CN100547086C - 钢水炉外精炼用喷吹粉剂及制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用喷吹粉剂进行钢水炉外精炼的方法，其特征在于喷吹所使用的粉剂是经过钝化处理的铝酸钙粉及和金属钙粉按一定比例一混合而成，粉剂的化学成分按质量百分数为：1≤Ca≤48、52≤铝酸钙≤99、粉剂中金属钙粉剂粒度≤1.5mm，铝酸钙粉剂粒度≤1.5mm。喷吹时可采用单喷铝酸钙粉剂，也可采用喷吹金属钙与铝酸钙混合粉剂，另外也可采用金属钙和铝酸钙复合喷吹工艺。使用此种方法可以代替LF炉工艺进行钢水的炉外精炼，不仅能够明显节约炉外精炼时间，还可提高金属钙的利用率，获得良好的精炼效果。
Description
技术领域
本发明涉及利用喷吹粉剂进行钢水炉外精炼的方法及所需要的粉剂和制备。
背景技术
目前，在炼钢生产中，企业大多采用铁水预处理-转炉(或电炉)冶炼-炉外精炼-连续铸坯的工艺流程，工艺中的炉外精炼方法有LF、VD、RH加吹氩搅拌等几种方式，其中LF炉工艺使用较早，且用得比较广泛。利用LF炉进行炉外精炼的主要目的是为了提高钢水温度和造渣精炼祛除钢水中的夹杂物，包括对钢水进一步进行脱硫脱氧。但随着转炉冶炼时间的缩短和连续铸坯工艺中铸坯拉速的大幅提高，LF炉因其升温及化渣精炼时所需要的时间较长，已经无法满足生产要求，进而成为提高炼钢生产效率的限制性环节，必须尽快着手解决。
发明内容
为了解决LF炉精炼设备同转炉连铸在冶炼时间上不够匹配进而严重影响炼钢工艺生产效率的问题，同时也是为了获得更好的冶炼效果，生产出更多的高品质合金钢，满足社会对金属材料日益增长的新要求，本发明申请人经多年研究，发明了在炉外精炼过程中直接向钢液中喷吹铝酸钙粉剂对钢液进行反向精炼渣洗的方法，并研制出了喷吹时所需的产品。
多年以前，人们曾尝试过利用预熔精炼渣对钢水进行渣洗精炼的处理方法，操作时将钢水直接倒入到装有预熔性精炼渣(以下简称预熔渣)的钢包中，通过钢水和预熔渣的相互混合，熔渣上浮带出夹杂物，达到去除钢液中不纯物质的目的。在具体实践中，钢水和预熔渣混冲前期效果较好，但当钢水倒入到钢包中已达到一定深度时，单位钢水体积相对预熔渣的接触界面积会变得越来越有限，因此总体而言此种方式的渣洗精炼效果并不理想。而且耗能高，钢水温降大，工艺操作很不稳定，工人作业也不尽安全。后来，由于LF炉等炉外精炼设备的出现，这种渣洗精炼的工艺几乎已不再使用。
本发明依据渣洗精炼原理，借鉴目前已经非常成熟了的喷吹设备对钢水实施炉外精炼，即将预熔渣制成粉剂，利用专用的喷吹设备将其喷入到钢液之中进行精炼处理。
发明者所选预熔渣的成分为铝酸钙，这是因为该种物质在钢液中对铝脱氧产物具有很强的吸附能力，铝酸钙粉剂被喷入到钢水中后，可以快速融化，形成弥漫分布的小液滴，在其溶化上浮过程时会不断捕捉钢液中的各种不宜上浮的夹杂物，尤其是铝的脱氧产物，使钢液更加纯洁化，整个工艺过程，在十几分钟内即可完成，因此既能节约冶炼时间，还可获得明显的精炼效果。
在实施上述工艺过程中，还可在铝酸钙粉剂中加入一定比例的金属钙粉剂，形成金属钙和铝酸钙混合在一起的钙-铝酸钙复合粉剂。将这种钙-铝酸钙复合粉剂喷入到钢液中，不仅对于钢液可实现有效渣洗精炼，同时还可对钢液进行脱硫脱氧，进而使得该种复合粉剂能够适于绝大多数钢种的冶炼，而且能够获得很好的冶金效果，可谓炼钢领域继LF炉以后技术上的又一重大突破。
在以往的炉外精炼中，单独喷吹金属钙的工艺也被部分企业所使用，但是，由于金属钙的熔点和汽化温度均低于普通的炼钢温度，因此喷入到钢液中的金属钙粉剂会快速气化，形成很大的气泡，未能和钢水中的硫、氧充分反应就已快速上浮，钙的利用率较低。金属钙和前面所说的铝酸钙粉剂复合在一起后再行喷吹，会获得非常理想的效果。其主要原理如下：
钙-铝酸钙复合粉剂中的铝酸钙是近偏酸钙的组成，熔点为1360℃左右，金属钙的熔点为850℃，钙的气化温度是1484℃，普通钢液温度应该在1550-1620℃左右。受钢水的静压力和钢渣界面张力作用，喷入钢水的粉剂会形成近球形粉团。根据分层气化理论，在前述钢液温度下，粉剂表层的金属钙会迅速气化，钙气化时，将周边铝酸钙预熔渣爆炸分割成微小颗粒，并从渣球表面分离到钢液中，形成细小液滴，如此下去，自复合粉剂球团表面开始，金属钙粉不断地一层层气化形成微小气泡，并使处于表面的铝酸钙一层层地形成细小的液滴，金属钙微小气泡和铝酸钙微小液滴弥散分布在钢液中，铝酸钙微小液滴具有很大的比表面积，和钢液充分接触，吸附钢液中的夹杂物；促进脱硫脱氧产物的去除；而金属钙微小气泡的弥散分布大大增加了金属钙与钢液的反应界面，另外，由于微小气泡的上浮速度远低于大气泡，增加了钙在钢液中的停留时间，显著提高了金属钙的利用率。
制粉及喷吹工艺：
1.铝酸钙粉剂制取。选近12CaO·7Al2O3的铝酸钙为原料，进行粉碎处理，使得粉剂粒度均≤1.5mm；在对铝酸钙制粉过程中，用硅油进行钝化处理，硅油耗量为0.5～15Kg/t。
2.钙-铝酸钙混合粉剂。根据工艺需要确定出两种粉剂的比例，再按比例将钙和钝化钙粉剂混合成所需要的混合粉剂。钙-铝酸钙混合粉剂的成分比例与粒度要求如表1所示：
表1
由表1可以看出，钙-铝酸钙混合粉剂中的金属钙含量按质量百分数为1-48％，当金属钙用量小于1时，钙-铝酸钙混合粉剂中的成分接近100％铝酸钙，成为真正意义的铝酸钙粉剂。其中铝酸钙的成分为：Al2O3 32～60％，CaO62～35％，如果铝酸钙中均为偏铝酸钙12CaO·7Al2O3，则使用效果会更好，原因在铝酸钙中成分较为单一的偏铝酸钙其熔点相对最低，熔解热小，融化快，吸附钢中夹杂物强。
在实施上述工艺过程中，钙-铝酸钙粉剂可以事先按着某种比例将金属钙和铝酸钙混合在一起，形成混合粉剂，然后以氩气为载体通过常见的钢包喷粉装置直接喷吹至钢包内；另外，还可以将金属钙粉和铝酸钙粉分别装入不同的喷吹罐中，工作时按照指定的比例，通过同一个喷枪共同喷入到钢液中，既复合喷吹。
为了防止钢液二次氧化和钢水增氮，在其喷吹处理过程中钢包需要加盖钢包盖，且保持微正压操作，精炼效果会更佳；另外为了钢液成分的更加均匀化，同时也是为了上述渣洗精炼的快速有效进行，钢包底吹氩工艺照常实施。
技术优点
本项发明所实施的喷吹精炼技术的优点是：
1.大幅缩短了炉外精炼所需要的作业时间。以往采用的LF炉精炼工艺的平均作业时间为45-55分钟，经本项技术实施，达到同样的脱硫效果，其精炼处理所需的时间可减少到12-15分钟。从而大幅提高了整个炼钢生产的作业效率，实现了快速炼钢、快速精炼、快速连铸的相互匹配，从而真正满足了炼钢现代化、智能化的社会需求。
2.减少了钢水温降，节约宝贵的能源。本项发明所实现的精炼渣系低熔点，熔解热小，因此在其融化过程中吸收的热量比氧化钙等其它粉剂要低，钢包内的钢水热量得到了有效保留，不仅节约了钢水补偿热量的时间，而且节约了能源和补偿温度时消耗的其它资源。
3.资源得到了有效利用。实施本项工艺后可明显减少渣量，金属钙粉剂得到了有效利用，同样的钢水量用的精炼渣数量大大降低且达到了相同的精熔微果，因此可以明显降低生产成本，节约了资源。
具体实施方式
实施例1
在A钢厂150吨转炉上生产板坯，钢种为STSC，出钢温度1670℃，经铝脱氧和包内合金化后，钢中平均氧25ppm，硫260ppm，采取直接喷吹粉剂精炼工艺。其钙-铝酸钙粉剂质量比为：Ca：20％，铝酸钙为80％，该铝酸钙中的Al2O3含量为38％，CaO含量为62％，将上述成分的钙-铝酸钙复合粉剂喷入到钢水中，试验结果统计100炉，粉剂用量为1.0kg/t钢；钢包取样分析[O]含量为8.9ppm，[S]含量为185ppm，因此依据该项技术进行钢水精炼后钢中氧及硫含量均优于传统的LF炉精炼。
实施例2
在A钢厂150吨转炉上生产板坯，钢种为STSC，出钢温度1670℃，经铝脱氧和包内合金化后，钢中平均氧25ppm，硫260ppm，采取直接喷吹粉剂精炼工艺。其钙-铝酸钙粉剂质量比为：Ca：1％，铝酸钙含量为99％，该铝酸钙中的Al2O3含量为50％，CaO含量为50％，将上述成分的钙-铝酸钙复合粉剂喷入到钢水中，试验结果统计100炉，粉剂用量为1.0kg/t钢；钢包取样分析[O]含量为8.9ppm，[S]含量为185ppm，因此依据该项技术进行钢水精炼后钢中氧及硫含量均优于传统的LF炉精炼。
实施例3
在A钢厂150吨转炉上生产板坯，钢种为STSC，出钢温度1670℃，经铝脱氧和包内合金化后，钢中平均氧25ppm，硫260ppm，采取直接喷吹粉剂精炼工艺。其钙-铝酸钙粉剂质量比为：Ca：48％，铝酸钙含量为52％，该铝酸钙中的Al2O3含量为60％，CaO含量为40％，将上述成分的钙-铝酸钙复合粉剂喷入到钢水中，试验结果统计100炉，粉剂用量为1.0kg/t钢；钢包取样分析[O]含量为8.9ppm，[S]含量为185ppm，因此依据该项技术进行钢水精炼后钢中氧及硫含量均优于传统的LF炉精炼。
Claims (2)
1.一种钢水炉外精炼喷吹粉剂的方法，其特征在于将金属钙粉和铝酸钙粉按重量百分数金属钙粉1～48％，铝酸钙粉52～99％的比例复合而成的钙-铝酸钙粉剂喷入到钢液中，或者将金属钙粉和铝酸钙粉分别装入不同的喷吹罐中，按重量百分数金属钙粉1～48％，铝酸钙粉52～99％，通过同一个喷枪混合喷入到钢液中。
2.一种含有铝酸钙的钢水炉外精炼喷吹用粉剂，其特征在于该粉剂的组成按重量百分比为：金属钙粉1～48％，铝酸钙粉52～99％，粉剂粒度≤1.5mm，均匀混合而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: METALLURGY TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SUN ZHONGQIANG Effective date: 20110722 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20110722 Address after: 278 box 11, Northeastern University, Heping lane, Lane 3, Lane 110004, Heping District, Liaoning, Shenyang Patentee after: Metallurgy Technology Research Institute Co., Ltd., Northeast University Address before: 278 box 11, Northeastern University, Heping lane, Lane 3, Lane 110004, Heping District, Liaoning, Shenyang Patentee before: Sun Zhongqiang |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee |
Owner name: NORTHEASTEM UNIVERSITY METALLURGICAL TECHNOLOGY IN Free format text: FORMER NAME: METALLURGY TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE CO., LTD., NORTHEAST UNIVERSITY |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 278 box 11, Northeastern University, Heping lane, Lane 3, Lane 110004, Heping District, Liaoning, Shenyang Patentee after: NORTHEASTERN UNIVERSITY METALURGICAL TECHNOLOGY INSTITUTE CO., LTD. Address before: 278 box 11, Northeastern University, Heping lane, Lane 3, Lane 110004, Heping District, Liaoning, Shenyang Patentee before: Metallurgy Technology Research Institute Co., Ltd., Northeast University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091007 Termination date: 20161128 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |