CN100398670C

CN100398670C - 钙系复合脱氧剂

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Publication number: CN100398670C
Application number: CNB2006100217216A
Authority: CN
Inventors: 杨堃
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: CN1916190A

Abstract

本发明公开了一种用于钢水脱氧合金化工艺中的钙系复合脱氧剂，包括下述组份按重量配比组成：Ca：30～55%，Si：15～45%，C：12～25%，Fe：≤12%，Al：2～5%，Ba：≤2%。本发明钙系复合脱氧剂中的Ca与Al同时作用能生成具有较小比表面积的低熔点12CaO·7Al₂O₃，其上浮速度快，从而使钢液中夹杂物的量显著减少，解决了连铸水口结瘤的问题；同时，该脱氧剂还具有良好的脱氧效果，能有效提高合金元素的回收率，对硫化物夹杂有良好的改性作用，能改善钢材的加工和机械性能，因而炼钢成本降低，经济效益显著。

Description

钙系复合脱氧剂

技术领域

本发明涉及一种用于钢水脱氧合金化工艺中的脱氧剂，尤其是涉及合金元素回收率高的钙系复合脱氧剂。

背景技术

钢水脱氧合金化工艺是关系到产品质量的重要环节，同时也是炼钢生产中不可缺少的工艺。目前，国内各大钢厂在钢水终脱氧合金化过程中，大多采用铝锰、硅铝钡或硅铝钡钙等材料进行脱氧。这种脱氧及合金化方式不但成本高，且受钢水终点[C]，出钢温度及下渣量的影响，造成钢水中Si、Mn成分波动大，合金元素回收率不稳定。当脱氧剂加入量偏大时，钢水中的酸溶铝将超过一定程度(AlS＞0.006％)，从而导致生成固态的Al₂O₃簇状夹杂物，钢水粘度增大，夹杂物增多且不易上浮排除，最终导致中包水口结瘤，甚至连铸断浇。为降低炼钢生产成本，提高合金元素的回收率，解决连铸水口结瘤问题，经过多年研究成功地开发了钙系复合脱氧剂，从而有效地解决了上述问题，并且在工业化生产中取得了较好的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙系复合脱氧剂，该脱氧剂不但能够降低炼钢生产成本，提高合金元素的回收率，而且还解决了连铸水口结瘤的问题，经济效益显著。

本发明的具体技术方案如下：

钙系复合脱氧剂，其特征在于包括下述组份按重量配比组成：

Ca：30～55％ Si：15～45％ C：12～25％ Fe：≤12％

Al：2～5％ Ba：≤2％

其中，优选范围值为：

Ca：32～52％ Si：20～42％ C：14～22％ Fe：≤12％

Al：2～4％ Ba：≤2％

所述钙系复合脱氧剂的Ca、C由CaC₂配入，Si由Si-Fe配入，Al由铝丸或铝块配入。

本发明所述的钙系复合脱氧剂的制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、Si-Fe合金、铝块或铝丸，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：30～90％ Si-Fe：10～50％ Al：1～10％

所述Si-Fe合金可由SiC、Si-Ca、Si-Ca-Ba物质代替。

所述钙系复合脱氧剂的使用量为：1.0～5.0kg/t·钢。

本发明产品应注意防潮，保质期不宜超过20天，储存现场注意防火。

本发明钙系复合脱氧剂的使用方法为：

在出钢过程加入，当出钢10～15秒后，将袋装的钙系复合脱氧剂从炼钢转炉炉后的辅助溜槽加入或人工投入，并在加铁合金前加完所有脱氧剂。

本发明钙系复合脱氧剂的基本原理如下：

我们已知道，人们通过在硅铝铁脱氧剂内加入Ba元素后，其脱氧能力得到了大幅度上升，作为同族的Ca元素，其脱氧比Ba更有优势，因两者的摩尔质量比为：Ca∶Ba＝1∶3.426

即脱除一定量的氧，若需要1kg的Ca，则Ba需要3.24kg。而Ca在钢液中的溶解度很小，1600℃时为0.032％，在固体钢中几乎不溶解；同时Ca的蒸汽压力非常大，在1600℃时为1.98个大气压。因此，仅用单一的Ca作为脱氧剂消耗太大，在经济上不合理，为了提高Ca的脱氧效率，需要提高Ca在钢水中的溶解度，通过加入一定量的C、Si、Al元素能促进溶解度的提高。而C的作用又最大，每1％C可提高Ca的溶解度一倍。因此，钙系脱氧剂主要成分为CaC₂外，此外还有Si-Fe及Al、Ba等。使用块状Ca合金时，由于Ca的溶解过程受到边界层扩散限制，在局部很快达到饱和，因而不能使钢液溶解更多的Ca，大部分将被蒸发掉，而制成＜20mm小颗粒状，可以有效地解决这个问题。

考虑到Al在钢中细化晶粒及固定氮减少时效作用，终脱氧时也应有适量的Al，一般硅铁中含Al：1～1.5％，钙系复合脱氧剂配Al也有2～5％，这样Ca与Al同时作用能生成熔点只有1455℃的球形12CaO·7Al₂O₃，具有较小的比表面积，上浮速度快，从而使钢液中夹杂物的量显著减少，残留在钢中的少量12CaO·7Al₂O₃夹杂物在轧制中也不变形，不会形成Al₂O₃夹杂物那种尖锐链状分布，能降低钢的各项异性，有很好的加工性能及机械性能。

本发明的优点在于：

1、本发明钙系复合脱氧剂不但具有良好的脱氧效果，且在使用量降低的情况下还有效提高了合金元素的回收率。

2、本发明钙系复合脱氧剂中的Ca与Al同时作用能生成具有较小比表面积的12CaO·7Al₂O₃，其上浮速度快，从而使钢液中夹杂物的量显著减少，解决了连铸水口结瘤的问题。

3、本发明钙系复合脱氧剂有效降低了炼钢生产成本，经济效益显著。

4、本发明钙系复合脱氧剂因其含Ca量高，因此在出钢脱氧合金化过程中具有较好的脱硫能力和对硫化物夹杂的变性作用，能够改善钢材加工和机械性能。

具体实施方式

实施例1

一种钙系复合脱氧剂，其特征在于包括下述组份按重量配比组成：

Ca：30％ Si：31.5％ C：18％

Fe：10.5％ Al：10％

本发明所述的钙系复合脱氧剂的制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、Si-Fe合金、铝块，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：48％ Si-Fe：42％ Al：10％

所述钙系复合脱氧剂的使用量为：1.0～5.0kg/t·钢。

本发明钙系复合脱氧剂的使用方法为：

当出钢10～15秒后，将袋装的钙系复合脱氧剂从炼钢转炉炉后的辅助溜槽加入，并在加铁合金前加完所有脱氧剂。

实施例2

Ca：55％ Si：8％ C：30％

Al：5％ Ba：2％

本发明所述的钙系复合脱氧剂的制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、Si-Ca-Ba、铝丸，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：80％ Si-Ca-Ba：15％ Al：5％

所述钙系复合脱氧剂的使用量为：1.0～5.0kg/t·钢。

本发明钙系复合脱氧剂的使用方法为：

当出钢10～15秒后，将袋装的钙系复合脱氧剂从炼钢转炉炉后的辅助溜槽人工投入，并在加铁合金前加完所有脱氧剂。

实施例3

Ca：40％ Si：23％ C：33％ Al：4％

本发明所述的钙系复合脱氧剂的制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、SiC、铝丸，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：65％ SiC：31％ Al：4％

所述钙系复合脱氧剂的使用量为：1.0～5.0kg/t·钢。

本发明钙系复合脱氧剂的使用方法为：

实施例4

Ca：45％ Si：25％ C：20％ Al：4％ Fe：6％

本发明所述的钙系复合脱氧剂的制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、Si-Ca、铝丸，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：55％ Si-Ca：41％ Al：4％

所述钙系复合脱氧剂的使用量为：1.0～5.0kg/t·钢。

本发明钙系复合脱氧剂的使用方法为：

实施例5

Ca：30％ Si：30％ C：21％ Al：10％ Fe：9％

本发明所述的钙系复合脱氧剂的制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、Si-Ca、铝片，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：30％ Si-Ca 50％ Al：10％

所述钙系复合脱氧剂的使用量为：1.0～5.0kg/t·钢。

本发明钙系复合脱氧剂的使用方法为：

实施例7：本发明钙系复合脱氧剂应用试验

1、验条件及方法

1.1试验钢种：B级钢、25MnV-1

1.2试验方法：

原转炉出钢脱氧采用铝块和CaBaAlSi，CaBaAlSi每炉加入240kg(3.0Kg/t·钢)；试验时脱氧采用铝块和钙系复合脱氧剂，铝块加入量同使用CaBaAlSi。每炉加入200Kg(2.5Kg/t·钢)钙系复合脱氧剂，钙系复合脱氧剂在出钢过程中由人工加入包内。

2、试验结果

2.1脱氧效果

2.1.1氧活度

脱氧剂的脱氧效果通常使用脱氧前后氧活度的去除率及脱氧后所达到的平衡氧活度来评价。在试验钙系复合脱氧剂时，80t转炉出钢过程加入钙系复合脱氧剂，在LF炉分别测定了部分炉次进、出站钢水的氧活度，实验结果见表1。

表1 使用钙系复合脱氧剂后的钢水氧活度(ppm)

由上表可知，在钢水中加入钙系复合脱氧剂后，无论生产B级钢还是生产石油套管钢(25MnV-1)脱氧后的氧活度均小于25ppm，且绝大多数在5ppm以下，经LF炉精练后钢中溶解氧均在5ppm以内。同时在试验期间测定的1炉使用CaBaAlSi脱氧剂脱氧后的钢水氧活度为3.3ppm。因此，从钢中脱氧后的氧活度来看，钙系复合脱氧剂的脱氧效果良好，在现脱氧方案中使用200Kg(2.5Kg/t·钢)钙系复合脱氧剂替代240Kg(3.0Kg/t·钢)脱氧剂，能够确保钢水脱氧良好，满足各管坯钢的生产要求。

2.1.2铸坯气体含量

钢中T[O]为溶解氧和夹杂氧之和。脱氧剂对钢中溶解氧和夹杂氧均有影响，良好的脱氧剂不仅能够脱出钢中溶解氧，而且生成的脱氧产物能够及时上浮排出，因而钢中T[O]小。为了进一步考察钙系复合脱氧剂的脱氧效果，分别取了5炉钙系复合脱氧剂脱氧和2炉CaBaAlSi脱氧剂脱氧的连铸坯进行了T[O]和N的分析，其结果见表2

表2 铸坯T[O]和N含量

由表2可以看到，使用钙系复合脱氧剂铸坯的T[O]略低于使用CaBaAlSi脱氧剂铸坯的T[O]。

综上所述，使用钙系复合脱氧剂的脱氧效果不低于使用CaBaAlSi脱氧剂，完全可满足各管坯钢的生产要求。

2.2铸坯夹杂

对上述铸坯进行T[O]分析的同时，并进行了夹杂总量和分量的分析，其结果见表3。

表3 铸坯夹杂含量(％)

由表3可以看到，使用钙系复合脱氧剂铸坯的夹杂含量略低于使用CaBaAlSi脱氧剂铸坯的夹杂含量。这和铸坯的T[O]含量是一致的。

综上所述，使用钙系复合脱氧剂对夹杂物的去除效果与使用CaBaAlSi脱氧剂相当。

2.3对钢渣成分的影响

试验炉次转炉终渣和LF进站渣样成分见表4。

表4 试验炉次的渣样成分(％)

名称	SiO	AlO	CaO	MgO	S	FeO	MnO	TFe
名称	SiO	AlO	CaO	MgO	S	FeO	MnO	TFe	转炉终点	7.88	1.43	47.60	6.75	0.192	3.55	18.55
LF进站	13.52	18.8	54.44	5.88	0.75	1.27	0.8		转炉终点	7.88	1.43	47.60	6.75	0.192	3.55	18.55

由表4可见，从转炉终点到LF炉渣的氧化性经脱氧合金化后大幅度降低，LF进站渣样的FeO平均为1.27，且50％以上的炉次低于1.0(见表1)。由此表明，由于钙系复合脱氧剂具有一定的钢包渣的改性作用，在LF炉的精炼中有利于迅速形成白渣精炼，对去除钢中夹杂、提高钢水纯净度有利，精炼结束后钢中T[O]在20～55(ppm)范围内，平均为34.3ppm。

2.4对钢中硫的影响

试验中加入钙系复合脱氧剂后，转炉终点至LF精练前，即在出钢过程中[S]的降低率为14.28～19.23％，平均为16.78％。说明使用钙系复合脱氧剂有促进LF炉前期脱硫的作用。

3、经济效益的分析

钙系复合脱氧剂的直接经济效益主要体现在脱氧咭价格差异和使用量产生的效益：

J1＝W2×3.0/1000-W1×2.5/1000

式中：J1-价格差异产生的经济效益，元/吨钢

W1-钙系复合脱氧剂的价格，元/吨

W2-CaBaAlSi脱氧剂的价格，元/吨

按目前CaBaAlSi的价格：7800.00元/吨，钙系复合脱氧剂的价格：6700.00元/吨计算可知：后者较前者降低成本：6.65元/吨。

4、结论

1、脱氧效果：试验表明钙系复合脱氧剂具有良好的脱氧效果，使用钙系复合脱氧剂的脱氧效果不低于使用CaBaAlSi脱氧剂。

2、铸坯夹杂：使用钙系复合脱氧剂铸坯的夹杂含量与使用CaBaAlSi脱氧剂铸坯的夹杂含量相当。

3、使用钙系复合脱氧剂可提高合金元素收得率，减小脱氧剂加入量，可降低炼钢生产成本6.65元/吨，因此，具有现在的直接经济效益。

4、脱硫效果：采用钙系复合脱氧剂后，因其含钙量高，所以在出钢脱氧合金化过程中具有较好的脱氧能力；因其具有扩散脱氧的特性，所以有利于快速降低初渣中的氧化性、加速精炼炉的成渣和提高精炼渣的前期脱硫能力。

Claims

1.钙系复合脱氧剂，其特征在于包括下述组份按重量配比组成：

Ca：30～55％ Si：15～45％ C：12～25％ Fe：≤12％

Al：2～5％ Ba：≤2％。

2.根据权利要求1所述的钙系复合脱氧剂，其特征在于包括下述组份按重量配比组成：

Ca：32～52％ Si：20～42％ C：14～22％ Fe：≤12％

Al：2～4％ Ba：≤2％。

3.根据权利要求1所述的钙系复合脱氧剂，其特征在于所述钙系复合脱氧剂的Ca或C由CaC₂配入，Si由Si-Fe合金配入，Al由铝丸或铝块配入。

4.根据权利要求1、2或3所述的钙系复合脱氧剂，其特征在于制备方法如下：

按下述重量百分比分别称取电石、Si-Fe合金和铝块或铝丸，破碎至20mm以下，然后分别装入3个双层防潮小包装袋，再将各小包装袋装入10kg的双层防潮大包装袋即得产品：

CaC₂：30～90％ Si-Fe：10～50％ Al：1～10％。

5.根据权利要求4所述的钙系复合脱氧剂，其特征在于所述Si-Fe合金由SiC、Si-Ca或Si-Ca-Ba物质代替。