专利名称：一种铁水预处理脱磷剂的制作方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金技术领域，特别涉及一种铁水预处理脱磷用脱磷剂。
背景技术：
由于磷在钢中偏析较严重，使钢的韧性变坏，特别在低温条件下，含磷钢易产生 "冷脆"现象，钢中磷元素的偏析还会造成钢的各项异性，降低钢的机械性能和焊接性能等， 所以，对大多数钢种而言，磷是钢中的有害元素，必须严格控制。高级优质钢要求钢中磷含 量低于0.015%，一些低温用钢、海洋用钢、石油管线钢、抗氢裂纹钢等特殊钢要求钢中的磷 含量低于0. 01%甚至0. 005%，这样高的脱磷要求，单一依靠转炉炼钢很难实现。
目前，低磷钢及超低磷钢的冶炼有两种主要技术路线。 一种是转炉冶炼采用"双 渣法"，即在转炉内采用两次造渣，利用低温有利于脱磷的特点，冶炼初期，通过控制升温并 实现快速造高氧化性高碱度渣，实现早期脱磷，然后在冶炼过程中，倒掉含磷量高的初渣， 再造新渣冶炼，该方法可以将钢中的磷降低到0. 01 0. 015%的水平，但很难继续脱磷， 另外，该方法工艺复杂，冶炼时间长，严重降低了转炉的寿命和生产率，并给炼钢后的精炼 和连铸工序的衔接匹配带来一定困难，随着炼钢向高效化的发展，这种方法已经很少采用。 另一种方法是对入炼钢炉前的铁水采用预处理脱磷，即在铁水罐或鱼雷罐内，对铁水进行 脱磷处理，由于铁水的温度低，有利于脱磷，可以在较短的时间内将铁水中的磷降低到规定 要求以下(低于0.01%，甚至更低)，减轻炼钢炉脱磷的任务。在国外，铁水预处理技术已 经成为优质钢冶炼的必备技术，特别是在日本，铁水预处理率已经超过80%，我国的铁水 预处理技术也在加大推广应用。传统的铁水预处理脱磷普遍采用两个系列的脱磷剂苏打 (Na2C03)系脱磷剂和石灰系脱磷剂。苏打系脱磷剂的优点是熔点低，化渣快，但由于碳酸钠 及分解后的氧化钠，对环境污染严重、设备及耐火材料侵蚀严重、铁水温降大等缺陷，其应 用越来越受到限制。石灰系脱磷剂，由于单一的石灰不能脱磷，必须配合氧化剂如氧化铁、 锰矿石等固体氧化剂和氧气，石灰主要起造渣剂的作用去固定五氧化二磷以生成可在渣中 稳定存在的磷酸钙，但由于石灰的熔点高，必须配合较高量的助熔剂使用，目前工业上加入 萤石、苏打、氯化钙等作助熔剂，这些助熔剂都有一定的污染，如萤石造成氟污染等，因此需 要研究一种新型的铁水预处理脱磷剂，具有化渣速度快，脱磷能力强，无毒无害等优点。
由于脱磷需要高碱度高氧化性的渣系，目前的碱性氧气转炉炼钢终渣即具备了高 碱度和高氧化性的特点，作为炼钢的固体废弃物，转炉终渣也有待进行高附加值的综合利 用。利用转炉终渣的高碱度和高氧化性特点，将其用于铁水预处理脱磷在理论上具有可行 性，现有技术中也有这方面的报道。中国专利(申请号200910103666. 9，以转炉渣为原料 的复合脱磷剂及其制备方法)公开了一种用转炉渣、石英砂、轧钢铁皮、铝矾土、苏打、萤石 配制的脱磷剂，该发明的不足主要有两个，一是该发明中添加10 14%的苏打和5%的萤 石必然会带来碱污染和氟污染，损害操作人员健康，脱磷以后的废渣难以再利用，并会污染 水资源和土壤；二是该脱磷剂只配加了石英砂而没有配加活性石灰，降低了脱磷剂的碱度， 加入的铝矾土在碱性渣中显示酸性，没有脱磷作用，其助熔化渣效果也较差。中国专利(申请号03115576. 6，一种以转炉渣为原料的铁水脱磷剂)公开了一种用转炉渣、石灰、铁氧化 物、石灰石、苏打、萤石配制的脱磷剂，该发明的主要不足是配加萤石和苏打，带来碱污染和 氟污染，随着对环境保护、操作人员健康等要求的提高，这种含氟含挥发性强碱的渣系越来 越少有应用，另外，该发明中配加少量石灰石，由于石灰石及苏打在铁水预处理温度下的分 解吸热，会使处理铁水的温度下降，虽然理论上低温有利于脱磷，但温度低不利于化渣，降 低实际的脱磷效率和脱磷剂的利用率，并且由于粘渣严重给操作及后续处理带来困难。
从转炉渣综合利用的角度出发，目前的转炉渣主要作为建筑和铺路材料，少部分 富铁渣用于烧结，将转炉渣用于铁水预处理，可以节省石灰、氧化铁等造渣材料，是转炉渣 的一种高附加值利用方式。如上所述，现有技术中将转炉渣用于铁水预处理脱磷存在的不 足可以归纳为两个方面一是转炉渣用于铁水预处理，需要补加石灰和氧化铁，以保证脱磷 剂在热力学上的脱磷能力，而由于铁水预处理温度低，转炉渣熔点和石灰的熔点高，需要配 加能有效降低渣熔点、促进化渣的助熔剂，以提高脱磷效率。目前使用萤石和苏打，从化渣 的角度考虑，并不是最佳选择，需要助熔效果更好的助熔剂；二是，铁水预处理产生的脱磷 渣，由于富含磷，可以做磷肥使用，但由于目前的脱磷剂中含有强碱和氟，污染土壤和水资 源，造成危害，因此，从资源综合利用和环保的角度考虑，脱磷剂中配加萤石、苏打等也存在 局限性。 综上所述，将转炉渣用于铁水预处理脱磷，可以节约资源、降低成本，但需要进一 步优化脱磷剂的组成，特别是开发一种不含氟及强碱的高效脱磷剂，实现铁水预处理高效、 无害无污染脱磷，铁水预处理脱磷后的脱磷渣作为一种无害资源，可以实现高附加值综合 利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种以转炉渣为主要原料的铁水预处理用脱磷剂，利用转炉 终渣的高碱度和高氧化性对铁水脱磷，实现转炉渣的高附加值利用，通过配加活性石灰和 氧化铁，并加入助熔剂实现快速化渣高效脱磷，该脱磷剂不含造成氟危害的萤石和挥发性 强且有害的强碱，实现铁水预处理高效脱磷的无害化，而且铁水预处理脱磷后脱磷渣不含 污染土壤和水资源的强碱和氟元素，并含有较多的磷，可作为磷肥，为脱磷渣的高附加值再 利用创造条件。 本发明的目的是通过下列技术方案来实现的 提供一种铁水脱磷预处理用脱磷剂，该脱磷剂由碱性氧气炼钢转炉终渣、活性石 灰、氧化铁和硼酐组成，其配料组成(重量％)为转炉终渣51-60% ，活性石灰15-20% ，氧 化铁20-30 %，硼酐2-5%。 按上述脱磷剂组成配料混匀后，在保持干燥的条件下磨成细粉，其平均粒径在 0. 08 1. 5mm，利用目前工业上铁水预处理采用的铁水包或鱼雷罐喷粉装置，以Ar气或N2 气作为载气，将脱磷粉剂喷吹到铁水罐或鱼雷罐内，喷粉脱磷处理时间控制在15 30分 钟，根据处理铁水量、喷粉量、铁水容器形状、喷枪结构等参数确定，喷吹参数与常规的铁水 包或鱼雷罐喷粉处理参数相同，无特别要求。脱磷剂加入量与铁水重量、铁水初始磷含量与 最终磷含量(目标磷含量)有关，其计算公式为
W = MX ([P]「[P]f)+0. 0020% XN kg
上式中，W :脱磷剂加入量，kg ;
M:铁水重量，t; [PL :铁水初始磷含量，(重量％ );[P]f :铁水最终磷含量(目标磷含量)，(重量％ ); N:为脱磷剂加入量调节系数，kg t—、当[P]f > 0. 01%时，N取值为1.0 1. 2 ; 当[P]f < 0. 01%时，N取值为1. 2 1. 5。 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)转炉终渣 转炉终渣为一种成分均匀稳定的预熔渣，由于其高碱度和高氧化性的特点，具有 较强的脱磷能力，用于铁水预处理脱磷，在选用高效助熔剂、保证化渣良好的情况下，本发 明中转炉终渣加入量的范围可以达到51 60%。 作为铁水预处理脱磷剂原料的转炉终渣应具备以下三方面的特征要求①、渣中 磷氧化物即P205的含量要低，要求渣中P205的质量分数低于2. 0% ;②、转炉终渣要有较高 的氧化性，所含氧化铁的质量分数大于10% ;③、转炉渣的碱度要高，以保证有活性高的自 由氧化钙，二元碱度即Ca0与Si02的质量分数之比为2. 2 4. 5。根据目前的转炉炼钢情 况， 一般转炉冶炼终渣基本上都能满足上述条件。
2)活性石灰 石灰是最主要的熔剂，主要吸纳脱磷产生的五氧化二磷，生成磷酸钙，使渣中磷氧 化物具有较高的稳定性，从而保证脱磷效果，但石灰的熔点较高，化渣需要助熔剂，另外，单 一的石灰不能脱磷，渣中还必须有氧化剂，所以综合考虑稳定渣中磷氧化物、化渣以及渣氧 化性的需要，石灰的添加量为15-20%。 作为铁水预处理脱磷剂原料的石灰应具有较高活性和纯度，其Ca0的含量大于 90% ，活性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。
3)氧化铁 氧化铁的作用有两方面，一方面是向铁水中供氧和传递氧，使铁水中的磷氧化成 五氧化二磷而去除，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20-30%。 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Fe203的质量分数大于85% 。
4)硼酐 硼酐由于其熔点低(450°C )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2-5 %的硼酐即起到非常好的助熔化渣效果，经实验 测定，本发明的脱磷剂的半球点温度在1205 1286t:范围，适合用于铁水预处理。
作为铁水预处理脱磷剂原料的硼酐中B203的质量分数要高于90% 。
本发明的脱磷剂使用量的制定根据如下 脱磷剂的加入量取决于脱磷任务量及铁水的目标磷含量，使用本脱磷剂时，每吨 铁水脱磷量为0. 0020%时脱磷剂的消耗量为1.0 1.5kg，铁水的目标磷含量越低，脱磷 剂的吨铁水消耗量就越大，因此，脱磷剂的每吨铁水消耗量为([P]i-[P]f)+0.0020% XNkg N:为脱磷剂加入量调节系数，kg t—、当[P]f > 0. 01%时，N取值为1.0 1. 2， [P]f越高，N取小值；当[P]f < 0.01X时，N取值为1.2 1.5， [P]f越低，N取大值。
对于铁水预处理脱磷采用本发明的脱磷剂，其脱磷率可以达到90%以上，特别对 于初始磷含量低于0. 08%的铁水，可将铁水中的磷控制在0. 003%以下，达到超低磷钢的 冶炼要求，因此，采用本发明具有非常好的脱磷效果。
与现有技术相比较，采用本发明的优点如下 ①本发明的脱磷剂中，使用50%以上的转炉渣，与传统采用石灰_氧化铁系脱磷 剂相比，节约了约一半的石灰和氧化铁的使用量，在实现转炉渣高附加值利用的同时，显著 降低了脱磷剂成本； ②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1286t:，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； ③本发明的脱磷剂中，转炉渣是一种性能和成分均较稳定的预熔渣，配加石灰、氧 化铁和助熔剂后，具有稳定的脱磷效果，脱磷能力较现有技术明显提高，对于低磷铁水的脱 磷率也可以达到90%以上，而现有技术的脱磷率很少达到85%以上； ④使用该脱磷剂对铁水预处理脱磷后，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； ⑤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；
⑥采用本发明，只需要目前常规的铁水包或鱼雷罐喷粉处理设备，不增加工序和 设备投资，与目前采用转炉双渣法冶炼低磷钢而言，使用脱磷预处理后的铁水炼钢，大大减 轻了炼钢负担，使炼钢更加高效化，保证了生产流程的顺畅和稳定性。 综上所述，采用本发明脱磷剂对铁水进行预处理脱磷，具有脱磷效率高、成本低、 环保以及实现废弃物的高附加值综合利用等优点，具有较好的社会效益、经济效益和使用 价值。
具体实施例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110吨预处理专用铁水包进行脱磷预处理，铁水实际重量100吨。
铁水初始磷含量为O. 10%，目标磷含量是低于0.01%，采用脱磷剂的配料(重 量％)为 转炉终渣51%，活性石灰20%，氧化铁24%，硼酐5%。 按上述组成配制脱磷剂，经混料、磨料，测定渣的半球点温度为1215°C ，适合用于 铁水预处理脱磷。
计算脱磷剂的消耗总量为:W = 100X (0. 10-0. 01)+0. 002X1. 2 = 5445kg， 处理前铁水温度1350°C，以氮气作载气，流量为8mVmin，喷吹深度为铁水液面下1. 2 1. 5m，喷吹速度为300kg/min，喷粉完毕后，继续吹气搅拌1分钟后取样，处理后的磷含量为 0. 008% ，脱磷率为92% ，达到预期的脱磷效果。
实施实例2 该实施例针对55吨预处理专用铁水包进行脱磷预处理，实际盛装铁水的重量50 吨。 铁水初始磷含量为O. 15%，目标磷含量是低于0.01%，采用脱磷剂的配料(重 量％)为 转炉终渣60%，活性石灰15%，氧化铁23%，硼酐2%。 按上述组成配制脱磷剂，经混料、磨料，测定渣的半球点温度为1275°C ，适合用于 铁水预处理脱磷。 计算脱磷剂的消耗总量为W = 50X (0. 15-0. 01) +0. 002X1. 2 二4200kg，处理前 铁水温度1380°C，以氩气作载气，流量为6mVmin，喷吹深度为铁水液面下1. 1 1. 2m，喷吹 速度为200kg/min，喷粉完毕后，继续吹气搅拌1分钟后取样，处理后的磷含量为0. 009%， 脱磷率为93%，达到预期的脱磷效果。
实施实例3 该实施例针对200吨鱼雷罐铁水车进行脱磷预处理，实际盛装铁水的重量186吨。
铁水初始磷含量为0.08%，目标磷含量是低于0.003%，采用脱磷剂的配料(重 量％)为 转炉终渣55%，活性石灰17%，氧化铁22%，硼酐3%。 按上述组成配制脱磷剂，经混料、磨料，测定渣的半球点温度为1245°C ，适合用于 铁水预处理脱磷。 计算脱磷剂的消耗总量为:W = 186X (0. 08-0. 003) +0. 002X 1. 5 = 10742kg，处 理前铁水温度1400°C，以氮气作载气，采用两个水平喷嘴的喷枪，流量为12mVmin，喷吹深 度为铁水液面下1. 2 1. 3m，喷吹速度为500kg/min，喷粉完毕后，继续吹气搅拌2分钟后 取样，处理后的磷含量为0. 003% ，脱磷率为96% ，达到预期的脱磷效果。
实施实例4 该实施例针对100吨预处理专用铁水包进行脱磷预处理，铁水实际重量80吨。
铁水初始磷含量为0.20%，目标磷含量是低于0.04%，采用脱磷剂的配料(重 量％)为 转炉终渣53%，活性石灰15%，氧化铁30%，硼酐2%。 按上述组成配制脱磷剂，经混料、磨料，测定渣的半球点温度为1242°C ，适合用于 铁水预处理脱磷。 计算脱磷剂的消耗总量为W = 80X (0. 20-0. 04)+0. 002X1. 0 二6400kg，处理前 铁水温度1400°C，以氮气作载气，流量为7mVmin，喷吹深度为铁水液面下1. 2 1. 5m，喷吹 速度为300kg/min，喷粉完毕后，继续吹气搅拌1分钟后取样，处理后的磷含量为0. 02% ，脱 磷率为90%，达到预期的脱磷效果。
权利要求
一种铁水预处理脱磷用脱磷剂，其特征在于该脱磷剂由碱性氧气转炉冶炼终渣、活性石灰、氧化铁和硼酐组成，其配料组成(重量％)为转炉终渣51-60％，活性石灰15-20％，氧化铁20-30％，硼酐2-5％。
2. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂，其特征在于述的转炉终渣的二元碱度即Ca0与Si02的质量分数之比为2. 2 4. 5。
3. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂，其特征在于述的转炉终渣为氧化性 渣，所含的氧化铁的质量分数大于10%。
4. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂，其特征在于所述的转炉终渣中磷氧化物即P205的含量要低，要求P205的质量分数低于2. 0% 。
5. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂，其特征在于所述的石灰为高活性石灰，其Ca0的含量大于90X。
6. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂，其特征在于所述的氧化铁可以是轧 钢铁皮、赤铁矿矿石或烧结矿粉废料，要求所含的Fe203的质量分数大于85%。
7. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂，其特征在于所述的硼酐中B203的质 量分数高于90%。
8. 权利要求1所述的铁水脱磷预处理用脱磷剂的使用方法，其特征在于将脱磷剂按 组成配料混匀后，在保持干燥的条件下磨成细粉，利用目前工业上铁水预处理采用的铁水 包或鱼雷罐喷粉装置，以Ar气或N2气作为载气，将脱磷粉剂喷吹到铁水罐或鱼雷罐内，喷 粉脱磷处理时间控制在15 30分钟，喷吹参数与常规的铁水包或鱼雷罐喷粉处理参数相 同，无特别要求。
9. 权利要求8所述的使用方法，其特征在于脱磷剂细粉的平均粒径为0. 08 1. 5mm。
10. 权利要求8所述的使用方法，其特征在于脱磷剂加入量与铁水重量、铁水初始磷 含量与最终磷含量(目标磷含量)有关，其计算公式为W = MX ([P]i-[P]f)+0. 0020% XN kgW :脱磷剂加入量，kg ; M :铁水重量，t[P]i :铁水初始磷含量，(重量％ )[P]f :铁水最终磷含量(目标磷含量)，(重量％ )N :为脱磷剂加入量调节系数，kg* t—、当[P]f >0.01%时，N取值为1.0 1.2， [P]f越高，N取小值；当[P]f < 0. 01 %时，N取值为1. 2 1. 5， [P]f越低，N取大值。
全文摘要
本发明提供一种铁水脱磷预处理用脱磷剂，该脱磷剂的组成(重量％)为转炉终渣51-60％，活性石灰15-20％，氧化铁20-30％，硼酐2-5％。本发明利用转炉终渣的高碱度和高氧化性，节省了石灰和氧化剂，在补加活性石灰、氧化铁及助熔剂后，具有脱磷能力强且熔点低、成渣快、脱磷效率高等优点，采用铁水包或鱼雷罐喷粉的方法可以达90％以上的脱磷率，对磷含量低于0.08％的铁水，采用本发明可将铁水中磷含量控制在0.003％以下，达到超低磷钢的冶炼要求。采用本发明能显著降低脱磷剂成本，实现转炉废渣的高附加值利用，另外，该脱磷剂无毒无害，不增加设备投资，易于实现，具有显著的经济效益和社会效益。
文档编号C21C7/064GK101781697SQ200910263060
公开日2010年7月21日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者李桂荣, 王宏明, 赵玉涛 申请人:江苏大学