CN101717842B

CN101717842B - 一种感应炉炼钢脱磷和脱硫的方法

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Publication number: CN101717842B
Application number: CN2009102640355A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: CN101717842A

Abstract

本发明提供一种利用感应炉炼钢过程中采用的脱磷、脱硫方法，其特征在于，在炉料熔化期和完全熔化后初期，将钢水温度控制在低于1450℃，采用石灰-氧化铁-硼酐组成的脱磷剂，对钢液进行脱磷处理，可将钢液中磷含量控制到0.01％以下；脱磷任务完成后，彻底除渣，钢水快速升温到1500℃～1600℃范围，对钢液预脱氧和合金化后，加入石灰-电石-铝灰组成的脱硫剂，对钢液进行脱硫处理，可将钢液中硫含量降低到0.008％以下。本发明的优点是结合感应炉熔炼的特点，充分利用脱磷、脱硫的有利热力学条件，通过造渣实现高效脱磷、脱硫，大幅度提高了钢液的质量。同时，采用本发明的成本低、不需增加设备投资，操作简单，易于实现，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种感应炉炼钢脱磷和脱硫的方法

技术领域

本发明属于感应炉炼钢技术领域，特别涉及到一种在感应炉炼钢过程中采用的脱磷、脱硫方法。

背景技术

对大多数钢种而言，钢中的磷和硫都属于有害元素，对钢的综合使用性能产生重要危害，因此，尽可能地降低钢中的硫、磷含量对提高钢的质量具有重要意义。传统的感应炉炼钢受制于冶炼条件、炉衬耐火材料等因素的限制，难于在炉内实现同时脱硫和脱磷。由于目前炼钢还原脱磷存在难以克服的困难，炼钢脱磷需采用传统的氧化脱磷法，而炼钢过程氧化脱磷和实现脱硫在热力学条件方面存在差异，甚至需要相反的热力学条件，因此感应炉炼钢实现炉内同时脱磷、脱硫的技术还未见报道。

传统的钢铁企业采用氧气转炉或电弧炉炼钢，通过辅以铁水预处理和炼钢炉出钢后的多种精炼措施，可以将钢中的硫和磷降低到很低的水平，但传统钢铁企业由于生产连续性强、生产规模巨大，并采用多种庞大且先进成熟的铁水预处理、炼钢及炉外精炼技术等可以产生明显的技术经济效益。但对于目前生产金属铸件的金属制品加工企业和中小型铸钢厂由于生产的不连续性及冶炼规模(炉子的吨位)较小，采用感应炉炼钢是最经济也是最普遍的炼钢方法，其特点是生产组织灵活，可以按各种优特钢的要求进行冶炼，而且设备投资和生产成小都较低，可实现加工下脚料的循环利用，但是，由于感应炉炼钢吨位小、生产不连续等因素，使得传统钢铁企业炼钢脱硫和脱磷所采用的成熟的工艺和设备不适合生产规模小、生产周期及间歇长的感应炉炼钢。

炼钢脱磷的有利热力学条件是：炉渣高碱度、高氧化性和低温(因为氧化脱磷是放热反应，所以低温有利脱磷)，而炼钢脱硫的有利热力学条件是炉渣高碱度、低氧化性和高温(因为脱硫是吸热反应，所以高温有利脱硫)。正是由于脱磷和脱硫在氧化性和温度方面的要求相反，给同时脱磷和脱硫带来了困难。另外，脱磷和脱硫都需要高碱度炉渣，因此感应炉内实现脱硫和脱磷都必须造高碱度渣，这也只有在感应炉炉衬采用碱性(MgO)或中性(Al₂O₃)材质时才可能采用，而采用酸性炉衬(SiO₂)的感应炉更不能在炉内进行脱硫或脱磷。因此，目前感应炉炼钢一般不在炉内进行脱硫或者脱磷，而是采用炉外处理的方法，如现有技术1(中国专利授权公告号CN100434540C，酸性感应炉炉外脱硫法)和现有技术2(中国专利中请号200910235079.5，一种感应炉炼钢炉外脱硫剂及脱硫方法)都是采用炉外脱硫的方法，这些炉外脱硫方法可以将硫含量降低到较低的水平，但由于脱硫时钢液已经脱氧处理，是强还原气氛，因此不能实现氧化脱磷，所以炉外脱磷和脱硫很难同时实现。现有技术3(中国专利申请号200610097440.9，利用碳酸钡系渣料对含铬铁水同时脱磷脱硫的方法)虽然公开了一种含铬铁水炉内同时脱磷脱硫的方法，但该发明的不足有二：一是采用毒性很强的碳酸钡为主要脱磷脱硫剂，损害操作人员健康并污染环境；二是该发明中配有高含量(＜50％)的氧化铁，理论上很难实现将磷硫含量都降低到很低的水平(磷0.02％，硫0.008％以下)。现有技术4(中国发明专利申请号：200810054730.4，低镍铬铁液或生铁的脱磷方法)同样提出采用碳酸钡、萤石、氯化钙、氧化铁配制脱磷剂实现炉内脱磷，该发明的不足也是采用有毒有害的碳酸钡、萤石等物质，另外该发明中含有配有高含量(＜50％)的氧化铁，所以也很难实现高效脱硫。

综上所述，现有技术中没有能够实现感应炉炼钢炉内脱磷和脱硫的报道，采用炉外处理技术也很难实现同时脱磷和脱硫，炉外处理还会增加工序和引起温度降低。所以，随着对钢件质量要求的提高，开发一种感应炉内实现高效脱磷和脱硫的冶炼方法，具有重要的实际应用价值，必将带来显著的经济社会效益。

发明内容

本发明的目的是结合感应炉炼钢熔炼过程的特点，充分利用钢液脱磷、脱硫的有利热力学条件，通过在感应炉炼钢过程的不同阶段分别造渣，实现感应炉内高效脱磷、脱硫，提高感应炉炼钢的冶炼效率，并大幅度提高钢液的质量。

本发明的目的足通过下列技术方案来实现的：

一种利用感应炉炼钢过程中采用的脱磷、脱硫方法，其特征在于，根据感应炉炼钢熔炼过程，充分利用钢液高效脱磷、脱硫的有利热力学条件，分阶段对钢液实施脱磷和脱硫，以充分利用钢液脱磷、脱硫的有利热力学条件，实现感应炉内高效脱磷、脱硫。该发明的具体特征如下：

第一阶段：钢液脱磷处理

脱磷处理在炉料熔化期和完全熔化初期进行，通过控制感应熔炼炉的输入功率，将钢水温度控制在低于1450℃，采用石灰-氧化铁-硼酐组成的脱磷剂对钢液进行脱磷处理，脱磷剂的加入量为8-10kg/t钢液，脱磷剂组成(重量％)为：活性石灰50-60％，氧化铁皮30-40％，硼酐3-10％，脱磷剂经配料混匀后，装在感应炉底部，然后装入金属料后通电升温冶炼，金属料熔清以后，控制升温速度，使钢液温度控制在1380-1450℃范围内的时间在20-40分钟，以使钢液充分脱磷，采用本发明的脱磷剂可以将钢液中的磷含量降低到0.01％以下。脱磷任务完成后，拔去或倒出脱磷渣，然后加入石灰造新渣后或加入覆盖剂后使钢水快速升温。

第二阶段：钢液脱硫处理

脱磷任务完成后，彻底除渣，钢水快速升温到1500-1600℃范围，对钢液预脱氧和合金化后，加入石灰-电石-铝灰组成的脱硫剂，对钢液进行脱硫处理。加入脱硫剂前，首先要对钢液进行脱氧处理，按1.5-2.0kg/t钢液加入铝脱氧，然后根据钢种需要，加入不易烧损的合金元素进行合金化，易烧损氧化的合金元素也可以在脱硫任务完成后进行第二次合金化时加入。采用的脱硫剂组成(重量％)为，活性石灰50-60％，电石块20-30％，铝灰10-20％，渣料经配料混匀后加入到炉内。脱硫剂的加入量为10-15kg/t钢液。脱硫阶段钢液温度控制在1500-1600℃，脱硫阶段所需的时间为30-50分钟，采用本发明的脱硫剂可以将钢液中的硫含量降低到0.008％以下。脱硫任务完成后，即可出钢浇铸。

本发明的钢液脱磷处理是利用熔炼初期钢液温度低，通过造高碱度高氧化性渣进行脱磷处理，充分利用了钢液脱磷的有利热力学条件，配制本发明的脱磷剂，其原料的配加比例及选料标准如下：

1)活性石灰

活性石灰的作用主要是与磷氧化的产物结合成稳定的复合化合物磷酸钙，从而将磷氧化物固定在渣中，综合考虑脱磷渣的碱度、氧化性和熔化性能，活性石灰加入量的范围控制在50-60％，具有最好的冶金效果。

作为脱磷剂原料的石灰应具有较高活性和纯度的石灰，其CaO的含量大于90％，石灰要特别注意防潮存放，最好选用优质石灰石新煅烧出来的石灰作原料。

2)氧化铁

氧化铁的作用有两方面，一方面是向钢中供氧和传递氧，使钢中的磷氧化成五氧化二磷，从而从钢中去除，另外一个作用是促进石灰的熔解即化渣作用，综合考虑供氧与化渣的平衡关系，氧化铁的加入量在30-40％。

作为铁水预处理脱磷剂原料的氧化铁可以是轧钢铁皮、赤铁矿矿石、烧结矿粉等废料，要求所含的Fe₂O₃的质量分数大于85％。

3)硼酐

硼酐由于其熔点低(450℃)并能与多种碱性及酸性氧化物形成低熔点共晶体或复杂化合物，不易挥发，对氧化钙基渣系具有非常好的助熔效果，其助熔能力比萤石和苏打都要强，且不污染环境，本发明中加入3-10％的硼酐即起到非常好的助熔造渣效果，经实验测定，本发明的脱磷剂的半球点温度在1280-1360℃范围，适合感应炉熔炼初期造渣。

作为铁水预处理脱磷剂原料的硼酐中B₂O₃的质量分数要高于90％。

本发明的钢液脱硫处理是利用熔炼后期钢液温度高，钢液预脱氧处理后，通过造高碱度强还原性渣进行脱硫处理，充分利用了钢液脱硫的有利热力学条件即高温、高碱度、强还原性渣脱硫，配制本发明的脱硫剂，其原料的配加比例及选料标准如下：

1)活性石灰CaO：石灰也具有很强的脱硫能力，但石灰的熔点高，需要配加助熔剂，而且单一采用石灰脱硫时，石灰表面出现2CaO·SiO₂，这是一种致密壳体结构，影响石灰继续脱硫。本发明的脱硫剂中活性石灰的重量百分数为：50-60％。

作为脱硫剂原料的石灰应具有较高活性和纯度的石灰，其CaO的含量大于90％，石灰要特别注意防潮存放，最好选用优质石灰石新煅烧出来的石灰作原料。

2)电石CaC₂：电石具有强还原性，保证脱硫的强还原性气氛，同时，CaC₂又是非常强的脱硫剂，其脱硫能力强于石灰CaO，考虑到本脱硫剂使用的温度较高，可以使用较多的石灰作脱硫剂，另外，电石较贵，大量使用会增加钢的成本，因此本发明的脱硫剂中电石CaC₂的重量百分数为：20-30％。

作为脱硫剂原料的电石，其CaC₂的含量大于85％，电石要特别注意防潮存放，注意使用安全。

3)铝灰：铝灰的主要作用是促进石灰的熔解，即助熔剂的作用，促进成渣，可以提高脱硫剂的脱硫效率和效果，减少脱硫剂的消耗量，本发明中加入10-20％的铝灰可起到非常好的助熔造渣效果。

作为脱硫剂原料的铝灰，要求Al₂O₃和Al的含量在85％以上。

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

①本发明的优点是结合感应炉熔炼的特点，充分利用高效脱磷、脱硫的有利热力学条件，通过造渣在感应炉冶炼过程中在炉内实现高效脱磷、脱硫，大幅度提高了钢液的质量。

②采用本发明的成本低、不需增加设备投资，操作简单，易于实现，即提高产品质量，又提高了炼钢原料的适应性，具有显著的经济效益和社会效益。

③本发明的脱磷方法具有很好的脱磷效果，采用本发明进行脱磷处理，可以将钢液中磷含量降低到0.01％以下。

④本发明的脱磷剂中使用硼酐作助熔剂，有比使用萤石和苏打更好的助熔效果，该脱磷剂的半球点温度低于1380℃，实现了快速化渣和高效脱磷，另外，不使用萤石和苏打，彻底消除了使用萤石造成的氟污染和苏打造成的强碱污染，对改善操作现场的环境、保证操作人员的健康以及延长设备的使用寿命都有重要作用。

⑤本发明的脱硫剂比单一使用电石、石灰(石灰石)具有更好的脱硫效果。单一使用电石炉外脱硫时，将有0.001～0.003％的回硫现象，使用本发明时，由于加入了石灰，无回硫现象发生，因此与单一使用电石相比，控制了回硫现象；与单一用石灰(包括石灰、石灰石，也包括碳酸钡、氧化钡等碱性氧化物和其碳酸盐)相比，本发明的脱硫剂的加入量不足石灰系脱硫剂加入量的三分之一，且脱硫效果提高，钢液最终硫含量可由使用石灰系脱硫剂时的0.015％降低到使用本发明时的0.008％以下。

⑥脱磷渣中不含有害的氟元素和强碱，自由氧化钙的量很低，特别是该脱磷渣中含有较高含量的磷和硼元素，该脱磷渣经处理后是一种理想的硼磷复合化学肥料，不破坏土壤的酸碱平衡，也不会污染水资源，容易实现脱磷渣的高附加值综合利用。

⑦本发明的脱磷剂中所用原料均属于工业上无毒无害的物质，具有环保特点。

综上所述，本发明的优点是通过造渣在感应炉内实现高效率脱磷和脱硫处理，克服了目前感应炉炼钢不能实现炉内同时脱硫和脱磷的问题，且本发明的方法成本低、不需增加设备投资，操作简单，易于实现，所采用的脱磷剂和脱硫剂属无害无污染物质，因此，本发明具有显著的经济效益和社会效益。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施实例1

该实施例针对1吨中频感应炉炼钢进行脱磷脱硫预处理，铁水实际重量1吨。

采用的脱磷剂配比为：活性石灰50％，氧化铁皮40％，硼酐10％。

脱磷剂的加入量为10kg，脱磷处理时间20分钟。

采用的脱硫剂配比为：活性石灰50％，电石块30％，铝灰20％。

脱硫剂的加入量为15kg，脱硫处理时间30分钟。

测定钢液最终磷含量为0.01％，最终硫含量为0.008％。

为对比采用本发明的脱磷、脱硫效果，采用相同金属原料与设备，进行不加脱磷剂和脱硫剂的对比实验，不采用本发明时冶炼出钢前测定钢液磷含量为0.04％，硫含量为0.05％，采用本发明达到预期的脱磷、脱硫效果。

实施实例2

该实施例针对3吨中频感应炉炼钢进行脱磷脱硫预处理，铁水实际重量3吨。

采用的脱磷剂配比为：活性石灰55％，氧化铁皮40％，硼酐5％，

脱磷剂的加入量为24kg，脱磷处理时间20分钟。

采用的脱硫剂配比为：活性石灰60％，电石块25％，铝灰15％

脱硫剂的加入量为36kg，脱硫处理时间40分钟。

测定钢液最终磷含量为0.009％，最终硫含量为0.006％。

为对比采用本发明的脱磷、脱硫效果，采用相同金属原料与设备，进行不加脱磷剂和脱硫剂的对比实验，不采用本发明时冶炼出钢前测定钢液磷含量为0.042％，硫含量为0.048％，采用本发明达到预期的脱磷、脱硫效果。

实施实例3

该实施例针对10吨感应炉炼钢进行脱磷脱硫预处理，铁水实际重量约10吨。

采用的脱磷剂配比为：活性石灰60％，氧化铁皮30％，硼酐10％，

脱磷剂的加入量为100kg，脱磷处理时间25分钟。

采用的脱硫剂配比为：活性石灰60％，电石块20％，铝灰20％

脱硫剂的加入量为100kg，脱硫处理时间45分钟。

测定钢液最终磷含量为0.008％，最终硫含量为0.008％。

为对比采用本发明的脱磷、脱硫效果，采用相同金属原料与设备，进行不加脱磷剂和脱硫剂的对比实验，不采用本发明时冶炼出钢前测定钢液磷含量为0.045％，硫含量为0.05％，采用本发明达到预期的脱磷、脱硫效果。

实施实例4

采用的脱磷剂配比为：活性石灰60％，氧化铁皮37％，硼酐3％，

脱磷剂的加入量为100kg，脱磷处理时间30分钟。

采用的脱硫剂配比为：活性石灰60％，电石块30％，铝灰10％

脱硫剂的加入量为100kg，脱硫处理时间50分钟。

测定钢液最终磷含量为0.007％，最终硫含量为0.008％。

为对比采用本发明的脱磷、脱硫效果，采用相同金属原料与设备，进行不加脱磷剂和脱硫剂的对比实验，不采用本发明时冶炼出钢前测定钢液磷含量为0.046％，硫含量为0.048％，采用本发明达到预期的脱磷、脱硫效果。

Claims

1.一种感应炉炼钢脱磷和脱硫方法，其特征在于：在炉料熔化期和完全熔化后初期，对钢液进行脱磷处理，钢液脱磷处理过程中，钢液的温度应低于1450℃，采用石灰-氧化铁-硼酐组成的脱磷剂对钢液进行脱磷处理，脱磷剂的加入量为8～10kg/t，脱磷采用的脱磷剂组成(重量％)为：活性石灰50～60％，氧化铁皮30～40％，硼酐3～10％；脱磷剂经配料混匀后，装在感应炉底部，然后装入金属料后通电升温冶炼，金属料熔清以后，控制升温速度，使钢液温度控制在1380-1450℃范围内的时间在20-40分钟，以使钢液充分脱磷；在熔炼中后期，对钢液进行脱硫处理，即脱磷任务完成后，彻底除渣，钢水快速升温到1500-1600℃范围，对钢液预脱氧和合金化后，加入石灰-电石-铝灰组成的脱硫剂，对钢液进行脱硫处理，脱硫剂组成(重量％)为，活性石灰50～60％，电石块20～30％，铝灰10～20％，渣料经配料混匀后加入到炉内，脱硫剂的加入量为10-15kg/t钢液，脱硫阶段钢液温度控制在1500-1600℃，脱硫阶段所需的时间为30-50分钟；以达到降低钢液中磷、硫含量的目的。

2.如权利要求1所述的一种感应炉炼钢脱磷和脱硫方法，其特征在于：加入脱硫剂前，首先要对钢液进行脱氧处理，按1.5～2.0kg/t钢液加入铝脱氧。