CN100447272C - 电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其组分重量百分比为：石灰石20～60%，白云石20～50%，Al₂O₃10～40%，碳粉5～20%。由于本发明发泡剂具有生石灰和白云石，他们分解后可与碳反应生成造泡沫渣所需的气源，同时其反应产生物又可作为造渣材料，使造渣工艺变得简单，降低了成本，提高泡沫渣的粘度和稳定性，从而提高炉衬和电极寿命，提高炉龄20%；同时由于Al₂O₃的加入，可降低钢渣的熔点从而产生稳定泡沫渣降低电耗。

Description

电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂

技术领域

本发明涉及不锈钢母液的冶炼技术，特别涉及一种在电弧炉中冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂。

背景技术

超高功率电弧炉，特别是大电炉碳钢冶炼中造泡沫渣是一项广泛采用的技术，因为通过制造的泡沫渣能大大地提高电弧加热的热效率，并显著地降低电弧对电炉炉盖和炉壁的辐射热侵蚀，以及电极的损耗；同时对稳定电弧，充分利用变压器容量，降低噪声和弧光照射，改善炉前劳动条件，均具有重要的作用。

目前，国内外电弧炉炼钢泡沫渣冶炼操作，大多是在熔氧期采用“富氧、喷碳、长弧”三位一体联合操作。在一些先进的产钢国家采用多枪喷吹氧气，焦粉和熔剂的自动操作装置；也有的根据电弧埋入渣中而引起噪声下降，采用微机技术控制喷碳量，使电弧自动埋入渣中，这些都取得了良好的效果。

但上述种种泡沫渣操作工艺仅限于电弧炉冶炼碳钢，而电弧炉冶炼不锈钢应用泡沫渣技术则比较困难，这主要是因为不锈钢母液中含有大量的Cr，在氧化性气氛下钢液中铬的氧化，炉渣中Cr₂O₃析出使炉渣熔点升高，形成炉渣起泡性能恶化。在这种情况下，单独喷碳产生泡沫渣效果不是很理想。而且，目前所使用的冶炼不锈钢的造泡沫渣技术都存在以下缺陷：

1)所用的发泡剂全是碳粉，并且要喷吹大量的O₂，才能产生大量的气体CO；

2)单独使用碳粉作发泡剂，不能改变渣子本身的性质，如表面张力、粘度等，这样只能单方面的从产生气体的角度来满足渣子的起泡，存在很大的局限性；

3)用碳粉作发泡剂必须要同时喷吹碳粉和氧气，一旦喷吹结束，泡沫马上消失，不能持续稳定的产生泡沫渣；

4)用碳粉作发泡剂，要吹入大量的氧气，一旦氧气过剩，容易氧化钢液中的金属，使得金属的收得率大大降低，增加炼钢的经济成本；

5)用碳粉作发泡剂，要吹入大量的氧气，如果氧气不足，容易使钢液中碳含量增加，从而增加后道工序脱碳的负担。

总之，由于在冶炼不锈钢过程中，是通过喷吹碳粉和氧气造泡沫渣，增加了冶炼工艺控制的难度。为了克服以上的缺陷，并且能在电弧炉冶炼不锈钢母液形成持续稳定的泡沫渣，必须通过调整炉渣成分控制炉渣表面张力和粘度，并使炉渣中能产生大量弥散分布的气体。因此，开发一种新的电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂势在必行。

发明内容

本发明的目的是提供一种电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，该发泡剂成本低廉，利用它使得不锈钢母液钢渣稳定生成，且工艺简单，提高钢渣表面张力和粘度，从而使电弧炉的电耗大大降低，寿命明显提高。

为实现上述目的，本发明首先提供一种电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其成分组成为(重量百分比)：石灰石20～60％，白云石20～50％，Al₂O₃10～40％，碳粉5～20％，余量为少量杂质。

优选的，上述石灰石的重量百分比为28～32％；

上述白云石的重量百分比可以为25～45％，优选43～45％。

上述Al₂O₃的重量百分比可以为15～19％，优选17～19％。

最佳的，上述碳粉的重量百分比为9～11％。

有利的，该发泡剂的粒度为(mm)：石灰石10～40，白云石10～40，Al₂O₃10～40，碳粉5～30。该粒度要求是根据电炉的工艺特点而选择，如果粒度过大，在炉内反应速度会比较慢，不利于造泡沫渣；如果粒度过小则容易被电炉的除尘系统将发泡剂吸走，使发泡剂得不到有效的利用。

以下是本发明主要成分的作用及其限定说明：

1、石灰石20～60％，白云石20～50％，碳粉5～20％

由于石灰石的化学成分为CaCO₃，白云石的化学成分为MgCO₃，因此上述三种成分可生成气源。因为要形成泡沫渣，首要条件就是要有气源，气源可分为外加和内生两种。外加气源就是从外部向熔渣喷吹气体；而内生气体则是通过熔渣内部的化学反应而生成气体。本发明发泡剂采用内生气源的方法来产生泡沫渣。

对于一般钢种的冶炼，可采用喷吹氧气和碳粉生成CO的方法形成泡沫渣，其原理为：

O₂＝2[O]

[Fe]+[O]＝[FeO]

(FeO)+C＝CO+[Fe]

钢液中的铁和氧反应生成FeO并进入炉渣，炉渣中的FeO和碳粉发生还原反应生成CO气体，CO气体在上浮的过程中均匀分布在渣层中，形成蜂窝气孔结构，使得渣的体积显著增大，高度增加，从而形成泡沫渣。

冶炼不锈钢时，由于钢液中的铬化学性质较铁活泼，易被氧化而生成Cr₂O₃，从而造成渣中FeO含量较低而Cr₂O₃含量却较高，此外，熔化期为了减少Cr的氧化，采取低水平的吹氧量，而且Cr₂O₃的还原动力学条件较差。因此，通过还原FeO来生成CO已远远不能满足造渣所需，只能是通过熔渣自身的分解以及与C反应生成CO气体，使得熔渣发泡形成泡沫渣。使用本发明的发泡剂后，在不锈钢的造渣过程中，其主要发泡原理如下：

CaCO₃＝CaO+CO₂

MgCO₃＝MgO+CO₂

CO₂+C＝2CO

CaCO₃和MgCO₃分解生成CO₂气体，CO₂再和C反应生成CO气体，其中CaCO₃和MgCO₃由石灰和白云石提供，而且CaCO₃和MgCO₃分解除了能产生大量的气体外，剩余的产物为CaO、MgO这两种物质就是炼钢过程所加的造渣材料，这对炼钢非常有利，既节省了造渣原料，又产生了气源，同时还避免了带入炼钢所不需要的其他成分。因此，本发明发泡剂选用CaCO₃、MgCO₃和碳粉作为主要组成。

为了保证钢液中的碳含量不增加，因此，发泡剂的配比中，碳粉的比例较低，CaCO₃和MgCO₃比例较高，为了进一步保证钢渣的碱度，碱度主要靠碱性氧化物CaO、MgO和钢液本身的所产生的酸性氧化物SiO₂来调节。如果石灰石、白云石太高，则炉渣的碱度很高，钢渣容易结块，不利于钢-渣界面反应，使冶炼条件恶化；过低则炉渣的碱度很低，不利于脱硫。碳粉太低，使反应不充分，不能产生充足的气体，太高则会使钢液增碳。

石灰石的优选重量百分比为28～32％，在此范围内，炉渣的碱度控制最适宜，发泡温度范围下产生的气体量最合适。白云石的优选重量百分比为43～45％，在此范围内，在较高温度下产生的气体最合适。碳粉的优选重量百分比为9～11％，该范围根据石灰石、白云石以及Al₂O₃的量来定。

2、白云石20～50％

为了降低浸蚀炉衬的铁酸钙，在发泡剂中要加入适量的生白云石(MgCO₃)，它分解出来的CO₂和MgO既有利于提供气泡来源，又有利于形成镁郁氏体(MgO溶于FeO中的固溶体)，提高泡沫渣的粘度和稳定性，同时提高炉衬寿命，但加入的生白云石决不能过量，否则，渣的粘度过高，既不利于冶金反应，也不能形成活跃、持续稳定的泡沫渣。

3、Al₂O₃ 10～40％

冶炼不锈钢时，由于钢液中的铬化学性质较活泼，易被氧化而生成Cr₂O₃而进入渣中，使钢渣的熔点升高。为了降低钢渣的熔点，同时调节钢渣的粘度和表面张力，本发明发泡剂确定配加Al₂O₃，因为Al₂O₃属于两性氧化物，既能和碱性氧化物CaO、MgO生成低熔点的铝酸钙，铝酸镁，又能和酸性氧化物SiO₂反应生成铝硅酸，从而降低钢渣的熔点，同时调节钢渣的粘度和表面张力，为了保证生成适量的低熔点物质，Al₂O₃组成为10～40％，因为太高渣子会很稀，粘度低，形成泡沫渣效果不好，过低，则渣子的粘度高，形成泡沫渣很困难。Al₂O₃的优选重量百分比为17～19％，在此范围下，Al₂O₃能够与高熔点的物质充分反应，且渣子粘度适宜。

采用本发明发泡剂冶炼不锈钢母液操作工艺简述如下：由于碳酸盐热分解所产生的气泡只能在炉渣中维持一段时间，一次性加入发泡剂产生泡沫渣持续时间将受到限制，因此为了得到持续稳定的泡沫化效果，发泡剂最佳的加入方案应是采用连续喷吹的方法，但考虑到喷粉操作需要一套喷吹设备和相应的输送管道以及一套制粉系统，设备投资和设备维修费用增加。钢厂也可采用部分随料篮加入其余从高位料仓投入的方法。发泡剂加入量为40kg/t钢，料篮加入约60％，高位喷入40％左右。发泡剂粒度10～40mm。料篮布料底层布一定数量的轻废钢，然后布发泡剂，发泡剂上面再布一层重废钢，最上面一层布轻废钢。高位料仓加入发泡剂的时间和速度应根据电弧炉内埋弧的情况酌情加入。

采用本发明电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂具有如下功能和优越性：由于本发明发泡剂具有生石灰和白云石，他们可与碳反应生成造渣所需的气源，同时其反应产生物由可作为造渣材料，使造渣工艺变得简单，降低了成本，提高泡沫渣的稳定性，从而提高炉衬和电极寿命(提高炉龄20％)；由于加入碳的比例合适，不会对造成钢液增碳；同时由于Al₂O₃的加入，可降低钢渣的熔点，更有利于形成泡沫渣，从而降低了电弧炉的电耗(吨钢电耗可降低15KWh)。

总之，本发明基于不锈钢冶炼中碳-铬和硅-铬竞争氧化的热力学分析等，立足于我国特别是我市电炉的现有装备水平以及节电的紧迫性，同时考虑到我国的资源条件和经济成本，为电弧炉冶炼不锈钢母液提供了非常有效的发泡剂。

具体实施方式

以下是本发明实施例1-12的具体说明。

实施例1-12的发泡剂成分配比见表1，发泡剂用于电弧炉冶炼不锈钢母液的实施结果见表2。

表1 单位：wt％

编号	石灰石	白云石	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	碳粉
					1#	20	43	20	15
2#	25	35	17	20
					3#	28	30	30	5
4#	32	45	10	5
					5#	40	20	19	15
6#	45	25	15	11
					7#	50	20	10	20
8#	55	20	18	10
					9#	60	25	10	15
10#	20	50	25	5
					11#	25	25	40	9

12#

30

20

35

15

本发明发泡剂应用在实验室内2500Hz的中频感应炉内。实施所用刚玉坩埚尺寸为外径60mm，壁厚3mm，高120mm；外套的石墨坩埚尺寸为外径100mm，壁厚和底厚15mm，高130mm，外套石墨坩埚主要起到保护作用。炉渣的发泡高度用钼棒测量，将表1所配的发泡剂加入到感应炉内，

表2

备注：①上表中发泡高度(mm)ΔH＝发泡后渣层厚度-原始渣层厚度

②发泡率(％)η＝发泡高度ΔH/原始渣层厚度

从上表实施结果看，不同的碱度和不同的渣子组成，使用该发泡剂发泡高度H均大于13mm，发泡率均达到40％以上，发泡效果很理想。

Claims (5)

1.一种电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其成分重量百分比为：

石灰石：20～60％；

白云石：20～50％；

Al₂O₃：10～40％；

碳粉：5～20％。

2.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其特征在于，所述石灰石的重量百分比为28～32％。

3.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其特征在于，所述自云石的重量百分比为25～45％。

4.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其特征在于，所述Al₂O₃的重量百分比为15～19％。

5.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，其特征在于，所述碳粉的重量百分比为9～11％。