CN102089446A - 产生泡沫炉渣的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种产生泡沫炉渣的方法。本发明的目的是提供一种方法和材料，通过该方法和材料可以实现使具有高氧化铬含量的炉渣起泡。这一目的得到实现，因为将金属氧化物和碳的混合物填加到电弧炉中，在炉渣之下在金属-炉渣界面处，通过碳还原金属氧化物，且石灰石变为热学不均匀，且出现的气体因形成气泡而引起炉渣起泡。

Description

产生泡沫炉渣的方法

本发明涉及一种产生泡沫炉渣的方法。

在电弧炉中生产钢时，炉渣的起泡是最重要的过程之一，且其影响钢生产效率的提高和生产成本的降低。

这种方法普遍应用在标准碳素钢的生产中。

但是，如果将这种起泡施用到具有高铬含量的钢，则情况就不同了，因为炉渣显著吸收氧化铬造成了问题。这由于具有高氧化铬含量的炉渣的物理化学性能引起的。通过常规的方法，例如通过用氧气将载体材料中粉末状碳注入到金属浴中或炉渣中时，这些性质抑制起泡。

虽然公知利用于使具有高氧化铬含量炉渣起泡的方法，但是这些方法并不都令人满意。

因此，本发明的目的是提供一种方法和材料，通过该方法和材料可以在具有高氧化铬含量的炉渣中实现起泡。

根据本发明，这个目的通过权利要求1的特征来实现。优选的实施方案显示在从属权利要求中。

就此而言，本发明的核心在于，该材料含有氧化铁载体、碳载体、具有高碳含量的铬铁和/或废钢铁或氧化镍(铁素体钢除外)作为混合物，以及石灰石和可能附加的萤石、粘合剂例如糖浆和/或水泥，和用于起泡过程的附加气体供应体。这种材料应为不同大小的丸粒或团块的形式。

在EAF冶金中的炉渣起泡提供了一系列的优点，例如改善的炉热效率的，这是由于泡沫的低导热性、耐火材料和电极的降低的消耗、噪声水平和电弧的稳定。

为了实现有效的起泡，在金属-炉渣界面处必须产生高水平的气体生成。

就此而言，占优的因素是作为产生泡沫的气体的CO与CO₂。

以如下方式，这些气体通过还原氧化铁和氧化铬和通过石灰石的热分解而生成：

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3CO    (1)

FeO+C＝Fe+CO         (2)

Cr₂O₃+3C＝3CO+2Cr    (3)

CrO+C＝Cr+CO         (4)

CaCO₃＝CaO+CO₂       (5)

在这些反应中，氧化铁被碳还原的程度是很高的，而氧化铬被碳的还原是低效的。

应注意，在不锈钢生产中的炉渣含有极少的氧化铁但含有大量的氧化铬，所以，在这类炉渣中，CO产生的低效是可理解的。通过有特意添加合成品如烧渣和石灰石，可实现较有效的气体生成。

添加物的比重对泡沫发生起重要作用，即与炉渣或金属的比重相比。它有助于将产生气体的反应转入炉渣/金属界面，使得起泡更有效和可得到更好的控制。通过对很致密的材料(金属)或所谓的镇重(ballast)材料，例如铁素体废钢铁和/或铬铁以及较不致密的材料(氧化物)的适当选择，可以影响密度。

在起泡剂重的主要成分是氧化铁Fe₂O₃，并添加碳作为还原剂。在此情况下，发生如下反应：

Fe₂O₃+3C＝2Fe+3CO             (6)

其中Fe₂O₃与石墨的泡沫混合物含有18.37％的石墨以及余量的81.63％的Fe₂O₃。

具有高铬含量的铬铁(FeCr)、铁素体废钢铁以及石灰石CaCO₃完善了该组合物。

对于奥氏体钢的炉渣，也可以添加氧化镍。

由于高比重，铬铁和铁素体废钢铁使形成泡沫的添加物更重。因此，该比重在炉渣与金属的比重之间，如下：

ρ_炉渣＜ρ_材料＜ρ_金属               (7)

因此，特意通过浮力使该材料置于炉渣-金属界面处。在此过程中，它熔于金属浴中，因此浴的重量增大。

CO₂通过石灰石的热分解产生，并增强起泡，而氧化钙熔于炉渣中并提高炉渣的粘度和碱度。此外，炉渣的粘度也可以通过添加萤石(CaF₂)来调节。

根据本发明的起泡剂包含基本成分，例如

*铁氧化物(Fe₂O₃，Fe₃O₄)，处于作为烧渣、干转炉烟尘或干EAF/LF烟尘湿转炉烟尘(残渣)、矿石的任何形式

*焦碳、石墨、碳(C)

*所有不锈钢类型的镇重材料，处于FeCr、铁素体废钢铁的形式

*不锈奥氏体和双联钢类型的镇重材料，处于FeCr、铁素体废钢铁、奥氏体废钢铁、双联废钢铁、氧化镍(NiO_x)的形式。

添加材料包括：

*石灰石(CaCO₃)

*生石灰和萤石(CaO和CaF₂)

*氧化铝(Al₂O₃)。

粘合剂是：

*糖浆

*水泥

*或其它可能的粘合剂。

以百分数计，可以按如下给出起泡剂的组成：

Fe₂O₃，Fe₃O₄   10-70

C              2-16

镇重材料       14-78

CaCO₃          0-10

CaO，CaF₂      0-10

Al₂O₃          0-10。

起泡剂的比重可基于下面的假设来确定，其中Fe₂O_3，m意指Fe₂O₃与石墨的混合物：

*通过下式给出Fe₂O_3，m的比重：

${\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Fe}}_2{O}_{3}m}={\mathrm{\ρ}}_{{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}\·\frac{{\%}_{{\mathrm{Fe}}_2{O}_3}}{100\%}+{\mathrm{\ρ}}_C\·\frac{{\%}_C}{100\%}---\left(8\right)$

且起泡剂的密度由如下给出：

其中镇重物表示FeCr或废钢铁以及氧化镍

*CaCO₃含量可以被CaF₂含量所代替，其中可具体地假设％CaCO₃＝0或CaF₂＝0

在表1中给出起泡剂的比重。

表1

用于确定材料密度所使用的纯单一起泡剂成分的比重

成分	Fe	Cr	Fe2O3	C	CaCO3	CaF2	FeCr(*)
								比重[t/m3]	7.86	7.2	5.3	2.25	2.27	3.18	4.09

*54％Cr-35％Fe-8％C-3％Si

成分	糖浆	水泥	铁素体废钢铁	NiOx
								比重[t/m3]	0.99	2.9	6.51	6.67

上述对于比重的数据涉及单一材料。另一方面，以团块的形式施用起泡所使用的材料，当然，其比重较小。

通过压制材料产生团块，取决于组成百分比而获得不同的密度。

在钢生产中所产生炉渣的比重在2.5至3g/cm³的范围。

实际上，在所述混合物中含有Fe₂O₃和碳的压制组合物具有3.2g/cm³的密度，而对于单独成分计算得出4.7g/cm³的密度。实验显示，考虑中的炉渣具有2.9g/cm³的密度。

考虑到所需的泡沫形成效果，起泡剂的比重应该在2.8-6.0t/m³的范围中。

在添加物(丸粒或团块)的物理尺寸小时，气体快速地释放出，因为在尺寸较小时总反应面积较大。

已经说明过，应该将形成泡沫的混合物以团块或丸粒形式添加。在特定形状的压机中产生团块。有利地，团块的尺度为20-100mm(对角线)和15-40mm的高度。

在压制之前，可以在添加有糖浆或水泥的桶中制备丸粒或团块。但是，其它在硬度、破裂强度和压缩强度方面保证所需性能的粘合技术也是可能的。

Claims (4)

1.用于在电弧炉中于不锈钢熔体上产生泡沫炉渣的方法，其中将金属氧化物与碳的混合物填加到炉中，在炉渣之下在金属-炉渣界面处，通过碳还原金属氧化物，且石灰石变为热学不均匀，而出现的气体因气泡的形成而引起炉渣起泡，特征在于，以成型制品例如团块或丸粒形式加入的填加混合物含有来自如下组的基础组分：

·铁氧化物(Fe₂O₃，Fe₃O₄)，处于作为烧渣、干转炉烟尘或干EAF/LF烟尘，湿转炉烟尘(残渣)的任何形式

·焦碳、石墨、碳(C)

·所有不锈钢类型的镇重材料，处于FeCr、铁素体废钢铁的形式

·不锈奥氏体和双联钢类型的镇重材料，处于FeCr、铁素体废钢铁、奥氏体废钢铁、双联废钢铁、氧化镍(NiO_x)的形式

·石灰石(CaCO₃)

和任选地，

·生石灰或萤石(CaO和CaF₂)

·氧化铝(Al₂O₃)

以及粘合剂例如：

·糖浆

·水泥

·或另外的粘合剂。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，起泡剂的组成以百分数计为：

Fe₂O₃，Fe₃O₄   10-70

C              2-16

镇重材料       14-78

CaCO₃          0-10

CaO，CaF₂      0-10

Al₂O₃          0-10。

3.如上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，通过在制备成型制品时选择形成混合物的组分，将成型制品的比重调节为2.8-6.0t/m³。

4.如上述权利要求中任一项的方法，其特征在于，在制备团块形式的成型制品时，它们的对角线尺度在20mm与100mm之间，且高度在15mm至40mm之间。