CN105087866B - 一种中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，属于钢水脱磷技术领域。该方法是利用脱磷剂和助熔剂对感应炉熔炼过程钢水进行脱磷，所述脱磷剂的组成包括氧化铁粉、氧化钙和氧化镁，其中：氧化镁的重量应小于氧化铁粉重量的10wt%；氧化钙的重量为氧化铁粉重量的0.5‑5倍；感应炉熔炼过程分为三个阶段：第一阶段采用脱磷剂中氧化铁粉与氧化钙的重量比例为1:（0.5‑2）；第二阶段采用脱磷剂中氧化铁粉与氧化钙的重量比例为1:（2‑5）；第三阶段只使用助熔剂。该方法有利于降低中频感应炉冶炼生产成本，提升铸钢件的内部品质，还可以用中频感应炉取代电弧炉粗炼钢水，是钢铁大铸坯生产中简单实用的脱磷方法。
Description
技术领域
本发明涉及钢水脱磷技术领域，具体涉及一种中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法。该方法是在感应炉熔炼钢水的过程中，分阶段分批次向钢水中添加高效脱磷剂，使最终钢水中磷含量低于0.01wt%的一种实用脱磷技术。
背景技术
磷是钢中有害元素，磷含量高会导致材料脆化，因此，高质量的铸件与钢锭都对杂质元素磷有明确要求，要求磷含量一般在0.02wt%以下。对感应炉熔炼而言，通常只能通过选取磷含量较低的优质废钢与合金以生产高质量的产品，这样导致生产成本增加，产品市场竞争力降低。然而，感应炉熔炼方式却比电弧炉熔炼更加环保，可大大降低熔炼过程中有害气体、粉尘的排放量，此外，由于感应炉熔炼中废钢烧损率低，并且无需电极加热，其生产成本高于电弧炉熔炼，采用感应炉熔炼存在明显优势。综上所述，在感应炉熔炼的过程中，如果能够将钢水中磷含量控制在一个较低的水平，将可部分取代由电弧炉熔炼的高质量要求的铸件及钢锭，极大地促进整个行业节能减排，同时，不但降低了感应炉生产成本，也显著提升了感应炉产品质量。因此，迫切需要一种简单而实用的感应炉脱磷方法。
近几年，随着感应炉设备不断升级与改进，人们也意识到感应炉脱磷对产品品质的提升以及降本增效的重要性，但事实却是，感应炉仍只是一种简单的钢水熔炼工具，不能进行有害元素磷脱除，因此，限制了一些高质量要求的钢种冶炼，也妨碍了企业生产规模的扩大，到目前为止，还没有将感应炉的设备能力发挥到一个真正的水平。这主要归咎于感应炉脱磷仍存在如下问题：1）脱磷效果不明显；2）脱磷剂加入后难熔，容易造成局部钢水过热、漏钢等事故；3）熔炼过程中，由于脱磷剂的加入，导致炉内加料困难，熔炼时间过长；4）操作过于复杂，带来的额外费用高；5）包衬侵蚀严重，降低使用次数，增加生产成本。
发明内容
针对现有技术中暴露出的一系列感应炉脱磷存在的问题及脱磷操作的难点，本发明的目的在于提供一种中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，该方法在依据钢水脱磷原理很好地解决了感应炉钢水脱磷难题的基础上，开发了一种分阶段分批次向钢水中添加高效脱磷剂的实用脱磷方法，将熔炼钢水中磷含量控制到低于0.01wt%，满足高品质钢的生产需要。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，该方法是利用脱磷剂和助熔剂对感应炉熔炼过程钢水进行脱磷，具体包括如下步骤：
（1）脱磷剂的选择
所述脱磷剂的组成包括氧化铁粉、氧化钙和氧化镁，其中：氧化镁的重量应小于氧化铁粉重量的10wt%；氧化钙的重量为氧化铁粉重量的0.5-5倍；为提高脱磷效率，所述氧化钙的来源为为小颗粒状的活性石灰，不得用FeO与CaO的预熔物代替脱磷剂中所添加的氧化铁、氧化钙；所述小颗粒状的活性石灰，其颗粒尺寸应小于10mm，石灰中CaO含量＞85wt%。
（2）感应炉熔炼过程中添加脱磷剂与助熔剂
感应炉熔炼过程分为三个阶段：熔炼钢水量达到总重量1/2之前为第一阶段，剩余废钢全熔时间段为第二阶段，废钢全熔后的提温阶段为第三阶段；根据每个阶段实现的目的不同，选取两种不同配比的脱磷剂成分，其中：第一阶段所采用脱磷剂中氧化铁粉与氧化钙的重量比例为1:（0.5-2）；第二阶段所采用脱磷剂中氧化铁粉与氧化钙的重量比例为1:（2-5）；第三阶段不使用脱磷剂，只使用助熔剂。
感应炉熔炼过程中，添加脱磷剂的原则为：分阶段分批次的加入，即：在冶炼前，将占所需熔炼废钢总量5-15wt%的脱磷剂铺入炉底层，铺入炉底层的脱磷剂其各组分之间的配比与第一阶段所用脱磷剂相同；在第一阶段，将占所需熔炼废钢总量35-45wt%的脱磷剂加入炉中，加入方式为分批次加入，每批次加入量为废钢总量的6-10wt%，各批次之间加入时间间隔要均匀；在第二阶段，将占所需熔炼废钢总量45-55wt%的脱磷剂加入炉中，加入方式为分批次加入，每批次加入量为废钢总量的8-12wt%，各批次之间加入时间间隔要均匀。
感应炉熔炼过程中，向炉中加入助熔剂；第一阶段助熔剂的用量应小于该阶段脱磷剂用量的10wt%；第二阶段助熔剂的用量应小于该阶段脱磷剂用量的10wt%；第三阶段助熔剂的用量不超过熔炼过程中脱磷剂总用量的10wt%（熔炼过程中脱磷剂总用量是指冶炼前铺入炉底的脱磷剂与前两个阶段所用脱磷剂的总量）。
感应炉熔炼过程中，每个阶段脱磷温度的控制如下：
由于低温有利于钢水脱磷，在前两个熔炼阶段，钢水温度控制在1560℃以下，而在第三阶段，将钢水温度提高到1600-1680℃，该阶段时，需加大感应炉功率及采用炉顶设置等离子加热装置加热，共同加热的方式可使钢水温度迅速提高到1600-1680范围内，且等离子加热装置的设置可实现炉顶化渣，加大钢水搅拌，提高脱磷渣的流动性，必须消除厚渣壳。
感应熔炼过程中，所用脱磷剂使用前，其各组分需经高于600℃的高温烘烤；所用助熔剂为氟化钙或氧化钠等低熔点化合物。
本发明具有如下显著效果：
1、本发明是一种高效实用的感应炉钢水脱磷方法，主要采用合适比例的高碱度氧化渣系及渣量、渣料高温烘烤制度、分阶段分批次加入渣料方式、合理的熔炼温度控制制度以及采用等离子加热装置加热一系列技术措施，可以有效地进行感应炉钢水中磷含量的脱除，为提升铸钢件和钢铁大铸坯内部质量提供了一种简单而实用的脱磷操作方法。
2、本发明所采用的感应炉钢水脱磷方法，能够将最终钢水中的磷含量控制在0.01wt%以下，脱磷率达60%以上，为发展感应炉高效脱磷提供了一种简单而实用的脱磷操作方法。
3、本发明所采用的感应炉钢水脱磷方法，一方面，降低生产成本，另一方面，通过中频感应炉取代电弧炉粗炼钢水，能够实现工业节能减排，对环境保护有益。
4、本发明通过分阶段分批次合理添加不同配比的脱磷剂，既保证了脱磷效果，又解决了中频感应炉钢水脱磷所引起的其它技术难题。
具体实施方式
以下通过实施例详述本发明。
以下实施例中，所用脱磷剂由氧化铁粉、氧化钙和氧化镁组成，氧化钙的来源为小颗粒状的活性石灰，其颗粒尺寸小于10mm，石灰中CaO含量＞85wt%，使用时按石灰中实际所含CaO的量计算脱磷剂配方；脱磷剂使用前，其各组分经过高于600℃的高温烘烤。
根据每个阶段实现目的不同，选取两种不同配比的脱磷剂，第一种脱磷剂（脱磷剂Ⅰ）中，氧化铁粉：氧化钙＝1：1，氧化镁为氧化铁的8wt.%；第二种脱磷剂（脱磷剂Ⅱ）中，氧化铁粉：氧化钙＝1：4，氧化镁为氧化铁的8wt.%。
感应炉熔炼过程分为三个阶段：熔炼钢水量达到总重量1/2之前为第一阶段，剩余废钢全熔时间段为第二阶段，废钢全熔后的提温阶段为第三阶段。
添加脱磷剂的原则为：在冶炼前，将占所需熔炼废钢总量5-15wt%的脱磷剂铺入炉底层；在第一阶段，将占所需熔炼废钢总量35-45wt%的脱磷剂加入炉中，加入方式为分批次加入，每批次加入量为废钢总量的6-10wt%，各批次之间加入时间间隔要均匀；在第二阶段，将占所需熔炼废钢总量45-55wt%的脱磷剂加入炉中，加入方式为分批次加入，每批次加入量为废钢总量的8-12wt%，各批次之间加入时间间隔要均匀。
感应炉熔炼过程中，向炉中加入助熔剂；第一阶段助熔剂的用量应小于该阶段脱磷剂用量的10wt%；第二阶段助熔剂的用量应小于该阶段脱磷剂用量的10wt%；第三阶段助熔剂的用量不超过熔炼过程中脱磷剂总用量的10wt%。
实施例1
1、试验所用的中频感应炉容量为5t，熔炼用废钢原始配料化学成分如表1所示，所需熔炼总量为5t。炉底铺一层占废钢总量9wt%的脱磷剂Ⅰ，当感应炉底充满钢水后，按照中频感应炉熔炼第一阶段脱磷剂加入方式添加脱磷剂Ⅰ，用量为废钢总量36wt%，助熔剂氟化钙加入量为第一阶段脱磷剂Ⅰ加入量的8wt%；当钢水熔炼一半后，按照感应炉熔炼第二段加入方式添加脱磷剂Ⅱ，用量为废钢总量55wt%，助熔剂氟化钙加入量为第二阶段脱磷剂Ⅱ加入量的8wt%；待废钢全熔后，所测的钢水温度为1540℃，然后，加大感应炉熔炼功率，同时炉顶采用等离子加热渣层，将钢水温度提高到1670℃，该阶段助熔剂氟化钙的用量为熔炼过程中脱磷剂总用量的10wt%。此时取钢水样进行成分测定，测定的化学成分如表2所示。表1与表2含磷成分的对比可得到，脱磷率达62.5%。
表1熔炼用废钢的化学成分(wt%)
表2采用感应炉的钢水脱磷方法钢水化学成分的测定(wt%)
实施例2
1、试验所用的中频感应炉容量为8t，熔炼用废钢原始配料化学成分如表3所示，所需熔炼总量为8t。。炉底铺一层占废钢总量15wt%的脱磷剂Ⅰ，当感应炉底充满钢水后，按照感应炉熔炼第一阶段脱磷剂加入方式添加脱磷剂Ⅰ，用量为废钢总量41wt%，助熔剂氧化钠加入量为第一阶段脱磷剂Ⅰ加入量的8wt%；当钢水熔炼一半后，按照感应炉熔炼第二阶段加入方式添加脱磷剂Ⅱ，用量为废钢总量44wt%，助熔剂氧化钠加入量为第二阶段脱磷剂Ⅱ加入量的8wt%；废钢全熔后，所测钢水的温度为1550℃，然后，加大感应炉熔炼功率，炉顶采用等离子加热渣层，钢水温度提高到1675℃，该阶段助熔剂氧化钠的用量为熔炼过程中脱磷剂总用量的10wt%。取钢水样进行成分测定，测定的化学成分如表4所示。表3与表4含磷成分的对比可得到，脱磷率达70.4%。
表3熔炼用废钢的化学成分(wt%)
表4采用感应炉的钢水脱磷方法熔炼钢水化学成分的测定(wt%)
Claims (6)
1.一种中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，其特征在于：该方法是利用脱磷剂和助熔剂对感应炉熔炼过程钢水进行脱磷，具体包括如下步骤：
(1)脱磷剂的选择
所述脱磷剂的组成包括氧化铁粉、氧化钙和氧化镁，其中：氧化镁的重量应小于氧化铁粉重量的10wt％；氧化钙的重量为氧化铁粉重量的0.5-5倍；
(2)感应炉熔炼过程中添加脱磷剂与助熔剂
感应炉熔炼过程分为三个阶段：熔炼钢水量达到总重量1/2之前为第一阶段，剩余废钢全熔时间段为第二阶段，废钢全熔后的提温阶段为第三阶段；其中：第一阶段所采用脱磷剂中氧化铁粉与氧化钙的重量比例为1:(0.5-2)；第二阶段所采用脱磷剂中氧化铁粉与氧化钙的重量比例为1:(2-5)；第三阶段不使用脱磷剂，只使用助熔剂；
感应炉熔炼过程中，添加脱磷剂的原则为：分阶段分批次的加入，即：在冶炼前，将占所需熔炼废钢总量5-15wt％的脱磷剂铺入炉底层；在第一阶段，将占所需熔炼废钢总量35-45wt％的脱磷剂加入炉中，加入方式为分批次加入，每批次加入量为废钢总量的6-10wt％，各批次之间加入时间间隔要均匀；在第二阶段，将占所需熔炼废钢总量45-55wt％的脱磷剂加入炉中，加入方式为分批次加入，每批次加入量为废钢总量的8-12wt％，各批次之间加入时间间隔要均匀；
感应炉熔炼过程中，向炉中加入助熔剂；第一阶段助熔剂的用量小于该阶段脱磷剂用量的10wt％；第二阶段助熔剂的用量小于该阶段脱磷剂用量的10wt％；第三阶段助熔剂的用量不超过熔炼过程中脱磷剂总用量的10wt％；
感应炉熔炼过程中，每个阶段脱磷温度的控制如下：
在前两个熔炼阶段，钢水温度控制在1560℃以下，而在第三阶段，将钢水温度提高到1600-1680℃，该温度通过加大感应炉功率以及采用在炉顶设置等离子加热装置的共同加热方式实现。
2.根据权利要求1所述的中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，其特征在于：冶炼前铺入炉底层的脱磷剂其各组分之间的配比与第一阶段所用脱磷剂相同。
3.根据权利要求1所述的中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，其特征在于：为提高脱磷效率，所述氧化钙的来源为为小颗粒状的活性石灰，不得用FeO与CaO的预熔物代替脱磷剂中所添加的氧化铁、氧化钙。
4.根据权利要求3所述的中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，其特征在于：所述小颗粒状的活性石灰，其颗粒尺寸小于10mm，石灰中CaO含量＞85wt％。
5.根据权利要求1所述的中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，其特征在于：所述脱磷剂使用前，其各组分需经高于600℃的高温烘烤。
6.根据权利要求1所述的中频感应炉熔炼钢水的脱磷方法，其特征在于：所述助熔剂为氟化钙或氧化钠。
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