CN114075619B - 一种无氟CaO-SiO2系精炼渣在炼钢工艺中的造渣方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无氟CaO‑SiO2系精炼渣在炼钢工艺中的造渣方法，具有以下步骤：(1)、以石灰和工业碳酸钠作为造渣原料；(2)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为100～250kg，控制炉渣成分为CaO：36％～44％，SiO2：37％～44％，炉渣碱度控制在0.8～1.2；(3)、转炉出钢结束之后加入200～700kg工业碳酸钠，碳酸钠加入过程中同时补加0kg～400kg石灰，控制炉渣成分为CaO：27％～51％，SiO2：25％～32％，Na2O：8％～31％，炉渣碱度控制在1.1～1.6。本发明采用的工业碱作为造渣原料，其成分、价格均相对稳定，使用过程中不会对环境造成污染，对人体健康无害，可替代常规含氟化物的CaO‑SiO2渣系，有效地解决含氟化物渣系污染环境、危害人体健康、矿石资源不稳定的问题。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢工艺技术领域，尤其是一种应用于硅脱氧钢生产的无氟 CaO-SiO2系精炼渣在炼钢工艺中的造渣方法。
背景技术
在硅脱氧钢生产过程中，精炼渣通常采用CaO-SiO2渣系，为了获得流动性良好的高碱度炉渣，提高炉渣脱硫能力，通常需要加入一定量的助熔剂。
当前，国内外多数钢厂均采用萤石等含氟物质作为助熔剂，在炼钢温度下萤石中的氟化钙会发生分解，造成环境污染并且危害人体健康。同时，随着萤石资源日益枯竭，萤石品位难以保证，导致助熔效果难以保证。
现有技术中，无氟化渣剂的主原料包括连铸铸余渣尾渣15％～30％、钒铁冶炼刚玉渣50％～65％、工业碳酸钠5％～15％、金属铝粒3％～8％，其造渣方法主要包括干混拌料、湿混拌料、冷压成型、初次筛分、自然干燥、烘烤干燥及最终筛选，所造之渣可作为炼钢工艺中天然萤石的替代品，其熔点低、融化速度快、辅助化渣效果好，可有效解决萤石侵蚀耐材、污染环境的问题。但是，该造渣方法存在有以下不足：其一是作为主原料的钒铁冶炼刚玉渣具有地域或资源限制；其二所制备的化渣剂并不适用于CaO-SiO2渣系。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种可实现快速化渣和高效脱硫的无氟CaO-SiO2系精炼渣在炼钢工艺中的造渣方法，以替代常规含氟化物的CaO-SiO2渣系，有效地解决含氟化物渣系污染环境、危害人体健康、矿石资源不稳定的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无氟CaO-SiO2系精炼渣在炼钢工艺中的造渣方法，具有以下步骤：
(1)、准备石灰和工业碳酸钠作为精炼造渣的原料；
(2)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为100～250kg，控制炉渣成分为CaO：36％～44％，SiO2：37％～44％，炉渣碱度控制在0.8～1.2；
(3)、转炉出钢结束之后加入200～700kg工业碳酸钠，碳酸钠加入过程中同时补加0kg～400kg石灰，控制炉渣成分为CaO：27％～51％，SiO2：25％～32％， Na2O：8％～31％，炉渣碱度控制在1.1～1.6。
具体说，步骤(1)中石灰的组分百分比为：CaO：85％～97％，P≤0.03％，S ≤0.15％，其余为杂质；工业碳酸钠的组分百分比为Na2CO3≥98％，水分≤0.5％，其余为杂质。
优选地，步骤(3)中加入的工业碳酸钠每袋重8～15kg。
本发明的有益效果是：本发明采用的造渣原料工业碱属于化工产品，其成分、价格均相对稳定，使用过程中不会对环境造成污染，对人体健康无害；而传统的含氟化物渣系通常采用的造渣材料萤石属于矿石，随着萤石资源日益枯竭，萤石品位难以保证，导致萤石助熔化渣及脱硫能力无法保证。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为利用FactSage软件相图模块计算的Na2O-SiO2-CaO-MgO(5％)相图。
图2为不同炉渣成分下液相组成中CaO的活度示意图。
具体实施方式
实施例1
(1)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为200kg。
(2)、转炉出钢结束之后加入250kg工业碳酸钠，每袋碳酸钠重10kg，同时加入200kg石灰。
按照上述造渣工艺，转炉出钢结束之后，碳酸钠加入之前取渣样，检测其炉渣成分为：CaO：39.75％，SiO2：45.16％，MgO：4.59％，Al2O3：5.02％，FeO： 2.19％，MnO：2.40％，TiO2：0.85％，P2O5：0.02％，S：0.02％，炉渣碱度为0.88。
精炼到站不加渣料，通电化渣之后取渣样，检测其炉渣成分为CaO：44.96％，SiO2：29.38％，Na2O：9.83％，MgO：7.55％，Al2O3：4.27％，FeO：1.59％，MnO： 1.20％，TiO2：0.56％，P2O5：0.02％，S：0.64％，炉渣碱度为1.53。
转炉终点钢水硫含量为0.023％，精炼终点钢水硫含量0.014％，脱硫率 39.13％。
实施例2
(1)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为250kg。
(2)、转炉出钢结束之后加入250kg工业碳酸钠，每袋碳酸钠重10kg，同时加入100kg石灰。
按照上述造渣工艺，转炉出钢结束之后，碳酸钠加入之前取渣样，检测其炉渣成分为：CaO：46.48％，SiO2：39.38％，MgO：3.42％，Al2O3：3.95％，FeO： 3.02％，MnO：2.73％，TiO2：0.96％，P2O5：0.03％，S：0.02％，炉渣碱度为1.18。
精炼到站不加渣料，通电化渣之后取渣样，检测其炉渣成分为CaO：43.47％，SiO2：30.18％，Na2O：11.03％，MgO：7.24％，Al2O3：4.12％，FeO：1.75％，MnO： 1.28％，TiO2：0.51％，P2O5：0.02％，S：0.40％，炉渣碱度为1.44。
转炉终点钢水硫含量为0.016％，精炼终点钢水硫含量0.011％，脱硫率 31.25％。
实施例3
(1)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为150kg。
(2)、转炉出钢结束之后以小袋加入500kg工业碳酸钠，每袋碳酸钠重10kg，同时加入100kg石灰。
按照上述造渣工艺，转炉出钢之后，碳酸钠加入之前取渣样，检测其炉渣成分为：CaO：38.38％，SiO2：46.80％，MgO：4.81％，Al2O3：4.45％，FeO：2.16％， MnO：2.47％，TiO2：0.89％，P2O5：0.02％，S：0.02％，炉渣碱度为0.82。
精炼到站不加渣料，通电化渣之后取渣样，检测其炉渣成分为CaO：38.19％，SiO2：28.94％，Na2O：17.17％，MgO：7.91％，Al2O3：3.33％，FeO：1.59％，MnO： 1.19％，TiO2：0.80％，P2O5：0.02％，S：0.86％，炉渣碱度为1.32。
转炉终点钢水硫含量为0.027％，精炼终点硫含量0.015％，脱硫率44.44％。
对比例1
(1)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为200kg。
(2)、转炉出钢结束之后、精炼到站之前不再加任何渣料。
(3)、精炼到站加入工业碳酸钠250kg，每袋重10kg，同时加入200kg石灰。
按照上述造渣工艺，转炉出钢之后，碳酸钠加入之前取渣样，检测其炉渣成分为：CaO：43.63％，SiO2：41.54％，MgO：5.68％，Al2O3：3.78％，FeO：1.27％， MnO：2.71％，TiO2：1.34％，P2O5：0.03％，S：0.02％，炉渣碱度为1.05。
碳酸钠加入之后，通电化渣取渣样，检测其炉渣成分为CaO：45.73％，SiO2：32.98％，Na2O：5.47％，MgO：8.08％，Al2O3：3.41％，FeO：1.16％，MnO：1.88％，TiO2：1.11％，P2O5：0.02％，S：0.16％，炉渣碱度为1.39。
转炉终点钢水硫含量为0.018％，精炼终点钢水硫含量0.015％，脱硫率 16.67％。
对比例2
(1)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为400kg。
(2)、转炉出钢结束加入工业碳酸钠250kg，每袋重10kg。
按照上述造渣工艺，转炉出钢结束之后，碳酸钠加入之前取渣样，检测其炉渣成分为：CaO：51.95％，SiO2：34.72％，MgO：5.01％，Al2O3：4.57％，FeO： 1.76％，MnO：2.11％，TiO2：0.73％，S：0.03％，P2O5：0.02％，炉渣碱度为1.47。
精炼到站不加渣料，通电化渣之后取渣样，检测其炉渣成分为CaO：45.25％，SiO2：34.54％，Na2O：4.83％，MgO：6.88％，Al2O3：4.69％，FeO：1.37％，MnO： 1.58％，TiO2：0.53％，P2O5：0.02％，S：0.32％，炉渣碱度为1.31。
转炉终点钢水硫含量为0.025％，精炼终点钢水硫含量0.021％，脱硫率 16.00％。
对比例3
(1)、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为200kg。
(2)、转炉出钢结束之后加入250kg工业碳酸钠(每袋50kg)，同时加入200kg 石灰。
按照上述造渣工艺，转炉出钢结束之后，碳酸钠加入之前取渣样，检测其炉渣成分为：CaO：42.20％，SiO2：41.37％，MgO：5.74％，Al2O3：5.09％，FeO： 2.39％，MnO：2.30％，TiO2：0.87％，P2O5：0.02％，S：0.02％，炉渣碱度为1.02。
精炼到站不加渣料，通电化渣之后取渣样，检测其炉渣成分为CaO：46.58％，SiO2：32.80％，Na2O：4.60％，MgO：6.57％，Al2O3：5.15％，FeO：1.59％，MnO： 1.69％，TiO2：0.76％，P2O5：0.02％，S：0.24％，炉渣碱度为1.42。
转炉终点钢水硫含量为0.016％，精炼第一样钢水硫含量0.013％，脱硫率18.75％。
图1所示为利用FactSage软件相图模块计算的Na2O-SiO2-CaO-MgO(5％)相图，计算采用FToxid数据库，固定MgO含量(MgO/(Na2O+SiO2+CaO+MgO))为 5％，计算温度设定为1600℃，压强为1atm。
图2进一步计算了不同炉渣成分下液相组成中CaO的活度。不同炉渣成分在Na2O-SiO2-CaO-MgO(5％)相图中的位置见图2中1～7号半实心点，对应CaO活度见表1所示。
表1对应图2中不同位置液相中的CaO活度
结合图1、2及表1可知，1、2号位置对应炉渣成分处于Liq区(即液相区)，靠近Ca2SiO4饱和析出线，其CaO活度分别为5.21×10-3、9.84×10-3；3号位置对应炉渣成分处于Liq+Ca2SiO4区，其液相中的CaO活度为8.36×10-3；4、5号位置对应炉渣成分处于Liq+MgO区，靠近CaO饱和析出线，其液相中的CaO活度分别为1.50×10-1、1.51×10-1；6、7号对应炉渣成分处于Liq区，靠近CaO 饱和析出线，其CaO活度分别为1.51×10-1、1.52×10-1。
综上，1、2号位置所对应炉渣成分，其CaO活度小，脱硫能力差；3号位置所对应炉渣成分，其液相中的CaO活度小，且Ca2SiO4相粘度大，炉渣流动性差，炉渣脱硫能力差；4～7号位置所对应炉渣成分，其CaO活度大，炉渣流动性好，脱硫能力强，是良好的精炼造渣位置。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (1)
1.一种无氟CaO-SiO2系精炼渣在炼钢工艺中的造渣方法，其特征是：具有以下步骤：
（1）、准备石灰和工业碳酸钠作为精炼造渣的原料；石灰的组分百分比为：CaO：85%～97%，P≤0.03%，S≤0.15%，其余为杂质；工业碳酸钠的组分百分比为Na2CO3≥98%，水分≤0.5%，其余为杂质；
（2）、转炉出钢过程中加入合金、脱氧剂、增碳剂以及石灰，石灰加入量为100～250kg，控制炉渣成分为CaO：36%～44%，SiO2：37%～44%，炉渣碱度控制在0.8～1.2；
（3）、转炉出钢结束之后加入200～700kg工业碳酸钠，加入的工业碳酸钠每袋重8～15kg，碳酸钠加入过程中同时补加不超过400kg石灰，控制炉渣成分为CaO：27%～51%，SiO2：25%～32%，Na2O：8%～31%，炉渣碱度控制在1.1～1.6，精炼到站不加渣料。
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