一種高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑及其製備方法
2023-04-28 19:16:16
專利名稱：一種高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及轉爐煉鋼領域，具體涉及ー種鋼包渣改性用的還原劑及用該還原劑進行改性的方法。
背景技術：
低碳超低硫鋼的冶煉一般採用鐵水預處理-轉爐吹煉-鋼包爐(LF)精煉+RH真空精煉エ藝。經過脫矽、脫硫等預處理的鐵水加入轉爐中吹煉，達到合適的溫度和碳含量後， 鋼水從轉爐出鋼進入鋼包。轉爐出鋼過程中，會有大量的氧化性轉爐渣進入鋼包。在後續的LF和RH真空精煉過程中，這些氧化性的鋼包渣會對鋼水造成汙染，形成夾雜物，影響鋼水質量。其反應如下y (FeO) +χ [Μ] = Mx0y+yFe(1)式中的M代表鋼水中的金屬相，包括Al、Mn、Ti、V等，主要是金屬Al。MxOy則是被鋼包渣氧化形成的非金屬夾雜物。鋼包渣的氧化性越高(即熔渣中的!7eO含量越高)，對鋼水的汙染越嚴重，形成的夾雜物越多。因此，在轉爐出鋼過程嚴格控制轉爐氧化性熔渣進入鋼包是提高鋼水質量的有效途徑。但轉爐出鋼過程不可避免地會有部分氧化性熔渣進入鋼包，這些氧化渣會給後面的精煉處理帶來不利影響，比如會使鋼水氧化從而造成夾雜物數量増加、渣的氧化性強而影響脫硫反應的進行、合金的氧化使其收得率降低等。因此，在出鋼後向鋼包渣中加入渣還原劑對進入鋼包的氧化性熔渣進行還原處理，可以降低渣的氧化性，對鋼水中夾雜物控制、脫硫和提高產品質量等均有益。可以有效減少鋼包渣對鋼水的汙染，提高鋼水質量，同時可以減少金屬的氧化損耗，提高金屬的收得率。此外，熔渣的鹼度(即熔渣中的CaO與SiO2的重量百分比，通常以Ca0/Si02表示) 對鋼水中夾雜物的吸附以及鋼水的脫氧、脫硫等均產生影響，熔渣鹼度高，則渣中CaO含量高而SW2含量低，對鋼水脫氧、脫硫有利，其主要反應為3 (CaO)+3 [S]+2 [Al] = 3 (CaS)+Al2O3(2)4 [Al]+3 (SiO2) = 3 [Si]+2 (Al2O3)(3)因此，在轉爐出鋼後，鋼水在LF處理時必須對鋼包渣進行還原，減低熔渣的氧化性，提高熔渣的鹼度，以利於鋼水的脫硫、脫氧和夾雜物去除，提高鋼水質量。同吋，還要確保熔渣具有良好的流動性，使鋼水和熔渣之間的反應具有良好的動力學條件。鋼包渣的還原處理主要依靠還原劑中的金屬鋁來實現，其反應為3 (FeO)+2A1 = 3Fe+(Al2O3)(4)即熔渣中的FeO被金屬鋁還原形成Al2O3，其氧化性明顯降低。與此同吋，熔渣還原產生大量的Al2O3，使熔渣的性質發生變化，必須在還原熔渣的同吋，確保熔渣能夠實現對鋼水的脫硫、脫氧、夾雜物的吸附以及良好的渣金反應動力學等。目前使用的鋼包渣還原劑基本由金屬鋁、高鋁礬土(主要成分是Al2O3)、螢石(主要成分是CaF2)以及石灰石(主要成分是CaCO3)等。其氧化鈣含量很低，基本在10%以下， 與轉爐渣反應後熔渣的鹼度較低；其氧化鋁(Al2O3)偏高，達到25%以上，其中的金屬鋁與轉爐渣反應後生成大量氧化鋁，是熔渣中的的氧化鋁含量達到40%以上；SW2的含量達到 5%以上。這對於LF精煉過程鋼水的脫硫、脫氧以及夾雜物的去除均難以有理想的效果，不能滿足潔淨鋼的需要。國內外在鋼包渣的還原處理的開發和應用方面有ー些報導。查詢有關國內專利，其中有4項是關於鐵合金以及CaC2對鋼水脫氧的專利，包括矽鈣鋇鎂複合脫氧劑、 鋁鐵合金脫氧劑、CaC2對鋼水脫氧等；專利200810061084. 4涉及用AOD冶煉極低碳高矽不鏽鋼的方法，雖然其氧化鈣含量很高(高達45% -60% )，但其應用領域與本發明相差較遠；另ー項是爐外精煉用防粘鋼包渣改性劑，其成分範圍與本發明差別很大。申請號為200810024566.2的專利申請是關於鋼包渣改性劑技術，但其中的金屬鋁含量僅為 3.5% _7%，鋁含量過低不能起到促進反應(4)進行的目的；專利號為CN200510024763.0 的專利是冶煉純淨鋼用的中鋁鋁渣及製備方法，其涉及的成分主要為鋁粉23-27 %， 螢石10-22%，預熔渣30-40%，碳酸鹽8-15%，還原劑3_8 %，其中的鋁含量雖然高於 200810024566. 2申請中的鋁含量，但是仍然不足，還原效果不夠；專利號為CN00115431. 1 的專利中雖然Al含量較高，但其中的氧化鋁含量也很高。對國外專利技術進行了查詢，只有ー些涉及鐵水脫磷、渣處理、不鏽鋼精煉、陶瓷製造等方面，與本發明差別較大。如專利號為JP3010013A的日本專利，通過加鋁對鋼水脫氧，控制熔渣鹼度在5. 5，渣中MgO含量在 9. 5%以上；專利號為JP2004331449A的日本專利採用噴吹改性材料實現對熔渣的改性，但未涉及改性材料的成分保護；專利號為KR2004042540A的韓國專利涉及潔淨鋼的生產，其中的熔渣改性處理通過噴吹石灰和螢石來實現，只是通過稀釋熔渣中氧化性成分來實現對熔渣的脫氧；專利號為JP2239138A的日本專利通過噴吹硼砂等實現對熔渣的改性。以上現有技術中公開的鋼包渣還原劑在還原能力、快速成渣、充分脫除雜質方面， 還不夠完善。
發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是提供一種可以有效降低鋼包渣的氧化性、提高鋼包渣對鋼中夾雜物的吸附能力的鋼包渣還原劑。本發明的技術方案是，ー種高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，所述還原劑包括如下質量百分比的組分A1 42 48%，CaO 18 沘％，SiO2 0. 5 2. 0%，Al2O3 15 22%， CaF2 3 8%，MgO 1 4%。根據本發明所述的高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，較好的是，所述還原劑的粒徑為 20-40mm。在一個優選的實施方案中，所述還原劑包括金屬鋁，高活性冶金石灰，石灰石，白雲石、鈣鋁預熔渣和螢石。只要使Al、CaO, SiO2, A1203、CaF2, MgO含量達到上述範圍，就可實現本發明的目的。高活性冶金石灰是ー種優質的冶金石灰，主要成分是氧化鈣，但其活性高所以反應性好。優選的是，向鋼包渣中加入上述的鋼包渣還原劑的加入量為^ig/t. s-4kg/t. S。此単位表示為每噸鋼的加入量。本發明還提供了上述高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑的製備方法，將含上述成分的原料混合，加無水粘結劑攪拌均勻，在壓力成型機上加壓成球形或橢球形型料。
低碳超低硫鋼的冶煉一般採用鐵水預處理-轉爐吹煉-鋼包爐(LF)精煉+RH真空精煉エ藝。轉爐出鋼過程中，會有大量的氧化性轉爐渣進入鋼包。在後續的LF和RH真空精煉過程中，這些氧化性的鋼包渣會對鋼水造成汙染，形成夾雜物，影響鋼水質量。其反應如反應(1)所示。由反應⑴可見，鋼包渣的氧化性越高(即熔渣中的FeO含量越高)，對鋼水的汙染越嚴重，形成的夾雜物(MxOy)越多。因此，必須在轉爐出鋼過程嚴格控制轉爐氧化性熔渣進入鋼包。但轉爐出鋼過程不可避免地會有部分氧化性熔渣進入鋼包，這些氧化渣會給後面的精煉處理帶來不利影響，比如會使鋼水氧化從而造成夾雜物數量増加、渣的氧化性強而影響脫硫反應的進行、合金的氧化使其收得率降低等。因此，在出鋼後向鋼包渣中加入渣還原劑對進入鋼包的氧化性熔渣進行還原處理，可以降低渣的氧化性，對鋼水中夾雜物控制、脫硫和提高產品質量等均有益。其反應如反應(4)所示。此外，熔渣的鹼度(即熔渣中的CaO與SW2的重量百分比，通常以CaO/Si&表示) 對鋼水中夾雜物的吸附以及鋼水的脫氧、脫硫等均產生影響，熔渣鹼度高，則渣中CaO含量高而SiO2含量低，對鋼水脫氧、脫硫有利，其主要反應如反應O)、(3)所示。由反應0)、(3)可見，提高鋼包渣中CaO含量，降低其中的SiO2含量，可以促進反應O)向右進行，從而有利於鋼水的脫硫；可以抑制反應(3)向右進行，減少鋼水被氧化汙
ο基於以上技術原理，本發明研製出了基本組成為Al 42 48%，CaO 18 觀％， SiO2 0. 5 2. 0%，Al2O3 15 22%，CaF2 3 — 8%, MgO 1 4%的高氧化鈣(CaO)含量的鋼包渣還原劑。作為ー種優選的實施方式，可以採用金屬鋁、高活性冶金石灰、鈣鋁預熔渣、石灰石、螢石等混合料，加無水粘結劑攪拌均勻，在壓力成型機上加壓成球形或橢球形型料。在轉爐出鋼後均勻加入鋼包渣面，實現對還原鋼包渣的還原和改性，以提高對鋼水的脫硫、脫氧和夾雜物控制，提高鋼水質量。其中金屬鋁主要是為了還原鋼包渣中的FeO組成，促進反應(4)的進行，形成的Al2O3可以改進熔渣的流動性，強化熔渣與鋼水的反應動カ 學，同時抑制反應(3)的進行，減少鋼水的再氧化汙染；高活性冶金石灰(CaO)、鈣鋁預熔渣 (mCaO - HAl2O3)組分主要起調節鋼包渣鹼度、提高鋼包渣對鋼中夾雜物的吸附能力的作用； 螢石(CaF2)是為了改善鋼包渣的物性，降低其熔點和粘度，提高其流動性，從而有利與冶金反應的進行；而石灰石(CaCO3)、白雲石(CaCO3 · MgCO3)主要是為了使渣還原劑更好地均勻分散於鋼包渣內，同時也能為鋼包渣提供更多的Ca0，90(TC以上高溫下其反應如下CaCO3 = CaCHCO2(5)MgCO3 = MgCHCO2(6)該分解反應產生(X)2氣體可以使得渣還原劑在高溫下破裂而均勻分散，使鋼包渣的還原均勻，提高還原效率。白雲石(CaCO3 · MgCO3)高溫下分解產生的MgO還可以保護鋼包內襯的耐火材料，減少鋼包渣對鋼包耐火材料的侵蝕。表1為高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑的組成和技術要求。其中石灰石(CaCO3)、白雲石(CaCO3 · MgCO3)折算成CaO、MgO含量，鈣鋁預熔渣(mCaO · HAl2O3)折算成CaCKAl2O3含量。表1高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑的組成和技術要求
權利要求
1.ー種高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，其特徵在於所述還原劑包括如下質量百分比的組分Al 42 48%，CaO 18 沘％，SW2 0. 5 2. 0% ,Al2O3 15 22% ,CaF2 3 8%， MgOl 4%。
2.根據權利要求1所述的高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，其特徵在於所述還原劑的粒徑為20-40mm。
3.根據權利要求1所述的高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，其特徵在於所述還原劑包括金屬鋁，高活性冶金石灰，石灰石，白雲石、鈣鋁預熔渣和螢石。
4.根據權利要求1所述的高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，其特徵在於所述還原劑在鋼包渣中加入量為^g/t. s-4kg/t. s。
5.權利要求1所述高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑的製備方法，其特徵在於將含權利要求1所述成分的原料混合，加無水粘結劑攪拌均勻，在壓力成型機上加壓成球形或橢球形型料。
全文摘要
本發明提供了一種高氧化鈣含量的鋼包渣還原劑，所述還原劑包括如下質量百分比的組分Al 42～48％，CaO 18～28％，SiO2 0.5～2.0％，Al2O3 15～22％，CaF2 3～8％，MgO 1～4％。本發明的鋼包渣還原劑中的氧化鈣含量高，同時綜合其他成分，具有良好的渣金反應，可以快速成渣，可以實現對鋼包渣的還原，充分發揮鋼包渣對鋼水的脫硫、脫氧和對夾雜物的吸附作用，提高鋼水的潔淨度。
文檔編號C21C7/04GK102586543SQ20111000551
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月12日 優先權日2011年1月12日
發明者馬志剛, 黃宗澤 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司