CN101935740A - Lf精炼炉用白渣精炼剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LF精炼炉用白渣精炼剂,属于炼钢技术领域,特别是LF精炼炉钢包渣改性处理技术领域。本发明的目的在于:提供一种成本低且吸附夹杂物的能力强的白渣精炼剂。本发明LF精炼炉用白渣精炼剂,其特征在于:由下述重量配比的组分组成:电石40~50%;萤石8~14%;石灰石24~30%;铝矾土4-6%;白云石4~12%。本发明白渣精炼剂成本低,且适用范围更加广泛,如适用于非Al脱氧钢(对铝含量严格控制的钢种)。加入LF炉后,能起到快速脱氧造白渣,能达到使钢包渣中FeO+MnO≤1.5%,以满足高级别钢种的冶炼需求。
Description
技术领域
本发明涉及LF精炼炉钢包渣改性处理所使用的白渣精炼剂。属于炼钢技术领域,特别是LF精炼炉技术领域。
背景技术
随着科学技术的不断发展,钢铁工业对炼钢生产率、钢的成本、钢的纯净度以及使用性能等方面,都提出了越来越高的要求。传统的炼钢设备和炼钢工艺难以满足需求,二十世纪60年代,传统的炼钢方法发生了根本性的变化,由原来单一设备完成初炼和精炼的一步炼钢,转变为对钢水进行初炼,再经专用设备(钢包或其它容器)进行精炼的二步炼钢,以达到提高钢的产量、质量和效益的目的。经过几十年的不断改进和创新,炉外精炼技术已被广泛采用,炉外精炼得以大力发展的主要原因有两方面:一是用户对钢的纯净度、性能提出了更高的要求;二是全连铸实施以后,连铸对钢水质量和供钢节奏要求非常严格。因此炉外精炼已经成为衔接转炉(电炉)-连铸生产高质量铸坯的关键环节。炉外精炼比是伴随着连铸比的提高而不断提高的。
炉外精炼常采用RH、VD、VOD、LF和AOD炉等,而其中LF炉精炼在钢水温度控制、成分控制和供钢节奏能够起到重要的作用,而且该方法操作起来方便,被广泛应用于炼钢生产。大型钢厂炉外精炼采用LF炉精炼,精炼过程靠石墨电极通电产生电弧加热完成精炼过程。加热时电极***渣层中,电极产生的电弧靠埋弧渣来减少热量损失,从而提高加热效率,减少热量对钢包包衬和炉盖的热辐射,达到提高钢包寿命和炉盖寿命的目的。
随着用户对钢材性能的要求,特别是高级别的钢种,为提高钢的质量,需在炉外精炼工序对钢包渣进行改性处理,来提高钢包渣对夹杂物的吸附能力,目前国内普遍采用的是脱氧剂Al、SiCa或预熔渣,但成本较高,而且适用范围较窄,对非Al脱氧钢不适用。
现有技术采用萤石、石灰石、铝矾土、白云石或他们的组合为精炼剂,但是本发明的发明人经过大量的试验,发现实际应用中吸附夹杂物的能力不高,尤其对A类夹杂物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低,吸附夹杂物能力高的白渣精炼剂,将其用于对钢包渣成分进行调整,使炉渣碱度R=m(CaO+MgO)/m(SiO2+Al2O3)控制在1.8~2.5之间、(FeO+MnO)≤1.5%。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案是:白渣精炼剂由下述重量配比的组分组成:
电石40~50%;萤石8~14%;石灰石24~30%;铝矾土4-6%;白云石4~12%。
本发明LF精炼炉用白渣精炼剂的发气量90-110L/kg。其中主要成分如下:
CaO 50-55%,Al2O32-5%、CaF25-10%,余量是原料电石、萤石、石灰石、铝矾土和白云石中不可避免杂质(S、P、Fe2O3或TiO2等)。
本发明通过特定配比将电石、萤石、石灰石、铝矾土、白云石有机结合,适合于钢铁企业炼钢LF炉精炼炉电极电弧加热过程中,提高加热效率,同时还能起到快速脱氧造白渣(FeO+MnO≤1.5%),达到钢包渣改性处理,提高钢包渣对夹杂物的吸附能力,优化冶炼钢水质量。
其中,其中电石使用量40~50%,电石过多,会导致其脱氧能力过剩,其中CaC2未完全参与脱氧反应,导致钢水增碳,影响钢水成分控制;过低会使其脱氧不良,不能将炉渣中的(FeO+MnO)控制在≤2.0的水平,达不到使用要求。
萤石用量8~14%。萤石作为一种稀渣剂或化渣剂,本身熔渣较低,加入量过多会使钢包侵蚀加剧;过少会使炉渣不能完全熔化,使其使用效果降低。
石灰石24~30%。石灰石的作用是在高温下分解,产生CO2气体,产生气泡,促使炉渣泡沫化,起到埋弧加热的作用,加入量过多会使炉渣泡沫化严重,引起喷溅,同时带走大量的热量,使LF炉电耗增加;过低使炉渣泡沫化较渣,达不到埋弧加热的效果,影响其热效率。
铝矾土4-6%,铝钒土的作用是调整炉渣成分,使其熔点降低,起到替代部分萤石的作用,加入量过多或过少不能有效调整炉渣的成分,达不到调整炉渣熔点的目的。
白云石4~12%,白云石的作用是在高温下分解,产生CO2气体,产生气泡,促使炉渣泡沫化,起到埋弧加热的作用,加入量过多会使炉渣泡沫化严重,引起喷溅,同时带走大量的热量,使LF炉电耗增加;过低使炉渣泡沫化较渣,达不到埋弧加热的效果,影响其热效率。同时具有调整炉渣成分的作用,炉渣中含有适当的MgO对降低炉渣熔点有较好的作用。
上述方案中电石、萤石、石灰石、铝矾土和白云石都是必要成分,缺一不可。因为,发明人大量的试验筛选出的上述配方对夹杂物吸附能力较高,加热效率高,快速脱氧造白渣。
因为,白云石中CaO含量低,只有26%-30%,而石灰石CaO含量较高,在50%以上,不使用石灰石提高白云石,该产品的CaO是达不到50-55%,使用后对夹杂物的吸附效果无法达到。另外,只用石灰石,不用白云石,炉渣中CaO含量偏高,使炉渣难以熔化。而电石的作用是脱去炉渣中的氧,若不加电石不能有效去除炉渣中的氧,达不到造白渣的作用;萤石作为一种助熔剂,能起到快速成渣的目的,若不加初期渣形成速度慢,会对使用效果有一定的影响。
上述方案优选的是:
电石46~50%;萤石10~14%;石灰石26~30%;铝矾土5%;白云石5%。
由于白渣精炼剂水分过高,加入时会发生***的危险,因此需控制本发明炼钢用LF炉精炼炉用白渣精炼剂水分在≤2.0%。
本发明LF精炼炉用白渣精炼剂的制备方法包括以下步骤:
a、按本发明上述重量百分比称取电石、萤石、石灰石、铝矾土、白云石,
b、将称量好的萤石、石灰石、白云石、铝矾土混合均匀后,加入粒度5~12mm的电石颗粒,继续混合搅拌均匀即得。
加入电石后,搅拌时间控制在3~4分钟,过长会使原料在搅拌过程中产生二次破碎,使粉末较多,会影响精炼渣的使用(由于LF炉在全程采用了除尘装置,会使细小粉末直接进入除尘管道内,过短混合不均匀。
制备本发明LF精炼炉用白渣精炼剂是,优选以下规格的原材料:
电石:最好是冶金CaC2、发气量≥270L/Kg,优选发气量285-300L/Kg;颗粒为5-12mm。
电石粒度过大会造成电石在精炼过程中不能完全反应完,对精炼过程产生影响,同时在钢水吊运过程中会导致安全事故(如喷溅、翻钢等事故);粒度过小会导致粉末过多,会影响精炼渣的使用(由于LF炉在全程采用了除尘装置,会使细小粉末直接进入除尘管道内)。
萤石:中按重量百分比含CaF2≥75%;SiO2≤18.5%;(余量是C、S、P等不可避免杂质)S≤0.10%;P≤0.05%;
石灰石:按重量百分比CaO≥50%(优选CaO 52-58%)、SiO2≤3%;(余量是S、P等不可避免质)
铝矾土:按重量百分比含Al2O3≥80%。(余量是Fe2O3、TiO2、CaO等杂质)
白云石:按重量百分比含有CaO≥26%、MgO≥18%。(余量是S、P等不可避免杂质)
上述余量是原材料自身带来的,是不可避免的。其中控制各原材料的S≤0.10%;P≤0.05%;Fe2O3≤2.7%、TiO2≤4.0%、CaO≤0.8%。
采用上述方法制备得到的LF精炼炉用白渣精炼剂的发气量90-110L/kg。其中主要成分如下:CaO 50-55%,Al2O32-5%、CaF25-10%,余量是不可避免杂质S、P、Fe2O3或TiO2。
本发明LF精炼炉用白渣精炼剂的使用方法:以LF精炼炉平均130吨/炉钢水,每炉加入量200-300kg/炉,可换算成每吨钢水加入量为1.538kg/吨钢水~2.307kg/吨钢水。
本发明的有益效果:本发明白渣精炼剂与Al、SiCa等合金脱氧剂作为添加剂相比,其成本较低,且适用范围更加广泛,如适用于非Al脱氧钢(对铝含量严格控制的钢种)。本发明白渣精炼剂加入LF炉后,不仅在精炼炉电极电弧加热过程中,提高加热效率,减少热量对钢包包衬和炉盖的热辐射,提高钢包寿命和炉盖寿命,优化和提高精炼埋弧加热的各项指标(升温速率、节约电耗、脱硫等),而且还能起到快速脱氧造白渣,达到钢包渣改性处理的目的。能达到使钢包渣中FeO+MnO≤1.5%,以满足高级别钢种的冶炼需求。
具体实施方式
按下述要求进行检测,选择原材料电石、萤石、石灰石、铝矾土、白云石。
电石:发气量≥270L/kg;
石灰石:化学成分CaO≥50%、SiO2≤3%;
萤石:化学成分CaF2≥75%、SiO2≤18.5%;S≤0.10%;P≤0.05%;
铝矾土:化学成分Al2O3≥80%;
白云石:化学成分MgO≥18%,CaO≥26%;
制备过程如下:
b、以上原材料除电石外加工成3-12mm的颗粒,电石加工成5-12mm的颗粒。
c、按40~50%的电石、8~14%的萤石、24~30%的石灰石、4~6%的优质铝矾土、4~12%的白云石重量配比进行称量,每次称量总量400Kg。
d、按上述重量配比的步骤进行称量后,先将称量好的萤石、石灰石、白云石、铝矾土分别送入混料搅拌机内进行混合搅拌,经混合搅拌时间2min后加入电石继续混合搅拌3-4min。
总的搅拌时间控制在5~8分钟,即要混合均匀,又不会使电石粉化。
e、将搅拌均匀的白渣精炼剂按炼钢厂LF炉精炼要求,装入内衬塑料袋包装,袋口扎紧,防止漏气。
电石主要化学成分为CaC2,在发泡剂中起到使炉渣迅速起泡,形成埋弧渣,缩短了炉渣起泡埋弧时间,当其与钢包渣中的氧反应后会生成CaO和CO。生成的CO气体起到发泡作用的同时,也降低了钢包渣的氧化性,提高了渣的碱度。同时还具有脱硫效果,其化学反应式如下:
CaC2(S)+[S]=CaS(S)+C
萤石材料主要成分是CaF2。萤石中还含有SiO2和S等成分,因此熔点在930℃左右;加入炉内后使CaO和石灰高熔点的2CaO·SiO2外壳的熔点降低,生成低熔点化合物3CaO·CaF2·2SiO2(熔点为1362℃),从而改善炉渣的流动性。萤石助熔作用快、时间短,同时亦具有发泡效果,改善埋弧升温的冶炼效果。
石灰石的材料以CaO为主要成分,其主要作用起到脱硫效果及增加钢包渣的碱度,脱硫反应机理如下:
CaO(s)+[S]+C=CaS(s)+CO
铝矾土材料的使用使脱硫后的脱硫渣组分控制在低熔点区,以降低脱硫渣的熔点和粘度,起到改善其流动性的目的。
白云石材料在精炼加热过程中所产生CO2气体和MgO,增加发泡功能和降低熔渣熔点,增加熔渣流动性,使熔渣与熔融金属分离,便于扒渣。
下面通过实施例的方式进一步详细说明本发明。
在下述的实施例中所采用的电石、萤石、石灰石、铝矾土、白云石的原料化学成分和水分检测情况见表1。
表1原料化学成分检测情况
实施例1本发明白渣精炼剂的制备与应用
将40%重量份的电石与14%重量份的萤石、30%重量份的石灰石、5%重量份的铝矾土、11%重量份的白云石称量后,先将称量好的萤石、石灰石、白云石、铝矾土分别送入混料搅拌机内进行混合搅拌,经混合搅拌时间2min后,加入电石继续混合搅拌4min。观察已搅拌混合均匀形成产品后,从搅拌机出口装入内衬为塑料薄膜的编织袋内。同时取样进行了化学成分的检测(化学成分检测见表2),将此白渣精炼剂应用于炼钢LF工序,加入LF,加入量为300kg/炉(2.307kg/吨钢水),观察LF出站钢包渣组成,见表3。
实施例2本发明白渣精炼剂的制备与应用
将50%重量份的电石与8%重量份的萤石、24%重量份的石灰石、6%重量份的铝矾土、12%重量份的白云石称量后,先将称量好的萤石、石灰石、白云石、铝矾土分别送入混料搅拌机内进行混合搅拌,经混合搅拌时间2min后,加入电石继续混合搅拌4min。观察已搅拌混合均匀形成产品后,从搅拌机出口装入内衬为塑料薄膜的编织袋内。同时取样进行了化学成分的检测(化学成分检测见表2),将此白渣精炼剂应用于炼钢LF工序,加入LF炉量300kg/炉(2.307kg/吨钢水),观察LF出站钢包渣组成,见表3。
实施例3本发明白渣精炼剂的制备与应用
将45%重量份的电石与12%重量份的萤石、28%重量份的石灰石、5%重量份的铝矾土、10%重量份的白云石称量后,先将称量好的萤石、石灰石、白云石、铝矾土分别送入混料搅拌机内进行混合搅拌,经混合搅拌时间2min后,加入电石继续混合搅拌4min。观察已搅拌混合均匀形成产品后,从搅拌机出口装入内衬为塑料薄膜的编织袋内。同时取样进行理化指标的检测(检测见表2),将此白渣精炼剂应用于炼钢LF工序,加入LF炉量300kg/炉,(2.307kg/吨钢水)观察LF出站钢包渣组成,见表3。
表2理化指标检测(%)
方案 | CaO(%) | Al2O3(%) | CaF2(%) | 发气量(L/kg) |
实施例1产品 | 51.3 | 4.12 | 9.70 | 100.5 |
实施例2产品 | 56.4 | 4.08 | 5.33 | 110.0 |
实施例3产品 | 53.7 | 4.87 | 7.65 | 105.6 |
实施例1-3制备方法效果
白渣精炼剂使用实施例1-3制备的白渣精炼剂应用于炼钢LF工序,出站钢包渣组成控制情况见表3,冶炼钢种为高速重轨钢。
表3LF出站钢包渣组成控制情况/%
注:碱度R=m(CaO+MgO)/m(SiO2+Al2O3)
由表3可见,采用白渣精炼工艺后,钢包渣中CaO在50.82~58.42%之间,碱度均控制在2.0以下,钢包渣中(FeO+MnO)稳定控制在1.5%以下。
用金相法进行夹杂物评级,在明场下放大100倍,80mm直径的视场下进行检验。从试样中心到边缘全面观察,选取夹杂物污染最严重的视场,与其钢种的相应标准评级图加以对比来评定。根据夹杂物的形态及其分布分为4个基本类型。A类硫化物类型、B类氧化铝类型、C类硅酸盐类型和D类球状氧化物类型。评级图由0.5级到2.5级5个级别组成,无具体单位量化。
采用白渣精炼剂与采用高碱度精炼渣的夹杂物评级对比情况见表4。
表4夹杂物控制情况
有表4可以看出,本发明夹杂物评级比采用高碱度精炼渣(活性石灰85-88%、萤石12-15%)有较大提高,尤其是A类夹杂物≤2.0的比例提高到了92%,大大提高了钢中A类夹杂的合格率。
本发明的发明人经过大量试验,将电石、萤石、石灰石、铝矾土、白云石有机结合,得到了本发明的白渣精炼剂配方特定配方:“电石40~50%;萤石8~14%;石灰石24~30%;铝矾土4-6%;白云石4~12%”,用于钢铁企业炼钢LF炉精炼炉电极电弧加热过程中,可以提高加热效率,同时还能起到快速脱氧造白渣(FeO+MnO≤1.5%),达到钢包渣改性处理,提高钢包渣对夹杂物的吸附能力,优化冶炼钢水质量。
但是各原料用量不能随意改变:
电石过多,会导致其脱氧能力过剩,其中CaC2未完全参与脱氧反应,导致钢水增碳,影响钢水成分控制;过低会使其脱氧不良,不能将炉渣中的(FeO+MnO)控制在≤2.0%的水平,达不到使用要求。
萤石加入量过多会使钢包侵蚀加剧;过少会使炉渣不能完全熔化,使其使用效果降低。
石灰石加入量过多会使炉渣泡沫化严重,引起喷溅,同时带走大量的热量,使LF炉电耗增加;过低使炉渣泡沫化较渣,达不到埋弧加热的效果,影响其热效率。
铝钒土加入量过多或过少不能有效调整炉渣的成分,达不到调整炉渣熔点的目的。
白云石加入量过多会使炉渣泡沫化严重,引起喷溅,同时带走大量的热量,使LF炉电耗增加;过低使炉渣泡沫化较渣,达不到埋弧加热的效果,影响其热效率。同时白云石具有调整炉渣成分的作用,炉渣中含有适当的MgO对降低炉渣熔点有较好的作用。
Claims (10)
1.LF精炼炉用白渣精炼剂,其特征在于:由下述重量配比的组分组成:
电石40~50%;萤石8~14%;石灰石24~30%;铝矾土4-6%;白云石4~12%。
2.根据权利要求1所述的LF精炼炉用白渣精炼剂,其特征在于:由下述重量配比的组分组成:电石46~50%;萤石10~14%;石灰石26~30%;铝矾土5%;白云石5%。
3.根据权利要求1或2所述的LF精炼炉用白渣精炼剂,其特征在于:其中主要成分如下:CaO 50-55%,Al2O32-5%、CaF25-10%,余量是原料电石、萤石、石灰石、铝矾土和白云石中不可避免杂质。
4.根据权利要求3所述的LF精炼炉用白渣精炼剂,其特征在于:所述白渣精炼剂发气量为90-110L/kg。
5.根据权利要求4所述的LF精炼炉用白渣精炼剂,其特征在于:白渣精炼剂水分≤2.0%。
6.LF精炼炉用白渣精炼剂的制备方法,其特征在于由以下步骤完成:
a、按下述重量配比称取电石、萤石、石灰石、铝矾土、白云石:
电石40~50%;萤石8~14%;石灰石24~30%;铝矾土4-6%;白云石4~12%;
b、将称量好的萤石、石灰石、白云石、铝矾土混合均匀后,加入粒度5~12mm的电石颗粒,继续混合搅拌均匀即得。
7.根据权利要求6所述的LF精炼炉用白渣精炼剂的制备方法,其特征在于:加入电石后,搅拌时间控制在3~4分钟。
8.根据权利要求7所述的LF精炼炉用白渣精炼剂的制备方法,其特征在于:所述电石发气量≥270L/Kg,优选发气量285-300L/Kg。
9.根据权利要求6所述的LF精炼炉用白渣精炼剂的制备方法,其特征在于:
萤石:按重量百分比含CaF2≥75%、SiO2≤18.5%;
石灰石:按重量百分比CaO≥50%、SiO2≤3%;
铝矾土:按重量百分比含Al2O3≥80%;
白云石:按重量百分比含有CaO≥26%、MgO≥18%。
10.权利要求1-4任一项所述LF精炼炉用白渣精炼剂的使用方法,其特征在于:每吨钢水加入量为:1.538~2.307kg/吨钢水。
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