CN101705339A

CN101705339A - 一种感应炉炼钢炉外脱硫剂及脱硫方法

Info

Publication number: CN101705339A
Application number: CN200910235079A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2029-11-13
Also published as: CN101705339B

Abstract

本发明提供一种感应炉炼钢炉外脱硫剂及脱硫方法，属于炼钢炉外精炼技术领域。脱硫剂的主要成分(重量％)为：电石60-70％，石灰15-20％，钝化镁：10-15％，硼酐1-5％，杂质小于2％。脱硫剂的加入量根据脱硫量、目标硫含量及钢水重量来确定，其脱硫方法为：出钢前将脱硫剂按钝化镁—硼酐—石灰—电石的放料顺序置于钢包底部，利用出钢过程中钢流的冲洗使脱硫剂与钢水充分混合进行脱硫化学反应。采用本发明可将钢中硫含量控制在0.005％以下，具有脱硫效率高、成本低、无毒无害、操作简单易于实现等优点。

Description

一种感应炉炼钢炉外脱硫剂及脱硫方法

技术领域

本发明属于感应炉炼钢技术领域，特别涉及一种感应炉炼钢炉外脱硫剂及脱硫方法。

背景技术

感应炉炼钢是目前生产金属铸件的金属制品加工企业和中小型铸钢厂普遍采用的炼钢方法，其特点是生产组织灵活，可以按各种优特钢的要求进行冶炼，而且设备投资和生产成本都较低，可实现加工下脚料的循环利用。感应熔炼炉根据炉衬材料分为碱性、中性和酸性炉衬，碱性炉衬以碱性氧化物主要是氧化镁为主作筑炉材料，但碱性氧化物的稳定性能差，强度偏低，热波动及装料机械冲击使炉衬寿命很低，且炉衬出现裂纹即存在重大安全隐患，因此安全系数低。中性炉衬以中性氧化物氧化铝为主要材料，酸性炉衬以酸性氧化物如硅砂(主要成分为二氧化硅)为主要材料，中性炉衬和酸性炉衬的优点是稳定性好，强度高，寿命长及安全系数高，因此，目前感应炉主要采用酸性炉衬和中性炉衬，而酸性炉衬和中性炉衬的最大不足是炉内熔炼时不能造高碱度渣，这是由于高碱度渣中的CaO与酸性炉衬中的SiO₂和中性炉衬中的Al₂O₃都极易反应生成低熔点化合物，即高碱度炉渣对炉衬造成严重的侵蚀，影响炉衬寿命并导致安全隐患和事故。

众所周知，钢铁熔炼过程的脱硫要在碱性较强条件下进行，由于酸性或中性感应炉熔炼不适合造高碱度渣，因此，炉渣的脱硫能力非常有限。通过控制原料中硫的来源，钢水中的硫含量一般只能控制在0.015～0.045％，欲进一步降低钢铁中的硫含量，必须采取其它措施，包括：炉内脱硫和炉外脱硫。目前的炉内脱硫以向炉内加入金属钙、镁及其合金为主，金属钙、镁具有很强的脱硫能力，但是，钙、镁元素的沸腾温度偏低，(Ca的沸点1450℃，Mg的沸点1150℃)在熔炼高温下，钙、镁元素在钢中的溶解度很低，因此钙、镁及其合金在炉内的实际脱硫效果并不高，另外，为避免钙、镁元素引起的炉内大沸腾和提高脱硫效果，节约脱硫成本，脱硫剂需要分批多次加入，重复操作多次，冶炼时间延长。另一种解决感应熔炼钢液硫含量高的措施是炉外脱硫，对于传统的钢铁企业，炉外精炼脱硫技术很多，包括合成渣洗、喷粉脱硫、造渣脱硫等，但这些精炼工艺一般是针对几十吨至几百吨的钢包进行，工艺成熟且自动化控制水平高，但设备庞大、投资巨大，不适合生产规模小、生产周期及间歇长的感应炉炼钢，因此，针对感应炉炼钢的炉外精炼脱硫报道很少。中国专利(授权公告号CN100434540C，酸性感应炉炉外脱硫法)公开了以碳酸钡、氧化钡为主的脱硫剂，利用冲包的方法进行脱硫，可将硫含量控制在0.015％以下。该发明的主要不足有两个：一是所用原料碳酸钡及氧化钡(重量百分比90％以上)为毒性很强的物质，对操作人员的健康及环境构成危害；二是，碳酸钡和氧化钡的脱硫能力有限，所以其加入量偏高，按其权利要求规定的脱硫剂添加量计算方法，欲脱掉0.01％的硫，脱硫剂的加入量为10kg/t钢，导致渣量过大，引起钢水温降，影响浇铸和钢包调运。

综上所述，开发一种针对感应炉炼钢炉外脱硫的脱硫剂及脱硫方法，提高感应炉炼钢炉外脱硫的效率、节约脱硫成本，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对感应炉炼钢炉外脱硫的脱硫剂及脱硫方法，解决目前感应炉炼钢难于脱硫的问题，提高脱硫效果和脱硫剂的利用率，减少脱硫剂消耗，降低脱硫成本。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

本发明的感应炉炼钢炉外脱硫剂，由电石-石灰-钝化镁-硼酐组成，其成分(重量％)为：电石CaC₂：60-70％，石灰CaO：15-20％，钝化镁Mg：10-15％，硼酐：B₂O₃：1-5％，其余杂质：小于2％。

使用上述炉外脱硫剂的脱硫方法，其特征在于：脱硫剂的使用量按照钢水重量、钢液初始硫含量与目标硫含量等因素确定，其加入量的计算公式为：

W＝M×(S_i-S_f)÷0.005％×N kg

上式中：Q：脱硫剂加入量，kg；M：钢水重量，t；S_i：钢水初始硫含量(重量％)；S_f：钢水最终硫含量(目标硫含量)(重量％)；N：系数，kg·t^-1，当S_f＞0.005％时，N取值为1.0～1.2，当S_f＜0.005％时，N取值为1.2～1.5。

当钢水的熔炼温度及成分合格以后，出钢前深脱氧，使钢中总氧降低到0.005％以下，出钢前将脱硫剂按比例置入准备接受钢水的钢包底部，铺料顺序为钝化镁-硼酐-石灰-电石，在出钢过程中，利用钢流的冲洗使脱硫剂与钢水充分混合进行脱硫化学反应。

本发明的炉外脱硫剂其成分选定根据如下：

①电石CaC₂：电石具有强还原性，保证脱硫的还原性气氛，同时，CaC₂又是非常强的脱硫剂，其脱硫能力强于石灰CaO，使用电石与使用石灰相比，脱硫剂消耗可降低50％左右，因此，本脱硫剂以电石为主要成分，但只使用电石作脱硫剂，因其脱硫产物单一，会造成少量回硫现象，因此，还要配加其它脱硫组元如钝化镁和石灰，以提高脱硫效果和防止回硫。本发明的脱硫剂中电石CaC₂的重量百分数为：60-70％。

②石灰CaO：石灰也具有很强的脱硫能力，但单一采用石灰脱硫时，石灰表面出现2CaO·SiO₂，这是一种致密壳体结构，影响石灰继续脱硫，本发明中添加石灰的另一个目的是防止回硫。本发明的脱硫剂中电石CaC₂的重量百分数为：15-20％。

③钝化镁：镁具有非常强的脱硫能力，但单独使用Mg或脱硫剂中Mg的含量偏高，引起强烈的沸腾，而且镁的利用率偏低，另外，镁的价格较高，本发明中，镁一方面作为强脱硫剂起到脱硫作用，可以减少脱硫剂的消耗总量，另一方面，Mg具有抑制回硫的作用。因此，本发明的脱硫剂中钝化镁的重量百分数为：10-15％。

④硼酐B₂O₃：硼酐的主要作用是促进石灰的熔解，即助熔剂的作用，促进成渣，可以提高脱硫剂的脱硫效率和效果，减少脱硫剂的消耗量，本发明中加入1-5％的硼酐即起到非常好的助熔造渣效果。

本发明的脱硫方法制定的根据如下：

①脱硫剂的吨刚加入量

脱硫剂的加入量取决于脱硫量及目标硫含量，使用本脱硫剂时，吨钢脱硫量为0.015％时脱硫剂的吨钢消耗量为1.0～1.5kg，目标硫含量越低，脱硫剂的吨钢消耗量就越大，因此，脱硫剂的吨钢消耗量为：(S_i-S_f)÷0.005％×N kg·t^-1

当目标硫含量S_f＞0.005％时，N取值为1.0～1.2，S_f越高，N取小值；当S_f＜0.005％时，N取值为1.2～1.5，S_f越低，N取大值。

②脱硫剂的加入方式和顺序

本发明的脱硫剂需保持干燥，严格防潮，使用前不需要混合，而是按照钝化镁-硼酐-石灰-电石的先后顺序铺在钢包底部，一方面可以减少镁的挥发，而且有利于成渣和石灰的熔解，从而提高脱硫剂的利用率和脱硫效果。

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

①本发明实现了感应炉炼钢炉外脱硫，解决了感应炉炼钢脱硫难的问题，减轻了炉内脱硫的任务，使感应炉熔炼效率提高，降低冶炼成本；

②本发明的脱硫剂比单一使用电石、石灰(石灰石)和镁具有更好的脱硫效果。主要体现在三个方面：

单一使用电石炉外脱硫时，将有0.001～0.003％的回硫现象，使用本发明时，由于加入了镁和石灰，无回硫现象发生，因此与单一使用电石相比，控制了回硫现象；

与单一用石灰(包括石灰、石灰石，也包括碳酸钡、氧化钡等碱性氧化物和其碳酸盐)相比，本发明的脱硫剂的加入量不足石灰系脱硫剂加入量的三分之一，且脱硫效果提高，钢液最终硫含量可由使用石灰系脱硫剂时的0.015％降低到使用本发明时的0.005％以下；

与单一使用镁作脱硫剂相比，脱硫效果更好，脱硫剂成本大幅下降，脱硫剂的利用率提高，并且消除了使用镁作脱硫剂时的大沸腾事故。

③本发明的脱硫剂中不含有毒有害的碳酸钡和氧化钡，也不含对炉衬侵蚀严重及对人体健康及环境都有危害的传统助熔剂萤石。

综上所述，采用本发明提出的感应炉炉外脱硫剂及脱硫方法，脱硫效果和脱硫效率提高，提高了脱硫剂的利用率而降低了脱硫剂使用量，炉外脱硫成本低，具有较高的经济效益和使用价值。

具体实施方式

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。

实施实例1

该实施例针对10吨的工频感应炉熔炼合金铸钢ZG42CrMo进行炉外脱硫，出钢前的初始硫含量为0.045％，目标硫含量是低于0.020％，采用脱硫剂的配料(重量％)为：

电石：65％，石灰：15％，钝化镁：15％，硼酐：5％。

计算脱硫剂的加入总重量为：W＝10×(0.045-0.020)÷0.005×1.0＝50kg，因此称取：钝化镁：7.5kg；硼酐：2.5kg；石灰：7.5kg；电石：32.5kg作脱硫剂，依次铺于钢包底部。钢水温度1620℃时，用Al脱氧后出钢，出钢完毕5min后，取样，测得硫含量为0.008％，达到理想的脱硫效果。

实施实例2

该实施例针对5吨的工频感应炉熔炼不锈、耐蚀铸钢ZGCr28，进行炉外脱硫，出钢前的初始硫含量为0.035％，目标硫含量是低于0.010％，采用脱硫剂的配料(重量％)为：

电石：60％，石灰：20％，钝化镁：15％，硼酐：5％。

计算脱硫剂的加入总重量为：W＝5×(0.035-0.010)÷0.005×1.1＝27.5kg，因此称取：钝化镁：4.2kg；硼酐：1.5kg；石灰：5.5kg；电石：16.5kg作脱硫剂，依次铺于钢包底部。钢水温度1640℃时，脱氧后出钢，出钢完毕3min后，取样，测得硫含量为0.006％，达到理想的脱硫效果。

实施实例3

该实施例针对10吨的工频感应炉熔炼专门用途的超低硫钢，进行炉外脱硫，出钢前的初始硫含量为0.045％，目标硫含量低于0.005％，采用脱硫剂的配料(重量％)为：

电石：70％，石灰：15％，钝化镁：12％，硼酐：3％。

计算脱硫剂的加入总重量为：W＝10×(0.045-0.005)÷0.005×1.4＝112kg，因此称取：钝化镁：13.5kg；硼酐：3.4kg；石灰：16.8kg；电石：78.5kg作脱硫剂，依次铺于钢包底部。钢水温度1630℃时，脱氧后出钢，出钢完毕5min后，取样，测得硫含量为0.004％，达到理想的脱硫效果。

实施实例4

该实施例针对20吨的工频感应炉熔炼ZGD840-1030，进行炉外脱硫，出钢前的初始硫含量为0.045％，目标硫含量低于0.015％，采用脱硫剂的配料(重量％)为：

电石：70％，石灰：17％，钝化镁：10％，硼酐：3％。

计算脱硫剂的加入总重量为：W＝20×(0.045-0.015)÷0.005×1.0＝120kg，因此称取：钝化镁：12kg；硼酐：3.6kg；石灰：20.4kg；电石：84kg作脱硫剂，依次铺于钢包底部。钢水温度1650℃时，脱氧后出钢，出钢完毕5min后，取样，测得硫含量为0.007％，达到理想的脱硫效果。

Claims

1.一种感应炉炼钢炉外脱硫剂，其特征在于：脱硫剂由电石、石灰、钝化镁和硼酐组成，其成分按重量百分比计为：

电石CaC₂：60-70％，石灰CaO：15-20％，钝化镁Mg：10-15％，硼酐：B₂O₃：1-5％，其余杂质：小于2％。

2.使用权利要求1所述的炉外脱硫剂进行脱硫的方法，其特征在于：将脱硫剂按比例置入准备接受钢水的钢包底部，铺料顺序为：钝化镁-硼酐-石灰-电石，在出钢过程中，利用钢流的冲洗使脱硫剂与钢水充分混合进行脱硫化学反应。

3.权利要求2所述的脱硫剂及脱硫方法，其特征在于：脱硫剂加入量与钢水重量、钢液初始硫含量与最终硫含量(目标硫含量)有关，其计算公式为：

W＝M×(S_i-S_f)÷0.005％×N kg

W：脱硫剂加入量，kg；

M：钢水重量，t

S_i：钢水初始硫含量，(重量％)

S_f：钢水最终硫含量(目标硫含量)，(重量％)

N：为系数，kg·t^-1，当S_f＞0.005％时，N取值为1.0～1.2；当S_f＜0.005％时，N取值为1.2～1.5。