一种短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法技术

本发明专利技术提供一种短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将含钒铁矿、添加剂和还原剂混合，于1150～1300℃下焙烧0.5～6h，得到含钒铁水和富钛渣；(2)向步骤(1)所述含钒铁水喷吹二氧化碳进行深度除杂处理，得到除杂铁水和含钛渣；(3)向步骤(2)所述除杂铁水喷吹二氧化碳和氧气的混合气体进行脱碳处理，当所述除杂铁水中碳的含量降至0.25％～1.70wt％时，停止喷吹，得到所述中高碳钢液。所述方法仅通过两步除杂工艺，并经过最终的脱碳步骤，即可得到硫含量低于30ppm、磷含量低于50ppm、钛含量低于10ppm的优质钢液，实现了短流程制备高洁净度中高碳钢液，可用于后续的高品质中高碳钢种冶炼。后续的高品质中高碳钢种冶炼。

【技术实现步骤摘要】
一种短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法


[0001]本专利技术属于钢铁冶金领域，涉及一种制备中高碳钢液的方法，尤其涉及一种短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法。

技术介绍

[0002]钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是建设现代化强国的重要支撑，是实现绿色低碳发展的重要领域。目前，以高附加值、高洁净度为主要属性的高端产品开发，日益成为先进钢铁企业竞争的主要
洁净钢是对杂质元素含量具有非常严格控制要求的钢种，其硫、磷含量一般要求不大于0.01％。冶炼洁净钢时，根据钢种和用途要求，需要对高炉铁水进行“预处理—炼钢—精炼—连铸”的全流程严格控制，并以高效快节奏的生产组织方式，来实现钢材洁净度的严格管控。高碳品种钢是一类含碳量较高的高品质钢种，以高碳铬轴承钢为例，目前国外先进轴承钢企业可以控制到钛含量小于10ppm，硫含量小于20ppm，磷含量小于60ppm，国内企业仍然面临不小的差距。
[0003]含钒钛的铁矿是一种以铁为主，同时伴生有钛、钒等多种稀有高价值金属的战略性资源，以中国攀西地区和承德地区的钒钛磁铁矿为典型代表，是一种公认的难处理矿物。目前的冶炼工艺主要有传统高炉工艺和非高炉工艺两种：其中，高炉
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转炉流程是国内采用的主要方式，以攀钢为例采用“高炉炼铁
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铁水脱硫预处理
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提钒转炉冶炼
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脱碳转炉冶炼
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LF
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RH精炼
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连铸”，该工艺解决了钒钛磁铁矿中铁的利用问题，但产出的钛渣品位低无法高效利用，铁水硫、钛含量高导致炼钢流程任务重，且钒元素回收率低；而非高炉工艺主要有直接还原
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电炉流程、还原
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磨选流程、钠化提钒
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电炉流程等，这些工艺流程都要经过两步、甚至三步高温才能实现铁、钒、钛的有效分离，带来流程长、投资大、成本高、污染重、综合利用程度低等缺陷。
[0004]为实现含钒钛铁矿中铁、钒、钛全组分的绿色高值利用，中国科学院过程工程研究所开发了一种一步转化分离钒钛铁精矿中铁、钒和钛的方法(CN106854702B)，包括以下步骤：(1)将钒钛铁精矿和添加剂与还原剂混合焙烧，获得含钒生铁和富钒钛料；(2)将富钒钛料在水中浸出、过滤，获得含钒溶液与钛渣。该工艺通过钠化还原耦合，构建低温熔态多相反应分离新体系，一步实现铁的还原、钒的钠化及铁与富钒钛渣的熔分过程，产出含钒生铁、含钒溶液和钛渣三种产品。
[0005]传统的中高碳钢种冶炼方法是对钢水兑入碳粉进行增碳操作，CN106435084A公开了一种超低氧中高碳钢的冶炼方法，铁水经过预处理使其[S]≤0.003％并配专用低硫废钢；转炉终点[C]控制在0.1％～0.2％，终点[S]≤0.01％，出钢前和出钢过程中采用碳粉初脱氧，出钢前加入碳粉总量的50％～65％，出钢开始2～4min加入碳粉总量的35％～50％。用碳粉增碳，碳烧损大，造成终点碳含量波动大，且辅料中不可避免的引入钛、硅、磷、硫等杂质，影响钢水的洁净度。针对中高碳钢种的传统增碳方法所体现出的缺点，CN114657311A公开了一种双联半钢直接冶炼品种钢的操作方法，使用双联半钢替代增碳剂的加入量，直接兑入中高碳钢钢水，根据转炉冶炼终点碳、锰、磷、硫含量来确定所使用的铁水量，在脱氧
合金化过程中只加入需要的硅、锰系合金。该方法操作复杂，且半钢中的杂质也会引入钢液中，影响钢水质量。
[0006]提钒半钢作为冶炼高碳钢种的铁水原料具有天然优势。CN113106320A公开了一种使用提钒后铁水合金化生产中高碳钢65Mn的方法，CN111100977A公开了一种热轧高碳钢的生产方法，CN102766722A公开了一种半钢冶炼高碳钢的方法；3种方法都利用了铁水脱硫
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转炉提钒
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转炉冶炼
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铁水合金化
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LF精炼的传统炼钢工序，避免了C含量等其他元素的流失，能节约炼钢合金，降低了生产成本。然而，提钒半钢受制于钒钛磁铁矿本身特性，铁水硫、钛含量高导致炼钢流程任务重，铁水的高洁净度难以保证，且钒元素回收率低。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本申请提供一种含钒钛铁矿短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法，所述方法仅通过两步除杂工艺，并经过最终的脱碳步骤，即可得到硫含量低于30ppm、磷含量低于50ppm、钛含量低于10ppm的优质钢液，实现了短流程制备高洁净度中高碳钢液，可用于后续的高品质中高碳钢种冶炼。
[0008]为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法，所述方法包括以下步骤：
[0010](1)将含钒铁矿、添加剂和还原剂混合，于1150～1300℃下焙烧0.5～6h，得到含钒铁水和富钛渣；
[0011](2)向步骤(1)所述含钒铁水喷吹二氧化碳进行深度除杂处理，得到除杂铁水和含钛渣；
[0012](3)向步骤(2)所述除杂铁水喷吹二氧化碳和氧气的混合气体进行脱碳处理，当所述除杂铁水中碳的含量降至0.25％～1.70wt％时，停止喷吹，得到所述中高碳钢液。
[0013]其中，步骤(1)焙烧的温度可以是1160℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃、1260℃、1270℃、1280℃或1290℃等，步骤(1)焙烧的时间可以是0.6h、0.75h、1.0h、1.25h、1.5h、1.75h、2.0h、2.25h、2.5h、2.75h、3.0h、3.25h、3.5h、3.75h、4.0h、4.25h、4.5h、4.75h、5.0h、5.25h、5.5h、5.9h等，步骤(3)中高碳钢液中碳的含量可以是0.30wt％、0.35wt％、0.40wt％、0.50wt％、0.60wt％、0.70wt％、0.80wt％、0.90wt％、1.00wt％、1.10wt％、1.20wt％、1.30wt％、1.40wt％、1.50wt％或1.60wt％等，但并不仅限于所列举的设置，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]本专利技术中，钠化体系具有极强的脱磷硫钛优势，可以从含钒钛铁矿一步得到低磷硫钛的含钒铁水，磷、硫含量极低是该铁水的主要特征，同时铁水中钛和硅的含量也很低，远低于常规高炉铁水或者其他直接还原工艺的铁水，因此，不需要传统的“铁水三脱”预处理工序，即可从铁水源头将硫、磷、钛、硅等杂质控制到极低水平，为炼钢工序提供高纯净度的铁水基材，减少炼钢过程除杂负担；为了进一步提高铁水的纯净度，选用CO2进行深度除杂、脱碳，可降低吹炼终点[O]的浓度，实现了短流程制备高洁净度中高碳钢液，可用于后续的高品质中高碳钢种冶炼。
[0015]本专利技术中，将步骤(1)钠化还原焙烧的温度限定于1150～1300℃，时间限定于0.5～6h，对于钠化还原焙烧的条件进行了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短流程制备高洁净度中高碳钢液的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将含钒铁矿、添加剂和还原剂混合，于1150～1300℃下焙烧0.5～6h，得到含钒铁水和富钛渣；(2)向步骤(1)所述含钒铁水喷吹二氧化碳进行深度除杂处理，得到除杂铁水和含钛渣；(3)向步骤(2)所述除杂铁水喷吹二氧化碳和氧气的混合气体进行脱碳处理，当所述除杂铁水中碳的含量降至0.25％～1.70wt％时，停止喷吹，得到所述中高碳钢液。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒铁矿包括钒钛磁铁矿、钒钛铁精矿、含钒铁精矿或含钒钛铁矿中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述添加剂包括氢氧化钠、碳酸钠或碳酸氢钠中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述还原剂包括煤、焦炭或石墨中的任意一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒铁矿与添加剂的质量比为100:(50～100)；优选地，步骤(1)所述含钒铁矿与还原剂的质量比为100:(25～40)。4.根据权利要求1
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3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述含钒铁水中铁的质量百分数为90％～96％，碳的质量百分数为3％～5％，钒的质量百分数为0.05％～1.5％，钛的质量百分数为0.03％～0.001％，磷的质量百分数为0.005％～0.0002％，硫的质量百分数为0.003％～0.0002％。5.根据权利要求1
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4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述深度除杂处理的温度为1200～1450℃；优选地，步骤(2)所述深度除杂处理的时间为5～20min。6.根据权利要求1
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5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述喷吹二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德胜，齐涛，曹磊，王丽娜，赵宏欣，甄玉兰，刘亚辉，孟凡成，
申请(专利权)人：河北中科同创钒钛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：