一种高砷含量钢液的脱砷方法

技术领域

本发明涉及金属材料制备技术领域，具体为一种高砷含量钢液的脱砷方法。

背景技术

随着世界范围内钢铁蓄积量的不断增加，以废钢为主要生产原料的电炉炼钢技术发展迅速，短流程钢铁生产工艺在全部钢铁产量中的比例不断上升。从理论上讲，废钢是一种可以无限循环利用的原材料。但事实上，这些废料来源复杂，含有许多杂质。一些杂质元素在生产过程中很难去除，并且会随着废钢的循环次数逐渐积累。最终，废钢中杂质含量高，废钢无法再利用，直接阻碍了废钢的无限循环。杂质元素砷是废钢中典型的杂质元素，由于废钢来源复杂，部分渠道来源的废钢属于高砷废钢，砷元素在生产过程中很难去除，高砷废钢在钢液中的脱除难度要比低砷废钢脱除难度更大。由于砷在炼钢过程中难以去除，废钢的循环使用就会导致砷等残余元素随着循环不断富集。

钢中有害残余元素砷含量很低却能对钢材性能造成巨大影响，一旦钢液中砷含量超标，钢的性能就会显著降低。砷会在钢的晶界上积累，导致回火脆性。含砷钢在热加工过程中容易产生热脆性裂纹。当杂质砷超过一定含量时，会导致成分严重偏析，形成硬度低的颗粒状化合物，降低焊接性和抗冲击性，也会降低钢的强度和塑性。钢的热加工性能也会受到影响。在氧化性气氛加热过程中，砷会随着钢的氧化从迁移到金属基体和氧化层之间。并随着氧化程度的加剧，砷的积累量也越多，恶化钢的热加工性能。在钢的高温轧制时，砷会沿着钢坯表面的晶界向内渗透降低晶粒之间的结合力，导致钢中出现网状裂纹。考虑到钢铁产品的循环使用，而目前废钢的分类及处理技术还不够完善，钢中残余元素砷会不断富集，钢中杂质砷元素会造成越来越大的恶劣影响。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种高砷含量钢液的脱砷方法。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.10～0.12wt％，包括如下步骤：

S1.向钢液中加入脱氧剂进行脱氧；

S2.向钢液中加入稀土脱砷剂进行脱砷，稀土脱砷剂的加入量为钢液质量的0.85～0.95％。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S2之后还包括，

S3.钢液静置，静置时间为4～4.5min。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，钢液温度为1595～1605℃。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，脱氧剂为铝质脱氧剂。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，脱氧剂的加入量为钢液质量的0.45～0.55％。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，脱氧后钢液中的氧含量≤20ppm。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，钢液温度为1595～1605℃。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，稀土脱砷剂包括镧、铈、钕。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，加完稀土脱砷剂后搅拌钢液。

作为本发明所述的一种高砷含量钢液的脱砷方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，搅拌时间为30～60s。

本发明的有益效果如下：

本发明提出一种高砷含量钢液的脱砷方法，针对高砷含量钢液，先向钢液中加入脱氧剂进行脱氧，然后向钢液中加入稀土脱砷剂进行脱砷，稀土脱砷剂的加入量为钢液质量的0.85～0.95％，可以实现高砷含量钢液的脱砷，脱砷率≥68％，有利于降低废钢循环引起的砷危害，便于工业化推广应用。

具体实施方式

下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的主要目的是提出高砷含量钢液的脱砷方法，解决了废钢的循环使用导致砷等残余元素的带入而使砷一次次富集下来，钢中杂质砷元素会造成越来越大的恶劣影响的技术问题。

根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.10～0.12wt％，包括如下步骤：

S1.向钢液中加入脱氧剂进行脱氧；

S2.向钢液中加入稀土脱砷剂进行脱砷，稀土脱砷剂的加入量为钢液质量的0.85～0.95％，可以实现高砷含量钢液的脱砷，脱砷率≥68％。

优选的，脱砷率≥80％，进一步优选的，脱砷率≥85％，更进一步优选的，脱砷率≥87％。具体的，所述钢液的砷含量可以为例如但不限于0.10wt％、0.105wt％、0.11wt％、0.115wt％、0.12wt％中的任意一者或任意两者之间的范围。

优选的，所述步骤S2之后还包括，

S3.钢液静置，静置时间为4～4.5min。具体的，所述静置时间可以为例如但不限于4min、4min10s、4min20s、4min30s中的任意一者或任意两者之间的范围。

优选的，所述步骤S1中，钢液温度为1595～1605℃，脱氧剂为铝质脱氧剂，例如铝粉、铝块、铝棒、铝块等，脱氧剂的加入量为钢液质量的0.45～0.55％，脱氧后钢液中的氧含量≤20ppm。具体的，钢液温度可以为例如但不限于1595℃、1596℃、1597℃、1598℃、1599℃、1600℃、1601℃、1602℃、1603℃、1604℃、1605℃中的任意一者或任意两者之间的范围；脱氧剂的加入量可以为例如但不限于钢液质量的0.45％、0.46％、0.47％、0.48％、0.49％、0.50％、0.51％、0.52％、0.53％、0.54％、0.55％中的任意一者或任意两者之间的范围；

优选的，所述步骤S2中，钢液温度为1595～1605℃，稀土脱砷剂包括镧、铈、钕，加完稀土脱砷剂后搅拌钢液，为了更稳定的加入稀土获得更好的稀土收得率，稀土脱砷剂的加入方式可以为例如但不限于，将稀土脱砷剂用薄铁皮包裹好固定在纯铁棒上，利用纯铁棒将稀土脱砷剂加入到钢液中，并利用纯铁棒搅拌钢液，搅拌时间为30s～60s。具体的，钢液温度可以为例如但不限于1595℃、1596℃、1597℃、1598℃、1599℃、1600℃、1601℃、1602℃、1603℃、1604℃、1605℃中的任意一者或任意两者之间的范围；搅拌时间可以为例如但不限于30s、35s、40s、45s、50s、55s、60s中的任意一者或任意两者之间的范围；稀土脱砷剂的加入量可以为例如但不限于钢液质量的0.85％、0.86％、0.87％、0.88％、0.89％、0.90％、0.91％、0.92％、0.93％、0.94％、0.96％中的任意一者或任意两者之间的范围。

以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.5％，脱氧后钢液的氧含量为18ppm；

S2.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入稀土镧作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土镧的加入量为钢液质量的0.90％，搅拌时间为60s；

S3.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0159wt％，脱砷率达到85.55％。

实施例2

本实施例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.5％，脱氧后钢液的氧含量为20ppm；

S2.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入稀土铈作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土铈的加入量为钢液质量的0.90％，搅拌时间为60s；

S3.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.014wt％，脱砷率达到87.27％。

实施例3

本实施例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.5％，脱氧后钢液的氧含量为19ppm；

S2.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入稀土钕作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土钕的加入量为钢液质量的0.90％，搅拌时间为60s；

S3.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0346wt％，脱砷率达到68.55％。

实施例4

本实施例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.10wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1595℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.55％，脱氧后钢液的氧含量为17ppm；

S2.控制钢液温度为1605℃，向钢液中加入稀土镧作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土镧的加入量为钢液质量的0.85％，搅拌时间为30s；

S3.钢液静置，静置时间为4.5min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0156wt％，脱砷率达到84.4％。

实施例5

本实施例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.12wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1605℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.45％，脱氧后钢液的氧含量为20ppm；

S2.控制钢液温度为1595℃，向钢液中加入稀土铈作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土铈的加入量为钢液质量的0.95％，搅拌时间为50s；

S3.钢液静置，静置时间为4.5min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0163wt％，脱砷率达到86.42％。

实施例6

本实施例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1605℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.55％，脱氧后钢液的氧含量为18ppm；

S2.控制钢液温度为1605℃，向钢液中加入稀土钕作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土钕的加入量为钢液质量的0.95％，搅拌时间为45s；

S3.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0235wt％，脱砷率达到78.64％。

对比例1

本对比例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入稀土镧作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土镧的加入量为钢液质量的0.90％，搅拌时间为60s；

S2.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0488wt％，脱砷率达到55.64％。

对比例2

本对比例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.5％，脱氧后钢液的氧含量为20ppm；

S2.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入稀土镧作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土镧的加入量为钢液质量的0.70％，搅拌时间为60s；

S3.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0457wt％，脱砷率达到58.45％。

对比例3

本对比例提供一种高砷含量钢液的脱砷方法，所述钢液的砷含量为0.11wt％，包括如下步骤：

S1.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入铝质脱氧剂进行脱氧；铝质脱氧剂的加入量为钢液质量的0.5％，脱氧后钢液的氧含量为19ppm；

S2.控制钢液温度为1600℃，向钢液中加入稀土钕作为稀土脱砷剂进行脱砷并搅拌钢液，稀土钕的加入量为钢液质量的0.90％，搅拌时间为6min；

S3.钢液静置，静置时间为4min，取样分析，钢液中的砷含量为0.0501wt％，脱砷率达到54.45％。

本发明针对高砷含量钢液，先向钢液中加入脱氧剂进行脱氧，然后向钢液中加入稀土脱砷剂进行脱砷，稀土脱砷剂的加入量为钢液质量的0.85～0.95％，可以实现高砷含量钢液的脱砷，脱砷率≥68％，有利于降低废钢循环引起的砷危害，便于工业化推广应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。