CN103981335B - 一种含钒铁水提钒脱磷剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含钒铁水提钒脱磷剂，1)先分别制备脱磷剂和提钒剂；脱磷剂的化学组分及配比为，Fe2O345～55wt％，CaO35～47wt％，Al2O32～5wt％，SiO2<4wt％；将脱磷剂在高温下烧结生成铁酸钙质脱磷剂；提钒剂的化学组分及配比为，Fe2O350～70wt％，Al2O35～10wt％，SiO25～20wt％，MgO5～15wt％；2)将铁酸钙质脱磷剂和提钒剂按照1:0.5～3的质量比混合即得提钒脱磷剂。本发明提钒脱磷剂能够同时获得较高的提钒率和脱磷率，减轻了半钢炼钢过程的脱磷负荷，同时得到成分合格的钒渣和低磷半钢。
Description
技术领域
本发明涉及铁水提钒脱磷技术，具体指一种含钒铁水提钒脱磷剂，属于钢铁冶金辅料技术领域。
背景技术
目前我国钒钛磁铁矿中的钒多采用高炉炼铁—转炉双联提钒工艺提取，即先在一个转炉内提钒，而后将半钢倒入另一个转炉内进行半钢炼钢。生产得到的钒渣通过后续氧化焙烧工艺将低价钒转化为高价钒，然后采用湿法浸出的方式将五价钒浸出到溶液中，经净化沉钒处理得到钒产品。但是，传统的钒渣钠化焙烧—水浸工艺要求转炉提钒过程得到的钒渣含有的CaO不能超过2.5％，导致现有的转炉提钒不能加入石灰造渣脱磷，使后续半钢脱磷负荷大，生产低磷钢及超低磷钢困难。这是因为转炉提钒过程Si、Mn等发热元素基本氧化完全，半钢炼钢过程缺少Si、Mn等成渣元素，且开始吹炼即氧化C，渣中FeOx含量较低，造成石灰熔化和成渣较慢，难以形成高碱度、高氧化性、量较大的炉渣而达到高效脱磷的目的。
钠化提钒焙烧过程会产生Cl2、HCl等污染气体，并且该方法严格要求钒渣中的CaO含量。所以钙化提钒，即钒渣添加钙盐焙烧，而后采用酸浸或碱浸提钒的清洁提钒方法逐渐受到重视，并日趋成熟。为在转炉提钒过程加入石灰实现提钒的同时脱磷，获得高钙钒渣与低磷半钢打下了后续工艺基础。高钙钒渣经直接焙烧-酸(碱)浸获得含钒溶液，进而得到钒产品。低磷半钢炼钢过程脱磷负荷减轻，便于冶炼超低磷钢。所以开发转炉提钒过程提钒脱磷剂，对减轻半钢炼钢负荷、实现清洁提钒技术非常重要。
目前已公开的关于含钒铁水提钒脱磷的技术中，多是向含钒铁水中加入石灰吹氧进行选择性氧化钒、磷，或者加入将石灰、含铁物料及镁质材料按一定比例预先配制的提钒脱磷剂进行提钒脱磷。其本质还是向含钒铁水中加入石灰，并且多是在提钒初期加入。公开号为CN103194565A的中国专利公开了一种对含钒铁水同时进行提钒和脱磷的方法，在提钒脱磷开吹1～2min内向转炉内加入将终渣碱度控制在2～4的石灰和15～20kg/tFe的氧化铁皮。公开号为CN101302578A的中国专利公开了一种含钒铁水用复合提钒脱磷剂及其制备方法，将石灰、含铁物料、镁质、硅质材料及助溶剂配制成组成为0％～30％的CaO，40％～65％的TFe，3％～15％的SiO2、0％～15％MgO和0％～15％Al2O3的复合提钒脱磷剂。具体实施过程为向含钒铁水中直接加入该种复合提钒脱磷剂进行提钒脱磷。而石灰的熔点较高，初期加入较多会造成化渣困难，温降严重，不仅对含钒铁水脱磷造成不利影响，也会降低提钒率。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种含钒铁水提钒脱磷剂，该提钒脱磷剂能够同时获得较高的提钒率和脱磷率，实现了提钒和脱磷的有效结合，减轻了炼钢过程的脱磷负荷。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种含钒铁水提钒脱磷剂，由如下方法制备得到，
1)先分别制备脱磷剂和提钒剂；脱磷剂的化学组分及配比为，Fe2O345～55wt％，CaO35～47wt％，Al2O32～5wt％，SiO2<4wt％；将脱磷剂在高温下烧结生成铁酸钙质脱磷剂；提钒剂的化学组分及配比为，Fe2O350～70wt％，Al2O35～10wt％，SiO25～20wt％，MgO5～15wt％；其中，脱磷剂烧结生成铁酸钙质脱磷剂的烧结温度为1000～1200℃，烧结时间为0.5～2小时。
2)将铁酸钙质脱磷剂和提钒剂按照1:0.5～3的质量比混合即得提钒脱磷剂。
构成脱磷剂和提钒剂的原料粒径为0.048～0.106mm，铁酸钙质脱磷剂和提钒剂混合前，铁酸钙质脱磷剂需冷却后破碎成0.048～0.106mm的粉料。
构成脱磷剂的原料为石灰、铁质原料、硅质原料和助熔剂粉料；构成提钒剂的原料为铁质原料、硅质原料、镁质原料和助熔剂粉料；铁质原料为氧化铁皮或冷固球团；硅质原料为石英岩、石英砂岩或脉石英；镁质原料为镁砂或白云石砂；助溶剂为铝矾土；根据各原料的化学构成情况并结合脱磷剂和提钒剂的化学组分及配比进行原料的称取即可配置得到脱磷剂和提钒剂。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提钒脱磷剂能够同时获得较高的提钒率和脱磷率，减轻了半钢炼钢过程的脱磷负荷，同时得到成分合格的钒渣和低磷半钢。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明含钒铁水提钒脱磷剂的制备涉及原料的破碎与烘干、脱磷剂和提钒剂的制备、脱磷剂制备得到铁酸钙质脱磷剂、铁酸钙质脱磷剂与提钒剂的混合。下面按制备顺序分别对各环节进行详细说明。
1、原料的选取和破碎。由于本发明中脱磷剂的化学组分及配比为，Fe2O345～55wt％，CaO35～47wt％，Al2O32～5wt％，SiO2<4wt％；提钒剂的化学组分及配比为，Fe2O350～70wt％，Al2O35～10wt％，SiO25～20wt％，MgO5～15wt％；当然这其中都包含适量的杂质，其中Al2O3均为助熔剂。所以构成本发明脱磷剂的原料为石灰、铁质原料、硅质原料和助熔剂粉料；构成提钒剂的原料为铁质原料、硅质原料、镁质原料和助熔剂粉料。具体选择时，铁质原料为氧化铁皮或冷固球团；硅质原料为石英岩、石英砂岩或脉石英；镁质原料为镁砂或白云石砂；助溶剂为铝矾土。上述原料需要破碎至0.048～0.106mm并烘干以备用。
2、根据各原料的化学构成情况并结合脱磷剂和提钒剂的化学组分及配比进行原料的称取，再配置即可得到脱磷剂和提钒剂。
3、将脱磷剂在高温下烧结生成铁酸钙质脱磷剂；烧结温度为1000～1200℃，烧结时间为0.5～2小时。
铁酸钙是一种含铁硅酸盐，主要有铁酸二钙2CaO﹒Fe2O3(C2F)、铁酸钙CaO﹒Fe2O3(CF)、铁酸半钙CaO﹒2Fe2O3(CF2)。铁酸钙的生成的反应式如下：
CaO+Fe2O3＝2CaO·Fe2O3(1)
CaO+Fe2O3＝CaO·Fe2O3(2)
CaO·Fe2O3+Fe2O3＝CaO·2Fe2O3(3)
反应首先生成CaO﹒Fe2O3，然后CaO与CaO﹒Fe2O3反应生成2CaO﹒Fe2O3，CaO﹒Fe2O3与Fe2O3生成CaO﹒2Fe2O3。
4、铁酸钙质脱磷剂烧结后冷却并破碎成0.048～0.106mm的粉料。
5、将铁酸钙质脱磷剂粉料和提钒剂粉料按照1:0.5～3的质量比混合均匀，利用压球机等将其制成5～50mm的颗粒即为提钒脱磷剂成品。
在得到提钒脱磷剂成品后，即可根据生产实际的需要，在提钒过程加入适量的提钒脱磷剂，以得到成分合格的钒渣和低磷半钢。
以下给出三组实施例以对比说明不同组分和制备过程得到的提钒脱磷剂实际提钒和脱磷效果。三组实施例采用的原料相同，原料实际成分如表1所示：
表1提钒脱磷剂各原料成分构成，Wt％
| 原料 | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO |
| 石灰 | >91.30 | <0.70 | <2.80 | / | / | / |
| 硅质原料 | / | / | >60.00 | 21.25～22.10 | 1.40～1.57 | / |
| 镁质原料 | 21.17～57.03 | 40.10～76.29 | <2.60 | <3.17 | 0.74～2.03 | / |
| 铝矾土 | / | 0.11～0.30 | 7.60～40.50 | 54.10～86.20 | 1.46～1.92 | / |
| 铁质原料 | <0.5 | 0.6～0.9 | 2～8 | / | 36～57 | 37～58 |
实例1
按照上述提钒脱磷剂的制备方法，制备9组铁酸钙质脱磷剂。其成分及制备的主要参数如表2所示。同时制备3组组分不同的提钒剂，如表3所示。将得到的铁酸钙质脱磷剂和提钒剂按照1:0.5的比例配制成11组提钒脱磷剂。
在装有10kg含钒铁水(V0.3wt％，P0.08wt％)的感应炉中，按每吨铁水加入40kg提钒脱磷剂的比例，向含钒铁水中加入上述配制的不同组成的提钒脱磷剂。提钒脱磷剂对含钒铁水的提钒脱磷效果如表4所示。
表2铁酸钙质脱磷剂组成及制备主要参数
表3提钒剂的组成，Wt％
| 编号 | Fe2O3 | Al2O3 | SiO2 | MgO | 杂质 |
| G1 | 50 | 10 | 20 | 15 | 5 |
| G2 | 60 | 8 | 15 | 10 | 7 |
| G3 | 70 | 5 | 10 | 5 | 10 |
表4提钒脱磷剂的组成及其提钒脱磷的效果
实例2
按照上述提钒脱磷剂的制备方法，在实例1的基础上将铁酸钙质脱磷剂的焙烧时间增加到1小时，制备9组铁酸钙质脱磷剂。其成分及制备的主要参数如表5所示。提钒剂的组成如表3所示。将得到的铁酸钙质脱磷剂和提钒剂按照1:1的比例配制得到11组提钒脱磷剂。
在装有10kg含钒铁水(V0.28wt％，P0.09wt％)的感应炉中，按每吨铁水加入50kg提钒脱磷剂的比例，向含钒铁水中加入上述配制的不同组成的提钒脱磷剂。提钒脱磷剂的组成及其对含钒铁水的提钒脱磷效果如表6所示。
表5铁酸钙质脱磷剂组成及制备主要参数
表6提钒脱磷剂的组成及其提钒脱磷的效果
实例3
按照上述提钒脱磷剂的制备方法，在实例1的基础上将铁酸钙质脱磷剂的焙烧时间增加到2小时，制备9组铁酸钙质脱磷剂。其成分及制备的主要参数如表7所示。提钒剂的组成如表3所示。将得到的铁酸钙质脱磷剂和提钒剂按照1:2的比例进行混合配制得到11组提钒脱磷剂。
在装有10kg含钒铁水(V0.33wt％，P0.10wt％)的感应炉中，按每吨铁水加入50kg提钒脱磷剂的比例，向含钒铁水中加入上述配制的不同组成的提钒脱磷剂。提钒脱磷剂的组成及其对含钒铁水的提钒脱磷效果如表8所示。
表7铁酸钙质脱磷剂组成及制备主要参数
表8提钒脱磷剂的组成及其提钒脱磷的效果
通过提钒脱磷综合效果的比较，可以看出，实例1和实例2中C1+G3，C2+G3，C3+G3这六组提钒脱磷剂是比较优选的方案。
提钒和脱磷的共同条件是高氧化性和低温，此外脱磷还需要较高的碱度。目前公开的专利中有提钒脱磷的技术，但多是向含钒铁水中加入石灰并吹氧进行选择性氧化钒、磷；或者加入石灰、含铁物料及镁质材料按一定比例配制的提钒脱磷剂。两者的本质都是向铁水中加入石灰脱磷，而且多是在冶炼前期加入。而石灰熔点很高，炉内铁水温度不足以使大量的石灰快速熔化，造成化渣慢，炉渣整体的流动性不好，所以脱磷速度较慢、提钒速度也慢。当炉内石灰完全熔化成渣时，由于铁水中的Si、Mn、C等元素的氧化生热，炉内的温度已经较高，留给脱磷和提钒的时间不多(因为温度在不断的升高)，造成提钒脱磷率不高。
而本发明所使用的提钒脱磷剂为铁酸钙质的提钒脱磷剂，铁酸钙是氧化铁和氧化钙在一定温度生成的物质，其熔点远低于石灰。所以该铁酸钙质的提钒脱磷剂具有熔点低、成渣速度快的优点。铁酸钙质的提钒脱磷剂加入含钒铁水中以后快速成渣，利用冶炼前期的低温条件选择性的氧化钒、磷。有效的解决了提钒脱磷过程化渣速度慢，提钒脱磷时间不足、效果不好的问题。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (3)
1.一种含钒铁水提钒脱磷剂，其特征在于：由如下方法制备得到，
1）先分别制备脱磷剂和提钒剂；脱磷剂的化学组分及配比为，Fe2O345~55wt%，CaO35~47wt%，Al2O32~5wt%，SiO2<4wt%；将脱磷剂在高温下烧结生成铁酸钙质脱磷剂，脱磷剂烧结生成铁酸钙质脱磷剂的烧结温度为1000~1200℃，烧结时间为0.5~2小时；提钒剂的化学组分及配比为，Fe2O350~70wt%，Al2O35~10wt%，SiO25~20wt%，MgO5~15wt%；
2）将铁酸钙质脱磷剂和提钒剂按照1:0.5~3的质量比混合即得提钒脱磷剂。
2.根据权利要求1所述的含钒铁水提钒脱磷剂，其特征在于：构成脱磷剂和提钒剂的原料粒径为0.048~0.106mm，铁酸钙质脱磷剂和提钒剂混合前，铁酸钙质脱磷剂需冷却后破碎成0.048~0.106mm的粉料。
3.根据权利要求2所述的含钒铁水提钒脱磷剂，其特征在于：构成脱磷剂的原料为石灰、铁质原料、硅质原料和助熔剂粉料；构成提钒剂的原料为铁质原料、硅质原料、镁质原料和助熔剂粉料；铁质原料为氧化铁皮或冷固球团；硅质原料为石英岩、石英砂岩或脉石英；镁质原料为镁砂或白云石砂；助溶剂为铝矾土；根据各原料的化学构成情况并结合脱磷剂和提钒剂的化学组分及配比进行原料的称取即可配置得到脱磷剂和提钒剂。
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