本發(fā)明屬于鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及一種含銻鋼冶煉過(guò)程中銻的加入方法。
背景技術(shù)：
銻的相對(duì)密度為6.68g/cm3，熔點(diǎn)為630℃，沸點(diǎn)為1635℃。銻的氧化物三氧化二銻的沸點(diǎn)為1425℃。銻和它的許多化合物有毒，其作用機(jī)理為抑制酶的活性，且三價(jià)銻的毒性要比五價(jià)銻大。急性銻中毒的癥狀也與砷中毒相似，主要表現(xiàn)為引起心臟毒性(表現(xiàn)為心肌炎)，不過(guò)銻的心臟毒性還可能引起阿－斯綜合征。有報(bào)告稱(chēng)，從搪瓷杯中溶解的銻等價(jià)于相當(dāng)于6克酒石酸銻鉀時(shí)，就會(huì)在三天后致人死亡。吸入銻灰也對(duì)人體有害，有時(shí)甚至是致命的：小劑量吸入時(shí)會(huì)引起頭疼、眩暈和抑郁；大劑量攝入銻灰，例如長(zhǎng)期皮膚接觸可能引起皮膚炎、損害肝腎、劇烈而頻繁的嘔吐，甚至死亡。美國(guó)職業(yè)安全衛(wèi)生署規(guī)定工作環(huán)境空氣中銻含量在煙霧為100微克/立方米，銻塵為200微克/立方米。美國(guó)職業(yè)安全衛(wèi)生署計(jì)劃將空氣中所有銻化合物含量限制在1到5微克/立方米，美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全和衛(wèi)生研究所希望讓工人盡量少呼吸到銻以防止膀胱癌。2002年9月，世界衛(wèi)生組織規(guī)定，對(duì)水中銻含量和日攝入量應(yīng)小于0.86微克/千克每日。日本限定寶特瓶中的銻含量應(yīng)小于200ppm，對(duì)熱灌裝用的飲料，則禁用含銻的寶特瓶。歐盟則規(guī)定，食品中的銻含量應(yīng)小于20ppb，環(huán)保極pet纖維中的銻含量不得大于260ppm。
在鋼的冶煉過(guò)程中，特別是冶煉高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼的過(guò)程中，sb可以提高并穩(wěn)定硅鋼的磁性能，lyudkovs等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：銻能夠促進(jìn)對(duì)材料磁性有利的織構(gòu)組分的形成，與不含銻硅鋼相比，含銻硅鋼在1.5t下磁導(dǎo)率提高100％，在1.7t下磁導(dǎo)率提高300％。另外，鐵損w15/60下降約11％，這些性能上的提高是由于含銻硅鋼具有較好的織構(gòu)和較大的晶粒尺寸。
sb能提高鋼的耐硫酸露點(diǎn)腐蝕性能，09crcusb合金管又稱(chēng)nd鋼，含sb:0.04～0.1％,是一種廣泛應(yīng)用于預(yù)熱器和熱交換器的合金鋼管，其主要應(yīng)用于電廠和煉油廠制造在高含硫煙氣中工作的省煤器、空氣預(yù)熱器、熱交換器和蒸發(fā)器等，用以抵御含硫煙氣結(jié)露腐蝕，是目前國(guó)內(nèi)外最理想的“耐硫酸低溫露點(diǎn)腐蝕”用鋼材。
但是目前在煉鋼過(guò)程中，sb元素只是以塊狀的形式在轉(zhuǎn)爐出鋼的過(guò)程中隨鋼流加入鋼包鋼水中，或者以塊狀的形式從rh精煉爐真空室加入至鋼水中，塊狀銻合金加入鋼水中后，銻合金被加熱熔化，溶入鋼水中，但由于塊狀銻合金外觀尺寸大(銻錠的重量約為10kg左右)，塊狀銻合金完全熔化需較長(zhǎng)的時(shí)間，銻在鋼水中的固溶形式為置換固溶，若銻合金的該熔化過(guò)程在鋼液表面發(fā)生，熔化后的銻合金由于銻沸點(diǎn)低以及在高溫下易于氧化等特點(diǎn)揮發(fā)到空氣中?，F(xiàn)有的塊狀銻合金的加入方法收得率低，sb的收得率約為20～80％，散失到空氣中的sb元素會(huì)嚴(yán)重的危害煉鋼職工的身體健康，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視，在含銻鋼冶煉過(guò)程中，鋼鐵企業(yè)迫切需要開(kāi)發(fā)出一種減少sb及sb的氧化物揮發(fā)的方法。
專(zhuān)利cn201610352491-公開(kāi)了一種rh精煉所用銻線及其加入方法，其技術(shù)措施為：通過(guò)利用喂線的方式，將銻線加入至鋼液中，同時(shí)控制銻線加入位置、加入速度、鋼包底吹等因素，盡可能保證大部分銻元素溶于鋼液中，極大地減少了銻元素的氣化量，使得銻元素的收得率明顯提高，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而言，是一種工藝簡(jiǎn)單、易于操作、環(huán)境友好的工藝方法。但由于銻線內(nèi)包裹的為粉末狀銻合金，銻線強(qiáng)度低，只能采取低速喂線的方法，以避免銻線在喂入過(guò)程中折斷，銻線的喂入速度和喂入量受到限制，按銻線的喂入速度為1.5～5m/s,銻線含銻量115g/m計(jì)算，200噸鋼水中增0.05％的銻，需喂入銻線870米，喂入時(shí)間為：174～580秒，而在正常的鋼水精煉過(guò)程中，無(wú)法單獨(dú)拿出這么長(zhǎng)的時(shí)間用于鋼水增銻。該方法僅適用于小容量鋼包或者對(duì)鋼水微量增銻，適用于對(duì)鋼水中sb含量的微調(diào)，而對(duì)于常規(guī)煉鋼過(guò)程則用途有限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)中加入銻不能滿(mǎn)足需求的缺陷，解決銻加入鋼水中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種含銻鋼冶煉過(guò)程中銻的加入方法。
本發(fā)明提供的含銻鋼冶煉過(guò)程中銻的加入方法，包括：
將鋁合金和銻合金放入鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)，后通過(guò)加熱鋼質(zhì)包裝罐至700～900℃，并保溫0.5～2小時(shí)，使鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)的兩種合金熔化，但鋼質(zhì)包裝罐不被熔化，后在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐加入至鋼包中的鋼水中，鋼質(zhì)包裝罐被鋼水熔化，液態(tài)鋁銻合金溶入鋼水中；所述銻合金和鋁合金的質(zhì)量比為1:1～4:1。
上述的方法中，所述加熱鋼質(zhì)包裝罐采用的方法可以為使用煤氣加熱。
作為上述方法一種更好的選擇，所述鋼質(zhì)包裝罐可以應(yīng)用于700～900℃的工作溫度，并且可以在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)熔化。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)鋼水溫度選擇合適的鋼種，如本發(fā)明的實(shí)施例即選用了65mn鋼種。
作為上述方法一種更好的選擇，在轉(zhuǎn)爐出鋼前，預(yù)先將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐加入至鋼包包底，在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，鋼流沖擊鋼質(zhì)包裝罐，鋼質(zhì)包裝罐被鋼水熔化，液態(tài)鋁銻合金溶入鋼水中。
作為上述方法另一種更好的選擇，在轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐隨鋼流加入至鋼包中的鋼水中，鋼流沖擊鋼質(zhì)包裝罐，鋼質(zhì)包裝罐被鋼水熔化。
作為上述方法一種更好的選擇，轉(zhuǎn)爐出鋼前，預(yù)先在鋼包中加入一部分合成渣料，加入的合成渣料為放鋼過(guò)程中需加入的合成渣料總質(zhì)量的30％～100％，所述合成渣料為鋼水精煉過(guò)程中使用的造渣料，可以分為以下兩種，第一種為螢石和石灰以1:1～1:9比例混合而成的合成渣，第二種預(yù)熔鋁酸鈣和石灰以1:1～1:5比例混合而成的合成渣，出鋼后，合成渣在鋼流作用下被加熱熔化，由于合成渣比熱容量約為鋼水比熱的1.5倍，鋼液溫度也相應(yīng)下降，銻合金加入后所處環(huán)境的溫度較低，減弱了銻合金沸騰揮發(fā)的熱力學(xué)條件。
作為上述方法一種更好的選擇，對(duì)于需要對(duì)鋼水增碳的鋼種，采用活性炭對(duì)鋼水進(jìn)行增碳。活性炭的加入量根據(jù)鋼水的目標(biāo)碳含量和轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水中的碳含量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)活性炭的回收率可按70％計(jì)算，活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到鋼渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附氣化銻及氣化氧化銻的作用。
采用本發(fā)明的方法，可以減少銻及銻化合物的揮發(fā)。本發(fā)明減少銻及銻化合物揮發(fā)的途徑包括：
a:在出鋼鋼流的作用下，包裝罐被鋼水熔化，液態(tài)鋁銻合金溶入鋼水中。由于銻合金不需在鋼包中進(jìn)行固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變，銻合金溶入鋼水中的時(shí)間減少，銻合金揮發(fā)至空氣中的機(jī)會(huì)相應(yīng)的亦減少；
b:鋁銻合金和鋼水均為液態(tài)，液體與液體間的傳質(zhì)條件良好，在出鋼鋼流的作用下，鋁銻合金和鋼水在渦流的環(huán)境下快速混勻，減少銻合金上浮到鋼液表面的機(jī)會(huì)，也就減少了銻合金在鋼液表面的揮發(fā)；
c:鋁銻合金中的鋁金屬性強(qiáng)于銻，會(huì)被鋼水中或空氣中的氧優(yōu)先氧化，減少了銻被氧化的機(jī)會(huì)，也就相應(yīng)了減少了氧化銻的產(chǎn)生量。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)勢(shì)：
1、本發(fā)明預(yù)先將鋁銻合金加熱為液態(tài)，將液態(tài)鋁銻合金加入到鋼水中后，液態(tài)銻與液態(tài)鋼水間的傳質(zhì)條件良好，液態(tài)銻能快速溶入到鋼水中，減少了銻元素溶入鋼水中所花費(fèi)的時(shí)間，減少了銻及銻化合物的揮發(fā)。
2、轉(zhuǎn)爐放鋼前，預(yù)先在鋼包中加入一部分冷態(tài)合成渣料，用于降低鋼水的溫度，將銻合金加入到較低溫度的鋼水中，銻元素的揮發(fā)量會(huì)降低。
3、采用活性炭對(duì)鋼水進(jìn)行增碳，活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到鋼渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附氣化銻及氣化氧化銻的作用。
具體實(shí)施方式
如下為本發(fā)明的實(shí)施方式，其僅用作對(duì)本發(fā)明的解釋而并非限制。
本發(fā)明加入銻的方法典型包括如下步驟：
將銻合金和鋁合金混合放入鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)，鋼質(zhì)包裝罐的壁厚為2～5mm，每個(gè)鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)裝入20～40kg銻合金和鋁合金的混合物，銻合金和鋁合金的質(zhì)量比為1:1～4:1；將鋼質(zhì)包裝罐密封后通過(guò)煤氣加熱等方法加熱鋼質(zhì)包裝罐至700～900℃，并保溫0.5～2小時(shí)，鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)的鋁合金和銻合金熔化，鋁銻合金被加熱至液態(tài)，在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，將罐裝的液態(tài)鋁銻合金隨鋼流加入鋼包鋼水中，包裝罐可以快速被鋼水熔化。鋁銻合金和鋼水均為液態(tài)，液體與液體間的傳質(zhì)條件良好，在出鋼鋼流的作用下，鋁銻合金和鋼水在渦流的環(huán)境下快速混勻，減少了銻合金溶入鋼水中所花費(fèi)的時(shí)間減少、減少了銻合金上浮到鋼液表面的機(jī)會(huì)，也就減少了銻合金在鋼液表面揮發(fā)的機(jī)會(huì)，并且由于鋁合金的影響，減少了銻被氧化的機(jī)會(huì)，也就減少了氧化銻的生成量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)鋼水溫度選擇合適的鋼種，如選用了65mn鋼種。
將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐加入至鋼包中的鋼水中的方法可以分為以下兩種方法：方法一為：在轉(zhuǎn)爐出鋼前，預(yù)先將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐加入至鋼包包底，在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，鋼流沖擊鋼質(zhì)包裝罐，鋼質(zhì)包裝罐被鋼水熔化，液態(tài)鋁銻合金溶入鋼水中。方法二為：在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐隨鋼流加入至鋼包中的鋼水中，鋼流沖擊鋼質(zhì)包裝罐，鋼質(zhì)包裝罐被鋼水熔化。
轉(zhuǎn)爐出鋼前，預(yù)先在鋼包包底中加入一部分合成渣料，加入的合成渣料為放鋼過(guò)程中需加入的合成渣料總量的30％～100％，合成渣料為鋼水精煉過(guò)程中使用的造渣料，可以分為以下兩種，第一種為螢石和石灰以1:1～1:9比例混合而成的合成渣，第二種預(yù)熔鋁酸鈣和石灰以1:1～1:5比例混合而成的合成渣，放鋼后，合成渣在鋼流作用下被加熱熔化，由于合成渣比熱容量約為鋼水比熱的1.5倍，鋼液溫度也相應(yīng)下降，銻合金加入后所處環(huán)境的溫度較低，減弱了銻合金沸騰揮發(fā)的熱力學(xué)條件。
對(duì)于需要在轉(zhuǎn)爐放鋼過(guò)程中增碳的鋼種，例如09crcusb合金鋼，采用活性炭對(duì)鋼水進(jìn)行增碳，活性炭的加入量根據(jù)鋼水的目標(biāo)碳含量和轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水中的碳含量進(jìn)行計(jì)算，活性炭的回收率按70％計(jì)算，活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到鋼渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附氣化銻及氣化氧化銻的作用。
上述過(guò)程中加入各金屬元素的量可以按照常規(guī)方式進(jìn)行計(jì)算。
如下為具體含銻鋼冶煉過(guò)程中銻的加入方法。
實(shí)施例1：
轉(zhuǎn)爐冶煉09crcusb合金鋼，轉(zhuǎn)爐公稱(chēng)噸位為200t,轉(zhuǎn)爐放鋼前，預(yù)先將鋁銻合金加熱至液態(tài)，具體措施為：將銻合金和鋁合金混合放入鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)，鋼質(zhì)包裝罐的壁厚為2mm，每個(gè)鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)裝入20kg銻錠和鋁粒的混合物，銻合金和鋁合金的質(zhì)量比為1:1，即鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)含10kg銻錠和10kg鋁粒，將鋼質(zhì)包裝罐密封后通過(guò)煤氣加熱等方法加熱鋼質(zhì)包裝罐至700℃，并保溫0.5小時(shí)，鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)的鋁粒和銻錠熔化，鋁銻合金被加熱至液態(tài)，在轉(zhuǎn)爐出鋼前，預(yù)先將含有液體鋁銻合金的鋼質(zhì)包裝罐加入至鋼包包底，在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中，鋼流沖擊鋼質(zhì)包裝罐，鋼質(zhì)包裝罐被鋼水熔化，液態(tài)鋁銻合金溶入鋼水中，共加入10罐鋁銻合金。鋁銻合金和鋼水均為液態(tài)，液體與液體間的傳質(zhì)條件良好，在出鋼鋼流的作用下，鋁銻合金和鋼水在渦流的環(huán)境下快速混勻，減少了銻合金溶入鋼水中所花費(fèi)的時(shí)間，減少了銻合金上浮到鋼液表面的機(jī)會(huì)，也就減少了銻合金在鋼液表面揮發(fā)的機(jī)會(huì)，并且由于鋁合金易被氧化的影響，減少了銻被氧化的機(jī)會(huì)，也就減少了氧化銻的生成量。
轉(zhuǎn)爐放鋼前，預(yù)先在鋼包包底中加入一部分合成渣料，合成渣料為螢石和石灰以1:9比例混合而成的合成渣，加入的合成渣料為放鋼過(guò)程中需加入的合成渣料總量的30％，即加入500kg合成渣料，放鋼后，合成渣在鋼流作用下被加熱熔化，由于合成渣比熱容量約為鋼水比熱的1.5倍，鋼液溫度也相應(yīng)下降，銻合金加入后所處環(huán)境的溫度較低，減弱了促使銻合金沸騰揮發(fā)的熱力學(xué)條件，也就減少銻合金沸騰揮發(fā)的可能性。
對(duì)于需要在轉(zhuǎn)爐出鋼過(guò)程中增碳的鋼種，例如09crcusb合金鋼，采用活性炭對(duì)鋼水進(jìn)行增碳，活性炭的加入量根據(jù)鋼水的目標(biāo)碳含量和轉(zhuǎn)爐出鋼前鋼水中的碳含量進(jìn)行計(jì)算，活性炭的回收率按70％計(jì)算，即加入活性炭加入后，有部分未溶活性炭上浮到鋼渣界面，未溶活性炭能起到一定的吸附氣化銻及氣化氧化銻的作用。
鋼包由轉(zhuǎn)爐運(yùn)入lf精煉爐工位，經(jīng)過(guò)lf精煉后，運(yùn)往連鑄工位澆注，經(jīng)檢測(cè)鑄坯中的sb元素含量為0.049％，sb元素的回收率為98％，大幅減少了揮發(fā)到大氣中的銻及銻化合物的量。
實(shí)施例2
轉(zhuǎn)爐冶煉硅鋼w600，轉(zhuǎn)爐公稱(chēng)噸位為200t,轉(zhuǎn)爐放鋼前，預(yù)先將鋁銻合金加熱至液態(tài)，具體措施為：將銻錠和鋁?；旌戏湃脘撡|(zhì)包裝罐內(nèi)，鋼質(zhì)包裝罐的壁厚為5mm，每個(gè)鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)裝入40kg銻錠和鋁粒的混合物，銻合金和鋁合金的質(zhì)量比為4:1，即鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)含32kg銻錠和8kg鋁粒，將鋼質(zhì)包裝罐密封后通過(guò)煤氣加熱等方法加熱鋼質(zhì)包裝罐至900℃，并保溫2小時(shí)，鋼質(zhì)包裝罐內(nèi)的鋁粒和銻錠熔化，鋁銻合金被加熱至液態(tài)，在轉(zhuǎn)爐放鋼過(guò)程中，將罐裝的液態(tài)鋁銻合金隨鋼流加入鋼包鋼水中，共加入3罐鋁銻合金。鋁銻合金和鋼水均為液態(tài)，液體與液體間的傳質(zhì)條件良好，在出鋼鋼流的作用下，鋁銻合金和鋼水在渦流的環(huán)境下快速混勻，減少了銻合金溶入鋼水中所花費(fèi)的時(shí)間，減少了銻合金上浮到鋼液表面的機(jī)會(huì)，也就減少了銻合金在鋼液表面揮發(fā)的機(jī)會(huì)，并且由于鋁合金易被氧化的影響，減少了銻被氧化的機(jī)會(huì)，也就減少了氧化銻的生成量。
轉(zhuǎn)爐出鋼前，預(yù)先在鋼包包底中加入一部分合成渣料，合成渣料為預(yù)熔鋁酸鈣和石灰以1:1比例混合而成的合成渣，加入的合成渣料為放鋼過(guò)程中需加入的合成渣料總量的100％，即加入1600kg合成渣料，放鋼后，合成渣在鋼流作用下被加熱熔化，鋼液溫度也相應(yīng)下降，銻合金加入后所處環(huán)境的溫度較低，減弱了銻合金沸騰揮發(fā)的熱力學(xué)條件。
鋼包由轉(zhuǎn)爐運(yùn)入rh精煉爐工位，經(jīng)過(guò)rh精煉后，鋼水上連鑄工位澆注，經(jīng)過(guò)連鑄澆注后，經(jīng)檢測(cè)鑄坯中的sb元素含量為0.047％，sb元素的回收率為94％，大幅減少了揮發(fā)到大氣中的銻及銻化合物的量。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。