CN103014327A

CN103014327A - 一种氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团及其制备方法

Info

Publication number: CN103014327A
Application number: CN2011102804598A
Authority: CN
Inventors: 徐文杰; 池和冰; 邵世杰; 施允
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN103014327B

Abstract

本发明公开了一种氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团及其制备方法，该复合球团组分重量百分比为：铬矿：28～43％；锰矿：11～22％；石墨：25～45％；硅铁：5～10％；粘结剂：5～7％，将上述铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度不大于1mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为20～50mm的球团，再将该球团在80～250℃温度下烘干8～10小时、自然冷却，密封保存。采用本发明的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，可提高球团中铬锰元素在脱碳过程的收得率，并且提高了炉渣的脱硫能力。

Description

一种氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于钢铁冶金的原辅料，特别涉及一种用于不锈钢冶炼过程中进行铬锰合金化的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团及其制备方法。

背景技术

铬(Cr)、锰(Mn)是不锈钢中不可缺少的元素，它们也是不锈钢中主要合金元素之一。目前在氩氧精炼炉炼钢生产过程中进行铬锰合金化的材料是铬系铁合金、锰系铁合金，这两种合金是由铬矿、锰矿冶炼成含锰、含铬铁合金，在整个生产过程中对环境污染大，能耗和生产成本较高。并且氩氧精炼炉冶炼时，在还原结束后，为防止后期钢水增碳，以金属锰铁的形式加入到氩氧精炼炉炉内，造成生产成本的进一步上升。

随着炼钢技术的发展，出现了采用铬矿、锰矿直接在转炉和电炉进行合金化。但问题是铬矿中的铬主要是以铬镁尖晶石、铬铁尖晶石形式存在，在液相渣中熔点高，溶解度非常小，还原条件受不锈钢母液中碳、铬含量的影响较大，碳含量越低、铬含量越高，开始还原温度越高。而锰元素又是极易氧化的元素，随着氧化性气氛的增加，将难以满足锰矿还原条件的需求，因此在整个氩氧精炼炉冶炼过程中，铬、锰的收得率不稳定(还原阶段前)，导致了还原过程硅铁消耗的增加，推广应用困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团及其制备方法，提高整个氩氧精炼炉冶炼过程中铬、锰的收得率，从而减少铬铁、锰铁加入量；并且能促进化渣，提高炉渣的去硫能力。

本发明的另一目的是提供一种氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团的制备方法。

为实现上述目的，本发明的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，其组分重量百分比为：

铬矿：28～43％；

锰矿：11～22％；

石墨：25～45％；

硅铁：5～10％；

粘结剂：5～7％。

上述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为45.0～50.0％；

上述锰矿中MnO的重量百分含量为25～38％，锰矿可以为：锰原矿、锰烧结矿或富锰矿；

上述石墨中碳的重量百分含量：78.0～86.0％；

硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料，用电炉冶炼制成的铁硅合金。上述硅铁中硅的重量百分含量为72.0～80.0％；

上述粘结剂可以为本领域通用的粘结剂，羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或淀粉胶等。

上述氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团可以采用下述方法制备而成，将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度不大于1mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为20～50mm的球团，再将该球团在80～250℃温度下烘干8～10小时、自然冷却，密封保存。

本发明中各种材料的主要作用：

铬矿，其中铬元素是不锈钢产品的主要元素；

锰矿，其中锰元素是不锈钢产品的主要元素，配入一定比例后，加速石灰溶解，促进吹炼过程化渣，提高炉渣的去硫能力。

石墨作为发热元素，同时又是一种较经济的还原剂；

硅铁是强发热元素，同时又是较强的还原剂。

本发明采用铬矿、锰矿、石墨和硅铁的理论依据如下：

1)铬矿的作用

在氩氧精炼炉冶炼中，不锈钢母液中铬元素存在氧化和还原同时进行的过程，利用氩氧精炼炉吹炼前期，不锈钢母液具有高温(入炉母液温度大于1450℃)、高碳的特点(入炉母液碳含量大于1.50％)，将含铬矿粉直接装入氩氧精炼炉炉内，用复合球团中的石墨、硅铁将铬矿熔融，并将铬矿中的部分铬元素还原出来(见反应方程式1、2)，进入钢液达到合金化的目的。

在氩氧精炼炉还原过程中，采用硅铁作还原剂，还原炉渣中的贵重金属元素Cr，将部分已经形成炉渣的铬矿粉Cr₂O₃，还原成金属铬(见反应方程式2)。

通过上述两个过程的还原，铬矿粉的铬的收得率可达到85％以上，此方法充分利用了廉价的铬粉矿资源，降低了生产成本和冶炼能耗。

(Cr₂O₃)+3[C]＝2[Cr]+3CO 反应方程式1

2(Cr₂O₃)+3[Si]＝4[Cr]+3SiO₂ 反应方程式2

2)锰矿的作用

在氩氧精炼炉吹炼初期，增加渣中的MnO含量，生成低熔点的锰橄榄石，充分缩小Ca₂SiO₄、Ca₃SiO₄的相区，使熔渣在很宽的温度范围保持均匀液态。研究表明含有1％MnO的炉渣，开吹3.5min就会大量涌现高熔点的Ca₂S、Ca₃S，而含有15％MnO的炉渣，在开吹6～7min后出现Ca₂S、Ca₃S，因此高MnO炉渣能延缓Ca₂S、Ca₃S的产生，提高化渣速度，促进铬矿石中铬镁尖晶石、铬铁尖晶石熔化。

渣中MnO含量的增加，可提高硫(S)的分配比，渣中Mn增加，使钢中O含量降低，促进脱硫反应向正方向进行，因此渣中MnO含量提高，有利于氩氧精炼炉炉渣脱硫。

同时锰元素也是不锈钢产品的主要元素，利用氩氧精炼炉炉吹炼前期，不锈钢母液具有高温、高碳的特点，将锰矿粉直接装入氩氧精炼炉炉内，用复合球团中的石墨、硅铁将锰矿熔融，并将锰矿中的部分锰元素还原出来(见反应方程式3、4)，进入钢液达到合金化的目的。

在氩氧精炼炉还原过程中，采用硅铁作还原剂，还原炉渣中的贵重金属元素Mn，将部分已经形成炉渣的MnO，还原成金属锰(见反应方程式4)，通过上述两个过程的还原，锰矿粉的锰的收得率可达到85％以上。

(MnO)+[C]＝[Mn]+CO 反应方程式3

2(MnO)+[Si]＝2[Mn]+SiO₂ 反应方程式4

3)石墨、硅铁的作用

在氩氧精炼炉吹炼时，不锈钢母液的C含量逐渐降低，而不锈钢母液本身Cr含量较高，因此铬矿中铬的还原率随着C含量的降低，而逐渐降低(见反应方程式1，反应物C含量降低，反应向反方向进行)。所以仅依靠铁水中的碳来实现铬矿直接合金化是比较困难的，必须外加还原剂，即需要额外的固体碳和固体硅来还原Cr₂O₃。因此实际生产中铬矿要与石墨、硅铁按一定比例同时加入炉内，以促进钢的直接合金化顺利进行。

石墨、硅铁对锰矿的作用，与铬矿相同。

4)铬矿、锰矿、石墨、硅铁粒度的要求

在1560℃的还原温度下，还原物料粒度越小，还原速度越大。铬矿的还原速度越快，铬矿中的铬将尽早进入钢水，由于氩氧精炼炉的特点，在钢水温度低于1560℃，钢水中的铬、碳存在同时氧化的过程，当钢水温度上升到1560℃以上时，将优先氧化钢水中的碳，此时随着钢水中碳含量的降低，铬矿将很难被还原。而从吹炼开始，到钢水温度达到1560℃，只需短短的几分钟时间，因此铬矿的还原速度越快，就越有利被还原，铬矿的收得率越高。

由于工业化生产，将铬矿粉、锰矿粉、石墨、硅铁制成小于0.09mm颗粒，对生产、成本都带来不利影响，综合因素考虑将铬矿粉、锰矿粉、石墨、硅铁粒度定为0.09～0.20mm较为合适。

本发明的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，在氩氧精炼炉冶炼过程，利用球团矿中的碳、硅元素还原铬、锰元素，同时使用球团中氧化锰降低铬矿熔点，帮助化渣，减少吹炼过程金属喷溅。采用本发明的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，可提高球团中铬锰元素在脱碳过程的收得率，并且提高了炉渣的脱硫能力。

具体实施方式

在氩氧精炼炉炉装入不锈钢母液后，在点火开吹前由炉顶料仓加入本发明铬锰矿复合球团，利用不锈钢母液温度，使球团尽早熔化。

本发明铬锰矿复合球团实施例成分参见表1：

表1：铬锰矿复合球团各组分配比表(重量百分比)

实施例	铬矿(％)	锰矿(％)	石墨(％)	硅铁(％)	粘结剂(％)
						1	43.0	15.0	30.0	6.0	6.0
2	41.5	19.0	26.0	6.5	7.0
						3	40.0	20.5	25.0	8.5	6.0
4	38.5	11.0	38.5	6.5	5.5
						5	34.0	15.0	34.5	10.0	6.5
6	33.5	17.5	39.0	5.0	5.0

7	31.0	22.0	35.0	5.5	6.5
						8	28.0	14.0	45.0	7.5	5.5
9	38.5	11.0	38.5	6.5	5.5
						10	38.5	11.0	38.5	6.5	5.5

对表1中的各实施例进行说明：

实施例1：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为45％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为38％，所述石墨中碳的重量百分含量为78％，所述硅铁中硅的重量百分含量为80％，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.09mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为30mm的球团，再将该球团在150℃温度下烘干9小时、自然冷却，密封保存。

实施例2：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为45.5％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为36％，所述石墨中碳的重量百分含量为79％，所述硅铁中硅的重量百分含量为79％，所述粘结剂为甲基纤维素。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.12mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为20mm的球团，再将该球团在200℃温度下烘干8小时、自然冷却，密封保存。

实施例3：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为46％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为34％，所述石墨中碳的重量百分含量为80％，所述硅铁中硅的重量百分含量为78％，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.13mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为25mm的球团，再将该球团在80℃温度下烘干10小时、自然冷却，密封保存。

实施例4：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为47％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为32％，所述石墨中碳的重量百分含量为81％，所述硅铁中硅的重量百分含量为77％，所述粘结剂为淀粉胶。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.15mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为35mm的球团，再将该球团在250℃温度下烘干8.5小时、自然冷却，密封保存。

实施例5：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为48％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为30％，所述石墨中碳的重量百分含量为82％，所述硅铁中硅的重量百分含量为76％，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.16mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为33mm的球团，再将该球团在100℃温度下烘干9.5小时、自然冷却，密封保存。

实施例6：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为48.5％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为28％，所述石墨中碳的重量百分含量为83％，所述硅铁中硅的重量百分含量为75％，所述粘结剂为淀粉胶。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.17mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为40mm的球团，再将该球团在120℃温度下烘干10小时、自然冷却，密封保存。

实施例7：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为49％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为26％，所述石墨中碳的重量百分含量为84.0％，所述硅铁中硅的重量百分含量为74％，所述粘结剂为甲基纤维素。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.19mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为45mm的球团，再将该球团在180℃温度下烘干9小时、自然冷却，密封保存。

实施例8：

按表1所述配方表对应数据称取各组分。

其中，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为50％，所述锰矿中MnO的重量百分含量为25％，所述石墨中碳的重量百分含量为86％，所述硅铁中硅的重量百分含量为72％，所述粘结剂为羟丙基甲基纤维素。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.20mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为50mm的球团，再将该球团在220℃温度下烘干8小时、自然冷却，密封保存。

实施例9：

采用与实施例4相同的配方和制备方法，区别是将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.60mm的细粉。

实施例10：

采用与实施例4相同的配方和制备方法，区别是将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为1.00mm的细粉。

对比例：

在公称容量为120吨氩氧精炼炉上，大多数合金由炉顶料仓加入，在吹炼初期用高碳铬铁配加到成分Cr要求的下限，高碳铬铁加入量在10吨左右。在进入钢水还原期后，用低碳铬铁微调钢水的成分Cr，而成分Mn是由金属锰配加，金属锰加入量在1.5吨左右。

实施例1～10是在公称容量为120吨氩氧精炼炉上，加入本发明铬锰矿复合球团2.5～3.5吨/炉，测试结果见表2。

表2：

由表2可以看出，实施本发明前后还原硅消耗、还原Cr含量没有增加。

将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为1mm以下的细粉，铬锰矿复合球团中铬、锰的收得率分别可达到85％和82％以上。

并且将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度为0.09～0.20mm的细粉，铬锰矿复合球团中铬、锰的收得率分别可达到90％和87％以上，脱硫率可明显提高。

Claims

1.一种氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，其组分重量百分比为：

铬矿：28～43％；

锰矿：11～22％；

石墨：25～45％；

硅铁：5～10％；

粘结剂：5～7％。

2.如权利要求1所述的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，其特征在于，所述铬矿中Cr₂O₃的重量百分含量为45.0～50.0％。

3.如权利要求1所述的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，其特征在于，所述锰矿中MnO的重量百分含量为25～38％。

4.如权利要求1所述的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，其特征在于，所述石墨中碳的重量百分含量：78.0～86.0％。

5.如权利要求1所述的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团，其特征在于，所述硅铁中硅的重量百分含量为72.0～80.0％。

6.一种如权利要求1～5中任一项所述的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团的制备方法，其特征在于，将铬矿、锰矿、石墨、硅铁分别研磨成粒度不大于1mm的细粉，混合，再加入粘结剂搅拌均匀，制成直径为20～50mm的球团，再将该球团在80～250℃温度下烘干8～10小时、自然冷却，密封保存。

7.如权利要求6所述的氩氧精炼炉用铬锰矿复合球团的制备方法，其特征在于，所述细粉的粒度为0.09～0.20mm。