CN103924038A

CN103924038A - 一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂及脱硫方法

Info

Publication number: CN103924038A
Application number: CN201310013359.8A
Authority: CN
Inventors: 胡汉涛; 蒋晓放; 黄宗泽; 马志刚; 王俊凯
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-01-14
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明涉及一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，所述脱硫剂以石灰为渣料，包括以质量百分比计：CaO 92-96%、SiO₂≤2.8%、H₂O≤0.5％、CO₂≤2.0%、S≤0.025、水和性≥180c.c/4N-HCl、粒度50-80μm。本发明还提供一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法。本发明提供的脱硫剂，该脱硫剂以石灰为渣料，解决了现有技术中脱硫剂中添加的助熔剂CaF₂和Al₂O₃带来的缺点，也避免了安全隐患和环境污染；本发明提供的方法，在真空循环精炼过程中喷吹脱硫剂4.00-6.00kg/t钢即可取得40-55%的脱硫效率，钢液温度下降50-65℃。

Description

一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂及脱硫方法

技术领域

本发明属于冶金炼钢工艺技术领域，具体涉及一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂及脱硫方法。

背景技术

随着社会的发展，一些高品质钢如高级油气管线钢，高牌号无取向硅钢和高级船板钢等的需求量越来越大。这些高品质钢对钢中硫含量都有苛刻的要求，一般都要求钢中硫含量小于20ppm，有些甚至要求钢中硫含量低至10ppm。这就要求除铁水阶段对钢液进行脱硫，转炉或电炉严格控制入炉炉料的硫含量外，还需在钢液精炼时期进行深脱硫。脱硫操作可以在LF炉、CAS和RH等精炼反应器中进行，综合考虑钢中成分和夹杂物的精确控制，以在RH中操作为最佳的脱硫工艺。而真空循环脱硫用脱硫剂是钢液中硫脱除的载体，其脱硫能力的大小及使用方法直接决定了钢液的脱硫效果。

现有的真空脱硫剂一般采用CaO基渣料，添加部分CaF₂或者Al₂O₃作为助熔剂,以调节脱硫剂的熔点和流动性，促进CaO和钢液中硫的反应。对现有技术报道和专利进行了检索，以真空循环精炼或RH、脱硫作为检索词进行了国内检索，直接相关的检索结果共有2个，分别为中国专利200910251481.2和中国专利201110105955.X。前者脱硫剂的成分及范围为：CaO65-80%，CaF₂20-35%，后者为：CaO50-60%，Al₂O₃10-25，CaF₂5-10%。

因此无论是现有技术的实际应用还是专利文献均是采用CaO基渣料，添加部分CaF₂或者Al₂O₃作为助熔剂，但是所添加的助熔剂CaF₂对真空槽、浸渍管和钢包内衬有明显的侵蚀作用，大大降低了其寿命，增加了生产成本，造成了生产安全隐患，此外钢液和渣中的氟极易挥发，污染环境；而从热力学上来看，Al₂O₃作为助熔剂对脱硫本身是有害的，降低了CaO的硫容量和脱硫能力。因此，需要针对生产超低硫钢的转炉—RH工艺流程，开发出一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂及脱硫方法，以解决高品质超低硫钢生产过程中钢液脱硫、成分和夹杂物精确控制的问题，为高品质超低硫钢的真空脱硫和纯净化生产提供保障。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，该脱硫剂以石灰为渣料，还提供了生产超低硫钢的脱硫方法，具有40-55%的脱硫效率，钢液温度下降50-65℃。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述脱硫剂以石灰为渣料，包括以质量百分比计：CaO 92-96%、SiO₂≤2.8%、H₂O≤0.5％、CO₂≤2.0%、S≤0.025。

根据本发明所述的一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，优选的是，水和性≥180c.c/4N-HCl、粒度50-80μm。

从热力学上来说，杂质SiO₂显著降低脱硫剂的硫容量，不利于脱硫，本发明脱硫剂要求其含量≤2.8%，而脱硫剂中的水分不仅降低CaO的活性，也增加了钢液中的氢含量，本发明要求其含量≤0.5%。从反应性能来讲，石灰生烧必须少，本发明要求CO₂含量≤2.0%，水和性≥180c.c/4N-HCl。而硫为要求脱除的杂质，因此本发明脱硫剂中要求硫含量≤0.025%。

从动力学上来说，石灰颗粒直径越小，单位重量的粉剂对应的脱硫反应表面积越大，有利于反应的进行。但是过小的颗粒易于被真空抽气***的废气带走，降低脱硫剂的利用率。本发明确定的平均粉剂尺寸为50-80μm。

根据本发明所述的一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，优选的是，所述石灰以质量百分比计CaO 93.5-94.6%。

根据本发明所述的一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，进一步优选的是，所述石灰以质量百分比计CaO 93.7-94%。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，优选的是，所述石灰以质量百分比计SiO₂≤2.6%。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，进一步优选的是，所述石灰以质量百分比计SiO₂≤2.3%。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，优选的是，所述石灰以质量百分比计H₂O≤0.5％。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，进一步优选的是，所述石灰以质量百分比计H₂O≤0.42％。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，优选的是，所述石灰以质量百分比计CO₂≤1.82%、S≤0.023、水和性≥185c.c/4N-HCl。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，优选的是，所述石灰粒度为53-78μm。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，进一步优选的是，所述石灰粒度为58-72μm。

本发明还提供了一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，依次按照以下步骤

1）转炉冶炼出钢过程中，向钢液中加入脱氧剂、部分合金和顶渣改质剂，使顶渣中(mass%T.Fe)+(mass%MnO)≤2.5，渣层厚度≤100mm；

所述mass%T.Fe为顶渣中全铁的质量百分含量；

所述mass%MnO为顶渣中氧化锰的质量百分含量；

2）盛满钢水的钢包运送至真空处理位置；

3）提升钢包，抽真空，钢液循环3min后，下降喷枪，进行喷粉操作，喷吹所述的脱硫剂，所述脱硫剂以石灰为渣料，包括以质量百分比计：CaO 92-96%、SiO₂≤2.8%、H₂O≤0.5％、CO₂≤2.0%、S≤0.025。

4）喷粉结束，调整合金成分，2～8min后，处理结束，破真空。

根据本发明所述的一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，进一步优选的是，所述加入顶渣改质剂，使顶渣(mass%T.Fe)+(mass%MnO)≤2.1，渣层厚度≤78mm。

根据本发明所述的一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，优选的是，所述脱硫剂的用量4.00～6.00kg/t钢。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，优选的是，在步骤3）的喷吹速率是120～140kg/min。

根据本发明所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，优选的是，在步骤3）所述下降喷枪距钢面的高度为1～2m。

在炼钢生产中，石灰为最常用的精炼渣料之一，其主要成分为CaO，能够脱硫、吸收脱氧夹杂物、隔绝空气防止钢液二次氧化和固定脱磷产物等。对于钢液中的硫而言，除CaO外，其他常见的碱土金属氧化物BaO也能够有效地与钢液中的硫反应，但是从原料来源和经济性上来说，石灰当具有明显的优势。故本发明专利选择石灰作为脱硫剂的唯一原料。

钢液真空循环精炼时，粉状石灰以高压惰性气体（一般为Ar）为载体，高速喷吹入真空室内钢液面，石灰粉剂进入钢液后，与钢液中的硫反应，生成硫化钙和游离氧，随后游离氧迅速与钢液中的活泼金属元素反应，生成氧化物，这些产物随钢液的运动而排除到钢包顶渣中，并被顶渣吸收。脱硫反应式可表达为

(CaO)+[S]=(CaS)+[O] (1)

x[O]+y[M]=（M_yO_x） (2)

从热力学上来说，杂质SiO₂显著降低脱硫剂的硫容量，不利于脱硫，本脱硫剂要求其含量≤2.8%，而脱硫剂中的水分不仅降低CaO的活性，也增加了钢液中的氢含量，本专利要求其含量≤0.5%。从反应性能来讲，石灰生烧必须少，本专利要求CO₂含量≤2.0%，水和性≥180c.c/4N-HCl。而硫为要求脱除的杂质，因此脱硫剂中要求硫含量≤0.025%。

从动力学上来说，石灰颗粒直径越小，单位重量的粉剂对应的脱硫反应表面积越大，有利于反应的进行。但是过小的颗粒易于被真空抽气***的废气带走，降低脱硫剂的利用率。本专利确定的平均粉剂尺寸为50-80μm。

转炉炉渣中含大量的FeO和MnO，呈强氧化性，不利于后期精炼脱氧和脱硫。为此，转炉出钢必须挡渣，出钢后，必须进行钢包顶渣改质，以尽可能降低携带入钢包中的顶渣氧化性。本专利要求转炉顶渣改质后渣中(mass%T.Fe)+(mass%MnO)≤2.5，渣层厚度≤100mm。

对于粉剂用量而言，用量越大，钢液中的硫脱除越多。但是，粉剂加入钢液后，经历升温、熔化和升温至钢液温度的过程，需要从钢液吸收大量的热量，降低钢液的温度，因此粉剂用量必须兼顾脱硫量和钢液温降这两个因素。本专利要求真空循环精炼时，脱硫剂的用量为4.00-6.00kg/t钢。

粉剂通过真空室顶部喷枪送入钢液，喷吹载气为惰性气体（一般为Ar气）。理论上来讲，粉剂喷吹速率越大，粉剂利用率有降低的趋势；小的喷吹速率有利于脱硫剂和钢液中硫更加充分的反应，但是随着喷吹速率的降低，喷吹时间延长，温度损失增加，RH的整体精炼时间延长。考虑到整体的精炼效率和设备条件，本专利确定粉剂的平均喷吹速率为120-140kg/min。

至于喷枪高度，过高的高度，粉剂易被废气带走，降低其利用效率；降低喷枪高度，粉剂更易达到钢液表面为钢液吸收，而过低的喷枪高度，存在生产安全上隐患。本专利确定的喷枪距钢液面高度为1～2m。

基于上述分析，本脱硫剂的成分和规格如表1所示

表1本专利脱硫剂的成分组成和使用规格

类别	规格
		CaO	92-96%
SiO₂	≤2.8
		H₂O	≤0.5％
CO₂	≤2.0%

S	≤0.025
		水和性	≥180c.c/4N-HCl
粒度	50-80μm
		顶渣	(%T.Fe)+(%MnO)<2.5，厚度<100mm
脱硫剂用量	4.00-6.00kg/t钢
		平均喷吹速率	120-140kg/min
喷枪高度	1-2m

本发明有益效果：

本发明提供一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，该脱硫剂以石灰为渣料，解决了现有技术中脱硫剂中添加的助熔剂CaF₂和Al₂O₃带来的缺点，也避免了安全隐患和环境污染；本发明还提供了生产超低硫钢的脱硫方法，该方法在真空循环精炼过程中喷吹脱硫剂4.00-6.00kg/t钢即可取得40-55%的脱硫效率，钢液温度下降50-65℃。

具体实施方式

本专利所发明的脱硫方法应用于实际超低硫钢的精炼过程，能够快速有效地将钢液中的硫将至合理的水平，为稳定地生产优质钢产品提供有力的工艺保证。

具体工艺过程为：

1）转炉冶炼结束后，出钢。出钢过程中，加入脱氧剂、部分合金和顶渣改质剂；

2）盛满钢水的钢包运送至真空处理位置；

3）提升钢包，抽真空，钢液循环3min后，下降喷枪，进行喷粉操作；

4）喷粉结束，调整合金成分，6min后，处理结束，破真空。

实施例1：

脱硫剂的成分、规格和工艺指标见表2：

表2

整个真空处理过程钢液温降为53℃，钢液中的初始硫含量为29ppm，处理结束，钢中硫含量为17ppm。

实施例2：

脱硫剂的成分、规格和工艺指标：

表3

整个真空处理过程钢液温降为55℃，钢液中的初始硫含量为28ppm，处理结束，钢中硫含量为15ppm。

实施例3：

脱硫剂的成分、规格和工艺指标：

表3

整个真空处理过程钢液温降为57℃，钢液中的初始硫含量为29ppm，处理结束，钢中硫含量为15ppm。

实施例4：

脱硫剂的成分、规格和工艺指标：

表4

整个真空处理过程钢液温降为58℃。钢液中的初始硫含量为33ppm，处理结束，钢中硫含量为16ppm。

实施例5：

脱硫剂的成分、规格和工艺指标：

表5

整个真空处理过程钢液温降为61℃。钢液中的初始硫含量为35ppm，处理结束，钢中硫含量为16ppm。

由以上实施例可以看出，在保证转炉出钢有效挡渣，钢包顶渣改质效果良好的情况下，使用所开发的脱硫剂，采用本专利的真空喷粉技术，可以稳定有效地将钢液中的硫含量降低至较低的水平，真空精炼过程中的脱硫效率达到40-55%，整个过程的温度损失控制在50-65℃之间。

本发明开发的纯氧化钙脱硫剂具有良好的脱硫效果，可以快速地将钢液中的硫含量稳定有效地降低至钢种要求的水平，喷吹本脱硫剂4.00-6.00kg/t钢即可取得40-55%的脱硫效率，钢液温度下降50-65℃，在超低硫钢的生产中均具有良好的推广应用价值。

Claims

1.一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述脱硫剂以石灰为渣料，包括以质量百分比计：CaO92-96%、SiO₂≤2.8%、H₂O≤0.5％、CO₂≤2.0%、S≤0.025。

2.根据权利要求1所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述石灰水和性≥180c.c/4N-HCl、粒度50-80μm。

3.根据权利要求1所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述石灰以质量百分比计CaO93.5-94.6%。

4.根据权利要求1所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述石灰以质量百分比计SiO₂≤2.6%，H₂O≤0.5％。

5.根据权利要求1所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述石灰以质量百分比计CO₂≤1.82%、S≤0.023%、水和性≥185c.c/4N-HCl。

6.根据权利要求1所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫剂，其特征在于，所述石灰粒度为53-78μm。

7.一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，依次按照以下步骤：

1）转炉冶炼出钢过程中，向钢液加入脱氧剂、部分合金和顶渣改质剂，使顶渣中(mass%T.Fe)+(mass%MnO)≤2.5，渣层厚度≤100mm；

2）盛满钢水的钢包运送至真空处理位置；

3）提升钢包，抽真空，钢液循环3min后，下降喷枪，进行喷粉操作，喷吹所述的脱硫剂；所述脱硫剂以石灰为渣料，包括以质量百分比计：CaO92-96%、SiO₂≤2.8%、H₂O≤0.5％、CO₂≤2.0%、S≤0.025；

8.根据权利要求7所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，其特征在于，所述脱硫剂的用量4.00～6.00kg/t钢。

9.根据权利要求7所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，其特征在于，在步骤3）的喷吹速率是120～140kg/min。

10.根据权利要求7所述一种用于真空循环精炼生产超低硫钢的脱硫方法，其特征在于，在步骤3）所述下降喷枪距钢面的高度为1～2m。