CN108018398A - 一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂及其使用方法，主要解决现有超低碳钢用钢包顶渣改质剂的制备工艺复杂、生产成本高、使用过程中容易污染环境的技术问题。本发明一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，其组成成分的重量百分比为：Al：18‑28％，CaCO3：20‑30％，CaO：3‑7％，Al2O3：5‑10％，CaF2：5‑9％，MgO：5‑8％，Na2CO3≤6％，其余为不可避免的杂质；钢包顶渣脱氧改质剂各组分的粒径≤1mm。本发明的改质剂能够明显改善钢包渣结壳问题，改善钢水流动性。

Description

一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂及其使用方法
技术领域
本发明涉及生产超低碳钢过程中的钢包顶渣改质剂，特别涉及一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂及其使用方法，具体而言涉及一种用于转炉冶炼终点出钢时消除钢包顶渣氧化性的脱氧改质剂及其使用方法，属于炼钢及精炼技术领域。
背景技术
在超低碳钢生产时，由于其要求有极低的碳含量，一般需要将终点碳降低到0.03％以下，这样根据C-O平衡原理，钢液中的氧一般在600-700ppm，钢水氧化性较强，同时转炉渣也具有较强的氧化性。转炉出钢末期，虽然大多数炼钢厂采用滑板或挡渣塞等挡渣出钢，转炉渣仍不可避免地被钢液携带进钢包，这部分转炉终渣被称之为钢包顶渣。钢包顶渣具有较强的氧化性，渣中Σ(FeO+MnO)％质量分数可达到16％以上，部分钢厂可达22％，在随后的精炼过程中，渣中的氧向钢中扩散，与钢中Als反应产生大量的Al2O3夹杂，尤其是大颗粒Al2O3类夹杂，严重影响钢材表面质量，还可能导致结晶器浸入式水口堵塞，影响浇注顺行。所以对于转炉-RH工艺生产的超低碳钢，在采用挡渣出钢的同时，出钢过程中还需向钢包中加入改质剂来减少钢包渣中的Σ(FeO+MnO)％含量和调整渣成分，降低钢包顶渣的氧化性，改善钢包顶渣吸附夹杂物的能力，这是冶炼纯净钢的重要手段。
常见的超低碳钢包渣改质剂一般采用Ca基或Al基原料，添加Al2O3以及部分CaF2作为助熔剂。
申请公布号为CN101736135A的中国专利文件公开了超低碳钢用钢包顶渣还原改质剂及其使用方法为：35～60％Al、10～35％CaO、15～30％CaCO3，该渣还原性能不错，没有添加助熔剂成分，渣加入后化渣和反应时间较慢，渣粘度大，不能快速成渣。申请公布号为CN102643948A的中国专利文件公开了一种超低碳钢转炉终渣改质剂及其使用方法为30-50％CaCO3、5-10％CaF2、5-8％MgO及盐类＜8％，其余为Al。该渣采用CaCO3基原料，成渣速度快，缺点是CaCO3含量高过程温降大，且为粉状原料，环境污染大。
Al基钢包渣改质剂在还原钢包渣中的FeO和MnO的同时，又能减少对钢液的污染，在后续的精炼生产中，对实现快速精炼和控制钢水含氧量也都有着重要意义，因此，为满足炼钢生产的需要，需要改进Al基钢包渣改质剂的性能。
发明内容
本发明的目的是提供了一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂及其使用方法，主要解决现有超低碳钢用钢包顶渣改质剂的制备工艺复杂、生产成本高、使用过程中容易污染环境的技术问题；本发明采用降低钢包顶渣中Σ(FeO+MnO)％含量，来降低钢包顶渣氧化性，提高钢水洁净度，其加工方便、高效实用、成本低廉、环境友好。
本发明采用的技术方案是：
一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，其组成成分的重量百分比为：Al：18-28％，CaCO3：20-30％，CaO：3-7％，Al2O3：5-10％，CaF2：5-9％，MgO：5-8％，Na2CO3≤6％，其余为不可避免的杂质；钢包顶渣脱氧改质剂各组分的粒径≤1mm。
本发明超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂组份限定在上述范围内的理由如下：
Al：转炉渣具有强氧化性主要是因为渣中含大量的FeO和MnO，不利于后期精炼脱氧。本发明的钢包顶渣脱氧改质剂选用Al作为还原剂和钢包顶渣中的FeO和MnO发生还原反应，生成Al2O3，降低钢包顶渣的氧化性，防止后续精炼过程溶解氧的增高；具体化学反应见公式1和公式2：
3(FeO)+2[Al]＝(Al2O3)+3[Fe] 公式1；
3(MnO)+2[Al]＝(Al2O3)+3[Mn] 公式2。
CaCO3和CaO：在炼钢过程中，CaO为最常用的精炼渣料之一，能够脱硫、吸收夹杂物、防止钢水二次氧化等。由于钙、铝脱氧能力强，钙、铝脱氧形成脱氧产物主要有5个相组成，具体见表1。
表1钙、铝脱氧产物相组成
组成 熔点℃
3CaO·Al2O3 1535
12CaO·7Al2O3 1455
CaO·Al2O3 1605
CaO·2Al2O3 1750
CaO·6Al2O3 1850
铝酸钙中CaO/Al2O3比值随着加铝量的增大而减小，铝酸钙的颗粒尺寸也随着CaO/Al2O3比值减小而减小。因为3CaO·Al2O3和12CaO·7Al2O3等含Al2O3低的铝酸钙，他们的熔点较低，在钢液中呈液态，有条件进一步聚集长大上浮，而CaO·6Al2O3等在钢液中呈固态。
因此，需要调整合适的CaO/Al2O3，促使其反应生成低熔点的3CaO·Al2O3或12CaO·7Al2O3。具体化学反应见公式3-5：
(CaCO3)＝(CaO)+CO2↑ 公式3；
12(CaO)+7(Al2O3)＝(12CaO·7Al2O3) 公式4；
3(CaO)+(Al2O3)＝(3CaO·Al2O3) 公式5。
精炼渣中配入一定量的CaCO3，在钢水中发生分解反应会产生大量的CO2气体，大大增加反应界面接触面积。但CaCO3分解反应会增大钢水过程温降，不能完全用CaCO3替代CaO。因此，精炼渣中CaCO3和CaO配入比例分别为20-30％，3-7％。
Al2O3：改质剂的渣料中存在Al2O3和CaO，纯CaO的熔点较高为2580℃，配入一定量的Al2O3能够改善CaO的熔化性能和熔渣流动性。同时为调整CaO/Al2O3比例，本发明中，Al2O3加入含量配比在5-10％。
CaF2：CaF2中F-具有破坏熔渣的链状结构，促进熔渣熔化的能力。CaF2与CaO作用形成熔点1362℃的共晶体，可促进石灰的熔化；同时萤石能显著降低2CaO·SiO2的熔点，使炉渣在高碱度下具有较低的熔化温度。本发明中，CaF2配入比例为5-9％。
MgO和Na2CO3：加入适量的MgO和Na2CO3，不仅可以增加反应接触面积，还能保护包衬，降低炉渣粘度。本发明中MgO和Na2CO3配比分别为5-8％和小于等于6％。
上述超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的制备方法，该方法包括：
1)配料，按配比称量电解铝边料、石灰石、生石灰、铝灰、萤石、废镁碳砖和纯碱，混匀后得到混匀料，混匀料组分的重量百分比为：电解铝边料20-27％，石灰石23-30％，生石灰3-7％，铝灰7-14％，萤石6-9％，废镁碳砖5-10％，纯碱≤6％。
2)将混匀料磨细，控制混匀料的粒径≤1mm；
3)通过压球机将步骤2)中磨细后的混匀料压制成直径5-10mm的复合球，得到成品。
本发明原料包括电解铝边料、石灰石、生石灰、铝灰、萤石、废镁碳砖和纯碱，原料组分(重量百分比)要求如下：电解铝边料：Al≥95％；石灰石：CaCO385.7～98.6％、SiO20.07～1.0％、MgO 1.0～3.0％；生石灰：CaO≥95％；铝灰：A12O360～70％、SiO25～7％、CaO 3～6％、Fe2O31～3％、A110～13％；萤石：CaF288～92％、SiO23～6％；废镁碳砖：MgO 85～95％、SiO21～2％，CaO 1～5％，Al2O31～3％，Fe2O31～3％；纯碱：Na2CO3≥92％。
本发明方法中要求各原料粒度≤1mm；为了改善钢包顶渣脱氧改质剂的铺展性和熔化性，钢包顶渣脱氧改质剂粒度应尽可能的小,但粉状的改质剂会对环境造成污染，因此，本发明的改质剂将所有原料混合均匀后，通过压球机压成直径5-10mm的复合球。
上述超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的使用方法为：该方法包括：转炉出钢结束后立即在钢包内的钢水表面加入所述的钢包顶渣脱氧改质剂，钢包顶渣脱氧改质剂的加入量为钢包顶渣质量的50-60％，同时对钢包底吹氩气进行钢水弱搅拌，增大反应接触面积，以确保脱氧改质剂能够快速铺展、熔化；钢包顶渣脱氧改质剂加入后，盖好钢包盖，减少过程温降。
进一步，钢包顶渣脱氧改质剂用量与携带入钢包的渣样及渣中Σ(FeO+MnO)％含量有关，钢包内的钢水表面加入脱氧改质剂为0.5-1Kg/t钢效果为佳。
本发明的Al和CaCO3基的超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂具有优良的还原性和快速成渣的特点，确保改质剂良好的还原性能得以发挥，从而大幅度降低了顶渣的氧化性；特别地原料中Al在钢水内反应放热，可减少钢水过程温降，在RH工序不需要另外添加Al烧氧升温，减少后续形成Al2O3夹杂的量，提高钢水洁净度。
本发明的超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂适用于超低碳钢尤其适用于洁净度要求高的超低碳钢的钢包顶渣改质，改质剂通过热压成球状，对环境无不良影响，在炼钢生产中有推广应用价值。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明的改质剂能够快速与钢包顶渣反应，能够3分钟内完成钢包顶渣化渣；2、钢包顶渣改质后，能够大大改善目前钢包渣结壳严重的现象；3、改质后的钢包顶渣中Σ(FeO+MnO)％含量小于5％，最优达到2％；4、本发明的改质剂使用过程中无明显增碳、渣量小；5、使用本发明的改质剂能够进一步降低转炉出钢到连铸浇铸过程温降。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，其组成成分的重量百分比为：Al：18-28％，CaCO3：20-30％，CaO：3-7％，Al2O3：5-10％，CaF2：5-9％，MgO：5-8％，Na2CO3≤6％，其余为不可避免的杂质；
表2为本发明实施例超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的组分(按重量百分比计)，余量为不可避免的杂质。
表2本发明实施例钢包顶渣脱氧改质剂的组分，单位：重量百分比。
分类 Al CaCO3 CaO Al2O3 CaF2 MgO Na2CO3 熔点/℃
本发明 18-28 20-30 3-7 5-10 5-9 5-8 ≤6
实施例1 26.3 28.5 6.4 8.9 8.8 8 5.7 1550
实施例2 26.6 29.3 6.1 8.9 8.7 7.1 5.0 1521
实施例3 26 28.5 6.6 9.0 8.8 7.5 5.4 1539
实施例4 26.3 29.1 5.9 9.1 8.9 7.6 5.5 1546
上述超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的制备方法，该方法包括：
1)配料，按配比称量电解铝边料、石灰石、生石灰、铝灰、萤石、废镁碳砖和纯碱，混匀后得到混匀料，混匀料组分的重量百分比为：电解铝边料20-27％，石灰石23-30％，生石灰3-7％，铝灰7-14％，萤石6-9％，废镁碳砖5-10％，纯碱≤6％；
2)将混匀料磨细，控制混匀料的粒径≤1mm；
3)通过压球机将步骤2)中磨细后的混匀料压制成直径5-10mm的复合球，得到成品。
表3为本发明实施例钢包顶渣脱氧改质剂的原料配比(按重量百分比计)。
表3本发明实施例的原料配比，单位：重量百分比。
组分 电解铝边料 石灰石 生石灰 铝灰 萤石 废镁碳砖 纯碱
本发明 20-27 23-30 3-7 7-14 6-9 5-10 ≤6
实施例1 26.4 28.9 6.6 13.7 8.6 9.8 6.0
实施例2 26.9 29.7 6.3 13.8 8.5 9.5 5.3
实施例3 26.1 28.7 7.0 13.9 8.7 9.7 5.9
实施例4 26.4 29.3 5.9 14 9 9.8 5.6
实施例1，转炉冶炼结束后，采用滑板挡渣出钢。出钢量为255吨，出钢温度1672℃，开启钢包底吹氩，在钢包底部铺满钢水后开始加入脱硫石灰600Kg，钢包内钢水的化学成分见表4，钢包顶渣的组成见表5；在出钢测温取样后，迅速在钢包内渣面加入本发明的改质剂对钢包顶渣进行脱氧、改质，且投入量为总渣量的50％，即投入159Kg，由人工投入钢包顶渣改质剂，不再加入覆盖剂，之后至RH工位进行精炼处理，在RH出站时测试加入改质剂后渣中Σ(FeO+MnO)％含量。可以看出，改质剂加入钢包后，迅速在渣面铺展开来，2.1min内熔渣及熔化完成，渣中SiO2：4.34％，Al2O3：45.32％，CaO：38.66％，MgO：4.96％，MnO：1.07％，FeO：0.81％，渣中的Σ(FeO+MnO)％含量为1.88％，转炉出钢到中包浇铸过程平均温降88℃，中包全氧17ppm。
实施例2，转炉冶炼结束后，采用滑板挡渣出钢。出钢量273吨，出钢温度1672℃，开启钢包底吹氩，在钢包底部铺满钢水后开始加入脱硫石灰600Kg，钢包内钢水的化学成分见表4，钢包顶渣的组成见表5；在出钢测温取样后，迅速在钢包内渣面加入本发明的改质剂对钢包顶渣进行脱氧、改质，且投入量为总渣量的54％，即投入210Kg，由人工投入钢包顶渣改质剂，不再加入覆盖剂，之后至RH工位进行精炼处理，在RH出站时测试加入改质剂后渣中Σ(FeO+MnO)％含量。可以看出，改质剂加入钢包后，迅速在渣面铺展开来，2.8min内熔渣及熔化完成，渣中SiO2：4.13％，Al2O3：44.98％，CaO：37.76％，MgO：4.87％，MnO：1.14％，FeO：0.99％，渣中的Σ(FeO+MnO)％含量为2.13％，转炉出钢到中包浇铸过程平均温降89℃，中包全氧15ppm。
实施例3，转炉冶炼结束后，采用滑板挡渣出钢。出钢量263吨，出钢温度1667℃，开启钢包底吹氩，在钢包底部铺满钢水后开始加入脱硫石灰600Kg，钢包内钢水的化学成分见表4，钢包顶渣的组成见表5；在出钢测温取样后，迅速在钢包内渣面加入本发明的改质剂对钢包顶渣进行脱氧、改质，且投入量为总渣量的53％，即投入215Kg，由人工投入钢包顶渣改质剂，不再加入覆盖剂，之后至RH工位进行精炼处理，在RH出站时测试加入改质剂后渣中的Σ(FeO+MnO)％含量。可以看出，改质剂加入钢包后，迅速在渣面铺展开来，2.5min内熔渣及熔化完成，渣中SiO2：4.20％，Al2O3：44.17％，CaO：38.64％，MgO：4.87％，MnO：1.09％，FeO：1.27％，渣中的Σ(FeO+MnO)％含量为2.36％，转炉出钢到中包浇铸过程平均温降86℃，中包全氧16ppm。
实施例4，转炉冶炼结束后，采用滑板挡渣出钢。出钢量269吨，出钢温度1674℃，开启钢包底吹氩，在钢包底部铺满钢水后开始加入脱硫石灰600Kg，钢包内钢水的化学成分见表4，钢包顶渣的组成见表5；在出钢测温取样后，迅速在钢包内渣面加入本发明的改质剂对钢包顶渣进行脱氧、改质，且投入量为总渣量的57％，即投入121Kg，由人工投入钢包顶渣改质剂，不再加入覆盖剂，之后至RH工位进行精炼处理，在RH出站时测试加入改质剂后渣中的Σ(FeO+MnO)％含量。可以看出，改质剂加入钢包后，迅速在渣面铺展开来，1.8min内熔渣及熔化完成，渣中SiO2：4.84％，Al2O3：45.49％，CaO：39.32％，MgO：4.62％，MnO：1.45％，FeO：0.88％，渣中的Σ(FeO+MnO)％含量为2.33％，转炉出钢到中包浇铸过程平均温降83℃，中包全氧13ppm。
表4为本发明实施例钢包内钢水的化学成分(按重量百分比计)，余量为铁及不可避免杂质。
表4本发明实施例钢包内钢水的化学成分，单位：单位：重量百分比。
元素 C Si Mn P S Als O
实施例1 0.0013 0.0069 0.1361 0.010 0.0073 0.0344 0.0017
实施例2 0.002 0.0065 0.1317 0.0097 0.0061 0.0297 0.0015
实施例3 0.0012 0.0061 0.142 0.0121 0.0067 0.0343 0.0016
实施例4 0.0017 0.0106 0.1509 0.0114 0.0097 0.0344 0.0013
表5为本发明实施例改质前钢包顶渣组成(按重量百分比计)，余量为不可避免杂质。
表5本发明实施例改质前钢包顶渣组成，单位：重量百分比。
组分 CaO SiO2 Al2O3 FeO MnO TFe
实施例1 38.53 11.10 0.89 20.36 3.06 25.66
实施例2 38.43 11.70 0.73 20.49 3.40 25.02
实施例3 38.11 12.67 1.07 19.99 3.63 23.15
实施例4 38.21 12.34 0.85 20.66 3.33 23.82
本发明改质剂应用于超低碳钢精炼过程，能够明显改善钢包渣结壳问题，改善钢水流动性，降低钢包顶渣中Σ(FeO+MnO)％含量，减少钢水过程温降，提高钢水洁净度，对环境污染小。

Claims (6)

1.一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，其特征是，组成成分的重量百分比为：Al：18-28％，CaCO3：20-30％，CaO：3-7％，Al2O3：5-10％，CaF2：5-9％，MgO：5-8％，Na2CO3≤6％，其余为不可避免的杂质；钢包顶渣脱氧改质剂各组分的粒径≤1mm。
2.如权利要求1所述的一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，其特征是，所述的改质剂由电解铝边料、石灰石、生石灰、铝灰、萤石、废镁碳砖和纯碱这些原料按权利要求1成分配制。
3.如权利要求2所述的一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，其特征是，所述原料其组成成分的重量百分比为：电解铝边料：Al≥95％；石灰石：CaCO3 85.7～98.6％、SiO2 0.07～1.0％、MgO 1.0～3.0％；生石灰：CaO≥95％；铝灰：A12O3 60～70％、SiO2 5～7％、CaO 3～6％、Fe2O3 1～3％、A1 10～13％；萤石：CaF2 88～92％、SiO2 3～6％；废镁碳砖：MgO 85～95％、SiO2 1～2％，CaO 1～5％，Al2O3 1～3％，Fe2O3 1～3％；纯碱：Na2CO3≥92％。
4.一种制备权利要求1所述的超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的方法，该方法包括：
1)配料，按配比称量电解铝边料、石灰石、生石灰、铝灰、萤石、废镁碳砖和纯碱，混匀后得到混匀料，混匀料组分的重量百分比为：电解铝边料20-27％，石灰石23-30％，生石灰3-7％，铝灰7-14％，萤石6-9％，废镁碳砖5-10％，纯碱≤6％；
2)将混匀料磨细，控制混匀料的粒径≤1mm；
3)通过压球机将步骤2)中磨细后的混匀料压制成直径5-10mm的复合球，得到成品。
5.一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的使用方法，其特征是，该方法包括：转炉出钢结束后立即在钢包内的钢水表面加入权利要求1所述的超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂，所述的钢包顶渣脱氧改质剂的加入量为钢包顶渣质量的50-60％，同时对钢包底吹氩气进行钢水弱搅拌；钢包顶渣脱氧改质剂加入后，盖好钢包盖。
6.如权利要求5所述的一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂的使用方法，其特征是，在钢包内的钢水表面加入所述的钢包顶渣脱氧改质剂0.5-1Kg/t钢。
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