一种低磷高纯生铁制备方法与流程

1.本技术涉及冶炼工艺领域，更具体地说，它涉及一种低磷高纯生铁制备方法。


背景技术：

2.高纯生铁一般指铸造生铁，随着经济与社会的发展，设备所需要铸件的要求越来越高，对高品质的要求越来越高，对高品质的铸铁材料的要求也不断提高。因此，优质铸件生产所需的高纯生铁需求量正越来越大。而磷对铸铁的低温韧度影响极大，磷在铁矿石中一般主要以磷的氧化物及磷酸盐的形式存在，在高炉冶炼的过程中被还原成单质磷进入生铁，当高含量磷的铁液凝固后，其中的磷会以共晶的形式在晶界聚集，从而导致球铁的力学性能变差，对球铁（特别是对在低温条件下的性能有特殊要求的球铁）的塑韧性有极大的影响，因此，磷是高纯生铁中严格控制的有害元素之一。
3.目前，对于高纯生铁的生产中，有害物质磷的含量相对较高，影响高纯生铁的性能。因此，急需研制一种低磷的高纯生铁。


技术实现要素：

4.为了能够降低高纯生铁的磷含量，本技术提供一种低磷高纯生铁制备方法。
5.本技术提供的一种低磷高纯生铁制备方法，采用如下的技术方案：一种低磷高纯生铁制备方法，包括包括以下步骤：（1）铁水脱硫：在1400-1500℃的高炉铁水中喷吹活性氧化钙，以及喷射氧气，其中每吨铁水中加入所述活性氧化钙0.5-1.5kg，加入氧气2-6m
³
；（2）铁水脱硅：向步骤（1）中脱硫后的铁水中喷吹氧化亚铁和萤石的混合物，其中每吨铁水中加入所述氧化亚铁和萤石的混合物1-3kg；（3）铁水脱磷：向步骤（2）中脱硅后的铁水中喷吹脱磷剂和增碳剂的混合物，并喷射二氧化碳，其中每吨铁水中加入脱磷剂和增碳剂的混合物10.5-17kg，加入二氧化碳3-5m
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；（4）铁水精炼：向步骤（3）中的脱磷后的铁水进行倒渣处理，倒渣后加入增碳剂，升温至1500-1600℃精炼，精炼30-60min，其中每吨铁水中加入增碳剂3-8kg；（5）铸造成型：将精炼后的铁水铸造成型处理，得到高纯生铁。
6.通过采用上述技术方案，采用本技术的步骤，先对铁水进行脱硫处理，再进行脱硅处理，在脱硫的时候由于有硅的存在，可以提高铁水的脱硫率，减少铁水中硫的存在，而采用活性氧化钙与氧气脱硫，可以进一步提高脱硫效率，从而有利于后续的脱磷的进行；在脱磷时通入二氧化碳可以有利于磷形成沉淀，以及脱磷剂中引入的其他成份形成沉淀，从而降低杂质含量，降低高纯生铁中的磷含量，在脱磷时同时通入增碳剂，增碳剂可以为铁水提供碳，碳的增加可以增大磷的活动系数，从而有利于脱磷的进行。
7.可选的，所述步骤（1）中活性氧化钙的制备方法为：将氧化钙以1500-2000℃的温度，高温煅烧60-120min得到。
8.通过采用上述技术方案，将活性钙与氧化亚铁进行煅烧，能够提氧化钙中活性氧化钙的含量，能够将铁水中的硫单质进行氧化，从而有利于脱硫的进行。
9.可选的，所述步骤（1）中的活性氧化钙的喷吹速度为5-10kg/min，喷射氧气的流量为10-20m
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/min、喷射压力为1-5mpa，铁水温度控制在1350-1500℃。
10.通过采用上述技术方案，能够更好的将活性氧化钙与铁水接触，有利于对铁水中硫的氧化，而喷射氧气能够进一步提高对铁水中硫的氧化，从而提高对铁水的脱硫率。
11.可选的，所述步骤（2）中的氧化亚铁和萤石的重量比为（3-6）：1。
12.通过采用上述技术方案，氧化亚铁与萤石配比合理，能够进一步提高对铁水中硅的氧化，提高铁水的脱硅率。
13.可选的，所述步骤（2）中氧化亚铁和萤石混合物的喷吹速度为15-20kg/min，铁水温度控制在800-1000℃。
14.通过采用上述技术方案，可以使氧化亚铁和萤石与铁水中的硅充分接触，而选择800-1000℃的温度，可以使铁水中的硅被氧化，从而降低铁水中硅含量。
15.可选的，所述步骤（3）中的脱磷剂为氧化钡和三氧化二铁的混合物，其中氧化钡和三氧化二铁的重量比为（2-6）:1。
16.通过采用上述技术方案，采用氧化钡和三氧化二铁作为脱磷剂，可以将铁水中的单质磷进行氧化，生成沉淀，达到脱磷的效果，而氧化钡中的钡离子还能够与通入的二氧化碳反应生成碳酸钡沉淀，从而达到除去引入入杂质的目的，且三氧化二铁氧化磷单质后，其还能够增加铁水中的铁含量，从而提高铁水的纯度。
17.可选的，所述步骤（3）和步骤（4）中的增碳剂为石墨化石油焦和木炭粉的混合物，石墨化石油焦和木炭粉的重量比为（5-8）：1。
18.通过采用上述技术方案，采用石墨化石油焦和木炭粉作为增碳剂，可以增加铁水中碳含量，且增碳剂含碳量较高，有害杂质较少，不仅能够进一步提升对铁水的脱磷率，而且还能够提升制备得到的高纯生铁的性能。
19.可选的，所述步骤（3）中脱磷剂和增碳剂的重量比为（10-20）：1。
20.通过采用上述技术方案，脱磷剂和增碳剂比例合理，能够有助于提高对铁水的脱磷效果。
21.可选的，所述步骤（3）中脱磷剂和增碳剂的喷吹速度为30-50kg/min，喷射二氧化碳的流量为15-30m
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/min、喷射压力为0.5-3mpa。
22.通过采用上述技术方案，可以使脱磷剂和增碳剂充分与铁水混合，从而提高铁水中磷的脱除率，减少铁水中磷的含量。
23.可选的，所述步骤（4）中的升温速度为10-20℃/min。
24.通过采用上述技术方案，能够使铁水内外升温均匀，使得铁水内外温度一致，可以防止铁水内外受热不均匀。
25.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、由于本技术采用先进行脱硫处理，再进行脱硅处理，最后进行脱磷处理，使得铁水中的硫和硅能够充分的被脱除，从而有利于对磷的脱除，使得最终制备得到的高纯生铁中的磷含量达到为0.010％以下，硫含量在0.019％以下，硅含量在0.115％以下，碳含量在3.8％左右。
26.2、由于本技术中采用氧化钙与氧化亚铁高温煅烧，提高了氧化钙中活性氧化钙的含量，从而能够提高氧化钙的氧化性能，进而有效除去铁水中的硫。
27.3、由于本技术中采用氧化钡和三氧化二铁作为脱硫剂，并且通入二氧化碳，能够提高对铁水中磷的还原，而且还能够进一步去除引入的钡离子，从而提高制备得到的高纯生铁的纯度。
具体实施方式
28.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
29.原料氧化钙：生产厂家：洛阳冰倩环保材料有限公司，生产型号：bq-106；氧化亚铁：生产厂家：天津铸信金属材料有限公司，生产型号：0058；萤石：生产厂家：灵寿县盛飞矿产品加工厂，生产型号：ys-58；氧化钡：生产厂家：北京洛克科技有限公司，生产型号：hk3218；三氧化二铁：生产厂家：石家庄托玛琳矿产品有限公司，生产型号：sjz441；石墨化石油焦：生产厂家：南阳金平矿业有限公司，粒径：1-3mm；木炭粉：生产厂家：临漳县天达炭业有限公司，固定炭量：90%-94%。
实施例
30.实施例1活性氧化钙的制备：将3kg氧化钙在2000℃的温度下煅烧60min得到活性氧化钙。
31.一种低磷高纯生铁制备方法，包括以下步骤：（1）铁水脱硫：在1400℃下，每吨高炉铁水中，以5kg/min的速度，喷吹上述制备得到的活性氧化钙1.5kg，并以1mpa压力、20m
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/min喷射氧气6m
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；（2）铁水脱硅：向步骤（1）中脱硫后的铁水中，以20kg/min的速度喷吹氧化亚铁和萤石的混合物1kg，其中氧化亚铁和萤石的重量比为3:1；（3）铁水脱磷：向步骤（2）中脱硅后的铁水中以30kg/min的速度，喷吹脱磷剂和增碳剂的混合物17kg，并以0.5mpa的压力、30m
³
/min的流量喷射二氧化碳3m
³
，其中脱磷剂和增碳剂的重量比为10:1，脱磷剂为氧化钡，增碳剂为重量比为5:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物；（4）铁水精炼：向步骤（3）中的脱磷后的铁水中进行倒渣处理，倒渣后加入增碳剂3kg，以1500℃精炼，精炼30min，其中增碳剂为为重量比为5:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物；（5）铸造成型：将精炼后的铁水铸造成型后，得到高纯生铁。
32.实施例2 一种低磷高纯生铁制备方法，包括以下步骤：（1）铁水脱硫：在1450℃下，在每吨高炉铁水中，以8kg/min的速度，喷吹上述制备得到的活性氧化钙1kg，并以3mpa压力、15m
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/min喷射氧气4m
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；（2）铁水脱硅：向步骤（1）中脱硫后的铁水中，以18kg/min的速度喷吹氧化亚铁和萤石的混合物2kg，其中氧化亚铁和萤石的重量比为3:1；
（3）铁水脱磷：向步骤（2）中脱硅后的铁水中以30kg/min的速度，喷吹脱磷剂和增碳剂的混合物13kg，并以2mpa的压力、20m
³
/min的流量喷射二氧化碳4m
³
，其中脱磷剂和增碳剂的重量比为15:1，脱磷剂为氧化钡，增碳剂为重量比为5:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物；（4）铁水精炼：向步骤（3）中的脱磷后的铁水中加入非离子型聚丙烯酰胺3kg，搅拌50min后，进行倒渣处理，倒渣后加入增碳剂5kg，以1550℃精炼，精炼40min，其中增碳剂为重量比为5:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物；（5）铸造成型：将精炼后的铁水铸造成型后，得到高纯生铁。
33.实施例3一种低磷高纯生铁制备方法，包括以下步骤：（1）铁水脱硫：在1500℃下，在每吨高炉铁水中，以15kg/min的速度，喷吹上述制备得到的活性氧化钙0.5kg，并以5mpa压力、10m
³
/min喷射氧气2m
³
；（2）铁水脱硅：向步骤（1）中脱硫后的铁水中，以15kg/min的速度喷吹氧化亚铁和萤石的混合物2kg，其中氧化亚铁和萤石的重量比为3:1；（3）铁水脱磷：向步骤（2）中脱硅后的铁水中以50kg/min的速度，喷吹脱磷剂和增碳剂的混合物15kg，并以3mpa的压力、15m
³
/min的流量喷射二氧化碳5m
³
，其中脱磷剂和增碳剂的重量比为15:1，脱磷剂为氧化钡，增碳剂为重量比为5:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物；（4）铁水精炼：向步骤（3）中的脱磷后的铁水进行倒渣处理，倒渣后加入增碳剂8kg，以1600℃精炼，精炼60min，其中增碳剂为重量比为5:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物；（5）铸造成型：将精炼后的铁水铸造成型后，得到高纯生铁。
34.实施例4与实施例2的区别：步骤（1）铁水脱硫：每吨铁水中加入活性氧化钙0.5kg。
35.实施例5与实施例2的区别：步骤（1）铁水脱硫：每吨铁水中加入活性氧化钙1.5kg。
36.实施例6与实施例2的区别：步骤（1）铁水脱硫：每吨铁水中加入氧气2m
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。
37.实施例7与实施例2的区别：步骤（1）铁水脱硫：每吨铁水中加入氧气6m
³
。
38.实施例8与实施例2的区别：步骤（2）铁水脱硅：每吨铁水中加入氧化亚铁和萤石的重量比为5:1。
39.实施例9与实施例2的区别：步骤（2）铁水脱硅：每吨铁水中加入氧化亚铁和萤石的重量比为6:1。
40.实施例10与实施例8的区别：步骤（3）铁水脱磷：脱磷剂为氧化钡和三氧化二铁的混合物，氧化钡和三氧化二铁的重量比为2:1。
41.实施例11与实施例8的区别：步骤（3）铁水脱磷：脱磷剂为氧化钡和三氧化二铁的混合物，氧化钡和三氧化二铁的重量比为4:1。
42.实施例12与实施例8的区别：步骤（3）铁水脱磷中的脱磷剂为氧化钡和三氧化二铁的混合物，氧化钡和三氧化二铁的重量比为6:1。
43.实施例13与实施例11的区别：步骤（3）铁水脱磷和步骤（4）铁水精炼中的增碳剂为重量比为6:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物。
44.实施例14与实施例11的区别：步骤（3）铁水脱磷和步骤（4）铁水精炼中的增碳剂为重量比为8:1的石墨化石油焦和木炭粉的混合物。
45.实施例15与实施例13的区别：活性氧化钙为：将氧化钙在2000℃的温度下煅烧120min得到活性氧化钙。
46.实施例16与实施例13的区别：活性氧化钙为：将氧化钙在2000℃的温度下煅烧80min得到活性氧化钙。
47.实施例17与实施例13的区别：活性氧化钙为：将氧化钙在1800℃的温度下煅烧80min得到活性氧化钙。
48.实施例18与实施例13的区别：活性氧化钙为：将在1500℃的温度下煅烧80min得到活性氧化钙。
49.对比例对比例1与实施例2的区别：步骤（1）铁水脱硫：未通入氧气。
50.对比例2与实施例2的区别：步骤（1）铁水脱硫中用氧化钙替换活性氧化钙。
51.对比例3与实施例2的区别：未进行铁水脱硅处理。
52.对比例4与实施例2的区别：步骤（3）铁水脱磷：未加入增碳剂。
53.对比例5与实施例2的区别：步骤（3）铁水脱磷：未加入二氧化碳。
54.对比例6与实施例2的区别：步骤（3）铁水脱磷：未加入增碳剂和二氧化碳。
55.性能检测试验检测实施例1-18和对比例1-6铁水中的碳、硅、硫和磷的含量（wt.％），其中硅、硫
和磷的含量越低表明制备得到的高纯生铁越好。
56.检测方法铁水中的碳、硅、硫和磷的含量（wt.％），根据《jb-t 11994-2014 铸造用高纯生铁》的检测方法进行检测。检测结果详见表1。
57.表1铁水中成份检测结果 c/wt.％si/wt.％s/wt.％p/wt.％实施例13.8250.1130.0180.009实施例23.8370.1120.0160.007实施例33.8160.1150.0190.010实施例43.8280.1140.0180.009实施例53.8320.1130.0180.009实施例63.8260.1150.0170.010实施例73.8290.1130.0190.008实施例83.8410.1100.0150.006实施例93.8360.1120.0180.007实施例103.8390.1100.0150.006实施例113.8450.1090.0130.005实施例123.8420.1100.0140.006实施例133.8510.1070.0120.004实施例243.8480.1090.0140.006实施例153.8500.1100.0130.007实施例163.8540.1080.0110.005实施例173.8510.1060.0100.003实施例183.8530.1090.0120.006对比例12.8540.3150.2180.087对比例22.7630.4520.3260.093对比例32.9350.8370.5260.218对比例42.5530.1150.0180.132对比例52.6630.1140.0170.146对比例62.5460.1180.0190.193结合实施例1-3并结合表1可以看出，改变高纯生铁制备过程中的脱硫、脱硅以及脱磷的物质添加量以及工艺参数，均会对最终制备得到的铁水中的碳、硅、硫和磷含量产生影响，而采用本技术中实施例2的技术方案制备得到的高纯生铁，其有害元素硅、硫和磷的含量均较低，可以提高制备得到的高纯生铁的纯度以及品质。
58.结合实施例2和实施例4-5并结合表1可以看出，改变步骤（1）铁水脱硫中的活性氧化钙的用量，对最终制备得到的高纯生铁的铁水中碳、硅、硫和磷元素的含量均会有影响，在本技术中，采用本技术实施例2中的活性氧化钙的添加量使得制备得到的高纯生铁中，有害元素硅、硫和磷的含量较低，有利于提升高纯生铁的纯度和品质。
59.结合实施例2和实施例6-7并结合表1可以看出，在铁水脱硫中通入不同的氧气，均
会对最终制备得到的高纯生铁产生影响，这是因为，通入氧气会氧化铁水中的单质硫元素，过少的氧气会导致铁水中的硫单质得不到充分的氧化，从而影响后续的脱硅以及脱磷，通入过多的氧气，会与铁水中的钛生成钛的氧化物，增加炉渣粘度，从而使得气体逸出困难，导致铁水喷溅，影响铁水的制备，进而影响铁水的脱硫、脱硅以及脱磷的进行。而采用本技术实施例2中的技术方案，可以达到很好的除去硫、硅和磷的效果。
60.结合实施例2和实施例8-9并结合表1可以看出，铁水脱硅中加入氧化亚铁和萤石的不同比例，均会对最终制备得到的高纯生铁的硫、硅和磷含量产生影响，这是因为在铁水脱硅中，其也会氧化一部分剩余没有被氧化的硫，进一步除去铁水中的单质硫。在本技术中，采用本技术实施例8中的氧化亚铁和萤石的用量，能够进一步降低铁水中的硫、硅和磷的含量。
61.结合实施例8和实施例10-12并结合表1可以看出，改变脱磷剂中氧化钡和三氧化二铁的用量比例，均会对最终制备得到的高纯生铁中的碳、硫、硅和磷的含量产生影响。通过本技术实施例可以看出，采用本技术实施例11中的脱磷剂，能够进一步提升制备得到的高纯生铁的品质。
62.结合实施例11和实施例13-14并结合表1可以看出，改变增碳剂石墨化石油焦以及木炭粉的不同配比，均会对最终脱磷效果产生影响，而采用本技术实施例13中增碳剂中石墨化石油焦以及木炭粉的用量其最终得到的脱磷效果最好。
63.结合实施例13和实施例15-18并结合表1可以看出，改变活氧化钙的制备方式其也会影响最终制备得到的高纯生铁的碳、硫、硅和磷的含量，而在本技术实施例中，采用实施例17的制备方式得到的活性氧化钙，其有利于提升高纯生铁的品质。
64.结合实施例2和对比例1-2并结合表1可以看出，铁水脱硫过程中不通入氧气以及选择用氧化钙，不仅仅会影响脱硫的效果，而且还会影响后续进行的脱硅、脱磷的进行，从而影响制备得到的高纯生铁的硫、硅和磷的含量。
65.结合实施例2和对比例3并结合表1可以看出，在不进行脱硅处理的情况下，不仅仅会使制备得到的高纯生铁中的硅含量增加，而且还会使高纯生铁中的硫和磷的含量增加。
66.结合实施例2和对比例4-6并结合表1可以看出，在铁水脱磷时未添加增碳剂、二氧化碳均会影响最终得到的高纯生铁的磷含量，其磷含量相较于添加增碳剂以及二氧化碳的磷含量显著增加，因而在本技术中通入二氧化碳和加入增碳剂的情况下，可以更有利于对铁水的除磷。
67.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。