CN102643948A

CN102643948A - 一种超低碳钢转炉终渣改质剂及其使用方法

Info

Publication number: CN102643948A
Application number: CN2012101589086A
Authority: CN
Inventors: 刘家琪; 张慧; 仇圣桃; 卢军辉
Original assignee: Of Continuous Casting Technology In National Engineering Research Center Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Of Continuous Casting Technology In National Engineering Research Center Co Ltd; Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2012-08-22

Abstract

本发明属于炼钢及精炼技术领域，涉及一种超低碳钢转炉终渣改质剂，其按质量百分比包括如下成分：30~50%CaCO₃、5~10%CaF₂、5~8%MgO及盐类<8%，其余为Al。本发明的改质剂成本低廉、加工方便、易于生产且高效实用，其采用铝粉和CaCO₃，不适用任何粘结剂和添加剂，同时不添加Al₂O₃等产物调整Ca/Al比，对钢水无污染，且钢水还原性很好；改质剂加入量为总渣量的1/4，铝粉综合利用率70%以上，转炉终渣碱度大于5，反应后的生成物熔点小于1500℃；没有明显增碳、渣量小；铝粉在钢水内反应可补偿钢水的部分温降；CaCO₃密度和铝粉密度相同，CaCO₃发生分解反应会产生气体，大大增加反应界面接触面积，确保改质剂良好的还原性能，使炉渣中的FeO氧化，含量迅速减少，大幅度降低了顶渣的氧化性，改善钢水条件。

Description

一种超低碳钢转炉终渣改质剂及其使用方法

技术领域

本发明属于炼钢及精炼技术领域，涉及一种超低碳钢转炉终渣改质剂，尤其涉及一种用于转炉终点出钢时消除终渣氧化性的Al基改质剂及其使用方法。

背景技术

随着我国钢铁工业的发展，超低碳钢的需求越来越大，各钢厂也将高附加值品种列为生产的主要任务之一。目前大多数炼钢厂在转炉冶炼超低碳钢尚不能完全消除下渣，出钢时，虽采用挡渣措施，仍不可避免有一部分转炉终点渣随钢流进入钢包，这部分转炉渣称之为钢包顶渣。该渣氧化性较强，渣中FeO质量分数可达到11%～17％，部分钢厂可达22%，对钢水质量危害很大，会增加钢中夹杂物，尤其是Al₂O₃大颗粒夹杂，严重影响钢材表面质量，同时可以侵蚀钢包，增加耐材的消耗，在精炼过程还会增加合金消耗量、降低脱硫效果。又由于扒渣往往造成钢水温度损失，导致钢水收得率降低，同时影响生产节奏，因此，在采取挡渣出钢的同时需要使用钢包渣改质剂来减少钢包渣中的FeO含量和调整渣成分。

常见的钢包渣改质剂主要有3种：CaO+CaF₂基调节剂、Al基钢包渣改质剂和CaC₂基钢包渣质剂。其中，CaO+CaF₂基调节剂由于操作简单，成本低，曾被普遍采用，但是其渣量大、成渣慢，且不能根本解决渣中FeO、MnO对钢液再氧化的问题，故在冶炼超低硫钢时较少采用。CaC₂基(CaC₂、CaC₂+CaO等)改质剂是散脱氧剂，其优点是反应产物主要是气体，不污染钢液，有利于减少钢中夹杂物含量，提高钢包使用寿命，且同时具有脱硫作用，使用后的渣量少，成本低，缺点是在使用过程中会增碳，对冶炼超低碳钢不利。Al基钢包渣改质剂在还原钢包渣中的FeO和MnO的同时，又能减少对钢液的污染，同时，由于用量的减少，原料使用电解铝边角料或废料，可以有效的控制炼钢成本；在后续的精炼生产中，对实现快速精炼和控制钢水含氧量也都有着重要意义。因此，对Al基钢包渣改质剂的研究越来越受到人们的重视。例如，中国专利申请CN1264745公开了“转炉炼钢终渣改质剂”，其由4~9%CaO，3~10%SiO₂,45~55%MgO和3~10%C组成；中国专利CN101736135A公开了“超低碳钢用钢包顶渣还原改质剂及其使用方法”，其中改质剂的组成为35~60%Al、10~35%CaO、15~30%CaCO₃，该渣还原性能不错，但成本较高。成分为Al-CaCO₃-CaF₂系的改质剂，目前尚未见报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种超低碳钢转炉终渣改质剂，该改质剂为Al-CaCO₃-CaF₂系钢包渣改质剂，其加工方便、高效实用、成本低廉、环境友好。

本发明的另一个目的是提供了上述改质剂的使用方法。

本发明改质剂成分和含量的确定依据如下：

（1）炉渣硫容量

目前钢液脱硫和精炼工序可选渣系主要有CaO-CaF₂渣系、CaO-CaF₂-Al₂O₃渣系和CaO-Al₂O₃-SiO₂渣系，其中CaO-CaF₂渣系的脱硫能力最强。因此，考虑到脱硫效率和CaF₂对环境的污染和钢包耐材的侵蚀，同时考虑钢液流动性，确定选用萤石含量不超过10%。萤石的主要作用有：

①萤石的主要成分CaF₂与CaO作用形成熔点1362℃的共晶体，可促进石灰的熔化；

②萤石能显著降低2CaO·SiO₂的熔点，使炉渣在高碱度下具有较低的熔化温度；

③萤石能降低炉渣的粘度。

为增加反应界面积，进一步加入<8%盐类；同时为保护包衬，加入5~8%MgO。

（2）炉渣粘度

由于目前炼钢厂转炉顶渣中成分基本为CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO，顶渣主要成分见表1。随着CaO含量的增加，炉渣粘度迅速增加，而Al₂O₃也会增加炉渣粘度，但效果没有碱度增加的明显。当转炉渣组成中CaO为50~60%、Al₂O₃在10~30%、SiO₂≤40%时，该渣具有较低的粘度，所以适当加入一些MgO和Na₂CO₃，不仅可以增加反应接触面积，还能保护包衬，降低炉渣粘度。

表1转炉顶渣主要成分（wt%,其余为FeO）

CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO
				56.50%	12.50%	3.00%	10.00%

（3）熔化温度

熔化温度是熔渣的重要物理指标之一。该温度与熔渣的组成密切相关，拥有较高硫容量的炉渣组成集中在CaO 60~65%，Al₂O₃25~30%和SiO₂＜10%的范围，此时CaO接近饱和，硫的分配比在200~300，熔渣成分符合钢包渣改性工艺的硫容量和粘度要求，因此将该渣系作为钢包渣改性工艺的首选渣系。

综合考虑以上三方面的要求，最终确定钢包渣改质剂的组成成分见表2。

表2钢包渣改质剂的主要成分（wt%）

Al	CaCO₃	CaF₂	MgO	盐类
					30~40	30~40	8~10	5~8	<8

本发明的作用原理如下：

本发明改质剂的作用原理是改质剂中的Al和钢包顶渣中的FeO发生还原反应，生成Al₂O₃，再与炉渣及渣料中的CaO结合，生成较低熔点的3CaO·Al₂O₃或12CaO·7Al₂O₃，降低钢包顶渣的氧化性，防止后续精炼过程溶解氧的增高，见式（1）和式（2）。

3(FeO)+2Al→(Al₂O₃)+3[Fe] （1）

12(CaO)+7(Al₂O₃)→(12CaO·7Al₂O₃) （2）

某炼钢厂120t转炉冶炼终点顶渣重量约为4400kg，成分如表1所示，改质剂的用量根据改质剂中的Al含量及钢包顶渣中FeO含量来计算，见式（5），经计算，改质剂加入量为总渣量的1/4。改质剂加入后，主要发生以下反应：

CaCO₃→CaO+CO₂ （3）

4Al+3O₂→2Al₂O₃ （4）

上述（5）式中：

m_改质剂为加入改质剂质量，kg；

m_顶渣为顶渣质量，kg。

经计算，渣中总的CaO含量为2794kg，总Al₂O₃含量为959.2kg，总渣量变为4853.2kg，此时钢渣主要成分见表3所示，渣子碱度为5.08，CaO/Al₂O₃=2.913。分析CaO-SiO₂-Al₂O₃系相图，如图1所示，可以发现，与铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）、钙黄长石（2CaO·Al₂O₃·2SiO₂）、铝酸钙（CaO·Al₂O₃）相邻的成分区域熔点也较低，小于1500℃，所形成的夹杂物在轧制过程也能减少夹杂物与钢基体界面上的微裂纹和空洞，降低应力集中程度。

表3理论计算的某钢厂转炉顶渣加入改质剂后的主要成分（wt%）

CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	CaF₂
					57.57%	11.33%	19.76%	9.07%	2.27

结合上述设计依据及作用原理，为实现发明目的，本发明提供了如下技术方案：

一种超低碳钢转炉终渣改质剂，其中，所述改质剂的成分按质量百分比为：30~50%CaCO₃、5~10%CaF₂、5~8%MgO及盐类<8%，其余为Al。

所述Al为电解铝边角料或废料，为铝粉、铝粒、铝屑中的至少一种。

所述Al的密度与所述CaCO₃的密度相同。

所述盐类为Na₂CO₃和MgO。

所述改质剂的加入量为总渣量的1/4。

所述改质剂反应后形成CaO-Al₂O₃-SiO₂相图中铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）、钙黄长石（2CaO·Al₂O₃·2SiO₂）、铝酸钙（CaO·Al₂O₃）区域的交叉成分，熔点小于1500℃。

与现有技术相比，本发明的改质剂的有益效果在于：

（1）成本低廉，可主要成分之一的Al可选用电解铝厂废料，经初步加工筛选后就可以使用，较传统改质剂每吨可节约3000元，经济效益可观；

（2）材料基本均为粉类，加工方便，易于生产；

（3）高效实用：

①采用铝粉和CaCO₃，不适用任何粘结剂和添加剂，同时不添加Al₂O₃等产物调整Ca/Al比，对钢水无污染，且钢水还原性很好，可将转炉冶炼超低碳钢终渣中20%左右的FeO降低至小于2%；

②改质剂加入量为总渣量的1/4，铝粉回收率在70%以上，转炉终渣碱度大于5，反应后形成CaO-Al₂O₃-SiO₂相图中铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）、钙黄长石（2CaO·Al₂O₃·2SiO₂）、铝酸钙（CaO·Al₂O₃）区域的交叉成分，熔点小于1500℃；

③没有明显增碳、渣量小；

④铝粉在钢水内反应可补偿钢水的部分温降；

⑤由于CaCO₃密度和铝粉密度相同，而CaCO₃在钢水中发生分解反应会产生气体，大大增加反应界面接触面积，确保改质剂良好的还原性能得以发挥，使炉渣中的FeO还原，含量迅速减少，从而大幅度降低了顶渣的氧化性，改善钢水条件。

附图说明

图1为CaO-Al₂O₃-SiO₂系相图；

图2为本发明的改质剂加入前后渣中TFe的变化情况；

图3为本发明的改质剂加入前后转炉温度变化；

图4为本发明的改质剂加入前后转炉钢水碳含量变化。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

在生产超低碳钢时，转炉出钢后使用不同的改质剂对顶渣进行改质处理，之后至RH工位进行精炼处理。在出钢测温取样后，由人工均匀投入钢包顶渣改质剂，且投入量为总渣量的1/4，不再加入覆盖剂，最后测试加入不同改质剂后渣中的TFe（总铁），转炉温度变化以及转炉钢水碳含量变化。

表4示出了改质剂组成及对比试验结果，其中，1#为目前用造渣球，其也为Al基材料，与试验成分加入CaCO₃不同的是加入的是CaO，同时为调整CaO/Al₂O₃比例，加入了Al₂O₃；2#-6#为不同含量的改质剂。图2示出了1#-6#改质剂加入前后渣中TFe变化情况。图3示出了1#-6#改质剂加入前后转炉温度变化。图4示出了1#-6#改质剂加入前后转炉钢水碳含量变化。

表4改质剂组成及对比试验结果

分析表4及图2-4发现：在使用将Al量调高的5#改质剂后，渣中FeO含量明显降低，见图2所示，但此时成本会增加不少；如果不调高Al含量，采用CaCO₃，同时加入Al₂O₃，即使用2#及3#改质剂后，渣子还原性能降低，铁损增加，同时渣子颜色也由白色变为黑色，表明渣子由还原性转为氧化性，不利于钢中氧的控制。如果增大MgO和Na₂CO₃含量，即使用6#改质剂后，改质效果也不错，但没有4#改质剂效果佳，且会增加夹杂物含量。因此，综合考虑成本和改质剂效果，本发明的4#改质剂比较符合生产需要，且没有添加Al₂O₃，不会额外的引入夹杂物，有利于超低碳钢纯净度的提高。

并且，与现有技术中目前用造渣球相比，4#改质剂铺展性能良好，钢水表面熔渣流动性很好，同时没有结壳现象；改质剂中Al的回收率比较稳定，在70%左右；渣中FeO含量大大降低，对钢水温度影响不大，且没有明显增碳；有效控制了Al₂O₃夹杂的产生。

Claims

1.一种超低碳钢转炉终渣改质剂，其特征在于：所述改质剂的成分按质量百分比为：30~50%CaCO₃、5~10%CaF₂、5~8%MgO及盐类<8%，其余为Al。

2.根据权利要求1所述的改质剂，其特征在于：所述Al为电解铝边角料或废料，为铝粉、铝粒、铝屑中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的改质剂，其特征在于：所述Al的密度与所述CaCO₃的密度相同。

4.根据权利要求1所述的改质剂，其特征在于：所述盐类为Na₂CO₃和MgO。

5.一种使用如权利要求1所述的改质剂对超低碳钢转炉终渣进行改质的方法，其特征在于：所述改质剂的加入量为总渣量的1/4。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述改质剂反应后形成CaO-Al₂O₃-SiO₂相图中铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）、钙黄长石（2CaO·Al₂O₃·2SiO₂）、铝酸钙（CaO·Al₂O₃）区域的交叉成分，熔点小于1500℃。