CN102787207B

CN102787207B - 一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂

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Publication number: CN102787207B
Application number: CN201210279124.9A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN102787207A

Abstract

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及到一种电弧炉炼钢用无氟造渣剂其制备方法。本发明的目的是提供一种适用于电弧炉炼钢的无氟造渣熔剂，解决目前采用石灰、萤石、铝酸钙及铁氧化物作造渣料所存在的造渣速度慢、化渣效果差、氟污染、成本高、炉衬侵蚀严重、粉尘量大等诸多问题。其特征在于：所述无氟造渣熔剂由以下原料按重量百分比配制：锂辉石20-40%，铁矾土15-20%，活性石灰30-50%，氧化铁5-10%，镁砂5-10%。

Description

一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，特别涉及到一种电弧炉炼钢用无氟造渣剂其制备方法。

背景技术

在电弧炉炼钢领域，为节约电能、实现高效冶炼，要求快速造渣并保证渣的泡沫化，这样既可以实现冶炼早期脱磷，又能够实现泡沫渣埋弧操作，提高冶炼效率和电弧的利用率，降低炼钢成本；目前，电弧炉炼钢多采用石灰作造渣熔剂，辅之以萤石、铝酸钙、氧化铁等作助熔化渣剂；这种造渣方法主要存在以下几方面的不足：

1)、石灰的熔解速度慢

石灰熔解是快速造渣，实现冶炼早期脱磷和提高冶炼效率并缩短冶炼时间的前提，但目前的造渣方法，将石灰和萤石、氧化铁等助熔剂分别加入炉中，很难混合均匀，因此相互熔解都需要消耗一定时间，导致石灰的熔解速度慢，影响冶炼效率，特别是冶炼前期的脱磷效果差。

2）、助熔剂方面的不足

目前的电弧炉炼钢多采用萤石和氧化铁作助熔剂，这些助熔化渣剂都存在一些不足之处。

萤石的主要成分是CaF₂，具有熔点低且与CaO、硅酸钙生成低熔点共晶物质的特性，例如CaF₂与CaO在1362℃共晶，CaF₂与CaO、SiO₂形成三元共晶体枪晶石3CaO·2 SiO₂·CaF₂的熔点为1130℃，因此萤石具有很强的助熔化渣作用，另外，萤石还可以破坏硅酸盐渣系中硅氧络合离子的网状结构，从而有效降低渣的粘度，因此，目前广泛采用萤石作助熔化渣剂；但是，萤石可与渣中的多种氧化物反应，生成含氟气体，严重污染环境、侵蚀设备和损害操作人员的健康，而且，随着含氟气体的挥发，萤石的化渣作用逐渐失效，所以萤石化渣作用时间短，不利于泡沫渣的稳定，影响冶炼顺行。

氧化铁皮、铁矿石等铁氧化物作助熔化渣剂，具有较显著的促进石灰熔解、防止炉渣返干的作用，但是氧化铁化渣具有明显的滞后性，即起效慢，需要提前入炉，另外，单独加入的铁氧化物化渣对炉衬的侵蚀严重。

3)、加料繁琐，现场粉尘量大

电弧炉炼钢采用的造渣料都需经过烘烤干燥和预热，石灰、萤石和其它造渣材料分别分批次加入，不仅存在加料过于繁琐的问题，而且导致现场的粉尘量巨大，严重影响工人健康，并且导致烟尘处理难度大。

因此，对于目前的电弧炉炼钢，需要开发一种将石灰、助熔剂、氧化剂以及其他功能性造渣料复合在一起的新体系造渣熔剂，该造渣熔剂需同时具备成渣速度快、脱磷脱硫能力强、冶炼效率高等技术优势特征。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于电弧炉炼钢的无氟造渣熔剂，解决目前采用石灰、萤石、铝酸钙及铁氧化物作造渣料所存在的造渣速度慢、化渣效果差、氟污染、成本高、炉衬侵蚀严重、粉尘量大等诸多问题。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂，其特征在于：所述无氟造渣熔剂由以下原料按重量百分比配制：锂辉石 20-40%，铁矾土 15-20%，活性石灰 30-50%，氧化铁 5-10%，镁砂5-10%。

本发明的电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的制备方法特征是：可以采用压球法制备，即先将原料充分干燥后按重量百分比称量配料，磨细到3mm以下，混合均匀，然后依次采用压球、干燥、烧结和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm。

本发明的无氟造渣熔剂也可采用预熔的方法制备，即先将原料充分干燥后按重量百分数称量配料，磨细到3mm以下，混合均匀，然后依次采用预熔、冷却、破碎和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm。

本发明的无氟造渣熔剂在电炉炼钢过程中随其它造渣材料按比例加入炉内，加入量占炼钢造渣材料加入总量的10-20%。

为保证本发明在电弧炉炼钢快速造渣、冶炼前期脱磷等方面的使用效果，对制备本发明所采用的原料特征限定如下：

本发明采用的锂辉石的特征在于锂辉石的成分以质量百分含量计算为100%，要求：7.0%>Li₂O>3.0%，25%>Al₂O₃>15%，SiO₂<77%，余量为包括Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、S和P₂O₅在内的杂质，其中S、P₂O₅为纯有害杂质，P₂O₅<0.5%，S<0.5%，S、P的含量越低越好。

本发明采用的铁矾土的特征在于铁矾土的成份以质量百分含量计算为100%，要求：Al₂O₃≥40%， Fe₂O₃ 10-25%，SiO₂≤10%，其余为包括S 和P 在内的杂质，其中S ≤0.10%，P ≤0.08%。

本发明采用的活性石灰的特征在于所述活性石灰的成份以质量百分含量计算为100%，要求：100%＞CaO≥90.0%，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，其余为包括S和P在内的杂质，其中杂质S和P的含量越低越好。

本发明采用的氧化铁的特征在于所述氧化铁的成份以质量百分含量计算应满足：Fe₂O₃≥90%，其余为包括S、P和SiO₂在内的杂质，杂质中S、P和SiO₂的含量越低越好。

本发明采用的镁砂的特征在于所述镁砂的成份以质量百分含量计算应满足：MgO≥80%，其余为包括S、P和SiO₂在内的杂质，杂质中S、P和SiO₂杂质的含量越低越好。

以上对原料特征的这种限定是一种比较理想的原料条件，当然，如果仅是原料条件超出本限定，但使用目的和思路相同，也属本发明要保护的范围。

本发明中各主要原料的主要作用和配加比例确定根据如下：

1）锂辉石：本发明中锂辉石具有多重作用，首先是助熔和快速化渣的作用，锂辉石中的Li₂O对CaO基熔剂具有非常好的助熔作用，锂辉石中的Al₂O₃与活性石灰可以结合成低熔点的铝酸钙12CaO·7A1₂O₃；其次，锂辉石中的Li₂O与渣中的磷氧化物结合成比磷酸钙更稳定的磷酸锂，提高了熔剂的脱磷能力，有利于实现快速化渣和冶炼前期脱磷，锂辉石的加入量在 20%-40%范围内，熔剂中Li₂O的含量在1-3%的范围内。

2）铁矾土：铁矾土中的大于40%Al₂O₃和10-25%Fe₂O₃都对CaO渣有很好的助熔作用，本发明中添加20-40%的铁矾土，将熔剂中的CaO与Al₂O₃控制在低熔点的铝酸钙12CaO·7A1₂O₃为主体相范围，Fe₂O₃与CaO结合成低熔点的铁酸钙，起到化渣和冶炼前期的氧化剂作用，实现冶炼初期脱磷的目的。

3）活性石灰：活性石灰的主要作用是保证冶炼渣的碱度，实现冶炼前期的脱磷需要，本发明中添加30-50%的活性石灰，使熔剂的碱度在2.0以上，且使中的A1₂O₃和Fe₂O₃都分别生成低熔点的12CaO·7A1₂O₃和铁酸钙，即可保证炉渣的快速化渣，良好的熔渣性能和强的冶炼特别是脱磷能力。

4）氧化铁：本发明中添加5-10%的氧化铁，将初渣中氧化铁的含量控制在10-20%的范围，使渣具有强的脱磷能力和好的熔化性能。

5）镁砂：本发明中添加5-10%的镁砂，将初渣中MgO的含量控制在5-10%左右，可以保证该熔剂对炉衬的侵蚀量降低到最低值，并且具有很好的流动性。

本发明的电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的主要技术指标见表1

表1 本发明的电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的主要技术指标（成分重量百分数）

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

① 本发明的电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的熔点在1300-1400℃，处于最佳的熔点范围，相比现有技术中造渣时分别分批次加入石灰、萤石、氧化铁等造渣，本发明具有化渣速度快，提高冶炼效率，特别是冶炼前期的脱磷能力，减少炉衬侵蚀、无氟污染且粉尘少，加料批次减少，操作简单等优势。

② 技术数据方面：渣的熔点低，熔化速度快，成渣时间比现有技术的造渣方法缩短约2min以上；冶炼前期渣的（冶炼能力）提高，冶炼中期取样时钢中磷含量比现有技术降低，冶炼终点磷含量可控制在0.006%以下，相比现有技术的造渣方法提高脱磷率20%以上；炉衬侵蚀方面：采用本发明比采用现有技术用石灰、萤石、氧化铁等造渣时炉衬侵蚀减小，可缩短补炉、冶炼周期，提高炉衬寿命约10%；另外，本发明克服了现有技术采用石灰、萤石、氧化铁造渣时粉尘量大、现场粉尘污染严重等缺陷，具有加料易控制的技术优势。

③ 本发明中加入锂辉石，因此熔剂助熔组分可以采用廉价、无污染的铁矾土，而不采用价格较高的萤石，可以降低造渣成本，本发明中的锂辉石和铁矾土、氧化铁在一起即起到助熔化渣的作用，又有冶炼、脱磷、造泡沫渣的功能，因此对与电弧炉炼钢，具有泡沫渣出现早、泡沫稳定的特点，可以将电弧的能力集中吸收，节约了电能和缩短冶炼时间，具有显著的社会效益和经济效益。

④ 本发明中锂辉石、铁矾土、活性石灰等都具有来料丰富、成本低的优势，吨钢造渣成本比现有技术采用石灰、萤石、氧化铁等造渣可降低约10%以上。

综上所述，本发明的电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂具有比传统造渣料更好的使用性能，同时，实现了资源的合理有效利用，克服了氟、碱污染及粉尘污染等危害，并提高了造渣效率、冶炼效率，降低了电弧炉炼钢造渣成本，具有显著的经济效益和社会效益，具有推广价值。

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。

第一组实施例

选用的原料成分如下：

锂辉石的成分以质量百分含量计算，要求： Li₂O 5.0%，Al₂O₃ 19.4%，SiO₂ 74%，Na₂O 0.24%，K₂O 0.28%，CaO 0.11%，MnO 0.04%，TiO₂ 0.02%，P₂O₅ 0.09% ；余量为其他微量杂质。

铁矾土的成份以质量百分含量计算，Al₂O₃ 45%， Fe₂O₃ 15%，SiO₂8%，杂质中S ≤0.10%，P ≤0.08%；

活性石灰的成份以质量百分含量计算，CaO 90.0%，MgO 4.0%， SiO₂ 1.5%，S ≤0.035%，P ≤0.015%；

氧化铁的成份以质量百分含量计算，Fe₂O₃ 90%，S ≤0.10%，P ≤0.08%，SiO₂ <1.5%；

镁砂的成份以质量百分含量计算，MgO 87.0%，CaO 2.0%， SiO₂ <1.0%，S ≤0.035%，P ≤0.015%；

配料前准备：将锂辉石、铁矾土、活性石灰粉、氧化铁、镁砂在200℃下充分烘干脱水，过筛去除3mm以上料块，然后进行称量配料，本组实施例采用压球法制备，即先将原料充分干燥后按重量百分比称量配料，磨细到3mm以下，混合均匀，然后依次采用压球、干燥、烧结和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm；以下是本组实施例的配料和指标：

实施实例1

配料：锂辉石 20Kg、铁矾土20Kg，活性石灰50Kg，氧化铁5Kg，镁砂5Kg。

制备过程：将物料充分混匀，用压球机压球后，在150℃下干燥后，在600℃下烧结，冷却后筛分包装成品；产品的主要组成指标见表2，主要性能指标见表3。

实施实例2

配料：锂辉石 40Kg、铁矾土15Kg，活性石灰30Kg，氧化铁10Kg，镁砂5Kg。

实施实例3

配料：锂辉石 35Kg、铁矾土15Kg，活性石灰30Kg，氧化铁10Kg，镁砂10Kg。

第二组实施例

本组实施例选用的原料与第一组实施例相同，所不同的是本组实施例采用预熔的方法制备，即先将原料充分干燥后按重量比例称量配料，磨细到3mm以下，混合均匀，然后依次采用预熔、冷却、破碎和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm。

实施实例4

配料：锂辉石 20Kg、铁矾土20Kg，活性石灰50Kg，氧化铁5Kg，镁砂 5Kg。

制备过程：将物料充分混匀，采用加热炉内在1400℃下预熔后冷却经破碎和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm；产品的主要组成指标见表2，主要性能指标见表3。

实施实例5

配料：锂辉石 40Kg、铁矾土15Kg，活性石灰30Kg，氧化铁10Kg，镁砂 5Kg。

实施实例6

配料：锂辉石 35Kg、铁矾土15Kg，活性石灰30Kg，氧化铁10Kg，镁砂 10Kg。

表2 实施例结果-主要组成指标

表3 实施例结果-主要性能指标

实施例结果总结：

从表2和表3可知，熔剂的碱度在大于2.0，属碱性渣系，特别是含有1-3的Li₂O，提高了熔剂的碱性，并且可以保证初期渣中高的自由CaO含量和氧化铁活度，实现早起脱磷；本发明的的半球点温度在1300-1400℃范围，是电弧炉炼钢最适宜的熔化温度范围，而且具有化渣成渣速度快，粘度适中，有利于保证冶炼和泡沫渣的形成，实现高效、节能降耗冶金。

在国内某炼钢厂150吨电弧炉内采用本发明的助熔剂进行造渣，先加入1吨造渣料作为铺底料，包括600kg石灰+200kg白云石+200kg本发明的助熔剂，然后加入全部废钢，然后通电升温，在通电升温过程中加入第二批造渣料，占总渣料加入量的90%直至废钢熔化完毕，第二批渣料总量为9t，包括：6.5t石灰+0.7t白云石+1.8t本发明的助熔剂，熔清后升温至1650℃，在白渣保持20分钟后，进行合金化后测温取样，成分和温度合格后出钢；使用效果证明：采用本发明，化渣时间缩短5分钟以上，成分和温度的命中率提高2%，双命中率由90%提高到92%以上，由于冶炼时间缩短以及渣的泡沫化良好，吨钢电耗降低6%以上，钢水成分中磷含量可控制在0.006%以下，相比现有技术的造渣方法提高脱磷率20%以上。

Claims

1.一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂，其特征在于：所述无氟造渣熔剂由以下原料按重量百分比配制：锂辉石 40%，铁矾土 15%，活性石灰 30%，氧化铁 10%，镁砂5%；或锂辉石 35%，铁矾土 15%，活性石灰 30%，氧化铁 10%，镁砂10%.

所述锂辉石的成分以质量百分含量计算为100%，要求：7.0%>Li₂O>3.0%，25%>Al₂O₃>15%，SiO₂<77%，余量为包括Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、S和P₂O₅在内的杂质，其中S、P₂O₅为纯有害杂质，P₂O₅<0.5%，S<0.5%，S、P的含量越低越好；

所述铁矾土的成份以质量百分含量计算为100%，要求：Al₂O₃≥40%， Fe₂O₃ 10-25%，SiO₂≤10%，其余为包括S 和P 在内的杂质，其中S ≤0.10%，P ≤0.08%；

所述活性石灰的成份以质量百分含量计算为100%，要求：100%＞CaO≥90.0%，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，其余为包括S和P在内的杂质，其中杂质S和P的含量越低越好；

所述氧化铁的成份以质量百分含量计算应满足：Fe₂O₃≥90%，其余为包括S、P和SiO₂在内的杂质，杂质中S、P和SiO₂的含量越低越好；

所述镁砂的成份以质量百分含量计算应满足：MgO≥80%，其余为包括S、P和SiO₂在内的杂质，杂质中S、P和SiO₂杂质的含量越低越好。

2.如权利要求1所述的一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的制备方法，其特征是：采用压球法制备，即先将原料充分干燥后按重量百分比称量配料，磨细到3mm以下，混合均匀，然后依次采用压球、干燥、烧结和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm。

3.如权利要求1所述的一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的制备方法，其特征是：采用预熔的方法制备，即先将原料充分干燥后按重量百分数称量配料，磨细到3mm以下，混合均匀，然后依次采用预熔、冷却、破碎和筛分制成成品，成品的粒度范围1-30mm。

4.如权利要求1所述的一种电弧炉炼钢用无氟造渣熔剂的使用方法，其特征是：所述无氟造渣熔剂在电炉炼钢过程中随其它造渣材料按比例加入炉内，加入量占炼钢造渣材料加入总量的10-20%。