CN101886156A

CN101886156A - 钢包精炼炉炼钢方法

Info

Publication number: CN101886156A
Application number: CN 201010235551
Authority: CN
Inventors: 李恒瑞; 黄正全; 陈坤; 梁东; 李琨; 肖龙全
Original assignee: CHONGQING KEJIAN METALLURGY MATERIAL Co Ltd
Current assignee: CHONGQING KEJIAN METALLURGY MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN101886156B

Abstract

本发明公开了钢包精炼炉炼钢方法，步骤为：(1)将转炉初炼钢水输送到钢包精炼炉内，在精炼工位开始送电加热并加完合成渣后一段时间，按照每吨钢水加入0.25～0.5kg的比例，一次性加入多效精炼剂；多效精炼剂由含有下述重量百分比的组分制备而成：CaC₂-45～70％、SiC-5～20％、Al-5～15％和缓释剂10～20％；(2)根据炉渣变化情况进行调渣；每次按照每吨钢水加入0.05～0.20kg的比例加入；(3)在钢包精炼炉精炼结束前的5～10分钟，加入4～15kg/炉的铝钒土或CaSi粉破渣。本发明的方法，其组分中Ca、Al、Si、C元素均具有较强的脱氧能力，能满足炉渣快速深度脱氧以及对钢水扩散脱氧的要求；脱氧元素产物能与合成渣组分形成白渣矿相，有利于钢水脱硫和去除夹杂物；减少钢水在精炼过程中增加[N]、[H]含量，降低消耗及成本。

Description

钢包精炼炉炼钢方法

技术领域

本发明涉及钢包精炼炉(钢包精炼炉)多效精炼剂(辅助造渣材料)应用于精炼渣还原性(或称弱氧化性)气氛下造泡沫化白渣的钢水精炼工艺技术，是一种低成本冶炼高品质钢种的炼钢方法，属钢水炉外精炼领域。

背景技术

钢包精炼炉，即LF炉(LADLE FURNACE)，是钢铁生产中主要的炉外精炼设备，它的主要任务是：①脱硫②温度调节③精确的成分微调④改善钢水纯净度⑤造渣。随着用户对高级别钢特别是低氮、氢、磷、硫、氧和低夹杂物洁净钢的需求大大增加，如X65抗H₂S海底管线管钢、X52QS抗强酸性超低硫管线管钢、CS-110SS抗腐蚀石油套管钢、WB36CN1核电用管钢等，这些高品质产品对钢中氮、氢的质量分数有很高的要求，常规钢包精炼炉精炼工艺技术难以实现。为此，国内外相继实施了“电石+铝粉+硅铁粉+萤石”、“合成渣+渣洗还原剂”、“合成渣+熔融铝酸钙+渣洗还原剂”等造精炼炉渣工艺技术，上述控氮、氢和夹杂物技术虽然可以达到一定的冶金效果，但均存在不足之处，尤其难以达到钢包精炼炉最佳的冶金效果。

采用传统的“电石+铝粉+硅铁粉+萤石”辅助造渣工艺，存在发泡剂发泡过快、泡沫保持时间短、稳定性差的弊端，而且存在消耗高、环境污染严重、劳动强度大等问题。

采用渣洗还原剂作为精炼剂存在两个方面的缺点：一是，因为渣洗还原剂主要功效组分受资源制约而不稳定，如Al含量波动大，Al₂O₃、SiO₂含量普遍偏高；所以导致其对精炼炉渣的脱氧能力难以与精炼炉造白渣工艺相匹配。当初炼钢水转炉终点[C]低和带渣量大时，需要加入大量的渣洗还原剂进行脱氧，但随之而来是渣中(Al₂O₃)(SiO₂)等酸性氧化物的增加，炉渣碱度和表面张力的降低，不利于白渣的形成、保持以及稳定的泡沫化，严重时会形成“玻璃渣”。采用该材料辅助造渣，难以稳定实现钢水的深脱硫和去夹杂物等冶金功能。二是，因为渣洗还原剂发泡组分极少，精炼炉渣难以形成长时间稳定的泡沫化并实现电极的埋弧加热，钢水极易吸收N、H；所以使用渣洗还原剂辅助造渣工艺，不利于钢水[N]、[H]含量的有效控制。

目前，国际上在造泡沫时普遍采用碳酸盐(如CaCO₃、MgCO₃等)作为发泡剂，其优势是可以持续地为精炼炉提供造泡沫渣所需的气源，可以实现炉渣的全程泡沫化。但采用碳酸盐(如CaCO₃、MgCO₃等)作为发泡剂存在两方面的弊端：一是，发泡剂发泡过快、泡沫稳定性差，而且发泡剂消耗高、环境污染严重。二是，碳酸盐(如CaCO₃、MgCO₃等)在高温下分解(分解温度约为800℃)产生的CO₂属氧化性气体，对钢水有二次氧化的危害。

发明的内容

本发明为了解决上述钢包精炼炉造渣方法的不足，其目的是提供一种在精炼渣还原性(或称弱氧化性)气氛下造泡沫化白渣的钢水精炼工艺技术，是一种低成本冶炼高品质钢种的炼钢方法，属钢水炉外精炼领域。本发明可以减少钢水[N]、[H]含量，提高精炼炉渣脱硫、去夹杂物能力，提高电能的热效率(降低电耗)。

本发明是这样实现的：钢包精炼炉炼钢方法，包括如下步骤：

1、将转炉初炼钢水输送到钢包精炼炉内，在精炼工位开始送电加热并加完合成渣后约3～5分钟，根据钢种、转炉终点[C]和带渣量的情况，按照每吨钢水加入0.25～0.5kg的比例，一次性加入多效精炼剂；

所述的多效精炼剂，由含有下述重量百分比的组分制备而成：CaC₂--45～70％、SiC--5～20％、Al--5～15％和缓释剂10～20％；

2、在精炼过程，根据炉渣变化情况进行调渣；若炉渣泡沫厚度不能完全埋弧或脱氧不良，则加入多效精炼剂进行调渣，每次按照每吨钢水加入0.05～0.20kg的比例加入，进行调渣。当炉渣泡沫厚度不能完全埋弧现象时，空气中的N₂和H₂O经电弧离解成极易溶解于钢水的N、H原子，从而造成钢水[N]、[H]含量极剧增加，直接导致钢的内在质量和使用性能下降或恶化。当炉渣出现脱氧不良现象时，就难以实现炉渣通过扩散脱氧降低钢水[O]含量的冶金功能，同样导致钢的内在质量和使用性能下降。

3、在钢包精炼炉精炼结束前的5～10分钟，加入5～15kg/炉的铝钒土或硅铁粉或硅钙粉破渣，以消除炉渣中的CaC2颗粒，以增大炉渣表面张力促进钢---渣的分离；同时能防止钢水夹渣和促进精炼渣对钢水中夹杂物的吸收，并避免VD炉等真空处理时钢水增碳。

在精炼过程，若炉渣出现由白色变为灰黑色的电石渣现象，则加入5～15kg/炉的铝钒土或硅铁粉或硅钙粉进行调渣，并加强钢包底吹Ar搅拌，以保持炉渣完全埋弧的泡沫化和白渣的稳定性。

多效精炼剂化学成份为：Ca--28～55％、Al--5～15％、C--15～30％、Si--3～15％和缓释剂10～20％。

缓释剂为显著提高炉渣粘度和表面张力抑制气体逃逸的氧化物。如：活性BaO、CaO、MgO等。

具体操作时，首先根据初渣的氧含量(FeO+MnO等)、脱氧元素的脱氧能力、CaC₂和SiC的发气量，对形成白渣的矿相组分要求、对炉渣粘度和表面张力的影响程度，计算配入各脱氧元素及相应组分的用量，即确定多效精炼剂的各组分的具体重量百分比。

为了有效控制各发泡元素的反应速度，使其产生的气源CO₂、CO(主要为CO)被较长时间地密封在粘度和表面张力较大的炉渣内，具体方法一是，通过控制其材料粒度可以达到一定功效；二是，通过配入抑制发泡速度及气体逃逸的缓释剂，可以稳定(其功效随温度变化不大)提高炉渣粘度和表面张力。

最佳的块度或粒度范围是：钢包精炼炉多效精炼剂组分配制，首先将各组分按如下块度或粒度要求进行加工：CaC₂为5～20mm、SiC为≤3mm、Al为1～5mm、缓释剂≤5mm，然后按设计比例混匀并采用内塑外编双层防潮包装，重量以5～10kg/袋为宜。保质期不超过15天。

本发明与现有的钢包精炼炉造渣工艺技术相比，有以下效果：

1.钢包精炼炉多效精炼剂功效组分中Ca、Al、Si、C元素均具有较强的脱氧能力，能满足炉渣快速深度脱氧以及对钢水扩散脱氧的要求。精炼渣(FeO+MnO)≤1％，钢水[O]≤16ppm。

2.脱氧元素产物能与合成渣组分形成白渣矿相，有利于钢水脱硫和去除夹杂物。在合成渣中主要组分石灰活性度为280mol/ml(40±1℃，10min)的条件下，精炼炉渣L_S≥140，脱硫率≥81.6％，比现有工艺提高15％；精炼终点钢水夹杂物总量≤65ppm，比现有工艺降低25ppm以上。

3.钢包精炼炉多效精炼剂功效组分有较强的发泡功能，并配入抑制发泡速度及气体逃逸的缓释剂。国内外通常采用碳酸盐(如CaCO₃、BaCO₃等)作为发泡剂，鉴于该类发泡剂稳定性差和所产生CO₂对钢渣有二次氧化的弊端。本设计弃用了该类发泡剂，仅借助于炉渣的弱氧化性(还原性)和功效组分中C产生的CO₂、CO(在精炼炉渣还原性与高温条件下主要为CO)作为造泡沫渣的气源。再通过配入抑制发泡速度及气体逃逸的缓释剂，该缓释剂可以稳定(其功效随温度变化不大)提高炉渣粘度和表面张力，将发泡剂产生的CO₂、CO(主要为CO)被较长时间地密封在粘度和表面张力较大的炉渣内。

实践证明，在钢包精炼炉多效精炼剂加入量为0.5～0.6kg/t(钢水)时，泡沫化白渣的保持时间在60min以上。确保了精炼炉的完全埋弧精炼，由此产生了两个方面的效果：

3.1减少钢水在LF精炼过程中增加[N]、[H]含量。因为空气中的N₂和H₂O经电弧离解成N、H原子后极易溶解于钢水中，所以采用完全埋弧泡沫渣的工艺技术可以大幅度降低钢中N、H含量。在空气湿度大于95以上的条件下，钢包精炼炉终点钢水[N]≤45ppm，比现有工艺降低25ppm以上；[H]≤3.8ppm，比现有工艺降低1ppm以上。

3.2降低消耗及成本。提高电能的热效率，节约电耗20％以上；减少电极的氧化烧损，节约电极消耗15％以上；同时还减少电弧对钢包渣线耐火材料的侵蚀。对精炼硫要求不是很高的钢种，可以减少合成渣消耗约40％。

5、本发明的核心是采用钢包精炼炉多效精炼剂(辅助造渣材料)在精炼渣还原性(或称弱氧化性)气氛下造泡沫化白渣的钢水精炼技术，包括钢包精炼炉多效精炼剂成份设计、组分配制、加入量、加入方法等工艺技术。

具体实施方式

钢包精炼炉炼钢方法，包括如下步骤：

1、将转炉初炼钢水输送到钢包精炼炉内，在精炼工位开始送电加热并加完合成渣后一段时间，约3～5分钟，根据钢种、转炉终点[C]和带渣量的情况，按照每吨钢水加入0.25～0.5kg的比例，一次性加入多效精炼剂；合成渣是现有技术的物料，按照现有的工艺要求加入；

所述的多效精炼剂，由含有下述重量百分比的组分制备而成：CaC₂--45～70％、SiC--5～20％、Al---5～15％和缓释剂10～20％；多效精炼剂组分中配有强脱氧元素(Ca、Al、Si)、强发泡元素(C)和抑制气体逃逸的缓释剂；

2、在精炼过程中，根据炉渣变化情况进行调渣；若炉渣泡沫厚度不能完全埋弧或脱氧不良，则加入多效精炼剂进行调渣，每次按照每吨钢水加入0.05～0.20kg的比例加入，进行调渣；

3、在钢包精炼炉精炼结束前的5～10分钟，加入4～15kg/炉的铝钒土或硅铁粉或硅钙粉破渣，以消除炉渣中的CaC₂颗粒，以增大炉渣表面张力促进钢---渣的分离。

在精炼过程中，若炉渣出现由白色变为灰黑色的电石渣现象，则加入5～15kg/炉的铝钒土或硅铁粉或硅钙粉进行调渣，并加强钢包底吹Ar搅拌，以保持炉渣完全埋弧的泡沫化和白渣的稳定性。

实施例1：

某厂80吨钢包精炼炉采用该技术生产4炉抗H₂S海底管线管X65钢(用于海底石油输送)

1.无缝管钢生产工艺流程

1300^t混铁炉→脱硫、扒渣→80^t转炉→LF钢包精炼炉→(VD)→连铸机

2.80^t钢包精炼炉设备主要参数

表180^t钢包精炼炉设备主要参数

3.主要原辅料技术条件

3.1渣洗还原剂(原工艺用)

表2渣洗还原剂的物化性能

3.2钢包精炼炉多效精炼剂(新工艺用)

表3钢包精炼炉多效精炼剂的理化指标

将按照上述块度或粒度进行加工的各组分制备好，然后按照上述比例混匀并采用内塑外编双层防潮包装，重量以5～10kg/袋为宜。

3.3合成渣(下表是现有技术的合成渣的配比和性能指标)

表4合成渣的理化指标

4.钢包精炼炉工艺技术

4.1抗H2S海底管线管X65钢的化学成份及相关性能要求

4.2钢包精炼炉终渣主要理化性能控制要求

(1)LF钢包精炼炉还原性泡沫化白渣成份

表5LF钢包精炼炉渣成份(％)

(2)物理性能

密度：1.8～2.0g/cm³，粘度：合适，表面张力：合适。

(3)矿相组成

采用高碱度低熔点的CaO-Al₂O₃-SiO₂渣系，选择稳定的矿相组成为：CA-C₁₂A₇-C₂S(熔点为1335℃)。

4.3钢包精炼炉造还原性泡沫化白渣

初炼钢水进入精炼工位——打开钢包底吹Ar(氩气)---送电、加合成渣，5分钟初渣形成后加20kg多效精炼剂，取初样、微调合金、取2样，20分钟后加20kg多效精炼剂，出钢前8分钟加10kg铝钒土和5kg硅钙粉破渣，全程泡沫化白渣直到出钢。

4.4钢包精炼炉终点钢水成份

表6钢包精炼炉终点钢水成份

炉号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Al	Nb	As	Sn
炉号	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ti	Al	Nb	As	Sn	03347	0.11	0.21	1.44	0.014	0.003	0.05	0.01	0.016	0.036	0.026	0.008
03348	0.10	0.22	1.43	0.016	0.004	0.05	0.01	0.023	0.032	0.024	0.007	03347	0.11	0.21	1.44	0.014	0.003	0.05	0.01	0.016	0.036	0.026	0.008
03348	0.10	0.22	1.43	0.016	0.004	0.05	0.01	0.023	0.032	0.024	0.007	03421	0.09	0.27	1.46	0.012	0.004	0.05	0.02	0.040	0.036	0.024	0.006
03422	0.10	0.23	1.43	0.013	0.005	0.05	0.02	0.030	0.036	0.025	0.006	03421	0.09	0.27	1.46	0.012	0.004	0.05	0.02	0.040	0.036	0.024	0.006

4.5钢包精炼炉终渣性能

表7钢包精炼炉终渣主要成分和碱度

5.实施效果

5.1主要冶金效果

(1)钢包精炼炉终点钢水气体含量

表8钢包精炼炉终点钢水气体含量

炉号	[O]，ppm	[N]	[H]
炉号	[O]，ppm	[N]	[H]	03347	12.5	38	4
03348	11.7	42	4	03347	12.5	38	4
03348	11.7	42	4	03421	13.6	53	4
03422	11.9	45	2.8	03421	13.6	53	4
03422	11.9	45	2.8	平均	12.4	44.5	3.7

注：在83-03347和83-03348试验当日空气湿度为95，在83-03421和83-03422试验当日空气湿度为105。

(2)钢包精炼炉终点钢水和VD钢水夹杂物含量

表9钢包精炼炉终点钢水和VD钢水夹杂物含量

夹杂物含量	03347	03348	3349	3350	平均值
夹杂物含量	03347	03348	3349	3350	平均值	VD前(ppm)	64	71	65	49	62
VD后(ppm)	33	19	27	16	24	VD前(ppm)	64	71	65	49	62
VD后(ppm)	33	19	27	16	24	夹杂物降低率	48.4％	73.2％	58.5％	67.3％	61.3％

(3)LF精炼渣脱硫效果

表10LF精炼渣脱硫效果

[S]含量	03347	03348	03349	03350	平均值
[S]含量	03347	03348	03349	03350	平均值	LF初样(％)	0.016	0.026	0.020	0.025	0.02175
LF终样(％)	0.003	0.004	0.004	0.005	0.004	LF初样(％)	0.016	0.026	0.020	0.025	0.02175
LF终样(％)	0.003	0.004	0.004	0.005	0.004	脱硫率(％)	81.3	84.7	80	80	81.6

5.2主要技术经济指标

表11钢包精炼炉主要技术经济指标

指标	03347	03348	03349	03350	平均值
指标	03347	03348	03349	03350	平均值	钢水量(t)	68.6	68.8	68.1	68.5	68.5

指标	03347	03348	03349	03350	平均值
指标	03347	03348	03349	03350	平均值	精炼时间(min)	80	45	40	45	55
合成渣用量(kg)	1100	1000	800	1000	975	精炼时间(min)	80	45	40	45	55
合成渣用量(kg)	1100	1000	800	1000	975	多效精炼剂用量	40	40	40	40	40
(kg)						多效精炼剂用量	40	40	40	40	40

实施例二

本发明的多效精炼剂，其各组分的重量百分比还可以如下表所示，能达到相同的技术效果，实现本发明的目的。

Claims

1.钢包精炼炉炼钢方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将转炉初炼钢水输送到钢包精炼炉内，在精炼工位开始送电加热并加完合成渣后一段时间，按照每吨钢水加入0.25～0.5kg的比例，一次性加入多效精炼剂；

所述的多效精炼剂，由含有下述重量百分比的组分制备而成：CaC₂--45～70％、SiC--5～20％、Al--5～15％和抑制气体逃逸的缓释剂10～20％；

(2)在精炼过程中，根据炉渣变化情况进行调渣；每次按照每吨钢水加入0.05～0.20kg的比例加入，进行调渣；

(3)在钢包精炼炉精炼结束前的5～10分钟，加入4～15kg/炉的铝钒土或硅铁粉或硅钙粉破渣，消除炉渣中的CaC2颗粒，以增大炉渣表面张力促进钢---渣的分离。

2.根据权利要求1所述的钢包精炼炉炼钢方法，其特征在于：在精炼过程中，若炉渣出现由白色变为灰黑色的电石渣现象，则加入5～15kg/炉的铝钒土或硅铁粉或硅钙粉进行调渣，并加强钢包底吹Ar搅拌。

3.根据权利要求1或2所述的钢包精炼炉炼钢方法，其特征在于：所述的多效精炼剂化学成份为：Ca--28～55％、Al--5～15％、C--15～30％、Si--3～15％和缓释剂10～20％。

4.根据权利要求1或2所述的钢包精炼炉炼钢方法，其特征在于：所述多效精炼剂各组分的块度或粒度为：CaC₂为5～20mm、SiC为≤3mm、Al为1～5mm、缓释剂≤5mm。

5.根据权利要求1或2所述的钢包精炼炉炼钢方法，其特征在于：所述的缓释剂是活性BaO或CaO或MgO。