專利名稱：一種感應(yīng)爐煉鋼脫磷和脫硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于感應(yīng)爐煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種在感應(yīng)爐煉鋼過程中采用的脫
磷、脫硫方法。
背景技術(shù)：
對大多數(shù)鋼種而言，鋼中的磷和硫都屬于有害元素，對鋼的綜合使用性能產(chǎn)生重要危害，因此，盡可能地降低鋼中的硫、磷含量對提高鋼的質(zhì)量具有重要意義。傳統(tǒng)的感應(yīng)爐煉鋼受制于冶煉條件、爐襯耐火材料等因素的限制，難于在爐內(nèi)實現(xiàn)同時脫硫和脫磷。由于目前煉鋼還原脫磷存在難以克服的困難，煉鋼脫磷需采用傳統(tǒng)的氧化脫磷法，而煉鋼過程氧化脫磷和實現(xiàn)脫硫在熱力學(xué)條件方面存在差異，甚至需要相反的熱力學(xué)條件，因此感應(yīng)爐煉鋼實現(xiàn)爐內(nèi)同時脫磷、脫硫的技術(shù)還未見報道。 傳統(tǒng)的鋼鐵企業(yè)采用氧氣轉(zhuǎn)爐或電弧爐煉鋼，通過輔以鐵水預(yù)處理和煉鋼爐出鋼后的多種精煉措施，可以將鋼中的硫和磷降低到很低的水平，但傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)由于生產(chǎn)連續(xù)性強、生產(chǎn)規(guī)模巨大，并采用多種龐大且先進成熟的鐵水預(yù)處理、煉鋼及爐外精煉技術(shù)等可以產(chǎn)生明顯的技術(shù)經(jīng)濟效益。但對于目前生產(chǎn)金屬鑄件的金屬制品加工企業(yè)和中小型鑄鋼廠由于生產(chǎn)的不連續(xù)性及冶煉規(guī)模(爐子的噸位)較小，采用感應(yīng)爐煉鋼是最經(jīng)濟也是最普遍的煉鋼方法，其特點是生產(chǎn)組織靈活，可以按各種優(yōu)特鋼的要求進行冶煉，而且設(shè)備投資和生產(chǎn)成小都較低，可實現(xiàn)加工下腳料的循環(huán)利用，但是，由于感應(yīng)爐煉鋼噸位小、生產(chǎn)不連續(xù)等因素，使得傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)煉鋼脫硫和脫磷所采用的成熟的工藝和設(shè)備不適合生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)周期及間歇長的感應(yīng)爐煉鋼。 煉鋼脫磷的有利熱力學(xué)條件是爐渣高堿度、高氧化性和低溫(因為氧化脫磷是放熱反應(yīng)，所以低溫有利脫磷)，而煉鋼脫硫的有利熱力學(xué)條件是爐渣高堿度、低氧化性和高溫(因為脫硫是吸熱反應(yīng)，所以高溫有利脫硫)。正是由于脫磷和脫硫在氧化性和溫度方面的要求相反，給同時脫磷和脫硫帶來了困難。另外，脫磷和脫硫都需要高堿度爐渣，因此感應(yīng)爐內(nèi)實現(xiàn)脫硫和脫磷都必須造高堿度渣，這也只有在感應(yīng)爐爐襯采用堿性(Mg0)或中性(A1203)材質(zhì)時才可能采用，而采用酸性爐襯(Si02)的感應(yīng)爐更不能在爐內(nèi)進行脫硫或脫磷。因此，目前感應(yīng)爐煉鋼一般不在爐內(nèi)進行脫硫或者脫磷，而是采用爐外處理的方法，如現(xiàn)有技術(shù)1 (中國專利授權(quán)公告號CN100434540C，酸性感應(yīng)爐爐外脫硫法)和現(xiàn)有技術(shù)2 (中國專利中請?zhí)?00910235079. 5， 一種感應(yīng)爐煉鋼爐外脫硫劑及脫硫方法)都是采用爐外脫硫的方法，這些爐外脫硫方法可以將硫含量降低到較低的水平，但由于脫硫時鋼液已經(jīng)脫氧處理，是強還原氣氛，因此不能實現(xiàn)氧化脫磷，所以爐外脫磷和脫硫很難同時實現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)3(中國專利申請?zhí)?00610097440. 9，利用碳酸鋇系渣料對含鉻鐵水同時脫磷脫硫的方法)雖然公開了一種含鉻鐵水爐內(nèi)同時脫磷脫硫的方法，但該發(fā)明的不足有二 一是采用毒性很強的碳酸鋇為主要脫磷脫硫劑，損害操作人員健康并污染環(huán)境；二是該發(fā)明中配有高含量(< 50% )的氧化鐵，理論上很難實現(xiàn)將磷硫含量都降低到很低的水平(磷0.02%，硫0.008%以下)。現(xiàn)有技術(shù)4(中國發(fā)明專利申請?zhí)?00810054730. 4，低鎳鉻鐵液或生鐵的脫磷方法)同樣提出采用碳酸鋇、螢石、氯化鈣、氧化鐵配制脫磷劑實現(xiàn)爐內(nèi)脫磷，該發(fā)明的不足也是采用有毒有害的碳酸鋇、螢石等物質(zhì)，另外該發(fā)明中含有配有高含量(< 50% )的氧化鐵，所以也很難實現(xiàn)高效脫硫。 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中沒有能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)爐煉鋼爐內(nèi)脫磷和脫硫的報道，采用爐外處理技術(shù)也很難實現(xiàn)同時脫磷和脫硫，爐外處理還會增加工序和引起溫度降低。所以，隨著對鋼件質(zhì)量要求的提高，開發(fā)一種感應(yīng)爐內(nèi)實現(xiàn)高效脫磷和脫硫的冶煉方法，具有重要的實際應(yīng)用價值，必將帶來顯著的經(jīng)濟社會效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是結(jié)合感應(yīng)爐煉鋼熔煉過程的特點，充分利用鋼液脫磷、脫硫的有利熱力學(xué)條件，通過在感應(yīng)爐煉鋼過程的不同階段分別造渣，實現(xiàn)感應(yīng)爐內(nèi)高效脫磷、脫硫，提高感應(yīng)爐煉鋼的冶煉效率，并大幅度提高鋼液的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的足通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)的 —種利用感應(yīng)爐煉鋼過程中采用的脫磷、脫硫方法，其特征在于，根據(jù)感應(yīng)爐煉鋼熔煉過程，充分利用鋼液高效脫磷、脫硫的有利熱力學(xué)條件，分階段對鋼液實施脫磷和脫硫，以充分利用鋼液脫磷、脫硫的有利熱力學(xué)條件，實現(xiàn)感應(yīng)爐內(nèi)高效脫磷、脫硫。該發(fā)明的具體特征如下 第一階段鋼液脫磷處理 脫磷處理在爐料熔化期和完全熔化初期進行，通過控制感應(yīng)熔煉爐的輸入功率，將鋼水溫度控制在低于1450°C ，采用石灰_氧化鐵_硼酐組成的脫磷劑對鋼液進行脫磷處理，脫磷劑的加入量為8-10kg/t鋼液，脫磷劑組成(重量％ )為活性石灰50_60%，氧化鐵皮30-40 % ，硼酐3-10 % ，脫磷劑經(jīng)配料混勻后，裝在感應(yīng)爐底部，然后裝入金屬料后通電升溫冶煉，金屬料熔清以后，控制升溫速度，使鋼液溫度控制在1380-145(TC范圍內(nèi)的時間在20-40分鐘，以使鋼液充分脫磷，采用本發(fā)明的脫磷劑可以將鋼液中的磷含量降低到0. 01%以下。脫磷任務(wù)完成后，拔去或倒出脫磷渣，然后加入石灰造新渣后或加入覆蓋劑后使鋼水快速升溫。
第二階段鋼液脫硫處理 脫磷任務(wù)完成后，徹底除渣，鋼水快速升溫到1500-160(TC范圍，對鋼液預(yù)脫氧和合金化后，加入石灰-電石-鋁灰組成的脫硫劑，對鋼液進行脫硫處理。加入脫硫劑前，首先要對鋼液進行脫氧處理，按1. 5-2. Okg/t鋼液加入鋁脫氧，然后根據(jù)鋼種需要，加入不易燒損的合金元素進行合金化，易燒損氧化的合金元素也可以在脫硫任務(wù)完成后進行第二次合金化時加入。采用的脫硫劑組成(重量％)為，活性石灰50-60%，電石塊20-30%，鋁灰10-20%，渣料經(jīng)配料混勻后加入到爐內(nèi)。脫硫劑的加入量為10-15kg/t鋼液。脫硫階段鋼液溫度控制在1500-160(TC，脫硫階段所需的時間為30-50分鐘，采用本發(fā)明的脫硫劑可以將鋼液中的硫含量降低到0. 008%以下。脫硫任務(wù)完成后，即可出鋼澆鑄。
本發(fā)明的鋼液脫磷處理是利用熔煉初期鋼液溫度低，通過造高堿度高氧化性渣進行脫磷處理，充分利用了鋼液脫磷的有利熱力學(xué)條件，配制本發(fā)明的脫磷劑，其原料的配加比例及選料標準如下
1)活性石灰
活性石灰的作用主要是與磷氧化的產(chǎn)物結(jié)合成穩(wěn)定的復(fù)合化合物磷酸鈣，從而將磷氧化物固定在渣中，綜合考慮脫磷渣的堿度、氧化性和熔化性能，活性石灰加入量的范圍控制在50_60%，具有最好的冶金效果。 作為脫磷劑原料的石灰應(yīng)具有較高活性和純度的石灰，其Ca0的含量大于90X，
石灰要特別注意防潮存放，最好選用優(yōu)質(zhì)石灰石新煅燒出來的石灰作原料。
2)氧化鐵 氧化鐵的作用有兩方面，一方面是向鋼中供氧和傳遞氧，使鋼中的磷氧化成五氧化二磷，從而從鋼中去除，另外一個作用是促進石灰的熔解即化渣作用，綜合考慮供氧與化渣的平衡關(guān)系，氧化鐵的加入量在30-40%。 作為鐵水預(yù)處理脫磷劑原料的氧化鐵可以是軋鋼鐵皮、赤鐵礦礦石、燒結(jié)礦粉等廢料，要求所含的Fe203的質(zhì)量分數(shù)大于85% 。
3)硼酐 硼酐由于其熔點低(450°C )并能與多種堿性及酸性氧化物形成低熔點共晶體或
復(fù)雜化合物，不易揮發(fā)，對氧化鈣基渣系具有非常好的助熔效果，其助熔能力比螢石和蘇打
都要強，且不污染環(huán)境，本發(fā)明中加入3-10%的硼酐即起到非常好的助熔造渣效果，經(jīng)實驗
測定，本發(fā)明的脫磷劑的半球點溫度在1280-1360°C范圍，適合感應(yīng)爐熔煉初期造渣。 作為鐵水預(yù)處理脫磷劑原料的硼酐中B203的質(zhì)量分數(shù)要高于90% 。 本發(fā)明的鋼液脫硫處理是利用熔煉后期鋼液溫度高，鋼液預(yù)脫氧處理后，通過造
高堿度強還原性渣進行脫硫處理，充分利用了鋼液脫硫的有利熱力學(xué)條件即高溫、高堿度、
強還原性渣脫硫，配制本發(fā)明的脫硫劑，其原料的配加比例及選料標準如下 1)活性石灰CaO :石灰也具有很強的脫硫能力，但石灰的熔點高，需要配加助熔
齊U，而且單一采用石灰脫硫時，石灰表面出現(xiàn)2CaO *Si02，這是一種致密殼體結(jié)構(gòu)，影響石灰
繼續(xù)脫硫。本發(fā)明的脫硫劑中活性石灰的重量百分數(shù)為50-60%。 作為脫硫劑原料的石灰應(yīng)具有較高活性和純度的石灰，其CaO的含量大于90%，
石灰要特別注意防潮存放，最好選用優(yōu)質(zhì)石灰石新煅燒出來的石灰作原料。 2)電石CaC^電石具有強還原性，保證脫硫的強還原性氣氛，同時，CaC2又是非
常強的脫硫劑，其脫硫能力強于石灰CaO，考慮到本脫硫劑使用的溫度較高，可以使用較多
的石灰作脫硫劑，另外，電石較貴，大量使用會增加鋼的成本，因此本發(fā)明的脫硫劑中電石
CaC2的重量百分數(shù)為20-30%。 作為脫硫劑原料的電石，其CaC^的含量大于85%，電石要特別注意防潮存放，注意使用安全。 3)鋁灰鋁灰的主要作用是促進石灰的熔解，即助熔劑的作用，促進成渣，可以提高脫硫劑的脫硫效率和效果，減少脫硫劑的消耗量，本發(fā)明中加入10_20%的鋁灰可起到非常好的助熔造渣效果。 作為脫硫劑原料的鋁灰，要求A1203和Al的含量在85%以上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，采用本發(fā)明的優(yōu)點如下 ①本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)合感應(yīng)爐熔煉的特點，充分利用高效脫磷、脫硫的有利熱力學(xué)條件，通過造渣在感應(yīng)爐冶煉過程中在爐內(nèi)實現(xiàn)高效脫磷、脫硫，大幅度提高了鋼液的質(zhì)
②采用本發(fā)明的成本低、不需增加設(shè)備投資，操作簡單，易于實現(xiàn)，即提高產(chǎn)品質(zhì)量，又提高了煉鋼原料的適應(yīng)性，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 ③本發(fā)明的脫磷方法具有很好的脫磷效果，采用本發(fā)明進行脫磷處理，可以將鋼液中磷含量降低到0.01%以下。 ④本發(fā)明的脫磷劑中使用硼酐作助熔劑，有比使用螢石和蘇打更好的助熔效果，該脫磷劑的半球點溫度低于138(TC，實現(xiàn)了快速化渣和高效脫磷，另外，不使用螢石和蘇打，徹底消除了使用螢石造成的氟污染和蘇打造成的強堿污染，對改善操作現(xiàn)場的環(huán)境、保證操作人員的健康以及延長設(shè)備的使用壽命都有重要作用。 ⑤本發(fā)明的脫硫劑比單一使用電石、石灰(石灰石)具有更好的脫硫效果。單一使用電石爐外脫硫時，將有0. 001 0. 003%的回硫現(xiàn)象，使用本發(fā)明時，由于加入了石灰，無回硫現(xiàn)象發(fā)生，因此與單一使用電石相比，控制了回硫現(xiàn)象；與單一用石灰(包括石灰、石灰石，也包括碳酸鋇、氧化鋇等堿性氧化物和其碳酸鹽)相比，本發(fā)明的脫硫劑的加入量不足石灰系脫硫劑加入量的三分之一，且脫硫效果提高，鋼液最終硫含量可由使用石灰系脫硫劑時的0. 015%降低到使用本發(fā)明時的0. 008%以下。 ⑥脫磷渣中不含有害的氟元素和強堿，自由氧化鈣的量很低，特別是該脫磷渣中含有較高含量的磷和硼元素，該脫磷渣經(jīng)處理后是一種理想的硼磷復(fù)合化學(xué)肥料，不破壞土壤的酸堿平衡，也不會污染水資源，容易實現(xiàn)脫磷渣的高附加值綜合利用。
⑦本發(fā)明的脫磷劑中所用原料均屬于工業(yè)上無毒無害的物質(zhì)，具有環(huán)保特點。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點是通過造渣在感應(yīng)爐內(nèi)實現(xiàn)高效率脫磷和脫硫處理，克服了目前感應(yīng)爐煉鋼不能實現(xiàn)爐內(nèi)同時脫硫和脫磷的問題，且本發(fā)明的方法成本低、不需增加設(shè)備投資，操作簡單，易于實現(xiàn)，所采用的脫磷劑和脫硫劑屬無害無污染物質(zhì)，因此，本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的闡述。實施例僅用于說明本發(fā)明，而不是以
任何方式來限制本發(fā)明。 實施實例1 該實施例針對1噸中頻感應(yīng)爐煉鋼進行脫磷脫硫預(yù)處理，鐵水實際重量1噸。 采用的脫磷劑配比為活性石灰50%，氧化鐵皮40%，硼酐10%。 脫磷劑的加入量為10kg，脫磷處理時間20分鐘。 采用的脫硫劑配比為活性石灰50%，電石塊30%，鋁灰20%。 脫硫劑的加入量為15kg，脫硫處理時間30分鐘。 測定鋼液最終磷含量為0. 01 % ，最終硫含量為0. 008% 。 為對比采用本發(fā)明的脫磷、脫硫效果，采用相同金屬原料與設(shè)備，進行不加脫磷劑和脫硫劑的對比實驗，不采用本發(fā)明時冶煉出鋼前測定鋼液磷含量為0. 04%，硫含量為0. 05%，采用本發(fā)明達到預(yù)期的脫磷、脫硫效果。
實施實例2 該實施例針對3噸中頻感應(yīng)爐煉鋼進行脫磷脫硫預(yù)處理，鐵水實際重量3噸。
采用的脫磷劑配比為活性石灰55%，氧化鐵皮40%，硼酐5%，
脫磷劑的加入量為24kg，脫磷處理時間20分鐘。 采用的脫硫劑配比為活性石灰60%，電石塊25%，鋁灰15% 脫硫劑的加入量為36kg，脫硫處理時間40分鐘。 測定鋼液最終磷含量為0. 009% ，最終硫含量為0. 006% 。 為對比采用本發(fā)明的脫磷、脫硫效果，采用相同金屬原料與設(shè)備，進行不加脫磷劑和脫硫劑的對比實驗，不采用本發(fā)明時冶煉出鋼前測定鋼液磷含量為0. 042%，硫含量為0. 048 % ，采用本發(fā)明達到預(yù)期的脫磷、脫硫效果。
實施實例3 該實施例針對10噸感應(yīng)爐煉鋼進行脫磷脫硫預(yù)處理，鐵水實際重量約10噸。 采用的脫磷劑配比為活性石灰60%，氧化鐵皮30%，硼酐10%， 脫磷劑的加入量為100kg，脫磷處理時間25分鐘。 采用的脫硫劑配比為活性石灰60%，電石塊20%，鋁灰20% 脫硫劑的加入量為100kg，脫硫處理時間45分鐘。 測定鋼液最終磷含量為0. 008% ，最終硫含量為0. 008% 。 為對比采用本發(fā)明的脫磷、脫硫效果，采用相同金屬原料與設(shè)備，進行不加脫磷劑和脫硫劑的對比實驗，不采用本發(fā)明時冶煉出鋼前測定鋼液磷含量為0. 045%，硫含量為0. 05%，采用本發(fā)明達到預(yù)期的脫磷、脫硫效果。
實施實例4 該實施例針對10噸感應(yīng)爐煉鋼進行脫磷脫硫預(yù)處理，鐵水實際重量約10噸。 采用的脫磷劑配比為活性石灰60%，氧化鐵皮37%，硼酐3%， 脫磷劑的加入量為100kg，脫磷處理時間30分鐘。 采用的脫硫劑配比為活性石灰60%，電石塊30%，鋁灰10% 脫硫劑的加入量為100kg，脫硫處理時間50分鐘。 測定鋼液最終磷含量為0. 007% ，最終硫含量為0. 008% 。 為對比采用本發(fā)明的脫磷、脫硫效果，采用相同金屬原料與設(shè)備，進行不加脫磷劑和脫硫劑的對比實驗，不采用本發(fā)明時冶煉出鋼前測定鋼液磷含量為0. 046%，硫含量為0. 048 % ，采用本發(fā)明達到預(yù)期的脫磷、脫硫效果。
權(quán)利要求
一種感應(yīng)爐煉鋼脫磷和脫硫方法，其特征在于在爐料熔化期和完全熔化后初期，對鋼液進行脫磷處理；在熔煉中后期，對鋼液進行脫硫處理；以達到降低鋼液中磷、硫含量的目的。
2. 權(quán)利要求1所述的脫磷和脫硫方法，其特征在于在爐料熔化期和完全熔化后冶煉初期進行脫磷處理時，鋼液的溫度應(yīng)低于1450°C 。
3. 權(quán)利要求1和2所述的脫磷和脫硫方法，其特征在于脫磷采用的脫磷劑組成(重量％ )為活性石灰50 60%，氧化鐵皮30 40%，硼酐3 10%。
4. 權(quán)利要求3所述的鋼液脫磷處理，其特征在于脫磷劑的加入量為8 10kg/t鋼液。
5. 權(quán)利要求1和2所述的鋼液脫磷處理，其特征在于對鋼液進行脫磷的具體方法為脫磷劑經(jīng)配料混勻后，裝在感應(yīng)爐底部，然后裝入煉鋼金屬料后通電升溫冶煉，金屬料熔清以后，控制升溫速度，使鋼液溫度控制在1380-145(TC范圍內(nèi)的時間在20-40分鐘，以使鋼液充分脫磷。
6. 權(quán)利要求1和2所述的鋼液脫磷處理，其特征在于脫磷完成后，拔去或倒出脫磷渣，然后加入石灰造新渣后使鋼水快速升溫至脫硫精煉溫度，即1500°C 1600°C。
7. 權(quán)利要求l所述的脫磷和脫硫方法，其特征在于加入脫硫劑前，首先要對鋼液進行脫氧處理，按1. 5 2. Okg/t鋼液加入鋁脫氧。
8. 權(quán)利要求l所述的脫磷和脫硫方法，其特征在于其特征在于脫硫采用的脫硫劑組成(重量％ )為，活性石灰50 60%，電石塊20 30%，鋁灰10 20%。
9. 權(quán)利要求8所述的脫磷和脫硫方法，其特征在于脫硫劑的加入量為10 15kg/t鋼液。
10. 權(quán)利要求1所述的脫磷和脫硫方法，其特征在于脫硫階段鋼液溫度控制在1500°C 1600。C，脫硫階段所需的時間為30 50分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用感應(yīng)爐煉鋼過程中采用的脫磷、脫硫方法，其特征在于，在爐料熔化期和完全熔化后初期，將鋼水溫度控制在低于1450℃，采用石灰-氧化鐵-硼酐組成的脫磷劑，對鋼液進行脫磷處理，可將鋼液中磷含量控制到0.01％以下；脫磷任務(wù)完成后，徹底除渣，鋼水快速升溫到1500℃～1600℃范圍，對鋼液預(yù)脫氧和合金化后，加入石灰-電石-鋁灰組成的脫硫劑，對鋼液進行脫硫處理，可將鋼液中硫含量降低到0.008％以下。本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)合感應(yīng)爐熔煉的特點，充分利用脫磷、脫硫的有利熱力學(xué)條件，通過造渣實現(xiàn)高效脫磷、脫硫，大幅度提高了鋼液的質(zhì)量。同時，采用本發(fā)明的成本低、不需增加設(shè)備投資，操作簡單，易于實現(xiàn)，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號C21C7/064GK101717842SQ20091026403
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者李桂榮, 王宏明, 趙玉濤 申請人:江蘇大學(xué)