專利名稱：生鐵熔體脫膦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生鐵熔體脫磷的方法，該方法在進(jìn)行生鐵熔體的脫磷處理時，可提高脫磷反應(yīng)效率，減少產(chǎn)生的爐渣量，而且不使用鹵化物。
生鐵熔體的脫磷技術(shù)是廣為人知的。在采用魚雷式車作為運(yùn)輸容器的情況下，將其用作反應(yīng)器，由于其上部空間(凈空)的體積小，進(jìn)行脫磷時石灰的單位消耗量高，通過增加堿度和降低其中的總鐵含量，使用經(jīng)過預(yù)先進(jìn)行脫硅處理的生鐵熔體以避免爐渣的形成(例如，Tetsu To Hagane，Vol 69，1983，p1818之后)。在此種情況下，盡管預(yù)先進(jìn)行了脫硅處理，但仍存在由于石灰的單位消耗量高而導(dǎo)致脫磷爐渣量大的問題。另外，由于高堿度抑制了爐渣的形成，以及必須使用大量鹵化物如氟化鈣和氯化鈣，所以這帶來另一個問題，即爐渣量增加并且耐火材料被強(qiáng)烈侵蝕。
業(yè)已對生鐵熔體脫磷過程中提高反應(yīng)效率而不使用鹵化物進(jìn)行了嘗試。
例如，日本未審公開專利H2-11712中公開了一種脫磷劑，由氧化鐵，CaO和SiO2混合后熔融或燒結(jié)制成，并且在日本未審公開專利S56-93806中公開了一種脫磷劑，由堿度(CaO/SiO2)為1.8～2.3的2CaO-SiO2粉末材料燒結(jié)制成。由于熔融或燒結(jié)所需的成本高，所以這些技術(shù)尚未投入實際應(yīng)用。
日本未審公開專利H8-157921中公開了一種在轉(zhuǎn)爐中，在堿度＝1.2～2.0，Al2O3＝2～16％，以及總Fe＝7～30％條件下的生鐵熔體脫磷方法。在此種情況下，由于在轉(zhuǎn)爐中該反應(yīng)僅發(fā)生于頂部爐渣，因而存在一個問題，即由于降低頂部爐渣的堿度和加入大量中性氧化物Al2O3將使脫磷能力惡化。
同時，在Tetsu To Hagane，Vol 76，1990，No.11，p 1801之后公開了熔劑的CaO/O決定脫磷反應(yīng)效率，并且CaO/O的比越低，石灰脫磷效率越高。然而，該論文中未公開不使用鹵化物而提高生鐵熔體脫磷反應(yīng)效率的條件。
本發(fā)明提供一種生鐵熔體脫磷的方法，該方法通過解決上述常規(guī)技術(shù)中的缺陷，在不使用鹵化物的情況下提高脫磷反應(yīng)效率，減少產(chǎn)生的爐渣量。上述常規(guī)技術(shù)中的缺陷為石灰的單位消耗量高，并因而必須使用大量鹵化物以形成高堿度的爐渣，以及總Fe處理量低，如日本未審公開專利H2-11712和S56-93806中公開的在由CaO和SiO2混合后通過熔融或燒結(jié)制備脫磷劑時進(jìn)行熔融或燒結(jié)所需的成本高，而日本未審公開專利H8-157921中公開的通過控制頂部爐渣組成進(jìn)行生鐵熔體脫磷的方法使脫磷能力極大地惡化，并且在Tetsu To Hagane，Vol 76，1990，No.11，p 1801之后未能公開在不使用鹵化物的情況下提高生鐵熔體脫磷反應(yīng)效率的條件。
本發(fā)明將在下文中詳細(xì)描述。
(1)一種脫磷方法，使用石灰和氧化鐵和/或氧氣，采用頂吹和底吹轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)器，其特征在于，將爐渣的堿度調(diào)節(jié)至1～2.5，并在處理前，用下述公式(1)和(2)依據(jù)生鐵熔體中[Si]的濃度([Si]；％)控制熔劑的CaO/O；CaO/O＝2.3×[Si]+λ…(1)λ＝-0.4～+0.4 …(2)此處，CaO代表石灰的單位消耗量(kg/t)，并且除以石灰和石灰石形式提供的CaO外，該石灰還包括在再循環(huán)爐渣中的CaO組分含量(以重量計)。O代表總氧的單位消耗量(kg/t)，以重量計，它是氧化鐵、再循環(huán)爐渣中以FeO和Fe2O3形式存在的氧以及以氧氣形式提供的氧中所含的總氧量。CaO/O比的下限設(shè)定為O.2且上限設(shè)定為2.0。
(2)根據(jù)上述(1)的生鐵熔體脫磷方法，其特征在于，調(diào)節(jié)參數(shù)α在600～1300，其中參數(shù)α由下述公式(3)限定，它由頂吹氧氣流速(F；Nm3/小時/噸)，底吹攪拌的均勻混合時間(τ；秒)，池深(Lo；毫米)，以及頂吹氣體在熔融鐵的表面上形成腔池的深度(L；毫米)組成；α＝(F/60)×τ×Lo/L …(3)此處，底吹攪拌的均勻混合時間(τ；秒)是由下述公式(4)和(5)計算得到的；τ＝(10/60)×{[(D/10)2/(Lo/10)]2×ε}0.337…(4)ε＝371/1000×Q×T×{ln(1+7×H/10330)+0.06×(1-298/T)}…(5)此處，D代表池直徑(毫米)，Lo是池深(毫米)，Q是攪拌氣體的流速(Nm3/秒/噸)，T是生鐵熔體的溫度(K)，H是與Lo相同的攪拌氣體的噴射深度。注意，考慮到在有氧氣情況下的脫碳反應(yīng)中，Q設(shè)定為進(jìn)料氣體流速的兩倍，并且考慮到LPG情況下的分解，Q設(shè)定為進(jìn)料氣體流速的四倍。
此外，L(毫米)按照下述公式(6)和(7)計算；L＝Lh×exp(-0.78h/Lh) …(6)Lh＝63[F×W/(n×d)]2/3…(7)此處，W代表熔融鋼的重量(噸)，F(xiàn)是頂吹氧的流速(Nm3/小時/噸)，n是噴槍噴嘴數(shù)，d是噴槍噴嘴直徑(毫米)，并且h是噴槍頭至熔融鐵表面的距離(毫米)。
(3)根據(jù)上述(1)或(2)的生鐵熔體脫磷方法，其特征在于，作為脫磷劑僅使用石灰和氧化鐵和/或氧氣，或者將一種或多種類型的SiO2，Al2O3，和MgO混合物與石灰和氧化鐵和/或氧氣一起使用，并且不使用鹵化物。
此處，鹵化物指的是由氟化鈣和氯化鈣代表的具有F和Cl的化合物。當(dāng)再次使用脫碳爐渣，脫磷爐渣，二次精煉爐渣和脫硅爐渣時，石灰包括其中所含的任何CaO組分。另外，氧化鐵，SiO2，Al2O3，或MgO包括分別包含在再循環(huán)爐渣中的每種相應(yīng)組分。
(4)根據(jù)上述(1)～(3)中任一項的生鐵熔體脫磷方法，其特征在于，在脫碳爐渣中用CaO代替部分或全部石灰。


圖1是[Si]為0.15～0.35％情況下，由試驗結(jié)果獲得的λ與脫磷效率之間的關(guān)系圖。
圖2是[Si]為0.5～0.65％情況下，由試驗結(jié)果獲得的λ與噴濺頻率之間的關(guān)系圖。
圖3是由試驗結(jié)果獲得的α與脫磷效率之間的關(guān)系圖。
本發(fā)明揭示了一個全新的事實，即如果對處理前生鐵熔體中的[Si]濃度和CaO/O的關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)控制，則即使堿度在固定范圍內(nèi)時，也可實現(xiàn)脫磷。
一般地，當(dāng)處理前在生鐵熔體中的[Si]濃度較低時，由于爐渣量下降，需要提高爐渣的脫磷能力。因此，需要在高堿度{(％CaO)/(％SiO2)}下操作，并且由于抑制了爐渣形成，導(dǎo)致必須使用氟化鈣這一重大問題，并且由于非爐渣石灰的沉淀造成可利用的材料受到限制。另一方面，當(dāng)[Si]濃度較高時，還存在一個問題，即由于爐渣過量而導(dǎo)致有噴濺的傾向。
然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果在處理前根據(jù)[Si]來控制界面氧的活性，則存在一定條件，即使堿度值低至0.8～1.9時也可實現(xiàn)脫磷，而且不發(fā)生噴濺。也就是說，如果處理前的[Si]較低，通過提高界面氧活性在無需提高堿度的情況下即可促進(jìn)脫磷作用，而如果處理前的[Si]較高時，由于爐渣充足即使界面氧活性降低時也可實現(xiàn)脫磷。而且，由于進(jìn)行上述調(diào)節(jié)，界面上的脫碳作用受到抑制，因而不發(fā)生噴濺。
代表界面氧活性的參數(shù)為CaO/O，并且上述公式(1)是在細(xì)致的實驗結(jié)果基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的。
CaO/O＝2.3×[Si]+λ…(1)λ＝-0.4～+0.4 …(2)圖1所示為當(dāng)[Si]為0.15～0.35％情況下，λ和脫磷效率之間的關(guān)系。當(dāng)λ超過0.4時，脫磷效率由于氧活性太低而降低，而當(dāng)λ小于-0.4時，即使氧活性較高，脫磷效率也會由于石灰的單位消耗量太低而降低。圖2所示為[Si]為0.5～0.65％情況下，λ和噴濺頻率之間的關(guān)系。當(dāng)λ小于-0.4時，由于氧活性太高而造成噴濺傾向增加并且操作困難。在此種情況下，即使λ超過0.4時，脫磷效率也不會降低，但是由于石灰的單位消耗量大幅增加而不經(jīng)濟(jì)。
此處，脫磷效率(K)由下述公式(8)限定；K＝ln([P]1/[P]2)/WCaO…(8)[P]1代表處理前生鐵熔體中的磷濃度，[P]2是處理后生鐵熔體中的磷濃度，并且WCaO是如下述公式(9)計算出的用[Si]校正的石灰的單位消耗量(kg/t)；WCaO＝W石灰-([Si]1-0.2)×20 …(9)[Si]1代表處理前生鐵熔體中的Si濃度，并且W石灰是石灰的單位消耗量(kg/t)。
涉及上述(2)項的本發(fā)明和由其導(dǎo)出的那些進(jìn)一步詳述于優(yōu)選的實施方案。
涉及上述(2)項的本發(fā)明，詳細(xì)說明了更適當(dāng)?shù)乜刂平缑嫜趸钚缘臈l件。特定的條件是將參數(shù)α調(diào)節(jié)在600～1300，其中參數(shù)α由下述公式(3)限定，它由頂吹氧氣流速(F；Nm3/小時/噸)，底吹攪拌的均勻混合時間(τ；秒)，池深(Lo；毫米)，以及頂吹氣體在熔融鐵的表面上形成腔池的深度(L；毫米)組成；α＝(F/60)×τ×Lo/L…(3)α是F/(L/Lo)與1/τ的比，F(xiàn)/(L/Lo)是表征界面上氧化鐵生成率的參數(shù)，1/τ是表征生鐵熔體中碳減少率的參數(shù)，并且它與界面氧活性的控制指標(biāo)相應(yīng)。由圖3可見，當(dāng)α小于600時，由于界面氧活性降低而使脫磷效率降低，而當(dāng)α超過1300時，由于界面氧活性變得過高而易于發(fā)生噴濺。
涉及上述(3)項的本發(fā)明，詳細(xì)說明了脫磷劑的適當(dāng)組成。根據(jù)本發(fā)明，由于堿度為0.8～1.9，不管生鐵熔體中的[Si]，爐渣形成良好，由于可使用具有高液相率的爐渣進(jìn)行精煉，因而不需要使用鹵化物，并且作為脫磷劑可僅使用石灰和氧化鐵和/或氧氣，或者一或多種類型的SiO2，Al2O3，和MgO的混合物。此處，SiO2，Al2O3，和MgO的總混合比不應(yīng)超過15％，以便不使脫磷爐渣的脫磷能力降低。如果使用鹵化物，由于溶解到爐渣中的MgO的溶解度增加，而導(dǎo)致耐火材料侵蝕加劇。
涉及上述(4)項的本發(fā)明，是在脫碳爐渣中用CaO代替部分或全部石灰。脫碳爐渣由于其熔點(diǎn)高于在脫磷處理過程中生鐵熔體的溫度，因而一般難于熔融。而且，由于總Fe量高且在熔融時突然產(chǎn)生FeO還原而導(dǎo)致易于發(fā)生噴濺。根據(jù)本發(fā)明，脫碳爐渣易于熔融，并且由于堿度可控制在0.8～1.9而不管生鐵熔體中的[Si]，因此易于形成爐渣。由于可在不發(fā)生噴濺的條件下進(jìn)行脫磷處理，因此可使用脫碳爐渣。
實施例實施例使用尺寸為300噸的頂吹轉(zhuǎn)爐。池直徑D為6.0mm，并且池深Lo為1.9m。通過注入含有4.3％的C，0.15～0.65％的Si，0.31％的Mn，0.105％的P和0.032％的S的廢料和生鐵熔體進(jìn)行脫磷精煉，其溫度為約1350℃。在脫磷處理過程中，氧氣以0.8～2.5Nm3/分鐘/噸的速率通過頂吹噴槍吹送約5～10分鐘，并且加入約10～15kg/t的生石灰和約0～20kg/t的鐵礦。不加入鹵化物如氟化鈣等。處理過的生鐵熔體含有約4.0％的C，約0.01％的Si，和約0.015％的P，其溫度為約1370℃。頂吹噴槍的直徑為65毫米，并具有6個標(biāo)準(zhǔn)孔，而且通過控制噴槍的直徑與噴槍頭和熔融鐵表面之間的距離使L/Lo在0.05～0.5中變化。通過雙管風(fēng)口噴射氧氣和LPG進(jìn)行底吹，以便以0.05～0.2Nm3/分鐘/噸的速率冷卻，并且均勻混合的時間在30～70秒之間變化。
實施例1使用直徑為65毫米并具有6個孔的頂吹噴槍，將處理前含有0.25％[Si]的生鐵熔體在35000Nm3/小時的頂吹氧氣流速下，并經(jīng)底吹雙管風(fēng)口噴射3600Nm3/小時氧氣和100Nm3/小時LPG的條件下進(jìn)行攪拌。在此種情況下，Q為0.00603Nm3/秒/噸，并且噴槍頭和熔融鐵表面之間的距離為3750毫米。其結(jié)果是，底吹攪拌的均勻混合時間τ為40秒，由頂吹氣體在熔融鐵表面上形成的腔池深度L為124厘米，并且參數(shù)α為1017。
通過頂吹噴槍吹送氧氣約7分鐘，并加入14.5kg/t的生石灰和15kg/t的鐵礦。此時，CaO/O為0.66且λ為+0.086。其結(jié)果是，通過處理約7分鐘，生鐵熔體中的[P]由0.110％降至0.018％，脫磷效率為0.134并且良好。
實施例2使用直徑為65毫米并具有6個孔的頂吹噴槍，將處理前含有0.44％[Si]的生鐵熔體在30000Nm3/小時的頂吹氧氣流速下，并經(jīng)底吹雙管風(fēng)口噴射3600Nm3/小時氧氣和100Nm3/小時LPG的條件下進(jìn)行攪拌。在此種情況下，Q為0.00603Nm3/秒/噸，并且噴槍頭和熔融鐵表面之間的距離為3250毫米。其結(jié)果是，底吹攪拌的均勻混合時間τ為40秒，由頂吹氣體在熔融鐵表面上形成的腔池深度L為123厘米，并且參數(shù)α為882。
通過頂吹噴槍吹送氧氣約7分鐘，并加入18.15kg/t的生石灰，但是不加入鐵礦。此時，CaO/O為0.935且λ為-0.078。其結(jié)果是，通過處理約7分鐘，生鐵熔體中的[P]由0.108％降至0.019％，脫磷效率為0.130并且良好。
比較例1使用直徑為65毫米并具有6個孔的頂吹噴槍，將處理前含有0.21％[Si]的生鐵熔體在35000Nm3/小時的頂吹氧氣流速下，并經(jīng)底吹雙管風(fēng)口噴射3600Nm3/小時氧氣和100Nm3/小時LPG的條件下進(jìn)行攪拌。在此種情況下，Q為0.00603Nm3/秒/噸，并且噴槍頭和熔融鐵表面之間的距離為3750毫米。其結(jié)果是，底吹攪拌的均勻混合時間τ為40秒，由頂吹氣體在熔融鐵表面上形成的腔池深度L為124厘米，并且參數(shù)α為1017。
通過頂吹噴槍吹送氧氣約6分鐘，并加入17.5kg/t的生石灰和12.8kg/t的鐵礦。此時，CaO/O為0.989且λ為+0.506。其結(jié)果是，通過處理約6分鐘，生鐵熔體中的[P]僅由0.110％降至0.042％，脫磷效率為0.056并且較低。
比較例2使用直徑為65毫米并具有6個孔的頂吹噴槍，將處理前含有0.49％[Si]的生鐵熔體在30000Nm3/小時的頂吹氧氣流速下，并經(jīng)底吹雙管風(fēng)口噴射3600Nm3/小時氧氣和100Nm3/小時LPG的條件下進(jìn)行攪拌。在此種情況下，Q為0.00603Nm3/秒/噸，并且噴槍頭和熔融鐵表面之間的距離為3250毫米。其結(jié)果是，底吹攪拌的均勻混合時間τ為40秒，由頂吹氣體在熔融鐵表面上形成的腔池深度L為123厘米，并且參數(shù)α為882。
通過頂吹噴槍吹送氧氣約8分鐘，并加入15.5kg/t的生石灰，但是不加入鐵礦。此時，CaO/O為0.594且λ為-0.533。其結(jié)果是，在處理過程中頻繁發(fā)生噴濺，并且通過處理約8分鐘，生鐵熔體中的[P]僅由0.107％降至0.052％，脫磷效率為0.068，非常低。
權(quán)利要求
1.一種生鐵熔體的脫磷方法，使用石灰和氧化鐵和/或氧氣，采用頂吹和底吹轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)器，其特征在于，將爐渣的堿度調(diào)節(jié)至1～2.5，并在處理前，用下述公式(1)和(2)依據(jù)生鐵熔體中[Si]濃度([Si]；％)控制熔劑的CaO/O；CaO/O＝2.3×[Si]+λ …(1)λ＝-0.4～+0.4 …(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的生鐵熔體脫磷方法，其特征在于，調(diào)節(jié)參數(shù)α在600～1300，其中參數(shù)α由下述公式(3)限定，它由頂吹氧氣流速(F；Nm3/小時/噸)，底吹攪拌的均勻混合時間(τ；秒)，池深(Lo；毫米)，以及頂吹氣體在熔融鐵的表面上形成腔池的深度(L；毫米)組成；α＝(F/60)×τ×Lo/L …(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的生鐵熔體脫磷方法，其特征在于，作為脫磷劑僅使用石灰和氧化鐵和/或氧氣，或者將一種或多種類型的SiO2，Al2O3和MgO的混合物與石灰和氧化鐵和/或氧氣一起使用，并且不使用鹵化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項的生鐵熔體脫磷方法，其特征在于，在脫碳爐渣中用CaO代替部分或全部石灰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生鐵熔體脫磷處理過程中,提高脫磷效率,減少產(chǎn)生的爐渣量,而不使用鹵化物的方法。其中采用頂吹和底吹轉(zhuǎn)爐型反應(yīng)器,并向生鐵熔體中加入石灰和氧化鐵和/或氧氣。通過調(diào)節(jié)爐渣減度為1～2.5,以及在處理前,依據(jù)生鐵熔體中[Si]濃度([Si];%)控制熔劑的CaO/O,而使λ滿足下述公式(1)和(2);CaO/O=2.3×[Si]+λ…(1)λ=－0.4～+0.4…(2)。
文檔編號C21C1/02GK1368558SQ0111624
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月7日
發(fā)明者北村信也, 米澤公敏 申請人:新日本制鐵株式會社