CN101519713A - 一种钢包精炼用防粘渣无氟调渣剂及制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于炼钢领域，具体为一种防止钢包精炼设备粘渣的无氟调渣剂及制备方法和使用方法，调渣剂由活性石灰、铝矾土和硼酐组成，该调渣剂的化学成份为(质量百分比)：CaO 75～85％，Al₂O₃ 10～20％，B₂O₃ 5～15％，MgO 0～8％，其余为杂质，其中SiO₂＜7.0％，H₂O＜0.05％，硫和磷总量＜0.01％。使用时若为控制钢包粘渣，则在炼钢炉出钢后期投入钢包，若为控制RH浸渍管或CAS－OB浸渍罩等浸入钢包设备粘渣，则调渣剂在精炼工位加入。该调渣剂能有效控制精炼设备粘渣，提高耐火材料寿命，并有利于降低钢中硫、氧及夹杂含量，且制备简单，便于储运和使用。

Description

一种钢包精炼用防粘渣无氟调渣剂及制备方法和使用方法

技术领域

本发明属于炼钢领域，具体涉及一种用于防止钢包精炼设备粘渣的无氟调渣剂及调渣方法，可有效控制钢包、RH精炼过程浸渍管及CAS-OB精炼浸渍罩等精炼设备的粘渣。

背景技术

用于钢水炉外精炼和储运的钢包经常因包壁粘渣而导致钢包口径减小，影响精炼工艺的实施和精炼效果，且大量粘渣导致钢包有效容量减小，影响钢水运量并容易导致超重，影响吊运安全，另外，大量粘渣后导致包龄缩短，耐火材料消耗增加，因此，炉外精炼过程钢包的粘渣问题亟待解决。另外，目前炉外精炼的两种主要方式RH和CAS-OB，RH工艺需要将耐火材料做成的浸渍管插入钢液中，将钢水吸入钢液内经真空室精炼后回流至钢包，CAS-OB工艺需要将耐火材料做成的浸渍罩插入钢液内，在浸渍罩内完成合金化及吹氧升温，因此钢包内的顶渣对浸渍管或浸渍罩都有影响，浸渍管或浸渍罩容易导致大量粘渣，不仅导致重量增加，影响起吊安全，且浸渍管或浸渍罩粘渣后，外径明显增加，难以准确浸入钢包内的钢液内，并影响钢包内的流场，进而影响精炼效果。同样的道理，浸渍管或浸渍罩的大量粘渣，使浸渍罩承受更多的热应力，寿命很低，特别对于RH工艺，浸渍管特别容易因粘渣而出现明显的“缩延”现象，对精炼工艺是否能够实施及精炼能力和精炼效果有决定性影响。因此，钢包精炼设备包括钢包和浸渍管、浸渍罩的粘渣问题迫切需要解决。

目前，控制钢包精炼设备粘渣的主要技术手段分为两类。一类方案是在包壁和浸渍管、浸渍罩耐火材料表面使用防粘渣喷涂料。如中国专利CN1068282提出一种防粘渣的高温涂料，由Al₂O₃、Cr₂O₃、SiC、石墨和结合剂磷酸铝液、木质磺酸钠溶液组成，使用该涂料可以使不粘渣的炉数达到7～10炉，该专利的缺点是：涂料中的SiC质量分数为55％，石墨C的质量分数5％，该涂料会对钢水产生增碳和增硅，不能用于生产纯净钢、低碳钢和低硅钢，另外，该涂料的使用寿命为7～10炉，寿命低，影响生产的连续性。中国专利CN1238137C提出一种防粘渣的CaO涂料，利用CaO与渣中Al₂O₃反应，生成CA、C₁₂A₇等低熔点化合物，以减少粘渣，该发明维持不粘渣的炉次为5～7炉，不粘渣的炉次较低，影响生产的连续性，精炼炉次之间进行补修喷涂时，由于包壁或浸渍管、浸渍罩等温度太高，喷涂料难以粘牢，因此，喷涂料不能对热包喷涂，即不能在线喷涂使用，影响了生产的连续性。日本专利JP4-116117提出采用10～80％的萤石和90～20％的石灰石为主的粘渣防止剂，该专利喷涂于耐材表面，以防止粘渣，该专利的主要缺点有二：一是该涂料在炼钢温度下就会熔化，熔入钢包渣，防粘渣的效果很差，防粘渣的炉次低于5炉；二是该涂料含有高量萤石CaF₂，不仅造成氟污染，而且氟化物会加重对精炼设备耐火材料的侵蚀，严重降低精炼设备耐火材料的寿命。

控制钢包精炼设备粘渣的现有技术的另一类方案是对钢包渣进行调渣处理，即向钢包渣内加入调渣剂，减小钢包渣对钢包和精炼设备耐火材料的粘附，即控制粘渣。目前的调渣剂主要包括活性石灰、萤石、铝渣或铝矾土等，如中国专利CN101307375A提出由活性石灰、刚玉渣和萤石组成的改性剂，其主要组成为：CaO 75～85％，Al₂O₃ 2.0～8.0％，F^- 4.0～8.0％，该改性剂维持不粘渣的炉数可达12炉。该发明的主要不足是萤石的含量较高，F^-的质量分数为4.0～8.0％，该改性剂在高温下使用会加重对钢包和精炼设备耐火材料的侵蚀，影响钢包及精炼设备的使用寿命，且造成环境污染并损害操作人员健康。另外，该改性剂中助熔剂萤石的助熔效果较差，其作用时间短，因此，防粘渣的效果一般。

综上所述，开发一种防粘渣效果好、熔化速度快、起效快、且不污染环境的钢包精炼调渣剂，对充分发挥精炼设备的生产能力、提高精炼效果，以及提高钢包精炼过程和钢水储运过程的安全都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种防止钢包和钢包精炼设备包括RH浸渍管及CAS-OB浸渍罩粘渣的调渣剂，该调渣剂具有无氟、高效率并提高精炼设备耐材寿命的特点，用于对钢包渣的调渣处理，以控制精炼设备的粘渣，并提高钢包及精炼设备的使用效率和连续使用寿命，解决目前钢包和钢包精炼设备粘渣的问题。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种钢包精炼用防粘渣无氟调渣剂，其特征在于：成份以质量百分数计，CaO 75～85％，Al₂O₃ 10～20％，B₂O₃ 5～15％，MgO 0～8％，其余为杂质，其中SiO₂<7.0％，H₂O<0.05％，硫和磷总量<0.01％。该调渣剂由工业试剂：活性石灰，铝矾土，硼酐，镁砂，按上述组成选配。原料称量前应充分干燥、经称量配料、粉碎成5mm以下碎料，混匀后即可包装使用；该调渣剂也可制成预熔渣，即将混匀料加入熔化炉，在1400℃熔化均匀后，液态渣经0.25～0.4MPa的高压空气流快速冷却，破碎成5mm以下粒料，即可包装使用。该调渣剂的使用方法是：调渣剂加入量为钢包渣总质量分数的10％，若为控制钢包粘渣，则在炼钢炉出钢后期投入钢包；若为控制RH浸渍管或CAS-OB浸渍罩等浸入钢包设备粘渣，则调渣剂可在精炼工位加入。

本发明中各个组分的主要作用如下：

活性石灰CaO：使钢包渣由“长渣”变“短渣”，降低渣的粘度，同时，CaO可与钢包渣中的Al₂O₃、TiO₂生成低熔点化合物，降低渣的熔化温度，提高钢包渣的过热度，减小粘渣；

铝矾土Al₂O₃：主要调节熔渣的流动性能和熔化结晶性能；

硼酐B₂O₃：主要是降低渣的熔化温度和结晶温度，并促进石灰的熔解，B₂O₃还可以提高渣的表面张力，减少钢包渣对耐火材料的粘附和侵蚀；

镁砂MgO：减小钢包渣对耐火材料的侵蚀，提高耐火材料的寿命，同时可以调节渣的粘度；

其余杂质，SiO₂属原料带入的杂质，降低渣的碱度，对精炼不利；

本发明与现有技术中国专利CN101307375A相比，采用硼酐替代萤石，并提高了铝矾土Al₂O₃的含量，彻底消除了氟污染并降低了渣的熔点和粘度，降低了钢包渣在耐火材料表面的粘附量，同时硼酐和铝矾上提高了渣的表面张力，可以减少渣对耐火材料的侵蚀，提高耐火材料的寿命。另外，该调渣剂的碱度高、熔点低、粘度低，即减少粘渣、提高耐火材料寿命又能提高渣的脱硫、脱氧及提高钢包渣容纳吸收铝脱氧产物的能力，即控制了精炼设备的粘渣，又提高了耐火材料的寿命和保证了精炼效果。

因此，本发明的主要优点归纳如下：

1、调渣剂属高CaO型渣，减少了粘渣和钢包渣对耐火材料的侵蚀，提高了钢包和精炼设备不粘渣的炉次和使用时间，同时提高了耐火材料的寿命；

2、调渣剂中加入氧化硼取代萤石作助熔剂，克服了氟污染，且氧化硼有非常强的助熔效果，调渣剂起效快，调渣效果好，调渣后，渣的熔点和粘度均比采用其它调渣剂(如石灰+萤石，石灰+铝渣+萤石)要低，调渣剂的熔点低，实现快速化渣并提高了钢包渣的精炼效果；

3、调渣剂碱度高，熔点低，有利于脱硫、脱氧和去除钢中夹杂物，对脱氧产物Al₂O₃的容纳吸收能力提高；

4、调渣剂中的镁砂具有减少炉衬被渣侵蚀的作用，渣线部位耐火材料的寿命提高一倍以上；

5、钢包调渣比采用耐火材料表面喷涂具有更好的防粘渣效果，不仅不污染钢液，而且能有效提高精炼效果；

6、钢包渣调渣防粘渣比耐火材料表面喷涂更容易实施，不需增加处理工位和预留操作时间，特别是能保证生产操作的连续性。

7、浇钢后，残存在钢包内的钢包渣玻璃化明显，易于清理，钢包粘渣问题得以解决；

8、调渣剂的使用灵活，可与其他还原剂、脱氧剂和造渣材料等同时使用，该调渣剂还具有便于储运的特点。

具体实施方式

实施实例1

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明

(一)调渣剂的制备

实施例采用的原料如下，以下涉及百分数时均为重量百分比：

活性石灰的化学组成为：100％>CaO≥90.0，5％≥MgO>0，2.5％≥SiO₂>0，其余为Al₂O₃等微量杂质；

铝矾土的化学组成：100％>Al₂O₃≥90.0，5％≥CaO>0，3％≥MgO>0，1.5％≥SiO₂>0，其余为微量杂质；

硼酐的化学组成：98.0％>B₂O₃≥85.0，5％≥CaO>0，3％≥MgO>0，3％≥SiO₂>0，其余为微量杂质；

镁砂的化学组成：100％>MgO≥90.0，5％≥CaO>0，3％≥Al₂O₃>0，1％≥SiO₂>0，其余为微量杂质；

取上述原料在150～300℃下烘烤后称量，按下表的五种配方进行配料：

表1 RH钢包精炼用调渣剂配方(质量百分数)

 

原料及配方	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5
						活性石灰	75％	75％	85％	80％	80％
铝矾土	15％	10％	10％	10％	10％
						硼酐	10％	10％	5％	10％	5％
镁砂	0	5％	0	0	5％

将上表各原料破碎成1mm以下，机械混匀后包装待用。

(二)调渣剂的使用

取上述预熔渣，在150吨RH钢包精炼炉上进行工业试验，冶炼钢种为超低碳铝镇静钢，通过测量钢包顶渣层的厚度，估算顶渣重量在2.5吨左右，调渣剂加入量为钢包渣总质量分数的10％，因此调渣剂的加入量确定为250Kg/钢包；

调渣剂的加入时机及防粘渣效果见下表2：

表2 RH钢包精炼的使用效果

 

项目	不采用本发明	配方1	配方2	配方3	配方4	配方5
							调渣剂加入时机	/	转炉出钢后期	转炉出钢后期	转炉出钢后期	RH工位	RH工位
钢包粘渣，Kg/炉*1	300	50	60	50	80	80
							浸渍管增重，Kg/炉*2	200	30	35	30	40	40
使用40炉次的钢包粘渣量t/40炉	3.0	0.5	0.6	0.5	0.7	0.8
							钢包连续在线使用寿命	80～105	130	135	132	125	130
浸渍管使用40炉次增重，t/40炉	3.2	0.80	0.85	0.82	0.75	0.79
							浸渍管平均使用寿命	78	80	80	80	80	80

*¹：均为钢包使用第40炉次时的单炉次粘渣量；

*²：均为浸渍管使用第40炉次时的单炉次粘渣量；

从使用效果看，上述五种配方的调渣剂调渣后，钢包及浸渍管的粘渣得到有效控制，体现在每炉次的增重减小，且连续使用40炉次后的增重得到控制，另外，钢包和浸渍管耐火材料的寿命得到提高，达到预期的目的。

实施实例2

(一)调渣剂的制备

实施例采用的原料如下，以下涉及百分数时均为重量百分比：

活性石灰的化学组成为：100％>CaO≥90.0，5％≥MgO>0，2.5％≥SiO₂>0，其余为Al₂O₃等微量杂质；

铝矾土的化学组成：100％>Al₂O₃≥90.0，5％≥CaO>0，3％≥MgO>0，1.5％≥SiO₂>0，其余为微量杂质；

硼酐的化学组成：98.0％>B₂O₃≥85.0，5％≥CaO>0，3％≥MgO>0，3％≥SiO₂>0，其余为微量杂质；

镁砂的化学组成：100％>MgO≥90.0，5％≥CaO>0，3％≥Al₂O₃>0，1％≥SiO₂>0，其余为微量杂质；

取上述原料在150～300℃下烘烤后称量，按下表3的五种配方进行配料：

表3 CAS-OB钢包精炼用调渣剂配方(质量百分数)

 

原料及配方	配方
		活性石灰	85％
铝矾土	10％
		硼酐	5％
镁砂	0

将上表各原料破碎成1mm以下，机械混匀后将混和料装入钢包式熔化炉，将渣料在1400℃熔化均匀后，液态渣经0.25～0.4MPa的高压空气流快速冷，破碎成5mm以下粒料，包装待用。

(二)调渣剂的使用

取上述预熔渣，在150吨CAS-OB钢包精炼炉上进行工业试验，冶炼钢种为低碳铝镇静钢，通过测量钢包顶渣层的厚度，估算顶渣重量在2.5吨左右，调渣剂加入量为钢包渣总质量分数的10％，因此调渣剂的加入量确定为250Kg/钢包，使用效果见下表4

表4 调渣剂原料配方(质量百分数)

 

项目	不采用本发明	投包方案1	投包方案1
				调渣剂加入时机	/	转炉出钢后期	精炼工位吹氩排渣后
钢包40炉次平均粘渣量，Kg/炉*1	75	15	20
				钢包连续在线使用寿命	70～80	120	120
浸渍罩连续使用20增重，	3.5	1.5	1.2

 

t/20炉
				浸渍罩平均在线使用寿命	20炉	37炉	40炉
浸渍罩总寿命	40炉	>70炉	>80炉

*¹：均为钢包使用40炉次的平均单炉次粘渣量；

从使用效果看，调渣处理后，浸渍罩的使用寿命提高一倍以上，粘渣量减小为不调渣时的20～30％，钢包及浸渍罩的粘渣得到有效控制，钢包和浸渍管耐火材料的寿命得到提高。

Claims (5)

1、一种钢包精炼用防粘渣无氟调渣剂，其特征在于：成份以质量百分数计，CaO 75～85％，Al₂O₃ 10～20％，B₂O₃ 5～15％，MgO 0～8％，其余为杂质，其中SiO₂<7.0％，H₂O<0.05％，硫和磷总量<0.01％。

2、权利要求1所述的调渣剂的制备方法，其特征在于：将活性石灰、铝矾土、硼酐和镁砂充分干燥后称量配料，粉碎成5mm以下碎料，混匀后包装使用。

3、权利要求1所述的调渣剂的制备方法，其特征在于：将活性石灰、铝矾土、硼酐和镁砂混匀后加入熔化炉，在1400℃熔化均匀后，液态渣经0.25～0.4MPa的高压空气流快速冷却，破碎成5mm以下粒料，包装使用。

4、权利要求1所述的调渣剂的使用方法，其特征在于：若为控制钢包粘渣，则调渣剂在炼钢炉出钢后期投入钢包；若为控制浸入钢包设备粘渣，则调渣剂在精炼工位加入；调渣剂加入量为钢包渣总质量分数的10％。

5、权利要求4所述的使用方法，其特征在于：钢包设备指RH浸渍管或CAS-OB浸渍罩。