CN102296149A - 用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系，该精炼渣系的基础渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃，该基础渣中各组分的重量百分比含量分别为：57.4～61.8％CaO，5～10％SiO₂，29.5～36％Al₂O₃；并且，该精炼渣系的碱度R为5.8～11.5，曼内斯曼指数MI为0.2～0.4，C/A为1.6～2.1，CaO的饱和指数为0.9～1.0，炉渣因子≤0.5，熔点≤1550℃。本发明在减少渣量、降低生产成本的同时，能够将LF精炼终点钢水中的硫含量稳定控制在20ppm以下，脱硫率达到80％以上，并有效降低了生产成本。

Description

用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系

技术领域

本发明特别涉及一种用于低碳铝镇静钢(LCAK钢)的无氟高效脱硫精炼渣系，属炼钢技术领域。

背景技术

众所周知，对于绝大部分钢种，钢中的硫元素为有害杂质元素。钢中的S元素容易引起“热脆”，影响钢的性能，因此需要尽量将钢中的S元素去除，以提高钢的性能。一些高品质钢种如抗氢致裂纹(HIC)管线钢、海洋平台用钢及高端压力容器用钢等都要求钢中具有极低的硫含量。对于抗氢致裂纹钢，钢中的硫含量越高，抗氢致裂纹的能力越弱。因此，抗氢致裂纹钢中的硫含量一般要求小于10ppm，更严格情况下甚至要求小于5ppm。

对于铝镇静钢，目前常用的精炼渣系为CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO渣系，为了降低炉渣的熔点，提高炉渣的流动性，通常需要额外添加5％左右的CaF₂。CaF₂的使用会产生以下不利的影响：1)炉渣CaF₂的存在会加快钢包炉衬的侵蚀，缩短钢包的使用寿命；2)CaF₂在高温下挥发出来的氟排放到大气中，造成环境污染；3)氟是对人体健康有害的物质，CaF₂的使用会对工人的健康产生非常不利的影响。因此，需要尽量减少或禁止CaF₂的使用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系，其无需添加CaF₂，即能够将LF精炼终点钢水中的硫含量稳定控制在20ppm以下，从而克服了现有技术中不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系，其特征在于，该精炼渣系的基础渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃，该基础渣中各组分的重量百分比含量分别为：57.4～61.8％CaO，5～10％SiO₂，29.5～36％Al₂O₃。

进一步的，该精炼渣系的碱度R为5.8～11.5，曼内斯曼指数MI为0.2～0.4，C/A为1.6～2.1，CaO的饱和指数为0.9～1.0，炉渣因子≤0.5，熔点≤1550℃。

优选的，该精炼渣系包含的组分及其重量百分比分别为：51.7～55.6％CaO，4～10％SiO₂，26.5～32.3％Al₂O₃，MgO≤8％，(FeO+MnO)≤1.5％以及杂质，并且该精炼渣系中基础渣的含量接近90wt％。

以下对本发明的技术方案及其原理作更为具体的说明。

对Al镇静钢，钢包精炼过程中炉渣与钢水间的脱硫反应为：

(CaO)+2/3[Al]+[S]＝(CaS)+1/3(Al₂O₃)             (1)

原NKK的小仓康嗣等人定义了炉渣因子(S.P.＝Slag Parameter)为：

由(2)和(3)式可以得到平衡硫分配比L_S与炉渣因子关系为：

由公式(2)可以看出，降低炉渣中Al₂O₃的活度和提高渣中CaO的活度有利于提高反应(1)的反应平衡常数，促进脱硫反应的进行。因此，设计高效脱硫炉渣时应选用CaO活度高、Al₂O₃活度低的渣系。

由公式(4)可以看出，减小炉渣因子有利于提高炉渣的平衡硫分配比。因此，脱硫炉渣应该选择炉渣因子较小的渣系。

炉渣的平衡硫分配比L_S与炉渣的硫容量C_S有关，二者的关系可用表示为：

$\log L_S=\log C_S-\frac{1}{3}\log a_{\left(A{l}_2{O}_3\right)}+\frac{2}{3}\log [\%\mathrm{Al}]+\frac{20397}{T}-5.482---\left(5\right)$

由公式(5)可以看出，提高炉渣的硫容量、减小炉渣中Al₂O₃的活度以及提高钢水中酸溶铝的含量均有利于提高炉渣的平衡硫分配比。因此，高效脱硫炉渣应该选择高硫容量的渣系。炉渣的硫容量主要取决于炉渣的成分。

钢包精炼脱硫主要通过渣金间的反应来完成，炉渣的流动性对脱硫效果具有重要的影响，流动性越好，脱硫效果越好。炉渣的流动性与温度有关，一般来说温度越高，炉渣的流动性越好。在工艺温度不能改变的前提下，要提高炉渣的流动性，只能通过降低炉渣的熔点来实现。因此，高效脱硫炉渣应该选择低熔点的渣系。

基于上述脱硫的基本热力学和动力学理论，本发明为低碳铝镇静钢提供了一种高碱度、低熔点的无氟高效脱硫精炼渣系，在不增加工序时间和工艺难度的条件下，能够将LF精炼终点钢水中的硫含量稳定控制在20ppm以下，脱硫率达到80％以上，并且工艺简单，生产成本低，可操作性强。

本发明的无氟高效脱硫精炼渣系为：

1.所发明的精炼渣系为低熔点的CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO渣系，渣中同时含有不可避免的FeO、MnO、P₂O₅以及其它杂质，渣中不含CaF₂。

2.基于上述脱硫的热力学理论，本发明提供的高效脱硫渣系具有以下特征：炉渣的碱度R为5.8～11.5，曼内斯曼指数MI为0.2～0.4，渣中C/A为1.6～2.1，炉渣中CaO的饱和指数为0.9～1.0，炉渣因子≤0.5，热力学上能够满足LF精炼深脱硫的要求。炉渣碱度R的定义为：R＝(CaO％)/(SiO₂％)；曼内斯曼指数MI的定义为：MI＝(CaO％)/[(SiO₂％)(Al₂O₃％)]；C/A＝(CaO％)/(Al₂O₃％)；CaO的饱和指数定义为：(CaO％)/(CaO％)_sat，即渣中实际的CaO含量与饱和CaO含量的比值。

3.基于上述脱硫的动力学理论，本发明提供的高效脱硫渣系在不添加CaF₂的情况下，炉渣的熔点≤1550℃，在炼钢温度下炉渣具有良好的流动性，能够满足脱硫的动力学要求。

4.所发明的精炼渣系的基础渣系为CaO-SiO₂-Al₂O₃渣系，满足上述第2条和第3条特征的炉渣成分为：将渣中CaO、SiO₂和Al₂O₃的质量百分数归一化后的质量百分数为：57.4～61.8％CaO，5～10％SiO₂，29.5～36％Al₂O₃。

5.上述基础渣系在炉渣中的总质量百分数约为90％，则实际的炉渣成分为：51.7～55.6％CaO，4～10％SiO₂，26.5～32.3％Al₂O₃，≤8％MgO，≤1.5％(FeO+MnO)，以及其它不可避免的杂质。

6.假定钢水中酸溶铝的含量为0.03％，根据KTH模型的计算结果，上述炉渣在1600℃温度下的硫容量为0.0028～0.0045，炉渣的理论硫分配比为350～1560。所发明的炉渣具有较高的硫容量和硫分配比，能够满足LF精炼深脱硫的要求。

使用本发明提供的精炼渣在沙钢某炼钢厂进行工业试验，取得了良好的脱硫效果，转炉终点硫含量在低于150ppm的前提下，精炼终点能够将钢水中硫含量稳定控制在20ppm以下，脱硫率高达80％以上。作为对比，使用传统的含氟精炼渣，在转炉终点硫含量低于60ppm的前提下，精炼终点钢水中的硫含量只能降低到25ppm左右，脱硫率低于60％。本发明提供的精炼渣除了提高脱硫效果之外，还能减少渣量，将传统炉渣的15～17kg/t的渣量减少到10～12kg/t，减少石灰和萤石的消耗，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的基础渣系成分范围曲线图；

图2为本发明实施例1和实施例2在精炼过程中钢水硫含量的变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图及一较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

实施例1

采用本发明提供的精炼渣，在SPA-H钢种上进行实验，180吨钢包。

1)转炉吹炼终点[S]＝0.0155％，[O]＝990ppm，温度T＝1636℃。转炉出钢严格挡渣，出钢过程中加入400kg铝粒，610kg石灰，出钢结束在渣面上加30kg铝粒。

2)LF到站时一次性加入石灰445kg，约5分钟内化渣结束。化渣结束后取LF1钢水样，钢水中[S]＝0.0054％，[Als]＝0.0529％。化渣期间钢包底吹气体流量为800N1/min*2，加热阶段底吹气体流量为350Nl/min*2。精炼15分钟后，钢水中[S]＝0.0024％，[Als]＝0.041％。精炼结束时，钢水[S]＝0.001％，[Als]＝0.041％，温度T＝1580℃。精炼时间为40min，精炼过程的脱硫率为81.5％，从出钢到精炼结束的脱硫率则为93.5％(参阅图2)。LF精炼结束时的炉渣成分为50.5％CaO、5.9％SiO₂、31.9％Al₂O₃、7％MgO、0.77％T.Fe、0.2％MnO、0.7％S。终渣中CaO-SiO₂-Al₂O₃归一化后的质量百分数：57.2％CaO、6.7％SiO₂、36.1％Al₂O₃，炉渣成分在设计范围内(参阅图1中阴影部分)。精炼终点的渣量约为10kg/t。

对比实施例2

采用某厂使用的含氟传统精炼渣，在X70钢种上进行实验，180吨钢包。

转炉吹炼终点[S]＝0.0058％。转炉出钢严格挡渣，出钢过程中加入铝粒进行脱氧。LF到站，化渣结束后取LF1钢水样，钢水中[S]＝0.0033％。精炼约20分钟后，钢水中[S]＝0.0021％。精炼结束时，钢水[S]＝0.0025％。精炼时间为45min，精炼过程的脱硫率为24.2％，从出钢到精炼结束的脱硫率则为56.9％(参阅图2)。LF精炼结束时的炉渣成分为55.0％CaO、9.1％SiO₂、18.3％Al₂O₃、4.9％MgO、5％CaF₂、0.74％T.Fe、0.23％MnO、0.239％S。精炼终点的渣量约为15kg/t。

Claims (3)

1.一种用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系，其特征在于，该精炼渣系的基础渣为CaO-SiO₂-Al₂O₃，该基础渣中各组分的重量百分比含量分别为：57.4～61.8％CaO，5～10％SiO₂，29.5～36％Al₂O₃。

2.根据权利要求1所述的用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系，其特征在于，该精炼渣系的碱度R为5.8～11.5，曼内斯曼指数MI为0.2～0.4，C/A为1.6～2.1，CaO的饱和指数为0.9～1.0，炉渣因子≤0.5，熔点≤1550℃。

3.根据权利要求1或2所述的用于低碳铝镇静钢的无氟高效脱硫精炼渣系，其特征在于，该精炼渣系包含的组分及其重量百分比分别为：51.7～55.6％CaO，4～10％SiO₂，26.5～32.3％Al₂O₃，MgO≤8％，(FeO+MnO)≤1.5％以及杂质，并且该精炼渣系中基础渣的含量接近90wt％。

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