一种磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁的制备方法 |
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| 申请号 | CN202410027597.2 | 申请日 | 2024-01-09 | 公开(公告)号 | CN117867389A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 武钢集团昆明钢铁股份有限公司; | 发明人 | 文玉兵; 陈伟; 吴光耀; 李金柱; 邹应春; 刘林刚; 王卫东; 李艳萍; 张红斌; 陈大双; 皮忠权; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 磷酸 铁 锂 电池 用低 铜 工业纯铁的制备方法。本发明采用转炉加RH‑OB双联法深度脱铜、脱 碳 、去锰、去 钾 钠等杂质元素。转炉采用精料和双渣 脱硫 ，终点深吹 脱碳 脱 硅 去锰至痕迹含量，出 钢 过程用 铝 脱 氧 至10‑20ppm，得到杂质元素含量较低的初炼工艺纯铁。再用RH‑OB 真空 炉抽真空至100Pa以下，在真空条件下对 钢 水 进行吹氧 冶炼 ，进行深度脱碳去锰，控制Mn≤100ppm、C≤50ppm后，通过加纯 铝粒 控制过程钢水氧含量和钢水 温度 ，控制深脱碳过程钢水【O】在20‑30ppm，在5‑6min内缓慢加入 氯化铵 质脱铜剂，之后真空脱气处理10min。破真空后软吹10min即可得到Cu≤80ppm的低铜工业纯铁，其它杂质含量也均满足磷酸铁锂电池生产 正极材料 对工业纯铁的要求，能有效提高磷酸铁锂电池综合性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁的制备方法，其特征在于，所述高韧性气体保护焊丝用热轧圆盘条具有下列重量百分比的化学成分：Cu 61‑73ppm、C 57‑66ppm、Si 53‑ |
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| 说明书全文 | 一种磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁的制备方法技术领域背景技术[0002] 发展新能源汽车是我国应对国家能源战略需求的重大战略选择。动力电池是新能源汽车能源动力系统的核心，影响整车动力性、经济性、安全性、使用年限等关键性能。随着我国新能源汽车技术发展，磷酸铁锂凭借超高的性价比、其“后发威力”正在逐渐显现，需求逐步扩大，2023年上半年，规模以上锂离子电池制造业增加值同比增长29.7%。而用于生产磷酸铁锂正极材料的工业纯铁技术要求也愈来愈高，用于生产磷酸铁锂的工业纯铁对杂质元素的要求如下：Cu≤80ppm、Na≤100ppm、Mg≤150ppm、K≤150ppm、Ca≤150ppm、C≤100ppm、Al≤150ppm、Si≤100ppm、S≤100ppm、Cr≤150ppm、Mn≤200ppm、Ni≤150ppm、Zn≤ 150ppm、Pb≤40ppm。其中，纯铁中的Cu元素含量高会导致电池自放电加剧，因此如何降低工业纯铁中Cu含量，对提高磷酸铁锂电池综合性能意义重大。 发明内容[0003] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁的制备方法，以有效提高磷酸铁锂电池综合性能。 [0004] 本发明的目的是这样实现的，一种磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁的制备方法，所述高韧性气体保护焊丝用热轧圆盘条具有下列重量百分比的化学成分：Cu 61‑73ppm、C 57‑66ppm、Si 53‑75ppm、Mn89‑92ppm、Al 37‑63ppm、S 53‑66ppm、Na 6‑8ppm、Mg 21‑33ppm、K 5‑7ppm、Ca 18‑26ppm、Cr 116‑134ppm、Ni 92‑98ppm、Zn 6‑9ppm、Pb 32‑43ppm；其制备方法按以下步骤实现： A、转炉初炼：将110‑115t脱硫铁水和20‑26t优质精废钢加入转炉；吹炼过程采用双渣法造渣和脱硫，终点深吹C、Si、Mn元素吹炼至痕迹，出钢过程用纯铝脱氧，钢水中氧含量控制在10‑20ppm，钢水化学成分为Cu 130‑133ppm、C 110‑130ppm、Si 60‑70ppm、Mn 130‑ 140ppm、Al 170‑200ppm、S 60‑80ppm； B、RH‑OB真空处理：钢水到真空处理站后，测温取样，抽真空至＜100Pa，根据Mn、C含量控制吹氧量，吹氧20min后取样分析，若Mn≤100ppm、C≤50ppm，加纯铝调温调氧至钢水中氧含量为20‑30ppm，在RH‑OB真空室缓慢加入氯化铵质脱铜剂230‑270kg，5‑6min内加完，加完脱铜剂后真空脱气处理10min，控制破空温度1630‑1650℃，然后软吹10min去除夹杂； C、保护浇铸：中间包采用整体水口浇铸，全过程保护浇铸；保证自浇，杜绝引流；中间包烘烤满足要求，开浇中间包温度大于1150℃，开浇前向中间包内吹入氩气进行氩气置 3 换；目标拉速大于3.0m/min，采用强冷模式，结晶器水量为162m/h，二冷比水量为1.7L/kg； D、棒材初轧后碎断惰性气体保护冷却：控制棒材开轧温度为1150‑1200℃，初轧完成后用碎断剪将初轧坯碎断成直径100mm初轧钢锭，在碎断剪下废钢斗中通入氮气保护自然冷却至室温即得。 [0005] 本发明采用转炉加RH‑OB双联法深度脱铜、脱碳、去锰、去钾钠等杂质元素，得到了Cu≤80ppm的低铜工业纯铁，其它杂质含量也均满足磷酸铁锂电池生产正极材料对工业纯铁的要求，能有效提高磷酸铁锂电池综合性能。 具体实施方式[0006] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。 [0007] 本发明一种磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁的制备方法，所述高韧性气体保护焊丝用热轧圆盘条具有下列重量百分比的化学成分：Cu 61‑73ppm、C 57‑66ppm、Si 53‑75ppm、Mn89‑92ppm、Al 37‑63ppm、S 53‑66ppm、Na 6‑8ppm、Mg 21‑33ppm、K 5‑7ppm、Ca 18‑26ppm、Cr 116‑134ppm、Ni 92‑98ppm、Zn 6‑9ppm、Pb 32‑43ppm；其制备方法按以下步骤实现： A、转炉初炼：将110‑115t脱硫铁水和20‑26t优质精废钢加入转炉；吹炼过程采用双渣法造渣和脱硫，终点深吹C、Si、Mn元素吹炼至痕迹，出钢过程用纯铝脱氧，钢水中氧含量控制在10‑20ppm，钢水化学成分为Cu 130‑133ppm、C 110‑130ppm、Si 60‑70ppm、Mn 130‑ 140ppm、Al 170‑200ppm、S 60‑80ppm； B、RH‑OB真空处理：钢水到真空处理站后，测温取样，抽真空至＜100Pa，根据Mn、C含量控制吹氧量，吹氧20min后取样分析，若Mn≤100ppm、C≤50ppm（若Mn＞100ppm、C＞ 50ppm，继续在真空条件下吹氧去除Mn、C元素），加纯铝调温调氧至钢水中氧含量为20‑ 30ppm。在RH‑OB真空室缓慢加入氯化铵质脱铜剂230‑270kg，5‑6min内加完，加完脱铜剂后在真空度100Pa以下真空脱气处理10min，，控制破空温度1630‑1650℃，然后软吹10min去除夹杂； C、保护浇铸：中间包采用整体水口浇铸，全过程保护浇铸；保证自浇，杜绝引流；中间包烘烤满足要求，开浇中间包温度大于1150℃，开浇前向中间包内吹入氩气进行氩气置 3 换；目标拉速大于3.0m/min，采用强冷模式，结晶器水量为162m/h，二冷比水量为1.7L/kg； D、棒材初轧后碎断惰性气体保护冷却：控制棒材开轧温度为1150‑1200℃，初轧完成后用碎断剪将初轧坯碎断成直径100mm初轧钢锭，在碎断剪下废钢斗中通入氮气保护自然冷却至室温即得。 [0008] 步骤A中，所述脱硫铁水的化学成分为：C 4.2‑4.5wt%、Si 0.17‑0.23wt%、Mn 0.24‑0.31wt%、Cu 0.0127‑0.0132%、S 0.0070‑0.0090%，其余为Fe及不可避免的不纯物。 [0009] 步骤A中，所述优质精废钢的化学成分为：S≤0.015wt%、Cu≤0.0100wt%。 [0010] 本发明还提供了一种所述制备方法获得的磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁。 [0011] 实施例1A、转炉初炼工艺纯铁：将脱硫铁水113t（化学成分C 4.2wt%、Si 0.17wt%、Mn 0.27wt%、Cu 0.0127%、S 0.0090%，其余为Fe及不可避免的不纯物）和优质精废钢24t（化学成分S 0.011wt%、Cu 0.0087wt%）加入转炉。吹炼过程采用“双渣”法造渣和脱硫，终点深吹C、Si、Mn元素吹炼至痕迹，出钢过程用270kg纯铝脱氧，钢水中【O】控制为17ppm。转炉冶炼过程中，Mg、Zn、Ca、K、Na、Ti在炼钢冶炼温度下挥发去除或氧化去除进入炉渣中。得到初炼工艺纯铁：Cu 131ppm、C 110ppm、Si 67ppm、Mn 137ppm、Al 200ppm、S 73ppm。 [0012] B、RH‑OB真空处理：钢水到真空处理站后，测温取样，抽真空至71Pa，根据Mn、C含量控制吹氧量，吹氧20min后取样分析，测得Mn 含量为76ppm、C含量为47ppm后，加纯铝93kg调温调氧，钢水中【O】为20ppm时，在RH‑OB真空室缓慢加入氯化铵质脱铜剂257kg，5.5min内加完，加完脱铜剂后67Pa真空度下真空脱气处理10min。破空温度1650℃，然后软吹10min去除夹杂。 [0013] C、保护浇注：中间包采用整体水口浇铸，全过程保护浇注；保证自浇，杜绝引流；中间包烘烤满足要求，开浇前氩气置换；拉速大于3.2m/min，采用强冷模式，结晶器水量为3 162m/h，二冷比水量为1.7L/kg。 [0014] D、棒材初轧后碎断惰性气体保护冷却：控制棒材开轧温度1182℃，初轧完成后用碎断剪将初轧坯碎断成直径100mm初轧钢锭，在碎断剪下废钢斗中通入氮气保护自然冷却至室温。即获得化学成分为Cu 68ppm、C 57ppm、Si 62ppm、Mn 90ppm、Al 63ppm、S 66ppm、Na 7ppm、Mg 27ppm、K 6ppm、Ca 21ppm、Cr 117ppm、Ni 97ppm、Zn 6ppm、Pb 43ppm的磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁。 [0015] 实施例2A、转炉初炼工艺纯铁：将脱硫铁水115t（化学成分C 4.5wt%、Si 0.23wt%、Mn 0.31wt%、Cu 0.0130%、S 0.0070%，其余为Fe及不可避免的不纯物）和优质精废钢20t（化学成分S 0.0013wt%、Cu 0.0086wt%）加入转炉。吹炼过程采用“双渣”法造渣和脱硫，终点深吹C、Si、Mn元素吹炼至痕迹，出钢过程用270kg纯铝脱氧，钢水中【O】控制在10ppm。转炉冶炼过程中，Mg、Zn、Ca、K、Na、Ti在炼钢冶炼温度下挥发去除或氧化去除进入炉渣中。得到初炼工艺纯铁：Cu 133ppm、C 130ppm、Si 70ppm、Mn 130ppm、Al 177ppm、S 60ppm。 [0016] B、RH‑OB真空处理：钢水到真空处理站后，测温取样，抽真空至80Pa，根据Mn、C含量控制吹氧量，吹氧20min后取样分析，测得Mn 含量为82ppm、C含量为39ppm后。加76kg纯铝调温调氧，钢水中【O】为27ppm时，在RH‑OB真空室缓慢加入氯化铵质脱铜剂230kg，5min内加完，加完脱铜剂后在69Pa真空度下真空脱气处理10min。控制破空温度1642℃，然后软吹10min去除夹杂。 [0017] C、保护浇注：中间包采用整体水口浇铸，全过程保护浇注；保证自浇，杜绝引流；中3 间包烘烤满足要求，开浇前氩气置换；拉速3.1m/min，采用强冷模式，结晶器水量为162m /h，二冷比水量为1.7L/kg。 [0018] D、棒材初轧后碎断惰性气体保护冷却：控制棒材开轧温度在1200℃，初轧完成后用碎断剪将初轧坯碎断成直径100mm初轧钢锭，在碎断剪下废钢斗中通入氮气保护自然冷却至室温。即获得化学成分如下成分的磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁：Cu 73ppm、C 63ppm、Si 53ppm、Mn 92ppm、Al 47ppm、S 53ppm、Na 8ppm、Mg 33ppm、K5ppm、Ca 26ppm、Cr 116ppm、Ni 98ppm、Zn 8ppm、Pb 39ppm。 [0019] 实施例3A、转炉初炼工艺纯铁：将脱硫铁水110t（化学成分C 4.3wt%、Si 0.19wt%、Mn 0..24wt%、Cu 0.0132%、S 0.0080%，其余为Fe及不可避免的不纯物）和优质精废钢26t（化学成分S 0.010wt%、Cu 0.0097wt%）加入转炉。吹炼过程采用“双渣”法造渣和脱硫，终点深吹C、Si、Mn元素吹炼至痕迹，出钢过程用270kg纯铝脱氧，钢水中【O】控制在20ppm。转炉冶炼过程中，Mg、Zn、Ca、K、Na、Ti在炼钢冶炼温度下挥发去除或氧化去除进入炉渣中。得到初炼工艺纯铁：Cu 130ppm、C 127ppm、Si 60ppm、Mn 140ppm、Al 170ppm、S 80ppm。 [0020] B、RH‑OB真空处理：钢水到真空处理站后，测温取样，抽真空至69Pa，根据Mn、C含量控制吹氧量，吹氧20min后取样分析，测得Mn含量为79ppm、C含量为45ppm后，加89kg纯铝调温调氧，钢水中【O】为30ppm时，在RH‑OB真空室缓慢加入氯化铵质脱铜剂270kg，6min内加完，加完脱铜剂后在67Pa真空度下真空脱气处理10min。控制破空温度1630℃，然后软吹10min去除夹杂。 [0021] C、保护浇注：中间包采用整体水口浇铸，全过程保护浇注；保证自浇，杜绝引流；中3 间包烘烤满足要求，开浇前氩气置换；拉速3.1m/min，采用强冷模式，结晶器水量为162m /h，二冷比水量为1.7L/kg。 [0022] D、棒材初轧后碎断惰性气体保护冷却：控制棒材开轧温度在1150℃，初轧完成后用碎断剪将初轧坯碎断成直径100mm初轧钢锭，在碎断剪下废钢斗中通入氮气保护自然冷却至室温。即获得化学成分为Cu 61ppm、C 66ppm、Si 75ppm、Mn 89ppm、Al 37ppm、S 61ppm、Na 6ppm、Mg 21ppm、K 7ppm、Ca 18ppm、Cr 134ppm、Ni 92ppm、Zn 9ppm、Pb 32ppm的磷酸铁锂电池用低铜工业纯铁。 |
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