用高磷还原铁生产低磷铁水的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用高磷还原铁生产低磷铁水的方法，属于冶炼技术领域。
背景技术
近年来随着进口优质铁矿石的价格不断上涨，导致我国钢铁工业生产原料短缺的矛盾日益突出，从而制约了我国钢铁工业的健康发展。国内储量丰富的低品位高磷铁矿石资源的开发利用，对保证我国铁矿资源的供应是一个很好的补充，是缓解我国铁矿资源供需矛盾的重要途径之一。低品位高磷铁矿石可通过直接还原工艺，生产出磷含量大于1.4％的低品位高磷还原铁。目前，关于铁水预处理脱磷问题，国内外研究开发了各种处理方法。根据所用容器的不同，可分为两类：一种是在盛铁水的铁水包或鱼雷罐车中进行脱磷；另一种是在转炉内进行铁水脱磷预处理。两种方法均在工业上得到应用，但其均是处理常规钢铁流程生产的铁水，铁水含磷量相对较低，而对于高磷铁水的脱磷则不能够有效处理。针对高磷铁矿，有人曾在实验室中采用化学药剂对其矿石进行脱磷技术的研究，但未见规模应用及后续工作报道。现有的用直接还原铁生产铁水的工艺中，因所用矿石品质好，不存在脱磷难的问题。
因此，在矿石资源紧张的情况下，对高磷还原铁及其高磷铁水进行有效的脱磷，从而生产出低磷铁水，是开发利用低品位高磷铁矿的有效途径。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种用高磷还原铁生产低磷铁水的工艺方法，以开发利用低品位高磷铁矿石资源，解决目前铁矿资源供需矛盾的问题。
本发明通过下列技术方案完成：一种用高磷还原铁生产低磷铁水的方法，其特征在于经过下列工艺步骤：
A、按高磷还原铁∶CaO＝100∶8～15的质量比，将高磷还原铁和CaO加入熔化炉中，于1400℃～1550℃温度条件下熔化至分离出铁水和炉渣；
B、在上述A步骤的铁水中，按铁水∶脱磷剂＝100∶15～25的质量比，加入下列由质量百分比的组份组成的脱磷剂：
CaO 30～50％
SiO2 5～10％
FeO 10～20％
Fe2O3 20～40％
Al2O3 5～12％
CaF2 3～10％；
C、在温度为1300℃～1450℃条件下脱磷至脱磷剂溶化；
D、脱磷剂熔化后5～10min，扒出脱磷渣，得低磷铁水。
所述A步骤的熔化炉为现有技术的常规电炉，可直接在常规的电弧炉如中频感应电炉中，进行低品位高磷还原铁的熔化分离及铁水脱磷，生产低磷铁水；也可先在电弧炉中进行低品位高磷还原铁的熔化分离，再把高磷铁水转到转炉中进行铁水脱磷，生产低磷铁水。
所述B步骤的脱磷剂中各组份的选择及质量百分含量要根据是否留渣及留渣的多少、熔化分离后的渣和铁水的成分具体确定，以满足铁水质量要求。
所述B步骤的脱磷剂的具体加入量视视铁水成分及最终铁水磷含量的要求确定，以满足铁水质量要求。
所述B-D步骤的脱磷次数视铁水成分及最终铁水磷含量的要求具体确定，以满足铁水质量要求。
所述脱磷剂熔化后的扒渣要干净迅速，以避免铁水回磷。
本发明所用百分比均为质量百分比。
用本发明的高磷还原铁生产低磷铁水的原理是：低品位高磷还原铁在熔炼炉中熔化分离时，因还原铁的SiO2含量较高，熔分后的炉渣是极酸性的炉渣。这种炉渣粘度大不利于渣铁分离，同时酸性渣在熔分过程中可使少量的SiO2被碳还原成Si而进入生铁中，铁水中Si含量对脱磷非常有害，在铁水中w[Si]＞0.15％时，几乎不能进行脱磷。因此，在熔分过程中要加入一定量的CaO，加入CaO可提高炉渣碱度避免极酸性炉渣的产生，防止SiO2被碳还原，同时使渣具有较好的流动性，以达到更好的渣铁分离效果。由于直接还原铁中存在部分未被还原的FeO，使得熔化分离产生的炉渣具有氧化性，CaO的加入，提高了炉渣的碱度，使其具有一定的脱磷能力。
本发明的技术关键在于：
(1)选择制定地高磷铁水脱磷剂具有高的氧化性和高碱度的特点，能够满足铁水脱磷的要求。高磷铁水脱磷的温度控制在1300～1450℃，这是因为在热力学上低温对脱磷效果是有力的，且对脱磷效果的影响很大。
(2)严格控制熔化分离的温度。高磷还原铁熔化分离温度应为1400℃～1550℃，避免温度高电耗大，也不利于熔分过程的初步脱磷和后续的铁水脱磷；避免温度过低影响渣铁分离和后续脱磷效果，从而影响铁水质量。
(3)熔化分离时CaO加入量。还原铁中含有大量的SiO2，若要造高碱度的渣需要的CaO量太大，避免熔分炉渣量过大和电耗增加，适宜加入量为8～15％。
(4)严格控制脱磷温度。高磷铁水脱磷温度应为1300～1450℃，避免温度过高影响脱磷效果。
(5)脱磷剂的组成和加入量。脱磷剂中各组份的选择及质量百分含量要根据是否留渣及留渣的多少、熔化分离后的渣和铁水的成分具体确定，适宜的脱磷剂加入量为15～25％。
(6)提高扒渣速度。脱磷剂熔化后5～10min，扒出脱磷渣，扒渣要干净迅速，以避免铁水回磷。
采用本发明的方法可以达到如下几个目标，即：(1)以高磷还原铁为原料，熔化分离后生产出高磷铁水，并部分脱磷；(2)以高磷铁水为原料，加入适当配比的脱磷剂，获得磷含量达标的铁水。
本发明具有下述优点：
(1)经过还原铁的熔化分离，并用配制的脱磷剂对含磷铁水进行1～3次脱磷后，能够脱去绝大部分的磷，应用于高磷低品位还原铁可以生产出低磷铁水；
(2)还原铁熔化分离后，铁水脱磷的次数和每次脱磷剂的加入量可以灵活选择，能够满足各种不同磷含量铁水的生产需求；
(3)所用脱磷剂是石灰渣系，较苏打渣系成本低、易取得，同时脱磷剂中使用Al2O3部分代替CaF2作助熔剂，减少了CaF2的用量，降低了成本、减少环境污染。还原铁熔化分离炉渣和铁水脱磷炉渣可全部回收综合利用，不仅不产废弃物，还可以取得可观的经济效益。
总之，本发明用高磷还原铁生产低磷铁水的方法，能够解决高磷还原铁的脱磷问题，生产出低磷铁水，通过大量实验，证明其技术经济效果。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
以低品位高磷矿石经直接还原工艺得到的直接还原铁为原料，该原料的化学成分为：TFe72.30％、MFe56.80％、P1.42％、S0.05％、C2.32％和SiO210.76％，Fe2O3：22.14％，AL2O3：1.32％，CaO：2.89％，MgO：0.35％，MnO：1.84％，K2O：0.11％。经过下列工艺步骤：
A、在温度为1420℃的条件下，将100kg的还原铁和10kg的CaO加入到中频感应电炉中，熔化至分离出铁水和炉渣，得到含磷量为1.23％的铁水，以及下列主要成分的炉渣：CaO19.80％、SiO227.23％、FeO19.29％和P1.105％，并将该炉渣扒出；
B、炉中留铁水100kg，并在其中加入10kg脱磷剂，其中脱磷剂的组成为：40％CaO、8％SiO2、10％FeO、30％Fe2O3、8％Al2O3和4％CaF2；
C、在温度为1300℃条件下进行第一次铁水脱磷；
D、待脱磷剂溶化后5min，迅速扒出脱磷渣，得含磷量为0.32％的含磷铁水；
E、在D步骤所得含磷铁水中加入与B步骤相同的脱磷剂7.5kg，在温度为1300℃的条件下，进行第二次铁水脱磷，待脱磷剂溶化后6min，扒出脱磷渣，得含磷量为0.05％的含磷铁水；
F、在E步骤所得含磷铁水中加入与B步骤相同的脱磷剂7.5kg，在温度为1300℃的条件下，进行第三次铁水脱磷，待脱磷剂熔化后8min，扒出脱磷渣，得含磷量为0.007％的含磷铁水。
实施例2
以低品位高磷矿石经直接还原工艺得到的直接还原铁为原料，该原料的化学成分为：TFe51.90％、MFe44.7％、P0.91％、S0.07％、C6.32％和SiO230.81％，Fe2O3：10.28％，AL2O3：1.05％，CaO：2.56％，MgO：0.35％，MnO：2.84％，K2O：0.11％。经过下列工艺步骤：
A、在温度为1550℃的条件下，将200kg的还原铁和30kg的CaO加入到中频感应电炉中，熔化至分离出铁水和炉渣，得到含磷量为1.23％的铁水，以及下列主要成分的炉渣：CaO25.65％、SiO235.71％、FeO19.29％和P1.105％，并将该炉渣扒出；
B、炉中留铁水100kg，并在其中加入7kg脱磷剂，其中脱磷剂的组成为：49％CaO、5％SiO2、18％FeO、20％Fe2O3、5％Al2O3和3％CaF2。
C、在温度为1450℃条件下进行第一次铁水脱磷；
D、待脱磷剂溶化后7min，迅速扒出脱磷渣，得含磷量为0.39％的含磷铁水；
E、在D步骤所得含磷铁水中加入与B步骤相同的脱磷剂12.5kg，在温度为1450℃的条件下，进行第二次铁水脱磷，待脱磷剂溶化后8min，扒出脱磷渣，得含磷量为0.01％的含磷铁水。
实施例3
以低品位高磷矿石经直接还原工艺得到的直接还原铁为原料，该原料的化学成分为：TFe50.75％、MFe42.13％、P1.30％、S0.24％、C5.32％和SiO231.75％，Fe2O3：12.31％，AL2O3：1.04％，CaO：2.57％，MgO：0.35％，MnO：2.81％，K2O：0.13％。经过下列工艺步骤：
A、在温度为1470℃的条件下，将200kg的还原铁和16kg的CaO加入到中频感应电炉中，熔化至分离出铁水和炉渣，得到含磷量为1.35％的铁水，以及下列主要成分的炉渣：CaO14.75％、SiO235.94％、FeO17.26％和P1.23％，并将该炉渣扒出；
B、炉中留铁水100kg，并在其中加入8kg脱磷剂，其中脱磷剂的组成为：30％的CaO、5％的SiO2、15％的FeO、40％的Fe2O3、5％的Al2O3和5％的CaF2；
C、在温度为1350℃条件下进行第一次铁水脱磷；
D、待脱磷剂溶化后6min，迅速扒出脱磷渣，得含磷量为0.38％的含磷铁水；
E、在D步骤所得含磷铁水中加入与B步骤相同的脱磷剂10kg，在温度为1350℃的条件下，进行第二次铁水脱磷，待脱磷剂溶化后7min，扒出脱磷渣，得含磷量为0.13％的含磷铁水；
F、在E步骤所得含磷铁水中加入与B步骤相同的脱磷剂7.5kg，在温度为1350℃的条件下，进行第三次铁水脱磷，待脱磷剂熔化后10min，扒出脱磷渣，得含磷量为0.07％的含磷铁水。