CN110724790B - 一种炼钢脱磷剂界面改性剂及改性脱磷剂制备和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种炼钢脱磷剂界面改性剂及改性脱磷剂制备和使用方法，改性剂组分包括相应质量比的La2O2S，Zr，Cr，CaO和CaCl2。其制备方法为在马弗炉内，在相应保护气氛下，升至特定温度后，冷却至室温，破碎使用。其使用方法为在脱磷剂制备过程中将其混入后，其与脱磷剂反应使脱磷剂表面形成多孔蜂巢结构，从而使脱磷剂加入铁水后与铁水反应界面积增大，改善了脱磷界面条件，促进了脱磷，脱磷率高达93～97％，大幅降低脱磷剂消耗。
Description
技术领域：
本发明属于炼钢脱磷剂界面改性剂技术领域，冶金辅助新材料领域，具体涉及一种炼钢脱磷剂界面改性剂及改性脱磷剂制备和使用方法。
背景技术：
近年来，随着用户对高强度、高韧性、高抗应力腐蚀性能钢种需求量的不断增加和质量要求的日益严格，世界各国都在努力降低钢中磷含量。如对于低温用钢、海洋用钢、抗氢致断裂钢和部分厚板用钢，除了要求极低的硫含量以外，也要求钢中的磷含量小于0.01％甚至0.005％以下。铁水预脱磷是炼钢过程脱磷的主要环节之一，根据所用容器的不同，铁水预脱磷可以分为三类：第一种是在高炉出铁沟或出铁槽内进行脱磷，第二种是在铁水包或鱼雷罐车中进行预脱磷，第三种是在专用转炉内进行铁水预脱磷。这三种方法在工业上均得到了实际应用。在铁水温度下，由于铁水中的磷不能直接氧化成P2O5气体而除去，而是首先氧化成P2O5，然后与强碱性氧化物Na2O、CaO、BaO或Na2CO3或BaCO3等结合成稳定的磷酸盐而从铁水中去除。因此，在实际铁水预脱磷过程中，要有效地脱去铁水中的有害杂质磷，首先要有适当的氧化剂将溶解于铁水中的磷氧化，然后采用强有力的固定剂，使被氧化的磷牢固地结合在炉渣中。但这些材料往往熔点比较高，以颗粒状进入炼钢熔池后，颗粒与钢中的磷发生反应时，其反应界面往往发生固液反应，由于反应界面的液相区较窄，极大地降低了反应速率和反应效率，同时脱磷剂颗粒的利用率也显著降低。人们往往在脱磷剂中添加助熔剂如萤石、氯化钙、氯化钡等，采用降低脱磷剂熔点的方法来改善此问题，但其脱磷效果仍有待提高。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的铁水预脱磷过程脱磷剂熔点高、反应速率低，脱磷剂消耗高等不足，提供一种炼钢脱磷剂界面改性剂及改性脱磷剂制备和使用方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种炼钢脱磷剂界面改性剂，具体为La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末，其成分按质量百分数为La2O2S 40～50％，Zr 23～33％，Cr 12～18％，CaO 10～20％，CaCl2 5～10％。
所述的炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，包括以下步骤：
按配比，将原料混合均匀后，在炉内通入保护性气体，进行炉内加热，升温至820～980℃，保温1h后，切断保护性气体，冷却至室温，破碎，得到La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末，即为炼钢脱磷界面改性剂。
所述炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法过程中，原料混合后，破碎、研磨至10mm以下，再进行加热操作。
所述炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法过程中，加热操作在马弗炉中进行。
所述炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法过程中，保护性气体为氩气，所述保护性气体通入流量为5～40L/min，通入时间为：加热前1h开始，直至保温结束的整个过程中持续通入。
所述炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法过程中，加热升温速率为5～50℃/min。
所述炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法过程中，冷却方式为空冷。
所述La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末粒度为0.1～50mm。
一种改性脱磷剂的制备方法，采用上述炼钢脱磷剂界面剂为原料进行制备，包括步骤如下：
取上述炼钢脱磷剂界面改性剂，按质量比，炼钢脱磷剂界面改性剂：脱磷剂＝(10～30)：(70～90)，将炼钢脱磷剂界面改性剂与脱磷剂混合均匀后，升温至850～1000℃，并保温2～4h，冷却至室温，制得改性后脱磷剂。
所述改性脱磷剂的制备方法中，通过加热保温操作，使炼钢脱磷剂界面改性剂与脱磷剂充分反应，并在脱磷剂表面形成多孔蜂巢结构，以实现改性。
所述改性脱磷剂的制备方法中，所述脱磷剂包括组分及质量百分含量为：氧化剂10～55％：固定剂20～42％：助熔剂2.5～10％，其他0～11.5％。
所述改性脱磷剂的制备方法中，加热升温速率为5～50℃/min。
一种铁水脱磷方法，采用上述改性脱磷剂，所述铁水中含磷量为0.15～0.2％；脱磷过程中，改性脱磷剂加入量为含磷铁水的40～60kg/t，获得脱磷后铁水，脱磷后铁水含磷量<0.02％，脱磷率为93～97％。
本发明的有益效果：
采用本发明方法制备炼钢脱磷剂界面改性剂后，在改性脱磷剂制备过程中加入脱磷剂内，使脱磷剂表面形成多孔蜂巢结构。待改性脱磷剂加入铁水后，这种蜂巢结构扩大了脱磷剂与铁水的反应界面积，显著改善了脱磷剂与钢中磷的反应界面条件，扩大固液反应界面处的液相区，加快了反应速度，同时提高了脱磷反应速率和反应效率，脱磷剂利用率也显著提高。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
一种炼钢脱磷剂界面改性剂，具体为La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末，其成分按质量百分数为La2O2S 40～50％，Zr 23～33％，Cr 12～18％，CaO 10～20％，CaCl2 5～10％。
所述的炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，包括以下步骤：
按配比，将原料混合破碎、研磨至10mm以下后，在炉内通入保护性气体，进行炉内加热，升温至820～980℃，保温1h后，切断保护性气体，冷却至室温，破碎，得到La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末，即为炼钢脱磷界面改性剂。
所述加热操作在马弗炉或二硅化钼炉中进行。
所保护性气体为氩气，所述保护性气体通入流量为5～40L/min，通入时间为：加热前1h开始，直至保温结束的整个过程中持续通入。
所述加热升温速率为5～50℃/min。
所述冷却方式为空冷。
所述La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末粒度为0.1～50mm。
一种改性脱磷剂的制备方法，采用上述炼钢脱磷剂界面剂为原料进行制备，包括步骤如下：
取上述炼钢脱磷剂界面改性剂，按质量比，炼钢脱磷剂界面改性剂：脱磷剂＝(10～30)：(70～90)，将炼钢脱磷剂界面改性剂与脱磷剂混合均匀后，升温至850～1000℃，并保温2～4h，冷却至室温，制得改性后脱磷剂。
所述改性脱磷剂的制备方法中，通过加热保温操作，使炼钢脱磷剂界面改性剂与脱磷剂充分反应，并在脱磷剂表面形成多孔蜂巢结构，以实现改性。
所述改性脱磷剂的制备方法中，所述脱磷剂包括组分及质量百分含量为：氧化剂10～55％：固定剂20～42％：助熔剂2.5～10％，其他0～11.5％。
所述改性脱磷剂的制备方法中，加热升温速率为5～50℃/min。
一种铁水脱磷方法，采用上述改性脱磷剂，所述铁水中含磷量为0.15～0.2％；脱磷过程中，改性脱磷剂加入量为含磷铁水的40～60kg/t，获得脱磷后铁水，脱磷后铁水含磷量<0.02％，脱磷率为93～97％。
以下实施例中：
采用马弗炉型号为科晶KSL-1300X。
La2O2S等原料均来自市购。
采用的脱磷剂包括组分及质量百分含量为：石灰20～42％，轧钢皮10～55％，萤石2.5～10％，及其它0～11.5％，其中，所述石灰添加量以石灰中CaO量计，所述铁皮添加量以轧铁皮中Fe2O3量计，所述萤石添加量以萤石中CaF2量计。
实施例1：
一种La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2炼钢脱磷剂界面改性剂，其成分按质量百分数为La2O2S 41％，Zr 24％，Cr 15％，CaO 10％，CaCl2 10％。
制备时，将上述的原料破碎、研磨至10mm以下后，用圆盘混料机混合均匀后，放入马弗炉内，通入氩气，升温至820℃后，在此条件下保持1h后，停气停电，将改性剂出炉空冷至室温，破碎。在脱磷剂制备过程中，将脱磷界面改性剂与脱磷剂(成分为42％CaO+46％Fe2O3+12％CaF2)以按质量比为10：90混合均匀后，升温至850℃并保持2h，待界面剂与脱磷剂充分反应后，冷却至室温，得到具有多孔蜂巢结构的脱磷剂。
将含改性剂的脱磷剂加入含磷量为0.15％的铁水中，脱磷过程中，带改性剂的脱磷剂加入量40kg/t，脱磷后含磷量0.01％，脱磷率达到93％。
实施例2：
一种La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2炼钢脱磷剂界面改性剂，其成分按质量百分数为La2O2S 45％，Zr 24％，Cr 12％，CaO 11％，CaCl2 8％。
制备时，将上述的原料破碎、研磨至10mm以下后，用圆盘混料机混合均匀后，放入马弗炉内，通入氩气，升温至950℃后，在此条件下保持1h后，停气停电，将改性剂出炉空冷至室温，破碎。在脱磷剂制备过程中，将脱磷界面改性剂与脱磷剂(成分为35％CaO+55％Fe2O3+5％CaF2+5％NaCO3)以按质量比为12:88混合均匀后，升温至850℃并保持2.5h，待界面剂与脱磷剂充分反应后，冷却至室温，得到具有多孔蜂巢结构的脱磷剂。
将含改性剂的脱磷剂加入含磷量为0.18％的铁水中，脱磷过程中，带改性剂的脱磷剂加入量50kg/t，脱磷后含磷量0.01％，脱磷率达到94.4％。
实施例3
一种La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2炼钢脱磷剂界面改性剂，其成分按质量百分数为La2O2S 40％，Zr 33％，Cr 12％，CaO 10％，CaCl2 5％。
制备时，将上述的原料破碎、研磨至10mm以下后，用圆盘混料机混合均匀后，放入马弗炉内，通入氩气，升温至820℃后，在此条件下保持1h后，停气停电，将改性剂出炉空冷至室温，破碎。在脱磷剂制备过程中，将脱磷界面改性剂与脱磷剂(成分为20％CaO+60％Fe2O3+8.7％CaF2+11.3％NaCO3)以按质量比为15：85混合均匀后，升温至950℃并保持2h，待界面剂与脱磷剂充分反应后，冷却至室温，得到具有多孔蜂巢结构的脱磷剂。
将含改性剂的脱磷剂加入含磷量为0.2％的铁水中，脱磷过程中，带改性剂的脱磷剂加入量53kg/t，脱磷后含磷量0.011％，脱磷率达到94.5％。
实施例4
一种La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2炼钢脱磷剂界面改性剂，其成分按质量百分数为La2O2S 50％，Zr 23％，Cr 12％，CaO 10％，CaCl2 5％。
制备时，将上述的原料破碎、研磨至10mm以下后，用圆盘混料机混合均匀后，放入马弗炉内，通入氩气，升温至900℃后，在此条件下保持1h后，停气停电，将改性剂出炉空冷至室温，破碎。在脱磷剂制备过程中，将脱磷界面改性剂与脱磷剂(成分为42％CaO+46％Fe2O3+12％CaF2)以按质量比为30：70混合均匀后，升温至965℃并保持3h，待界面剂与脱磷剂充分反应后，冷却至室温，得到具有多孔蜂巢结构的脱磷剂。
将含改性剂的脱磷剂加入含磷量为0.2％的铁水中，脱磷过程中，带改性剂的脱磷剂加入量57kg/t，脱磷后含磷量0.006％，脱磷率达到97％。
实施例5
一种La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2炼钢脱磷剂界面改性剂，其成分按质量百分数为La2O2S 40％，Zr 23％，Cr 12％，CaO 20％，CaCl2 5％。
制备时，将上述的原料破碎、研磨至10mm以下后，用圆盘混料机混合均匀后，放入马弗炉内，通入氩气，升温至950℃后，在此条件下保持1h后，停气停电，将改性剂出炉空冷至室温，破碎。在脱磷剂制备过程中，将脱磷界面改性剂与脱磷剂(成分为42％CaO+46％Fe2O3+12％CaF2)以按质量比为15：85混合均匀后，升温至875℃并保持3.5h，待界面剂与脱磷剂充分反应后，冷却至室温，得到具有多孔蜂巢结构的脱磷剂。
将含改性剂的脱磷剂加入含磷量为0.18％的铁水中，脱磷过程中，带改性剂的脱磷剂加入量45kg/t，脱磷后含磷量0.012％，脱磷率达到93.3％。
实施例6
一种La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2炼钢脱磷剂界面改性剂，其成分按质量百分数为La2O2S 10％，Zr 27％，Cr 18％，CaO 10％，CaCl2 5％。
制备时，将上述的原料破碎、研磨至10mm以下后，用圆盘混料机混合均匀后，放入马弗炉内，通入氩气，升温至980℃后，在此条件下保持1h后，停气停电，将改性剂出炉空冷至室温，破碎。在脱磷剂制备过程中，将脱磷界面改性剂与脱磷剂(成分为35％CaO+55％Fe2O3+10％CaF2)以按质量比为10：90混合均匀后，升温至1000℃并保持2h，待界面剂与脱磷剂充分反应后，冷却至室温，得到具有多孔蜂巢结构的脱磷剂。
将含改性剂的脱磷剂加入含磷量为0.16％的铁水中，脱磷过程中，带改性剂的脱磷剂加入量40kg/t，脱磷后含磷量0.013％，脱磷率达到91.8％。
以上实施例1|～6中部分参数数据取值如表1所示，其中，各元素单位为％，温度单位℃，磷含量单位为％，脱磷剂加入量单位为kg/t，脱磷率单位为％。
表1
| La | Zr | Cr | CaO | CaCl<sub>2</sub> | 升温 | 改性剂：脱磷剂 | 升温 | 初磷 | 终磷 | 加入量 | 脱磷率 | |
| 1 | 41 | 24 | 15 | 10 | 10 | 820 | 10:90 | 850 | 0.15 | 0.01 | 40 | 93 |
| 2 | 45 | 24 | 12 | 11 | 8 | 950 | 12:88 | 850 | 0.18 | 0.01 | 50 | 94.4 |
| 3 | 40 | 33 | 12 | 10 | 5 | 850 | 15:85 | 950 | 0.2 | 0.011 | 53 | 94.5 |
| 4 | 50 | 23 | 12 | 10 | 5 | 900 | 30:70 | 965 | 0.2 | 0.006 | 57 | 97 |
| 5 | 40 | 23 | 12 | 20 | 5 | 950 | 15:85 | 875 | 0.18 | 0.012 | 45 | 93.3 |
| 6 | 10 | 27 | 18 | 10 | 5 | 980 | 10:90 | 1000 | 0.16 | 0.013 | 40 | 91.8 |
Claims (9)
1. 一种炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，其特征在于，所述的炼钢脱磷剂界面改性剂包括组分及质量百分含量为：La2O2S 40~50%，Zr 23~33%，Cr 12~18%，CaO 10~20%，CaCl2 5~10%；
所述的方法包括以下步骤：
按配比，La2O2S 40~50%，Zr 23~33%，Cr 12~18%，CaO 10~20%，CaCl2 5~10%，将原料混合均匀后，在炉内通入保护性气体，进行炉内加热，升温至820~980℃，保温1h后，切断保护性气体，冷却至室温，破碎，得到La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末，即为炼钢脱磷界面改性剂。
2.根据权利要求1所述的炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，其特征在于，所述加热操作在马弗炉中进行。
3.根据权利要求1所述的炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，其特征在于，所保护性气体为氩气，所述保护性气体通入流量为5~40L/min，通入时间为：加热前1h开始，直至保温结束的整个过程中持续通入。
4.根据权利要求1所述的炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，其特征在于，所述加热升温速率为5~50℃/min。
5.根据权利要求1所述的炼钢脱磷剂界面改性剂制备方法，其特征在于，所述La2O2S-Zr-Cr-CaO-CaCl2粉末粒度为0.1~50mm。
6.一种改性脱磷剂的制备方法，其特征在于，采用权利要求1制备的炼钢脱磷剂界面剂为原料进行制备，具体包括步骤如下：
取权利要求1所述炼钢脱磷剂界面改性剂，按质量比，炼钢脱磷剂界面改性剂：脱磷剂=(10~30)：(70~90)，将炼钢脱磷剂界面改性剂与脱磷剂混合均匀后，升温至850~1000℃，并保温2~4h，冷却至室温，制得改性后脱磷剂。
7.根据权利要求6所述的改性脱磷剂的制备方法，其特征在于，所述脱磷剂包括组分及质量百分含量为：氧化剂10~55%：固定剂20~42%：助熔剂2.5~10%，其他0~11.5%。
8.根据权利要求6所述的改性脱磷剂的制备方法，其特征在于，所述升温速率为5~50℃/min。
9.一种铁水脱磷方法，其特征在于，采用权利要求6所述改性脱磷剂，所述铁水中含磷量为0.15~0.2%；脱磷过程中，改性脱磷剂加入量为含磷铁水的40~60kg/t，获得脱磷后铁水，脱磷后铁水含磷量<0.02%，脱磷率为93~97%。
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