
| 比较例 | 0.08 | 0.072 | 0.026 | 0.022 | 0.003 | 25.2 | 122.3 | 69.4 | 88.5 |
使用以转炉渣为原料的铁水脱磷剂处理了10万多吨铁水，生产实践结果表明：以转炉渣为原料的铁水脱磷剂的脱磷效果(脱磷率、单耗、时间等)与常规脱磷剂相当，且处理温降有所降低，每吨脱磷剂成本降低100元以上，并可有效抑制预处理渣的粉化(降低了脱磷渣中的f.CaO)，有利于预处理渣的再利用，由此开辟了废弃物高附加值利用的新途径。
Claims (8)
1.一种以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，含有如下组分，
转炉渣 20～50
石灰 15～28
铁氧化物 20～43
0＜萤石≤3
0＜苏打≤3
0＜石灰石≤3
以上为重量百分比。
2.如权利要求1所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的转炉渣中所含的CaO/SiO2为2.0～4.5。
3.如权利要求1所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的转炉渣中所含的P2O5≤2.5％。
4.如权利要求1所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的石灰中CaO含量≥85％。
5.如权利要求1所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的铁氧化物中氧化铁含量≥70％。
6.如权利要求1所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的苏打中Na2CO3含量≥95％。
7.如权利要求1所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的萤石中CaF2含量≥85％。
8.如权利要求1或5所述的以转炉渣为原料的铁水脱磷剂，其特征在于，所述的铁氧化物可以是烧结矿或轧钢铁皮，也可以是转炉烟尘或烧结除尘灰。
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