CN101660018A

CN101660018A - 转炉复合化渣剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN101660018A
Application number: CN200910152586A
Authority: CN
Inventors: 陆建荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: CN101660018B

Abstract

本发明涉及冶金精炼剂及其制备方法和应用方法。一种转炉复合化渣剂，该化渣剂由以下重量百分比的成份组成：MnO 20％～50％，MgO 3％～6％，CaO 5％～8％，Fe 10％～15％，水份7％～10％，余量为不可避免的杂质。本发明产品冶炼特性良好，一般能提前化渣1～1.5min；缩短冶炼周期，提高钢的产量；全程化渣好，冶炼过程中基本不喷溅、不返干、不粘枪，能降低钢铁料消耗5～10kg/t；在使用量8～14kg/t的情况下，终点钢水余锰增加0.04～0.08％，可节约FeMn合金用量1～2kg/t。消除了氟离子对环境、水资源的污染；根据初步试验结果，一般情况下可直接产生经济效益5～12元/t钢。具有显著的社会效益。

Description

转炉复合化渣剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及冶金精炼剂及其制备方法和应用方法。

背景技术

随着国内经济和社会的发展，我国已经成为世界钢铁第一生产大国，使得国内钢铁行业近十年来一直保持持续快速的发展，钢铁制造企业的规模不断扩大，一系列冶金新技术、新工艺得到广泛的推广和应用。但从总体上看，我国钢铁行业与国际上一些钢铁强国相比，其生产工艺、设备及技术水平相对落后，使得国产钢铁制品在产品结构、性能以及品种上与国外先进钢铁制造企业相比，存在一定的差距。一方面普通品质的钢铁产能居世界首位，另一方面一些特殊功能钢还依赖进口。尤其重要的是由于生产及管理方面的相对落后，使得国产的生产物耗、效率、环保等方面的指标存在很大的差距。因此，发展转炉冶炼高效化与生产过程的清洁化，都是21世纪技术发展的核心任务。转炉高效化要求转炉快速冶炼，在防喷溅、防返干、防粘枪的前提下快速造渣；生产过程清洁化要求消除氟离子对环境的污染。氟离子对水资源的污染，将导致骨质硬化和骨质疏松，对人类的健康带来极大的危害。为了解决上述两个问题，开发一种在炼钢过程中取消萤石的快速化渣剂是刻不容缓的课题。

申请号为200610038691.X，申请日为2006年03月08日的发明专利申请公开了一种锰系低氟精炼剂，按重量百分比主要由以下组分及含量组成：氧化锰MnO：12-22％；铁TFe：10-27％；氟化钙CaF₂：30-46％；氧化镁MgO：0.7-5.0％；二氧化硅SiO₂：1.2-8.0％；水H₂O：0.5-2.3％；三氧化二铝AL₂O₃：0.8-5.0％；氧化钙CaO：2.0-7.0％；该精炼剂不仅有利于环保，延长炉龄，而且操作简便，缩短冶炼时间，提高钢的质量，但是该精炼剂还是无可避免使用到了氟化钙。

目前国内外各种无氟快速造渣的方法除了采用活性石灰以外，先后还出现过三种方法：1、吹炼过程铁质造渣法；2、向转炉喷入粉状石灰的LD-AC法；3、采用高效化渣剂法。前两种方法或因操作困难，易产生大喷溅，或因装备复杂，投资较大，石灰粉制造、运输、贮存要求较高等原因，只有少数钢厂采用，所以对极大多数的钢厂而言，采用高效化渣剂是各种无氟快速造渣方法的首选。无氟化渣剂，有硼酸盐或B₂O₃基、CaO、Fe₂O₃基、Al₂O₃基、TiO₂基等系列。但考虑到资源、价格、化渣速度及炉渣流动性等方面的原因，上述各种无氟化渣剂在应用中存在许多缺陷和不足。

申请号为200610038689.2，申请日为2006年03月08日的发明专利申请公开了一种高效冶金精炼剂及其制造方法，该高效冶金精炼剂，按重量百分比主要由以下组分及含量组成：氧化锰MnO：20-30％；铁TFe：15-35％；氧化钙CaO：4-15％；氧化镁MgO：2-15％；水：0.8-4.1％；二氧化硅SiO₂：1.5-9％；三氧化二铝Al₂O₃：0.7-5％；该高效冶金精炼剂代替萤石、污泥球作化渣剂，提高炼钢中脱磷和脱硫能力，减少冶炼的中、后期喷溅，有效地提高钢的质量。

发明内容

·针对上述的不足情况，本发明通过研发发现利用锰尾矿作为转炉复合化渣剂可以解决目前应用中存在的一些不足，具有高效、清洁生产等优点，并且工艺简单。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种转炉复合化渣剂，该化渣剂由以下重量百分比的成份组成：

MnO：20％～50％ MgO：3％～6％

CaO：5％～8％ Fe：10％～15％

水份：7％～10％，余量为不可避免的杂质。

作为优选，该化渣剂由以下重量百分比的成份组成：

MnO：20％～40％ MgO：3％～6％

CaO：5％～8％ Fe：10％～15％

水份：7％～10％；余量为不可避免的杂质。

作为优选，该化渣剂由以下重量百分比的成份组成：

MnO：35％～50％ MgO：3％～6％

CaO：5％～8％ Fe：10％～15％

水份：7％～10％；余量为不可避免的杂质。

作为优选，所述化渣剂的粒度控制在φ1～6mm，抗压强度≥400N/个球。

上述的转炉复合化渣剂的制备方法，该方法采用锰矿石粉碎，加入氧化铁、氧化镁和其他辅料，经过混炼，压球，烘烤制得。

上述的转炉复合化渣剂的使用方法，在钢厂原有工艺基础上，在冶炼前期加入转炉复合化渣剂8～10kg/t，加入方法分两批加入，第一批化渣剂随第一批炉料一起加入，数量为5～8kg/t，第二批化渣剂在开吹5min之前加入，数量是2～4kg/t；同时，氧枪枪位改为低到高再低型进行操作。

本发明由于采用了上述的技术方案，具有以下的特点：

一、加速了化渣，“不返干”

转炉复合化渣剂含有相当数量的MnO、FeO和MgO，其中(FeO)能使冶炼初期石灰表面难熔的2CaO·SiO₂熔点下降，(MgO)能使2CaO·SiO₂多元系相图中的析出区域缩小，因此都有利于快速化渣。

冶炼前期(MnO)能加速化渣的机理是：随(MnO)的增加，2CaO·SiO₂析出区不断缩小。若在CaO-SiO₂-FeO三元相图中有一炉渣成分(A点)处在2CaO·SiO₂析出区，但随着(MnO)不断提高，2CaO·SiO₂析出区不断缩小，当(MnO)高于B点成分时，炉渣成分点就穿出2CaO·SiO₂析出区，进入全液相区。

实验条件下获得的(MnO)、(FeO)与(MgO)对化渣速度影响的关系为：

J_cao≈K₁(CaO+1.9MnO+2.75FeO+1.35MgO-1.09SiO₂-39.1)

式中，J_cao为石灰在渣中熔化速度，kg/m²·s；K₁为比例系数；CaO、FeO、MgO、SiO₂为渣中相应氧化物浓度％。

另外，MnO与SiO₂、Al₂O₃生成一系列熔点化合物，并延缓了C₂S的产生，因此加速了化渣。

采用MnO基化渣剂，转炉冶炼中期基本“不返干”的机理与上相同。

二、不喷溅

冶炼前期产生大量离子半径较大的(SiO₄ ^3-)硅氧复合阴离子(2.79A)和(PO₄ ^3-)磷氧复合阴离子(2.76A)，因此炉渣粘度较大，炉渣泡沫化严重。而向炉渣加入离子半径较小的Mn²⁺(0.8A)等阳离子，会破坏庞大的复合阴离子团，使炉渣粘度下降，从而降低了炉渣泡沫的稳定性，泡沫渣数量大为减小。

采用本MnO无氟基化渣剂后，由于前期化渣快，因此可采用低-高一低枪位。采用这种工艺，不仅避免了冶炼前期渣内(FeO)的富集，并且熔池温度较快提高，使碳氧反应在冶炼前期就均衡正常进行，避免发生爆发性的碳氧反应，不会有突发性强大的气体冲出炉口。

由于上述两方面的原因，采用MnO无氟基化渣剂后基本不发生泡沫渣喷溅与爆发性喷溅。

三、基本不粘枪

所谓“粘枪”，就是氧枪管子上粘了许多渣钢混合物，粘枪与不粘枪主要取于氧枪瘤生成速度与枪瘤被钢渣冲刷消融与速度。由于转炉吹炼时炉渣中含有相当数量的金属液滴，一般为22％～27％，当碳氧反应剧烈时可高达42％～55％。因此枪瘤生成是不可避免的。枪瘤生成的速度与炉渣成分相关，尤其在“返干”时，渣中FeO降低，C₂S不断析出，炉渣变得粘稠时，从熔池进入炉渣的金属粒滴不能很快地落回金属熔池，渣中金属粒滴含量急增，MnO甚至可高达60％～80％，渣中金属粒滴与C₂S的增加，无疑使枪瘤生成速度增加。采用MnO基化渣剂，不仅能降低炉渣熔点，减少C₂S析出，另外又能降低炉渣粘度。炉渣相对比较稀，流动性好，使渣中金属粒滴含量大大降低，这一方面使枪瘤生成速度降低，另一方面，又使枪瘤被钢渣冲刷而消融的速度增加，这两个方面因素叠加，使氧枪基本上“不粘枪”。

综上所述，本发明产品冶炼特性良好，一般能提前化渣1～1.5min；缩短冶炼周期，提高钢的产量；全程化渣好，冶炼过程中基本不喷溅、不返干、不粘枪，能降低钢铁料消耗5～10kg/t；在使用量8～14kg/t的情况下，终点钢水余锰增加0.04～0.08％，可节约FeMn合金用量1～2kg/t。消除了氟离子对环境、水资源的污染；根据初步试验结果，一般情况下可直接产生经济效益5～12元/t钢。具有显著的社会效益。

附图说明

图1为2CaO·SiO₂在多元系相图。

图2为终点钢水残锰对比图(180t转炉)。

图3为原料消耗对比图(45t转炉)。

图4为终渣全铁含量对比图(180t转炉)。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1

MnO：25％ MgO：4.2％

CaO：7.8％ Fe：13.5％

水份：8％，余量为不可避免的杂质。

上述的转炉复合化渣剂的制备方法如下：采用锰矿石粉碎，加入氧化铁、氧化镁和其他辅料，经过混炼，压球，烘烤制得。

上述的转炉复合化渣剂的使用方法，在钢厂原有工艺基础上，在冶炼前期加入转炉复合化渣剂8～10kg/t，加入方法分两批加入，第一批化渣剂随第一批炉料一起加入，数量为5～8kg/t，第二批化渣剂在开吹5min之前加入，数量是2～4kg/t；同时，氧枪枪位改为低-高-低型进行操作。

实施例2

MnO：34％ MgO：3.5％

CaO：5.4％ Fe：12.2％

水份：7.5％，余量为不可避免的杂质。

上述的转炉复合化渣剂的制备方法如实施例1所述。

实施例3

MnO：40％ MgO：5.6％

CaO：7.8％ Fe：14.2％

水份：9.5％，余量为不可避免的杂质。

上述的转炉复合化渣剂的制备方法如实施例1所述。

实施例4

MnO：45％ MgO：3.6％

CaO：5.8％ Fe：10.2％

水份：10％，余量为不可避免的杂质。

上述的转炉复合化渣剂的制备方法如实施例1所述。

试验例

下面结合附图对本发明的具体效果进行说明。

通过以转炉复合化渣剂的作用机理的研发，由于化渣剂中含有相当数量的MnO、FeO和MgO，其中(FeO)能使冶炼初期石灰表面难熔的2CaO·SiO₂熔点下降，(MgO)能使2CaO·SiO₂在多元系相图(见图1)中的析出区域缩小，因此都有利于快速化渣。

在冶炼过程中，使用转炉复合化渣剂，使终点(Mn)提高，可以降低合金的消耗量。见图2。

在冶炼过程中使用转炉复合化渣剂，可以降低原料的消耗10％左右。见图3。

在冶炼过程中使用转炉复合化渣剂，终渣Tfe降低，炉渣带走的铁耗减少，加上基本不喷溅、不粘枪，合计钢铁料消耗下降5～10kg/t。见图4。

采用转炉复合化渣剂不仅能降低炉渣熔点、减少C₂S析出，另外又能降低炉渣粘度，使炉渣变稀，流动性更好。渣内金属粒滴含量大大降低。另一方面，又使枪瘤被钢渣冲刷而消融的速度增加(因为枪瘤速度V消融＝D/δ·(C^*-C)·F，式中C^*为枪瘤与熔渣熔体(含金属粒滴)相界处溶液的饱和浓度，C为熔渣熔体(含金属粒滴)内枪瘤溶解物质的实际浓度。渣内金属粒滴与C₂S的减少使有效扩散系数D与(C^*-C)增大，渣子较稀，流动性好，使边界层厚度δ降低，枪瘤消融速度增加。

冶炼终点钢液回锰及其影响因素问题。

锰在炉渣与铁基熔体相间的氧化反应如下：

(FeO)+[Mn]＝(MnO)+[Fe]

LnK_Mn＝6447/t-2.94

因为FeO-MnO渣系可以看作理想溶液，γ_MnO＝1，γ_FeO＝1。而终点钢液[Mn]与[C]含量很低，也可以看作f_Mn＝1，因此：

[Mn]＝(％MnO)/K_Mn·(％FeO) 式3

终点余锰增量与转炉复合化渣剂加入量的关系

由于在弱搅拌的复吹转炉的冶炼终点，(MnO)-[Mn]系已接***衡，根据式3可得锰分配比(L_Mn)：

L_Mn＝(Mn)/[Mn]＝55/71·K_Mn·(FeO)

在一般出钢温度为1650～1700℃，终渣(FeO)为16％～24％的情况下，L_Mn在18～29之间波动，又考虑到吹炼过程中，因溢渣、喷溅、粘枪等原因造成的Mn的流失，所以L_Mn按上限考虑，可得余锰增量的通用估算式：

Δ[Mn]_余＝Mn_剂(W×0.1)1/3×10^-2式中，Mn_剂为化渣剂中Mn含量，％；W为MnO基无氟化渣剂单耗，kg/t。

实际数据回归得出下式：

Δ[Mn]_余＝(1.53+60.6W×0.1)×10^-3

当转炉复合化渣剂加入量在8～14kg/t范围内，误差≤0.0007。

终点钢水[Mn]_余与温度关系

转炉终点温度越高，则[Mn]_余就越高。数据如下：

45t转炉：

[Mn]_余＝-1.79+1.15t×10^-3

180t转炉：

[Mn]_余＝-3.39+2.13t×10^-3

式中，t为终点钢水温度，℃。

根据上述的转炉复合化渣剂的作用机理，本发明确定产品的工艺配比和粒度。主要化学成分为：MnO为20～25％，Tfe为10～15％，CaO为5～8％，MgO为3～5％，粒度控制在φ6mm，抗压强度≥400N/个球。

Claims

1.一种转炉复合化渣剂，其特征在于该化渣剂由以下重量百分比的成份组成：

MnO：20％～50％ MgO：3％～6％

CaO：5％～8％ Fe：10％～15％

水份：7％～10％，余量为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种转炉复合化渣剂，其特征在于：该化渣剂由以下

重量百分比的成份组成：

MnO：20％～40％ MgO：3％～6％

CaO：5％～8％ Fe：10％～14％

水份：7％～10％；余量为不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种转炉复合化渣剂，其特征在于：该化渣剂由以下

重量百分比的成份组成：

MnO：35％～50％ MgO：3％～6％

CaO：5％～8％ Fe：10％～12％

水份：7％～10％；余量为不可避免的杂质。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种转炉复合化渣剂，其特征在于：所述化渣剂的粒度控制在φ1～6mm，抗压强度≥400N/个球。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种转炉复合化渣剂的制备方法，其特征在于：该方法采用锰矿石粉碎，加入氧化铁、氧化镁和其他辅料，经过混炼，压球，烘烤制得。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种转炉复合化渣剂的使用方法，其特征在于：在钢厂原有工艺基础上，在冶炼前期加入转炉复合化渣剂8～10kg/t，加入方法分两批加入，第一批化渣剂随第一批炉料一起加入，数量为5～8kg/t，第二批化渣剂在开吹5min之前加入，数量是2～4kg/t；同时，氧枪枪位改为低到高再低型进行操作。