CN1670224A

CN1670224A - 一种不锈钢还原脱磷剂

Info

Publication number: CN1670224A
Application number: CN 200410021379
Authority: CN
Inventors: 都祥元; 苏国跃; 孔凡亚; 杨柯
Original assignee: Institute of Metal Research of CAS
Current assignee: Institute of Metal Research of CAS
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-21

Abstract

一种不锈钢还原脱磷剂，其特征在于化学组成重量百分比为：钙Ca：25～55，镁Mg：余量，碳C：＜0.1，锰Mn：＜0.05，铁Fe：＜0.2，铜Cu＜0.01，硫S：＜0.003，磷P：＜0.001。助熔剂采用化学纯试剂CaF₂。本发明可以应用在真空感应炉上，对不锈钢进行深脱磷的同时，可以进一步脱氧和脱硫。脱磷率可以达到50％，脱氧、脱硫率在95％以上。

Description

一种不锈钢还原脱磷剂

技术领域；

本发明涉及不锈钢的制备技术，特别提供了一种不锈钢还原脱磷剂。

背景技术：

不锈钢的返回料在炉料中的比例不断增加，因而使钢液中的磷含量不断上升。传统氧化法脱磷对于碳含量低于2％的钢水脱磷效果很差，而且不可避免的导致不锈钢中的合金元素Cr、Mn、Si的氧化损失；采用氧化法脱磷不可避免地由加入的CaO或BaO中带入了杂质元素碳，很容易使钢中的碳超标；即使采用目前常用的还原脱磷法，即用CaC₂、CaSi或AlCa脱磷，也容易带入碳、硅或铝等杂质，增加了脱除新引入的杂质的后期工序。

发明内容：

本发明的目的是提供一种不锈钢还原脱磷剂，其可以在还原脱磷的同时，方便地脱除氧和硫，并且不提高碳的含量，从而大大降低钢中的非金属夹杂物。

本发明提供了一种不锈钢还原脱磷剂，其特征在于化学组成为，重量百分比：Ca：25～55，Mg余量。

本发明不锈钢还原脱磷剂中，要求杂质C＜0.1，Mn＜0.05，Fe＜0.2，Cu＜0.01，S＜0.003，P＜0.001。

在使用本发明不锈钢还原脱磷剂进行脱磷时，可以采用化学纯试剂CaF₂作为助熔剂。

众所周知，镁在钢中的溶解度高于钙在钢中的溶解度，1873K时钙在钢中的溶解度约为0.016％，而镁在钢中的溶解度约为0.04％，因此镁比钙有更大的脱磷潜力。Mg-Ca合金脱磷的热力学方程为：

\begin{matrix} Ca + \frac{2}{3} [P] = \frac{1}{3} ({Ca}_{3} P_{2}) \\ Δ G_{1}^{o} = - 440280 + 167.4 T - - - - (1) \\ Mg + \frac{2}{3} [P] = \frac{1}{3} ({Mg}_{3} P_{2}) \\ Δ G_{2}^{o} = - 413067 + 161.64 T - - - - (2) \end{matrix}

脱磷产物Ca₃P₂、Mg₃P₂在一定氧势下可发生(3)、(4)反应，可计算求得Ca₃P₂、Mg₃P₂的标准吉布斯自由能，从而求得反应(3)、(4)的吉布斯自由能。

{ΔG}_{3}^{o} = - 3056219.88 + 348.85 &Tgr; - - - - (3)

Δ G_{4}^{o} = - 2985152.94 + 398.83 T - - - - (4)

在标准状态下，反应(3)、(4)达到平衡时，可以得到平衡常数K₃、K₄的表达式为：

\begin{matrix} K_{3} = \frac{1}{{(P_{O_{2}}^{{Ca}_{3} P_{2}} / P^{θ})}^{4}} - - - - (5) \\ K_{4} = \frac{1}{{(P_{O_{2}}^{{Mg}_{3} P_{2}} / P^{θ})}^{4}} - - - - (6) \end{matrix}

并利用公式

\ln K = \frac{- {ΔG}^{o}}{RT},

可计算出反应(3)、(4)的临界氧分压分别为：

\begin{matrix} P_{O_{2}}^{{Ca}_{3} P_{2}} = 4 \sqrt{\exp (Δ G_{3}^{o} / RT)} \cdot P^{θ} - - - - (7) \\ P_{O_{2}}^{{Mg}_{3} P_{2}} = 4 \sqrt{\exp (Δ G_{4}^{o} / RT)} \cdot P^{θ} - - - - (8) \end{matrix}

在标准状态下，根据以上计算可得到反应(3)、(4)在一定温度下的氧化脱磷与还原脱磷相互转化的临界氧势P_O2 ^Ca3P2和P_O2 ^Mg3P2，如表1：

表1在一定温度下的氧化脱磷与还原脱磷相互转化的临界氧势

T(℃)	1450	1500	1550	1600	1650	1700
T(℃)	1450	1500	1550	1600	1650	1700	P_O2 ^Ca3P2(10^-12Pa)P_O2 ^Mg3P2(10^-11Pa)	0.0240.0375	0.1070.164	0.4470.648	1.732.34	6.178.51	21.021.0

由以上计算可知，在标准状态下和炼钢温度范围内，体系氧分压分别达到10^-12Pa、10^-11Pa时，用钙或镁脱磷时，可以使钢液进行还原脱磷，而且趋势相同。因此我们可以认为当体系总的氧分压低于10^-13Pa时，可以采用Mg-Ca合金进行还原脱磷。

本发明考虑到作为还原脱磷主要元素的镁来源广泛：镁在地壳中储藏量丰富，其蕴藏量为2.7％，仅次于Al和Fe而占第3位。在大多数国家中都能发现镁矿石。海水中也还有丰富的镁，含量约为0.13％，可为人类提供取之不尽的镁资源。尤其值得一提的是，中国是世界上镁资源最丰富的国家之一，白云石矿产丰富，辽宁大石桥一带的菱镁矿储量约占世界的60％以上，矿石品位高达40％。这为镁合金和钢铁冶金的发展提供了极其有利的保证。

本发明可以应用在真空感应炉上，对不锈钢进行深脱磷的同时，可以进一步脱氧和脱硫。脱磷率可以达到50％，脱氧、脱硫率在95％以上。

附图说明：

图1为脱磷后00Cr18Ni10的夹杂物形貌图。

具体实施方式：

使用普通真空感应炉(不加正压)或电炉，第一步先将不锈钢返回料放入打结并烘烤好的MgO坩埚中，把颗粒小于φ2的脱磷剂Mg-Ca合金及助熔剂CaF₂按照质量百分比为4∶1的比例放入料斗中，然后抽真空至10^-4～10^-3Pa，送电加热至坩埚中原料全部熔化。精炼期结束后，向炉内充入一定量的氩气，并调整加热功率使钢液温度在1450～1500℃，中间间隔2分钟分三批加入脱磷剂Mg-Ca合金及助熔剂CaF₂，脱磷操作结束2分钟后再次抽真空。在浇注前控制浇注温度，匀速浇铸钢锭。

实施例1

脱磷剂的成分为，镁Mg：73.1，钙Ca：26.6，碳C：0.042，锰Mn：0.012，铁Fe：0.14，铜Cu＜0.01，硫S：0.0028，磷P：0.001。

根据还原脱磷工艺，在25Kg真空感应炉上对马氏体不锈钢2Cr13进行脱磷。脱磷前后C、O、S、P、Mg、Ca质量百分比含量对比，如表2：

实施例2

脱磷剂的成分为，镁Mg：68.9，钙Ca：30.8，碳C：0.042，锰Mn：0.012，铁Fe：0.14，铜Cu＜0.01，硫S：0.0028，磷P：0.001。

表2 2Cr13还原脱磷前后C、O、S、P、Mg、Ca质量百分比含量

序号	C(％)	S(％)	P(％)	O(％)	Mg(％)	Ca(％)
序号	C(％)	S(％)	P(％)	O(％)	Mg(％)	Ca(％)	脱磷前	0.16	0.008	0.034	0.0049	-	-
实施例1实施例2	0.0160.018	0.00080.0011	0.0110.014	0.00100.0011	0.0030.003	0.0050.003	脱磷前	0.16	0.008	0.034	0.0049	-	-

实施例3

脱磷剂的成分为，镁Mg：64.2，钙Ca：35.6，碳C：0.071，锰Mn：0.0113，铁Fe：0.11，铜Cu＜0.01，硫S：0.0019，磷P：0.001。

根据还原脱磷工艺，在25Kg真空感应炉上对奥氏体不锈钢00Cr18Ni10进行脱磷。脱磷前后C、O、S、P、Mg、Ca质量百分比含量对比，如表3：

实施例4

脱磷剂的成分为，镁Mg：61.6，钙Ca：38.2，碳C：0.059，锰Mn：0.011，铁Fe：0.14，铜Cu＜0.01，硫S：0.0022，磷P：0.001。

表3 00Cr18Ni10还原脱磷前后C、O、S、P、Mg、Ca质量百分比含量

序号	C(％)	S(％)	P(％)	O(％)	Mg(％)	Ca(％)
序号	C(％)	S(％)	P(％)	O(％)	Mg(％)	Ca(％)	脱磷前	0.014	0.030	0.0099	0.017	-	-
实施例3实施例4	0.0150.014	0.00100.0011	0.00630.0051	0.00040.0006	0.0040.003	0.0050.004	脱磷前	0.014	0.030	0.0099	0.017	-	-

从表2、3中可以看出，脱磷率在30％～50％，而脱氧和脱硫率都在95％以上，大大减少了钢中的非金属夹杂物，而且碳元素在还原脱磷前后变化微小，镁、钙的残余量也在痕量范围内。

图1为脱磷后00Cr18Ni10的夹杂物形貌图，可知精炼后夹杂物的平均体积分数fv值由1.15～1.9％，减小到0.3～0.6％，夹杂物平均半径由5～10um减小到3～5um。由此看出，Mg-Ca处理后的铸锭夹杂物尺寸明显变小，所占百分比同时明显减少，而形状和夹杂物成分基本相同。

Claims

1、一种不锈钢还原脱磷剂，其特征在于化学组成为，重量百分比：Ca25～55，Mg余量。

2、按照权利要求1所述不锈钢还原脱磷剂，其特征在于其中：C＜0.1，Mn＜0.05，Fe＜0.2，Cu＜0.01，S＜0.003，P＜0.001。