CN109880957B - 一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂，包括提钒尾渣和活性石灰，提钒尾渣与活性石灰均匀混合，提钒尾渣在复合脱硅脱磷剂中的重量百分数为60～90％，活性石灰在复合脱硅脱磷剂中的重量百分数为10～40％。不仅有效利用了提钒尾渣，而且能够有效降低铁水中的硅、磷含量，为炼钢提供优质铁水，同时在铁水预处理过程中能够实现该复合脱硅脱磷剂中铁资源的回收。本发明还提供一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法，包括：对提钒尾渣和活性石灰进行烘干处理；然后将烘干后的提钒尾渣和活性石灰按照上述复合脱硅脱磷剂中提钒尾渣与活性石灰的用量混合均匀，得到复合脱硅脱磷剂。配料简单、制备简单且成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金工业铁水预处理技术领域，尤其涉及一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂及其制备方法。
背景技术
在钢铁冶金工业中，为了提高钢材质量，铁水预处理是炼钢过程中必不可少的工序。铁水预处理工序主要是为炼钢工序提供成分稳定、硅磷含量尽量低的铁水，以方便炼钢的操作控制。铁水预处理中的两个重要任务分别是铁水预处理脱硅和铁水预处理脱磷。
铁水预处理脱硅主要是利用氧化剂使铁水中的Si氧化成SiO2进入渣中，从而进行脱除：
[Si]+2(FeO)＝(SiO2)+2[Fe]
铁水预处理脱磷主要是利用氧化剂使铁水中的P氧化成P2O5，再使其与加入的碱性氧化物结合，生成在渣中稳定存在的磷酸盐：
铁水预处理脱硅、脱磷主要在鱼雷罐车或铁水包中进行，一般要求中低温、高碱度、高氧化性和大渣量，常用的铁水预处理脱硅脱磷剂有石灰系脱硅脱磷剂和苏打系脱硅脱磷剂。苏打系脱硅脱磷剂成本高，处理过程中铁水温降较大，且易造成环境污染以及耐材、设备的腐蚀等问题，一般不被应用。目前普遍采用萤石、氧化铁皮和石灰组成的石灰系脱硅脱磷剂，但其中氟化物的存在会造成严重的环境污染。
中国专利CN200410013065.6公开了一种铁水预处理剂及其制备方法，具体地，将赤泥与Fe2O3、CaO、Na2CO3、MnO2、CaCl2、SiO2或含有这些成分的其他冶金废弃物进行混磨得到铁水预处理剂，保证了铁水预处理剂的高氧化性、强碱性以及良好的熔化性能，但是配料种类多，工艺配比复杂，且对赤泥的利用数量较少，仅占铁水预处理剂配比的15～30％。中国专利CN201110117960.2公开了一种含金属镁渣的铁水预处理脱磷剂，具体地，将镁渣、碳酸钡、转炉污泥、氧化铁皮、萤石、B2O3混合配制成脱磷剂，脱磷效果好，但是其中的萤石含有大量的氟化物，会带来一系列的环境污染问题。因此，在铁水预处理工序中，亟需一种高效廉价且无污染的脱硅脱磷剂。
提钒尾渣是钒钛磁铁矿高炉冶炼，钒渣提钒后得到的废弃尾渣，其中含有20～40％的TFe，10～20％的SiO2，少量的Na2O、Al2O3以及V、Mn、Ti、Cr等其它金属氧化物。目前，全国钒企业每年大约排放100万吨提钒尾渣，且随着钒企业产能的不断增大，提钒尾渣排放量逐年增加，再加上历年累计积存量，其数量相当可观。这样一种宝贵而丰富的二次资源，由于其利用率低，大部分只能堆存在露天的环境中，不仅浪费了资源，而且产生的大量粉尘以及其中的毒性V5+、Cr6+等会对环境和人体健康造成极大的危害。因此，寻找经济可行的方法对提钒尾渣加以利用一直是冶金工作者关注的重点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂，不仅有效利用了提钒尾渣，而且能够有效降低铁水中的硅、磷含量，提高钢材质量，同时在铁水预处理过程中能够实现该复合脱硅脱磷剂中铁资源的回收。
本发明还提供一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法，配料简单、制备简单且成本低廉。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂，包括：提钒尾渣和活性石灰，所述提钒尾渣与所述活性石灰均匀混合；所述提钒尾渣在所述复合脱硅脱磷剂中的重量百分数为60～90％，所述活性石灰在所述复合脱硅脱磷剂中的重量百分数为10～40％。
优选地，所述提钒尾渣中铁氧化物的含量在35％以上，SiO2的含量为10～20％，Na2O的含量为4～10％。
优选地，所述活性石灰中CaO的含量在90％以上。
优选地，所述提钒尾渣和所述活性石灰的粒度在0.5mm以下。
优选地，所述复合脱硅脱磷剂的碱度CaO/SiO2为1.0～5.0；所述复合脱硅脱磷剂的熔点为1200～1300℃。
一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1、对提钒尾渣和活性石灰进行烘干处理。
步骤S2、按照如上所述的提钒尾渣与活性石灰的用量称取烘干后的提钒尾渣和活性石灰，混合均匀，得到复合脱硅脱磷剂。
作为本发明铁水预处理复合脱硅脱磷剂制备方法的一种改进，步骤S1中，在对提钒尾渣和活性石灰进行烘干处理之前，包括：提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
1、本发明的铁水预处理复合脱硅脱磷剂中包括提钒尾渣和活性石灰，不仅有效利用了提钒尾渣，而且能够有效降低铁水中的硅、磷含量，提高钢材质量，同时在铁水预处理过程中能够实现该复合脱硅脱磷剂中铁资源的回收，具有良好的经济和社会效益。
2、本发明的铁水预处理复合脱硅脱磷剂经铁水预处理后，其中有毒的V5+、Cr6+可被还原至无毒的较低价态存在于稳定的尖晶石中，减轻了提钒尾渣的堆存对环境和人体的危害。
3、本发明通过向提钒尾渣中加入适量的活性石灰制备复合脱硅脱磷剂，碱度CaO/SiO2控制在1.0～5.0，一方面活性石灰可以吸纳渣中的SiO2、P2O5，形成稳定的硅酸盐和磷酸盐，从而保证脱硅脱磷效果；另一方面适量的活性石灰可与提钒尾渣中的Na2O、SiO2等反应形成低熔点化合物，使复合脱硅脱磷剂的熔点降至1200～1300℃，从而保证该复合脱硅脱磷剂在铁水预处理温度下能够快速成渣，改善脱硅脱磷反应的动力学条件。
4、本发明的铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法中，通过将提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰，既方便提钒尾渣和活性石灰的运输和上料，又增大了参加反应的比表面积，加快成渣速度，促进铁水脱硅脱磷反应的进行。
5、本发明铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法配料简单、制备简单、操作简单、能耗低且投资少。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
在本发明的具体实施方式中，各组分的百分数含量，除特别说明之外，均为重量百分数含量；组分之间的比值，除特别说明之外，均为重量比。
本发明提供了一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂，包括提钒尾渣和活性石灰，提钒尾渣与活性石灰均匀混合，并且，提钒尾渣占复合脱硅脱磷剂含量的60～90％，活性石灰占复合脱硅脱磷剂含量的10～40％。
其中，提钒尾渣中的铁氧化物可以提供较强氧势，将铁水中的Si、P氧化成SiO2、P2O5进入渣中；提钒尾渣中的少量SiO2和Na2O可以降低复合脱硅脱磷剂的熔点和黏度，使其化渣良好，改善反应的动力学条件。活性石灰可以和SiO2、P2O5结合形成稳定的硅酸盐和磷酸盐，促进脱硅脱磷反应的进行。本发明提供的铁水预处理复合脱硅脱磷剂满足“三高一低”的要求，即高碱度、高氧化性、大渣量和中低温，适合应用于铁水预处理脱硅和铁水预处理脱磷。
本发明提供的铁水预处理复合脱硅脱磷剂，采用钒渣提钒过程中产生的废弃尾渣(提钒尾渣)为主要原料，不仅有效利用了提钒尾渣，而且能够有效降低铁水中的硅、磷含量，为炼钢提供优质铁水，同时在铁水预处理过程中能够实现该复合脱硅脱磷剂中铁资源的回收，具有良好的经济和社会效益。本发明提供的铁水预处理复合脱硅脱磷剂完全不使用萤石作为助熔剂，避免了铁水预处理过程中氟对耐火材料的侵蚀和氟对环境的污染。
优选地，提钒尾渣中铁氧化物的含量在35％以上，SiO2的含量为10～20％，Na2O的含量为4～10％。此时复合脱硅脱磷剂的脱硅、脱磷效果相对较好。
优选地，活性石灰中CaO的含量在90％以上。此时复合脱硅脱磷剂的脱硅、脱磷效果相对较好。
优选地，提钒尾渣和活性石灰的粒度在0.5mm以下。复合脱硅脱磷剂粒度小，增大了参加反应的比表面积，加快成渣速度，促进铁水脱硅脱磷反应的进行。
优选地，复合脱硅脱磷剂的碱度CaO/SiO2为1.0～5.0，相对应的熔点为1200～1300℃，低于铁水预处理温度。活性石灰的加入，一方面，可吸纳脱硅脱磷产生的SiO2、P2O5，生成稳定的硅酸钙、磷酸钙，从而保证脱磷效果。另一方面适量的活性石灰可与提钒尾渣中的Na2O、SiO2等反应形成低熔点化合物，降低复合脱硅脱磷剂的熔点，从而保证该复合脱硅脱磷在铁水预处理温度下能够快速成渣，改善脱硅脱磷反应的动力学条件。综合考虑稳定渣中SiO2、P2O5以及化渣良好的需要，调控复合脱硅脱磷剂的碱度CaO/SiO2为1.0～5.0。
本发明还提供了一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1、提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰，然后进行烘干处理。
获取粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰，方便提钒尾渣和活性石灰的运输和上料。
步骤S2、按照上述复合脱硅脱磷剂中提钒尾渣与活性石灰的用量称取烘干后的提钒尾渣和活性石灰，混合均匀，得到复合脱硅脱磷剂。
本发明提供的铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法配料简单、制备简单、操作简单、能耗低且投资少。
结合具体的实施例对本发明技术方案特点和技术效果进行说明。
实施例1
本实施例选用国内某钢厂钒渣钠化焙烧-浸出后的提钒尾渣作为原料。
步骤S1、提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰，然后进行烘干处理。
步骤S2、按照质量比77：23称取烘干后的提钒尾渣和活性石灰，混合均匀，获得熔点为1236.0℃、碱度CaO/SiO2为2.1的铁水预处理复合脱硅脱磷剂。其中，复合脱硅脱磷剂的熔点是根据半球法测得的。该铁水预处理复合脱硅脱磷剂的具体化学组成见表1。
表1实施例1中铁水预处理复合脱硅脱磷剂的化学组成
铁水预处理实验在高温管式炉中进行，其中碳饱和铁水的重量为300g，控制实验温度为1350℃，将60g铁水预处理复合脱硅脱磷剂以上部投入的方式加入到铁水中，并用钼棒进行搅拌。最终测的铁水中的Si含量由0.308％降至0.013％，脱硅率为95.7％，铁水中的P含量由0.040％降至0.024％，脱磷率为40.0％。此外，复合脱硅脱磷剂中的铁氧化物被大量还原进入铁水，复合脱硅脱磷剂中的全铁含量由27.17％降至8.58％，铁元素回收率达到68.42％，钒、铬等元素仅少量进入铁水，主要以较低价态存在于稳定的尖晶石相中。
实施例2
本实施例选用国内某钢厂钒渣钠化焙烧-浸出后的提钒尾渣作为原料。
步骤S1、提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰，然后进行烘干处理。
步骤S2、按照质量比71：29称取烘干后的提钒尾渣和活性石灰，混合均匀，获得熔点为1260.1℃、碱度CaO/SiO2为2.8的铁水预处理复合脱硅脱磷剂。其中，复合脱硅脱磷剂的熔点是根据半球法测得的。该铁水预处理复合脱硅脱磷剂的具体化学组成见表2。
表2实施例2中铁水预处理复合脱硅脱磷剂的化学组成
铁水预处理实验在高温管式炉中进行，其中碳饱和铁水的重量为300g，控制实验温度为1350℃，将60g铁水预处理复合脱硅脱磷剂以上部投入的方式加入到铁水中，并用钼棒进行搅拌。最终测的铁水中的Si含量由0.309％降至0.014％，脱硅率为95.5％，铁水中的P含量由0.043％降至0.021％，脱磷率为51.2％。此外，复合脱硅脱磷剂中的铁氧化物被大量还原进入铁水，复合脱硅脱磷剂中的全铁含量由25.22％降至4.40％，铁元素回收率达到82.55％，钒、铬等元素仅少量进入铁水，主要以较低价态存在于稳定的尖晶石相中。
实施例3
本实施例选用国内某钢厂钒渣钠化焙烧-浸出后的提钒尾渣作为原料。
步骤S1、提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰，然后进行烘干处理。
步骤S2、按照质量比67：33称取烘干后的提钒尾渣和活性石灰，混合均匀，获得熔点为1274.9℃、碱度CaO/SiO2为3.5的铁水预处理复合脱硅脱磷剂。其中，复合脱硅脱磷剂的熔点是根据半球法测得的。该铁水预处理复合脱硅脱磷剂的具体化学组成见表3。
表3实施例3中铁水预处理复合脱硅脱磷剂的化学组成
铁水预处理实验在高温管式炉中进行，其中碳饱和铁水的重量为300g，控制实验温度为1350℃，将60g铁水预处理复合脱硅脱磷剂以上部投入的方式加入到铁水中，并用钼棒进行搅拌。最终测的铁水中的Si含量由0.280％降至0.007％，脱硅率为97.5％，铁水中的P含量由0.039％降至0.025％，脱磷率为35.9％。此外，复合脱硅脱磷剂中的铁氧化物被大量还原进入铁水，复合脱硅脱磷剂中的全铁含量由23.55％降至4.00％，铁元素回收率达到83.01％，钒、铬等元素仅少量进入铁水，主要以较低价态存在于稳定的尖晶石相中。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂，其特征在于，由相互混合的提钒尾渣和活性石灰组成；
所述提钒尾渣在所述复合脱硅脱磷剂中的重量百分数为67～90％，所述活性石灰在所述复合脱硅脱磷剂中的重量百分数为10～33％；
所述提钒尾渣中铁氧化物的含量在35％以上，SiO2的含量为10～20％，Na2O的含量为4～10％；
所述活性石灰中CaO的含量在90％以上。
2.根据权利要求1所述的铁水预处理复合脱硅脱磷剂，其特征在于，
所述提钒尾渣和所述活性石灰的粒度在0.5mm以下。
3.根据权利要求1所述的铁水预处理复合脱硅脱磷剂，其特征在于，
所述复合脱硅脱磷剂的碱度CaO/SiO2为1.0～5.0；
所述复合脱硅脱磷剂的熔点为1200～1300℃。
4.一种铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、对提钒尾渣和活性石灰进行烘干处理；
步骤S2、按照权利要求1至3任一项所述的复合脱硅脱磷剂中提钒尾渣与活性石灰的用量比称取烘干后的提钒尾渣和活性石灰，混合均匀，得到复合脱硅脱磷剂。
5.根据权利要求4所述的铁水预处理复合脱硅脱磷剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在对提钒尾渣和活性石灰进行烘干处理之前，包括：提钒尾渣和活性石灰依次经破碎、筛分后，获得粒度在0.5mm以下的提钒尾渣和活性石灰。
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