CN112048592A - 一种精炼白渣配加合成渣及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精炼白渣配加合成渣，包括如下重量的原料组成：精炼白渣700‑900公斤、铝粒100‑130公斤、白灰200‑300公斤。还公开了其使用方法，使用时，将炼渣加到到钢包内，然后加入铝粒，再加入白灰，移到转炉下。本发明的目的是提供一种精炼白渣配加合成渣及其使用方法，通过对铸机浇铸结束后的剩余白渣配加铝粒和白灰使之成为可以降低成本，提高出钢质量的合成渣原料。本发明取代了传统精炼炉就位、喂铝线脱氧、前期造渣等工序，解决了现有遗弃剩余白渣造成的资源浪费问题，解决了废渣污染问题。

Description

一种精炼白渣配加合成渣及其使用方法

技术领域

本发明涉及精炼白渣配加合成渣在转炉出钢过程中使钢液与合成渣充分接触得到渣洗，尤其涉及一种精炼白渣配加合成渣及其使用方法。

背景技术

目前,电弧炉、转炉炼钢普遍采用钢包精炼技术,将炼钢过程中脱氧、脱硫、降低气体、减少夹杂物、调整钢的成分和温度等全部或部分转移到钢包炉中完成,以求获得洁净钢并取得高产、优质、低成本的良好效果。在钢包精炼过程中,精炼渣的选择至关重要,现在国内大多钢厂通常采用活性石灰、高铝熟料和萤石等组成的固体合成渣。该渣综合脱硫率一般在70％左右,每吨钢消耗渣料8～10kg,这种传统合成渣可满足一般炼钢生产的需要。但是,随着新品种洁净钢生产的需要对精炼渣的要求越来越高,传统的合成渣由于功能单一、熔点高、脱硫率低和性能不稳定等,远不能满足钢包精炼炉对渣的要求。例如在实际生产领域，长期以来,天津钢管公司LF所使用的合成渣存在熔点高、成渣时间长、流动性和均匀性较差以及脱硫效果不理想等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种精炼白渣配加合成渣及其使用方法，通过对铸机浇铸结束后的剩余白渣配加铝粒和白灰使之成为可以降低成本，提高出钢质量的合成渣原料。本发明取代了传统精炼炉就位、喂铝线脱氧、前期造渣等工序，解决了现有遗弃剩余白渣造成的资源浪费问题，解决了废渣污染问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种精炼白渣配加合成渣，包括如下重量的原料组成：精炼白渣700-900 公斤、铝粒100-130公斤、白灰200-300公斤。

进一步的，包括如下质量百分比的成分：CaO 50％-55％、Al₂O₃40％-45％、SiO₂4％-18％，FeO<0.7％。

进一步的，ω(CaO)/ω(Al₂O₃)＝1.0-1.15。

进一步的，所述精炼白渣为前返精炼白渣。

一种精炼白渣配加合成渣的使用方法，包括如下步骤，将炼渣加到到钢包内，然后加入铝粒，再加入白灰，移到转炉下

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

(1)通过转炉出钢过程中合成渣的上浮，在降低钢水中O₂、N₂含量的同时，减少钢中夹杂物，提高了钢水洁净度，解决了钢水质量问题。

(2)可以通过配加该合成渣可有效控制钢水中的化学成分，减少非计划钢种产生的概率，提高有效生产率。

(3)取代了传统精炼炉就位、喂铝线脱氧、前期造渣等内容，节约了生产成本，提高了工作效率。

(4)通过将废弃的精炼白渣配加为合成渣，使之成为下一生产阶段的原料，降低了工作强度，减少了工作噪音、烟尘污染等环境问题。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明精炼白渣配加合成渣使用前后的钢水温度变化曲线。

具体实施方式

(1)现有技术分析阐述

钢管公司制钢部沿用精炼传统的制渣工艺及流程：

转炉——精炼——VD炉——铸机

铸机浇铸结束之后，剩余的渣子部分用在普碳钢顶渣上，我们称之为“返渣”。(其余的渣子倾倒。)经过修罐，再次给转炉做罐出钢。

经过多批次、多炉次化验，得知制钢部精炼白渣成分主要为：

CaO

SiO<sub>2</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

MgO

FeO

MnO

R

45-55

12-18

10-15

4-9

<0.7

<0.3

2.5-3.0

常用的合成渣系是CaO-Al₂O₃碱性渣系。化学成分为：

CaO	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	FeO	MgO
					50-55	6.5	40-45	<1	4.0

在CaO-Al₂O₃合成渣系中，CaO是合成渣中用来达到冶金反应目的的主要化合物。其他化合物是为了调整成分，降低融点而加入的。

通过比较，本发明发现制钢部精炼渣除了Al₂O₃低，其他成分相近。通过把精炼渣前返到钢包中，即加入一定数量的铝粒(一般为100-130公斤)配加成合成渣，使之具有CaO-Al₂O₃碱性渣系的特征。其中，化学成分SiO₂是一种很好的液化剂。前期出钢过程中适量多加一定数量的CaO(通常为200-300公斤) 对脱硫有很好的效果。

本发明通过前返精炼渣700-900公斤到钢包内，同时根据钢种加入铝粒 100-130公斤，加入白灰200-300公斤，移到转炉下。在出钢过程中，钢液流冲击合成渣，充分搅拌，使钢液与合成渣充分接触得到渣洗，为钢水渣洗脱氧、脱硫、夹杂物改性。渣洗产物吸附钢中的脱氧、脱硫产物和后续精炼LF炉创造比较有利的条件。经过多批次、多炉次实验，降低了钢中的氧、硫和非金属夹杂物的含量，可以把ω[O]降至0.002％、ω[S]降至0.005％，部分改变夹杂物形态，防止钢水吸气，减少了钢水的温度丧失，形成泡沫渣，达到埋弧加热等精炼作用。取代了传统精炼炉就位、喂铝线脱氧、前期造渣等内容，节约了生产成本，提高了工作效率。

(2)精炼白渣配加合成渣物理化学性能

为了达到精炼钢液的目的，合成渣必须具有较高的碱度、高还原性、低熔点和良好的流动性；此外要具有合适的密度、扩散系数、表面张力和导电性等。

2.1成分

本发明的合成渣系主要是CaO-Al₂O₃碱性渣系，化学成分大致为：50％-55％ CaO(此为加200-300kg白灰后的含量)、40％-45％Al₂O₃(注：此为加100-130kg 铝粒后的含量)、12％-18％SiO₂，<0.7％FeO。由此可知，CaO-Al₂O₃合成渣中，ω(CaO)很高，(CaO)是合成渣中用于达到冶金反应目的的化合物，其他化合物多是为了调整成分，降低熔点而加入。ω(FeO)较低，因此对钢液的脱氧、脱硫有利。

2.2熔点

此合成渣是精炼渣配加铝粒、白灰所形成的。通过测温所得1500℃-1530℃。当ω(CaO)/ω(Al₂O₃)＝1.0-1.15时，渣的精炼能力最好。

2.3流动性

此合成渣是精炼白渣配加铝粒、白灰所形成的，具有很好的流动性，可以减少乳化渣滴的平均直径，从而增大渣钢接触界面。

2.4表面张力

表面张力也是影响渣洗效果的一个较为重要的参数。在渣洗过程中，虽然直接起作用的是钢-渣之间的界面张力和渣与夹杂之间的界面张力(如钢渣间的界面张力决定了乳化渣滴的直径和渣滴上浮的速度，而渣与夹杂间的界面张力的大小影响着悬浮于钢液中的渣滴吸附和同化非金属夹杂的能力)，但是界面张力的大小是与每一相的表面张力直接有关的。渣中常见氧化物的表面张力见表 2-1。

表2-1渣中常见氧化物的表面张力

由实验测定，表面张力取决于钢和渣的成分和温度，并且温度影响强于成分。

2.5还原性

精炼白渣配加合成渣具有高碱度，低氧化性。

(3)使用精炼白渣配加合成渣的实际效果

3.1精炼白渣配加合成渣对炉渣性质的改变

在钢包精炼中，钢液的脱硫、脱氧反应主要依靠钢渣间的相互作用，与炉渣的性质有很大的关系，尤其是炉渣的碱度、氧化性等。精炼白渣配加合成渣对脱氧、脱硫过程影响大，提高了渣子的碱度、降低了炉渣的氧化性，可以大大提高脱氧、脱硫的速度。

表3-1冶炼20#钢种使用精炼渣配加合成渣对比

由表3-1我们可以看出，未使用时，就位硫磺下降很少，渣中还原性不强，碱性较低。使用后，碱度升高，还原性加强，硫磺大幅下降，大大提高了脱氧、脱硫效率。

3.2精炼白渣配加合成渣对加热效率的影响

除了省略就位喂铝线、脱氧的平均温降15℃左右，省略精炼炉前期加渣料、化渣、造渣等工序，节省了渣料熔化带来的热量损失，平均节省5min加热时间。使用精炼白渣配加合成渣加热时容易时炉渣微泡沫化。真正的实现埋弧加热，提高了加热效率，降低了电极消耗。

由图1可以看出，未使用的炉次由于前期埋弧效果不好，所以前10min提温较慢；而使用的炉次则提温效果比较平稳；在达到同样的温度是，利用精炼白渣配加合成渣的炉次可以节约4-5min的加热时间

3.3精炼白渣配加合成渣对水口絮流的影响

水口絮流是指在在连铸生产过程中，钢液中的固态颗粒附着在大罐水口、中包上水口或侵入式水口内壁，吸附，扩展，占用钢流通道，造成钢水通过量降低，最终导致断流的现象。

钢管公司制钢部冶炼的大部分为铝镇静钢，所产生Al₂0₃为高熔点氧化物，它不熔于钢液，大部分只能靠精炼渣吸附在渣层中。

表3-2 2月液位波动及絮流数

	未使用(上半月)	使用(下半月)
			2月液位波动及絮流数	5	0

由表3-2可知，使用精炼白渣配加合成渣可以大大降低絮流水口的事故率，减少水口和产量损失，降低事故率，节约成本，增大效益。

3.4精炼白渣配加合成渣对夹杂物的去除

表3-3精炼白渣配加合成渣对夹杂物去除效果

由表3-3可以看出，使用精炼白渣配加合成渣在转炉出钢渣洗过程中，可以在不太大的饱和度下脱氧反应就能进行。脱氧产物比较容易被渣滴同化并随渣滴一起上浮，使残留在钢液内的脱氧产物的数量明显减少。在经过精炼后续处理，纯净度进一步提高，为生产纯净钢提供了保障，使质量优于现有水平。

(4)精炼白渣配加合成渣渣洗精炼作用的基础理论

4.1精炼白渣配加合成渣的乳化和上浮

在钢包内，钢液中已乳化的渣滴随钢流紊乱搅动的同时，不断碰撞、合并、长大和上浮。

用斯托克公式描述渣滴上浮的速度显得过于粗糙。E.B.Koctioiehko提出计算乳化渣滴在平静介质中上浮速度的公式

式中

d——乳化渣滴的直径

ρ_m-ρ_s——钢渣密度差

g——重力加速度

Ψ——介质阻力系数

在保证脱氧和去除夹杂的前提下，适当增大渣滴直径，有利于提高乳化渣滴的上浮速度。

4.2精炼白渣配加合成渣脱氧

由于熔渣中的ω(FeO)远低于钢液中ω[O]平衡的数值，即ω[O]_％>a_FeOL_O，因而钢液中的[O]经过钢-渣界面向熔渣滴内扩散，而不断降低，直到ω[O]_％＝a_FeOL_O的平衡状态。

当还原性的合成渣与未脱氧(或脱氧不充分)的钢液接触时，钢中溶解的氧能通过扩散进入渣中，从而使钢液脱氧。

渣洗时，合成渣在钢液中乳化，使钢渣界面成千倍地增大，同时强烈的搅拌，都使扩散过程显著地加速。

根据氧在钢液与熔渣间的质量平衡关系，即钢液中排出的氧量等于进入熔液的氧量，可得

式中ω[O]_0％，ω(FeO)_0％——分别为钢液的氧及熔渣中的FeO的初始质量百分数；m——渣量，％(钢液质量的百分数)

解以上方程，可得出脱氧所需的合成渣量

式中f_FeO——渣中FeO的活度系数

Lo——氧在钢液与熔渣中的分配系数，

(当(FeO)采用质量1％溶液标准态时)

合成渣脱氧过程速率的限制环节是钢液中[O]的扩散：

式中

——钢液中氧含量的变化速率

β₀——氧在钢液中的传质系数

A——渣钢界面积

V——钢液的体积

a_FeO可用w[O]％的函数式表示

将上式代入式(4-3)中，分离变量后，积分得

式中，

由式(4-4)可计算脱氧t秒后，钢液中的氧含量；也可由欲将钢液中的氧降到要求的水平，求出需要多长的时间。

由上述分析可知，降低熔渣的a_FeO及增大渣量，可提高合成渣的脱氧速率。

4.3精炼白渣配加合成渣夹杂物的去除

渣洗过程中夹杂物的去除，主要靠两方面的作用

1、钢中原有的夹杂物与乳化渣滴破撞，被渣滴吸附、同化而随渣滴上浮排除。渣洗时，乳化了的渣滴与钢液强烈搅拌，这样渣滴与钢中原有的夹杂，特别是大颗粒夹杂接触的机会就急别增加。由于渣与夹杂间的界面张力σ_s-i远小于钢液与夹杂间的界面张力σ_m-i，所以钢中夹杂很容易被与它碰撞的渣滴所吸附。清洗工艺所用的熔渣均是氧化物熔体，而夹杂大都是氧化物，所以披渣吸附的夹杂比较容易溶解于渣滴中，这种溶解过程称为同化。夹杂被渣滴同化而使渣滴长大，加速了渣滴的上浮过程。渣洗精炼时，乳化的渣滴对钢中夹杂物的吸收溶解作用，由于渣滴分布在整个钢液内部而大大加速。

2、促进了脱氧反应产物的排出，使钢中的夹杂数量减少。在出钢渣洗过程中，乳化渣滴表面可作为脱氧反应新相形成的晶核，形成新相所需要的自由能增加不多，所以可以在不太大的过饱和度下脱氧反应就能进行。此时，脱氧产物比较容易被渣滴同化并随渣滴一起上浮，使残留在钢液内的脱氧产物的数量明显减少。这就是渣洗钢液比较纯净的原因。

4.4精炼白渣配加合成渣脱硫

脱硫是合成渣操作的重要目的。如果操作得当，一般可以去除[S]50％-80％。在渣洗过程中，脱硫反应可写成：

[S]+(CaO)＝(CaS)+[O]

钢包精炼渣中，脱硫产物与钢水之间硫的分配系数L_s＝w(S)/w[S]可用式 (4-5)计算得到：

式中C_s——熔渣的硫容量，它是熔渣中w[S]％与脱硫反应中氧分压和硫分压平衡的关系式；

f_s——钢水中硫的活度系数；

a_Al2O3——脱硫产物(包括脱氧产物)中Al₂O₃的活度；

ωAl_s％——脱氧、脱硫后钢水中的酸溶铝百分含量；

T——钢水渣洗温度，K。

渣的成分对硫的分配系数有很大的影响。表4-1为在石灰-氧化铝渣中，游离氧化钙含量对硫分配系数的影响。

有研究指出，当ω(FeO)≤0.5％和ω(CaO)_U为25％-40％时，硫的分配系数最高(120-150)。随着ω(FeO)的增加，硫的分配系数大幅度降低。

表4-1在CaO-Al₂O₃渣中，不同ω(CaO)_U对应的Ls值

在钢包中用合成渣精炼钢液时，渣中ω(SiO2+Al2O3)对Ls有明显的影响(见表4-2)，当ω(SiO₂+Al₂O₃)＝30％-34％，ω(FeO)<0.5％ω(MgO)<12％时，可达到较高的Ls值。

表4-2不同的ω(SiO₂+Al₂O₃)总量时L_s值

注：括号内数字系平均值

对脱氧钢水，脱硫反应为

3(CaO)+2[Al]+3[S]＝(Al₂O₃)+3(CaS)

随着钢中铝含量的增高，硫的分配系数Ls增大。这是因为钢中只有强脱氧物质如铝及钙的存在时，才能保证钢水的充分脱氧，而只有钢水充分脱氧时，才能保证合成渣脱硫的充分进行。加铝量的多少对Ls的影响极大。例如当ω (CaO)＝40％时，ω[Al]＝0.01％，ω(S)/ω[S]＝10，而当ω[Al]＝0.05％，ω(S)/ω[S] ≥60。当ω(CaO)＝50％时，ω[Al]＝0.01％，ω(S)/ω[S]≥60，当ω[Al]＝0.05％时，ω(S)/ω[S]＝600。这个结果表明，渣成分不同，用不同的铝量可以使脱硫有很大的差别，为了达到钢液充分脱硫，需要残余铝量在0.02％以上。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种精炼白渣配加合成渣，其特征在于，包括如下重量的原料组成：精炼白渣700-900公斤、铝粒100-130公斤、白灰200-300公斤。

2.根据权利要求1所述的精炼白渣配加合成渣，其特征在于，包括如下质量百分比的成分：CaO 50％-55％、Al₂O₃40％-45％、SiO₂4％-18％，FeO<0.7％。

3.根据权利要求1或2所述的精炼白渣配加合成渣，其特征在于，ω(CaO)/ω(Al₂O₃)＝1.0-1.15。

4.根据权利要求3所述的精炼白渣配加合成渣，其特征在于，所述精炼白渣为前返精炼白渣。

5.根据权利要求3或4所述的精炼白渣配加合成渣的使用方法，其特征在于，包括如下步骤，将炼渣加到到钢包内，然后加入铝粒，再加入白灰，移到转炉下。

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