一种新型钙系合金脱砷剂及脱砷方法与流程

1.本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种新型钙系合金脱砷剂及脱砷方法。


背景技术：

2.基于资源、成本、性能等多方面因素考虑，钢铁仍然是当今的主体材料，但随着科技的发展，越来越多的工具和材料对使用性能的要求不断提高，钢铁产品面临着被新型工程材料如铝、玻璃、高分子材料、复合材料等取代的巨大压力，钢铁材料面临着越来越大的挑战。随着宇航、国防、石油化工、原子能工程、海洋工程等现代化尖端技术的发展，对钢铁材料质量的要求不断提高，要求降低钢材中的有害残余元素，提升钢的纯净度。
3.在钢铁冶炼过程中，不可避免的会存在一些有害残余元素如砷等。这些有害残余元素主要来源于铁矿石和废钢，一方面，随着高品位铁矿资源的枯竭，低品位的铁矿资源逐渐被使用(例如，我国南方大量使用含砷铁矿)；另一方面由于钢铁的循环使用，短流程废钢炼钢产量逐年增加，炼钢过程废钢加入占比提升。低品位铁矿石和废钢的循环利用导致了钢中砷等低熔点残余元素的含量增加。由于钢铁产品可以无限循环使用，而目前废钢的分类及处理技术还不够完善，从而使得钢中残余元素不断富集。有害残余元素含量很低却能对钢材性能造成巨大影响，其中砷在钢铁产品中会在晶界聚集，导致回火脆性；热加工过程钢铁产品容易产生热脆裂纹；杂质砷超过一定含量时，会造成严重的成分偏析，生成低硬度颗粒状化合物，降低焊接性、冲击性，同时也会降低钢的强度与塑性等。
4.综上所述，为了有效降低钢液中的砷含量，需要发明一种新型的脱砷剂体系以及脱砷方法。要求其不仅脱砷能力强而且还不会污染钢液。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种新型钙系合金脱砷剂及脱砷方法，可以解决目前脱砷剂效率低，材料损耗大，脱砷产物容易污染钢液等问题，达到良好的脱砷效果，有利于生产高质量的钢铁产品。
6.本发明是这样实现的，采用新型钙系合金脱砷剂，脱砷剂包括ca-fe合金和ca-si合金，以质量百分数计，ca-fe合金中ca 25-35％，fe 65-75％；ca-si合金中ca 25-35％，si 65-75％。
7.上述的新型钙系合金脱砷剂，按重量计，ca-fe合金和ca-si合金的比例为1.5-2.5：1。
8.上述的新型钙系合金脱砷剂，按重量计，所述脱砷剂的使用量为钢液的5-15％。
9.上述的新型钙系合金脱砷剂，所述ca-fe合金中，p≤0.06％，s≤0.04％；ca-si合金中p≤0.04％，s≤0.04％。
10.新型钙系合金脱砷剂的脱砷方法，将ca-fe合金和ca-si合金分3～6次加入钢液中，每次搅拌1～2分钟，脱砷剂全部加入后，再次搅拌1～2分钟，钢液静置3～5分钟，进行脱砷反应从而降低钢液中的砷含量。
11.新型钙系合金脱砷剂的制备方法，所述脱砷反应时保持吹氩状态或者真空状态防止空气氧化钢液。
12.本发明与现有技术相比，具有以下优点；
13.脱砷剂起脱砷作用的是钙，当向钢液中加入钙合金时，部分钙会气化并在会在渣钢界面发生脱砷反应；部分钙会溶于钢液中并在钢液中发生脱砷反应；因此脱砷反应方程式为：
14.[ca] 2/3[as]＝1/3(ca3as2)
[0015]
(ca) 2/3[as]＝1/3(ca2as3)
[0016]
钙硅合金是由元素硅、钙组成的复合合金，是一种较为理想的复合脱氧剂、脱硫剂以及脱砷剂。并适合作转炉炼钢车间用的增温剂。钙硅合金脱砷后的脱砷产物易于上浮排出，而且还能改善钢的性能，提高钢的塑性、冲击韧性和流动性。本发明采取将钙硅合金加入钢液中用于钢液脱砷并可以提高钢材性能。
[0017]
钙铁合金是由元素钙、铁组成的复合合金，常在炼钢中用作脱氧剂加入钢液中。本发明采取将钙铁合金加入钢液中不仅可以实现钢液脱砷，还可以降低钢液中的氧含量和硫含量。
[0018]
使用本发明脱砷时，加入脱砷剂时采用分多次加入，每次加入后搅拌1～2分钟，然后静置3～5分钟。搅拌是为了促进钙和钢液中的砷充分反应，静置利于脱砷产物上浮到渣中去除。
[0019]
本发明的主要优点如下：
[0020]
(1)使用本发明脱砷时，钙对氧、硫、砷亲和力都很大，可以起到很好的脱砷效果。由于金属钙熔点低(839℃)，蒸气压高，直接加入钢液中反应剧烈并且损耗大。而采用钙铁合金、钙硅合金作为脱砷剂。以此解决生产中直接加入金属钙易烧损、反应剧烈产生喷溅的问题。
[0021]
(2)使用本发明进行钢液脱砷，采用钙铁合金和钙硅合金加入钢液进行脱砷。钙铁合金脱砷效果好，加入钙硅合金具有脱砷效果，而且还能促进脱氧以及脱硫，进一步促进脱砷效果。而且加入钙硅合金，有利于在钢液中形成低熔点、易于上浮去除的非金属夹杂，使脱氧、脱砷产物上浮到渣中，并且钙硅合金反应平稳，性能良好，可以提高钙的利用率，能够满足大多数生产的需要。因此采用将钙铁合金和钙硅合金进行脱砷，有较好的优点。
[0022]
(3)本发明的脱砷产物不会污染钢液，并且脱砷剂中的钙还能起到细化晶粒，改变非金属夹杂物的成分、数量、形态；改善钢的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温、耐低温性能；提高钢的塑形、冲击韧性、疲劳强度和焊接性能；增强钢的抗热裂、抗氢致裂纹和抗层状。
[0023]
(4)综上所述，与现有技术相比，本发明的脱砷剂优点是脱砷效果较好，脱砷产物易上浮去除，钙利用率高，可以细化晶粒改善夹杂物，提高钢材性能。解决目前脱砷技术中的关键问题。
[0024]
为证明本发明的有效性，实验如下：
[0025]
采用的原料如下，以下涉及百分数时均为重量百分比；实验钢化学成分如表1所示。
[0026]
表1实验母材成分(％)
[0027][0028]
钙铁合金成分为30％ca-70％fe，使用量为钢液的6％，钙硅合金成分为30％ca-70％si，使用量为钢液的4％。采用四元渣系为实验所用精炼渣，成分为cao 55％-sio215％-al2o322％-mgo 8％，使用量为钢液的10％。
[0029]
取350克实验母材和35克精炼渣放入管式电阻炉中升温至1600℃融化，并且钢液保持吹氩状态，取样测得此时钢液中砷含量为0.11％。静置15分钟后，依次向钢液中加入钙硅合金和钙铁合金脱砷剂，加入脱砷剂时采用分6次加入，每次加入后搅拌两分钟，然后静置三分钟，直到脱砷剂全部加入。
[0030]
采用本发明脱砷后钢液中的砷含量由0.11％降到0.048％，脱砷率为56.36％，脱砷效果良好。相比于其他脱砷方法，本发明具有较好的脱砷效果，减少了材料损耗，经济划算并且方便操作。钢液中钙含量小于10ppm，加入的钙未污染到钢液，并且加入的钙可以改善钢中夹杂物数量、大小和成分，提升钢材性能。实验证实了采用本发明的脱砷效果，脱砷完成后的后续精炼工艺均与目前工厂采用的常规工艺相同。
具体实施方式
[0031]
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
[0032]
实施例1。一种新型钙系合金脱砷剂，脱砷剂包括ca-fe合金和ca-si合金，以质量百分数计，ca-fe合金中ca 25-35％，fe 65-75％；ca-si合金中ca 25-35％，si 65-75％。
[0033]
按重量计，ca-fe合金和ca-si合金的比例为1.5-2.5：1。
[0034]
按重量计，所述脱砷剂的使用量为钢液的5-15％。
[0035]
所述ca-fe合金中，p≤0.06％，s≤0.04％；ca-si合金中p≤0.04％，s≤0.04％。
[0036]
新型钙系合金脱砷剂的脱砷方法，将ca-fe合金和ca-si合金分3～6次加入钢液中，每次搅拌1～2分钟，脱砷剂全部加入后，再次搅拌1～2分钟，钢液静置3～5分钟，进行脱砷反应从而降低钢液中的砷含量。
[0037]
所述脱砷反应时保持吹氩状态防止空气氧化钢液。
[0038]
实施例2。一种新型钙系合金脱砷剂，包括ca-fe合金和ca-si合金，以质量百分数计，ca-fe合金中ca 28-32％，fe 68-72％，p≤0.06％，s≤0.04％；ca-si合金中ca 28-32％，si 68-72％，p≤0.04％，s≤0.04％。
[0039]
按重量计，ca-fe合金和ca-si合金的比例为2：1，所述脱砷剂的使用量为钢液的10％。
[0040]
新型钙系合金脱砷剂的脱砷方法，将ca-fe合金和ca-si合金分5次加入钢液中，每次搅拌2分钟，脱砷剂全部加入后，搅拌2分钟，钢液静置4分钟，进行脱砷反应从而降低钢液中的砷含量。
[0041]
所述脱砷反应时保持吹氩状态防止空气氧化钢液。
[0042]
实施例3。一种新型钙系合金脱砷剂，包括ca-fe合金和ca-si合金，以质量百分数
计，ca-fe合金中ca 27-30％，fe 70-73％，p≤0.04％，s≤0.03％；ca-si合金中ca 27-30％，si 70-73％，p≤0.03％，s≤0.03％。
[0043]
按重量计，ca-fe合金和ca-si合金的比例为1.8：1，所述脱砷剂的使用量为钢液的12％。
[0044]
新型钙系合金脱砷剂的脱砷方法，将ca-fe合金和ca-si合金分5次加入钢液中，每次搅拌2分钟，脱砷剂全部加入后，搅拌2分钟，钢液静置4分钟，进行脱砷反应从而降低钢液中的砷含量。
[0045]
所述脱砷反应时保持吹氩状态防止空气氧化钢液。