CN100494413C - 一种铁水脱硫预处理炉渣改性剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铁水脱硫预处理炉渣改性剂及其制备方法，该铁水脱硫预处理炉渣改性剂由玻璃粉、钾长石、莹石、苏打为原料，经破碎、混合、盘式造粒机造粒等工序炼制而成。该改性剂的化学成分(重量%)满足：SiO₂49～57%、CaF₂18～25%、Al₂O₃2～5%、CaO 2～6%和K₂O+Na₂O 15～25%。本发明所涉及的铁水脱硫预处理炉渣改性剂适用于采用CaO-Mg脱硫剂进行铁水脱硫预处理工艺，该脱硫炉渣改性剂具有很好降低炉渣碱度、降低炉渣熔化温度、改善脱硫炉渣的流变特性和聚集性能的能力；通过提高炉渣表面张力、降低炉渣粘度，实现降低炉渣中带铁量，减少扒渣时间和过程温降，提高生产效率的目的。

Description

一种铁水脱硫预处理炉渣改性剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁水脱硫预处理炉渣改性剂，特别是一种对CaO-Mg脱硫剂进行铁水脱硫后炉渣的改性剂，属于铁水预处理领域。

技术背景

铁水预处理是将铁水硫含量控制到合理的范围内，以缩短转炉冶炼时间，提高转炉工作效率，降低炼钢成本。然而，铁水脱硫预处理普遍存在脱硫后扒渣带铁量大、扒渣难的问题，特别是喷吹CaO-Mg脱硫工艺中，由于炉渣中带铁造成的铁损达到5Kg/t铁左右。从生产实践来看，脱硫后的炉渣存在碱度高、流动性差等问题，造成扒渣时间长，扒渣过程中大量铁水随着炉渣流失，铁水损失严重，直接影响到产量及钢铁料消耗指标。

日本专利昭55-47310《铁水包用渣层易熔剂》，公开了一种防止脱硫渣固化的改质剂，其化学成分(重量％)为：SiO₂ 50～70％、Al₂O₃ 20～36％、Na₂O+K₂O 10～15％。在平均脱硫前罐渣带入量约每吨铁1.67Kg、脱硫剂用量约每吨铁1.23Kg的情况下，以约每吨铁0.4Kg的加入量将改质剂在脱硫前加入脱硫容器中，通过与脱硫炉渣反应生成低熔点渣并由铝热剂反应补充热量来改善渣的流动性，使扒渣操作顺利，铁水收得率提高。其存在的主要问题：①改质能力有限。当脱硫前罐渣带入量较大且脱硫后炉渣中氧化钙含量较高时，以SiO₂和Al₂O₃为主要成分的改质剂降低炉渣熔点、改善炉渣的流动性的能力就显得不足。②该改质剂中的Al₂O₃是通过加入铝粉和氧化铁反应后得到的。铝粉价格昂贵，改质剂成本高。中国专利号98100567.5公开了一种脱硫渣改质剂，其化学成分(重量％)为：Na2CO₃ 35～50％、SiO₂ 35～50％、CaF₂ 8～15％，余量为Fe₂O₃、P₂O₅和其它不可避免的杂质。该改性剂适用于以CaO为主要成分的脱硫炉渣进行改性，具有一定的改性效果。但不适合CaO-Mg脱硫和脱硫前炉渣量较大的脱硫后炉渣的改性。

对于用CaO-Mg脱硫和脱硫前炉渣量较大的脱硫后炉渣的改性是优化铁水脱硫工艺的技术关键，也是本发明的目的所在。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种能有效降低CaO-Mg脱硫剂处理铁水后脱硫炉渣的熔化温度和粘度，显著改善CaO-Mg脱硫炉渣流变特性和聚集性能的铁水脱硫预处理炉渣改性剂。

本发明的另一个目的是提供制备所述的铁水脱硫预处理炉渣改性剂方法。

本发明的目的通过以下方式来实现：该CaO-Mg铁水脱硫预处理炉渣改性剂，由玻璃粉、钾长石、莹石及苏打配制加工而成；该铁水脱硫预处理炉渣改性剂的化学成分(重量％)满足：SiO₂ 49～57％、CaF₂ 18～25％、Al₂O₃ 2～5％、CaO 2～6％和K₂O+Na₂O 15～25％。

为保证该改性剂具有良好的改善脱硫炉渣的流变特性和聚集性能，其中原料的化学组成(重量％)分别满足：

玻璃粉：SiO₂ 69～72％，CaO 10～11％，Na₂O 10～15％，0<Al₂O₃<2.0％，0<S<0.03％，0<MgO<0.86％，0<Fe₂O₃<0.9％；

钾长石：SiO₂ 74～80％，Al₂O₃ 10～14％，K₂O+Na₂O 8～10％；

莹石：CaF₂ 85～90％，0<SiO₂<5.0％，0<S<0.05％；

苏打：Na₂CO₃>95％(在高温下分解为Na₂O+CO₂)。

本发明涉及的铁水脱硫预处理炉渣改性剂的制备方法，包含如下步骤：

1)检测原材料玻璃粉、钾长石、莹石和苏打的化学成分；

2)根据铁水脱硫预处理炉渣改性剂的化学成分(重量％)为：SiO₂ 49～57％、CaF₂ 18～25％、Al₂O₃ 2～5％、CaO 2～6％和K₂O+Na₂O 15～25％，计算所需原材料的重量；

3)将上述按比例称取的原材料在矿热炉中熔化均匀，出炉后自然冷却；

4)将上述原料破碎加工到200目；

5)在盘式造粒机中按配方加入破碎好的原材料，均混5分钟；再慢速加入1.0～1.5％(重量)的常温水，造粒8～15分钟，排出造粒料。

6)将造粒料送进干燥床内干燥，产品要求水份小于0.5％，粒度小于3—5mm，装袋待用。

从化学分析可知，以SiO₂、CaF₂和Na₂O为主要成分的改性剂能和以CaO-Mg脱硫剂脱硫后的炉渣共熔生成熔点低，流变特性良好的炉渣。SiO₂一方面用来降低脱硫后炉渣的熔点；另一方面，用来聚集CaO-Mg脱硫剂脱硫后的炉渣，易于扒除。因此，SiO₂的含量应该占相当一部分。CaF₂在冶金行业中广泛地用作助熔剂，它能使熔点显著降低。CaF₂助熔剂的加入都能在一定程度上降低熔渣的粘度，从而改善炉渣吸收和熔解氧化物的动力学条件。F^-既能促进CaO的熔解，又能代替O^2-，促使硅氧离子解体，分裂形成较小的复合阴离子，从而使炉渣粘度降低。Al₂O₃作为两性氧化物，它的影响是从两方面作用的。虽然它和SiO₂一样是“网络”形成体，但它的作用较SiO₂弱，它的增加就相对降低了SiO₂的作用，使得炉渣“网络”程度减弱，粘度有所降低；另一方面，由于Al₂O₃可与其他氧化物形成低熔点的化合物，降低了CaO-Mg脱硫炉渣的熔化温度，改善了炉渣的流变特性和聚集性能。改性剂中Na₂O由玻璃粉、钾长石和苏打提供，Na₂O具有一定的脱硫能力和降低脱硫炉渣的熔化温度。同时，Na₂O和K₂O作为典型碱性氧化物，既降低脱硫炉渣的熔点，又能够破坏复合阴离子的“网络”结构，从而降低熔渣粘度。

本发明针对CaO-Mg基脱硫剂铁水预处理存在的铁损大，渣铁分离困难，扒渣时间长，过程温降大的问题而提出，使用本发明具有如下特点：

1、该改性剂即使在含有大量脱硫前炉渣的情况下，也具有很好降低炉渣碱度、降低炉渣熔化温度可以提高脱硫后铁渣的流变特性和聚集性能；从而通过改善炉渣界面特性，降低CaO-Mg脱硫渣粘度，从根本上降低渣中带铁量，减少预处理过程中的铁损，使扒渣操作较易进行，减少扒渣时间，减少预处理过程温降，有利于改善物流，控制生产节奏。

2、该改性剂本身具有一定的脱硫能力，尤其适用CaO-Mg脱硫时，铁罐中脱硫前炉渣量波动大的需要；而且，改性剂的用量少，改性效果好。

3、该改性剂原料价格低、来源广、成本低。

具体实施方式

下面结合具体的实例对本发明作进行详述。

实施例1：

铁水脱硫预处理炉渣改性剂由玻璃粉、钾长石、莹石及苏打配制加工而成；其化学成分(重量％)满足：SiO₂ 50％、CaF₂ 19％、Al₂O₃ 3％、CaO 3％和K₂O+Na₂O 24％。

为实现改性剂在铁水脱硫预处理炉渣上熔化均匀，充分发挥脱硫炉渣改性剂的各种功能，本发明的改性剂采用如下工艺工序制备：首先，检测原材料玻璃粉、钾长石、莹石和苏打的化学成分；其次，根据上述化学成分，计算所需原材料的重量；再将上述按比例称取的原材料在矿热炉中熔化均匀，出炉后自然冷却；破碎加工到200目；在盘式造粒机中按配方加入破碎好的原材料，均混5分钟；再慢速加入1.0～1.5％(重量)的常温水，造粒8～15分钟，排出造粒料。将造粒料送进干燥床内干燥，产品要求水份小于0.5％，粒度小于3—5mm，密封装袋待用。

铁水的条件见表1，其装入量为77～83吨(平均)，脱硫前炉渣带入量约为1.3吨(平均)的情况下，喷吹不同的铁水脱硫剂，铁水脱硫前，在喷吹平台上加入60Kg的炉渣改性剂到铁水罐中。

表1  铁水的条件 wt％

 

C	Si	Mn	P	S	V	Ti	As	温度，℃
									4.3～4.6	0.335～0.520	0.230～0.654	0.105～0.112	0.020～0.070	0.040～0.050	0.120～0.240	0.005～0.007	1250～1370

其不同脱硫剂喷吹后脱硫炉渣的改性效果，见表2：

表2  不同脱硫剂时脱后渣的改性效果

表2中，在其它条件相同的条件下，通过改变脱硫剂的配方要分析铁水脱硫预处理炉渣改性剂的改性效果。当脱硫剂为15％Mg+80％CaO+5％CaF₂时，其扒渣时间和渣中带铁量为最小，说明该改性剂改善了炉渣的流变特性和聚集性能，其改性效果最好。

实施例2：

铁水脱硫预处理炉渣改性剂的的化学成分(重量％)为：SiO₂ 52％、CaF₂ 18％、Al₂O₃ 4％、CaO 4％和K₂O+Na₂O 21％。其制备方法同实施例1。

铁水罐中铁水成分和重量、脱硫前铁水罐带渣量、加入方式和加入量都与实施例1相同。

其不同脱硫剂喷吹后脱硫炉渣的改性效果，见表3：

表3  改性剂对使用不同脱硫剂脱后渣的改性效果

表3中，在实施例1的基础上，改变铁水脱硫预处理炉渣改性剂的配方，改性剂对不同脱硫剂脱硫后炉渣的改性效果和表2趋势相同。

实施例3：

铁水脱硫预处理炉渣改性剂的化学成分组成如实施例1，而本实施例脱硫剂相同，其配方都为15％Mg+80％CaO+5％CaF₂；除每炉铁水罐中加入的铁水脱硫预处理炉渣改性剂的用量不同外，其他条件和实施例1相同。

其改性剂用量不同时脱硫渣的改性效果，见表4和见表5：

表4  不同改性剂用量时脱硫渣的改性效果

根据上面的实施例，当加入铁水脱硫预处理炉渣改性剂之后，渣铁分离较好，渣铁易于扒除，扒渣时间减少，最终导致工序时间和工序温降都减少。因此，加入铁水脱硫预处理炉渣改性剂后脱硫炉渣扒得干净，扒完后铁水带渣量减少。

本发明在铁水脱硫预处理炉渣改性剂中采用了含Na₂O量较高的化合物苏打和其他含有Na₂O的组分，改性剂中的Na₂O可直接参与脱硫反应，改性剂本身的脱硫实验表明，硫在改性剂与铁水中的分配比可以达到36-60，从而增加了脱硫剂的脱硫率和遏制了脱硫炉渣的回硫现象。同时，铁水脱硫预处理炉渣改性剂所用原料易于取得，价格低廉，因而铁水脱硫预处理炉渣改性剂成本低。所以，本改性剂对CaO—Mg的脱硫炉渣具有优良的改性效果。

1)研究发现，在本发明所涉及的是对CaO-Mg脱硫炉渣的改性，当改性剂中CaO含量控制在小于6％时，以保证炉渣具有低的熔点，有利于改善炉渣流变特性和聚集性能。当CaO含量过高时，脱硫炉渣的熔点偏高不利于炉渣的改性，故在本发明中将CaO含量控制在2～6％左右。

2)研究发现，改性剂中含有SiO₂组分，无论是以其他氧化物聚合成化合物还是单独存在，都有显著聚集CaO-Mg脱硫炉渣的作用，有利于炉渣的扒除。但SiO₂含量过高将使炉渣的粘度增大，渣铁分离效果差，故在本发明中，将SiO₂含量控制在49-57％内。同时改性剂中含有K₂O+Na₂O组分，改善CaO-Mg脱硫炉渣的流变特性，但含量过高腐蚀设备，故在本发明中，将K₂O+Na₂O含量控制在15-25％。

3)该改性剂可由如下原材料所配制，玻璃粉、钾长石、莹石和苏打。原料的化学组成分别为，玻璃粉：SiO₂ 69～72％，CaO10～11％，Na₂O 10～15％，0<Al₂O₃<2.0％，0<S<0.03％，0<MgO<0.86％，0<Fe₂O₃<0.9％；钾长石：SiO₂ 74～80％，Al₂O₃10～14％，K₂O+Na₂O 8～10％；莹石：CaF₂85～90％，0<SiO₂<5.0％，0<S<0.05％；苏打：Na₂CO₃>95％(在高温下分解为Na₂O+CO₂)。

Claims (4)

1、一种铁水脱硫预处理炉渣改性剂，其特征在于，所述炉渣改性剂用于CaO-Mg脱硫剂对铁水进行脱硫处理后的炉渣的改性，该炉渣改性剂由玻璃粉、钾长石、莹石、苏打为原料配制，该铁水脱硫预处理炉渣改性剂的化学成分重量％为：SiO₂ 49～57％、CaF₂ 18～25％、Al₂O₃ 2～5％、CaO 2～6％和K₂O+Na₂O 15～25％。

2、根据权利要求1所述的一种铁水脱硫预处理炉渣改性剂，其特征在于，该改性剂中CaO含量为：2％≤CaO<6％。

3、根据权利要求1所述的铁水脱硫预处理炉渣改性剂，其特征在于，其中原料的化学组成重量％分别满足：

玻璃粉：SiO₂ 69～72％，CaO 10～11％，Na₂O 10～15％，0<Al₂O₃<2.0％，0<S<0.03％，0<MgO<0.86％，0<Fe₂O₃<0.9％；

钾长石：SiO₂ 74～80％，Al₂O₃ 10～14％，K₂O+Na₂O 8～10％；

莹石：CaF₂ 85～90％，0<SiO₂<5.0％，0<S<0.05％；

苏打：Na₂CO₃>95％，Na₂CO₃在高温下分解为Na₂O+CO₂。

4、一种制备权利要求1所述的铁水脱硫预处理炉渣改性剂的方法，其特征在于包含如下步骤：

1)检测原料玻璃粉、钾长石、莹石和苏打的化学成分；

2)根据铁水脱硫预处理炉渣改性剂的化学成分重量％为：SiO₂ 49～57％、CaF₂ 18～25％、Al₂O₃ 2～5％、CaO 2～6％和K₂O+Na₂O 15～25％，计算所需原料的重量；

3)将上述原料破碎加工到200目；

4)在盘式造粒机中按配方加入破碎好的原料，均混5～10分钟；再慢速加入重量％为1.0～1.5％的常温水，造粒8～15分钟，排出造粒料；

5)将造粒料送进干燥床内干燥，水份小于0.5％，粒度在3～5mm，装袋待用。