CN103031409B - 一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺，步骤1转炉或电炉吹炼结束，其出钢时碳终点成分W[C]%=0.1-0.6%，出钢温度为1600±20℃，出钢前2-4min接通底部吹氩气体，气体搅拌150-480L/min；步骤2转炉或电炉钢水出钢后，开始持续加入吨钢铝块或合金脱氧，加入量据出钢前钢水的碳含量确定，当钢水出到钢包内有12±5t时，开始随炉出钢的钢流加入精炼炉除尘灰，炉出钢时间为2-8min，精炼炉除尘灰需在3-4min内加完，加入量在1.2-6kg/吨钢。采用精炼炉除尘灰作为脱氧剂适用于硅镇静钢和硅铝镇静钢钢种。

Description

一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺
技术领域
本发明涉及炼钢厂除尘灰回收利用，将其作为出钢的脱氧剂用于电炉、转炉炼钢的出钢时脱氧操作，对于降低冶炼脱氧剂的消耗、优化除尘灰的排放有现实的环保意义。
背景技术
LF精炼炉的除尘器中间产生的除尘灰，粒度小，粒度在5mm以下，属于一种碱性工业废弃物，所以在拉运过程中，粉尘的污染防治一直是限制除尘灰综合利用的主要因素之一，为了消除除尘灰的粉尘污染问题，目前炼钢精炼除尘灰基本上是采用加湿处理，即在除尘灰从灰仓卸灰的过程中，采用加湿机进行加湿，使得除尘灰成为潮湿状态，然后用于烧结或者炼铁；在以上的加湿过程中，精炼炉除尘灰中间的含碳、含碱金属的化合物会发生分解反应，析出C2H2、H2S、CO等有害的物质，导致区域工作人员罹患尘肺等职业病，所以精炼炉除尘灰的排放处置一直是炼钢企业的难题。
检索文献披露：（1）余雪峰、薛庆国、董杰吉等在《过程工程学报》 2009年（第9卷第11页）发表的 “钢铁厂典型粉尘的基本物性与利用途径分析” 论文，表述了“低品位（含铁量低）粉尘，高碳、高碱金属粉尘等难以用炼钢方法处理，因此不能全面处理钢铁企业中产生的粉尘”的内容。（2）马刚平、吴宏斌、张建红在《工业安全与环保》 2006（1）发表的 “首钢除尘灰特性分析及综合利用技术研究” 论文 ，表述了炼钢的高钙除尘灰采用消化池和双轴搅拌机处理以后能够用于烧结生产的内容。（3）郑贤才、杨军、李强在《烧结球团》2008（3）发表的“莱钢竖炉配加炼钢干法除尘细灰的实践”论文，表述了“生产过程中，我们注意到炼钢除尘灰配加量达7％时，膨润土添加量过少，将造成生球在烘干床上爆裂严重，进而影响炉内透气性，并会使球团矿转鼓指数、筛分指数、抗压强度下降，产量下降明显，因此，配加量不宜过高”的内容；由上述信息可知目前精炼炉除尘灰还没有直接利用精炼除尘灰炼钢的工艺。
本发明研究了精炼炉除尘灰的粒度分布特点和成分特点，结合冶金传输理论，构思了精炼炉除尘灰应用于炼钢的新工艺，将精炼炉除尘灰作为钙质脱氧剂直接用于炼钢的新工艺，既满足了炼钢对于钙质脱氧剂的需求，又消除了除尘灰加湿过程中产生毒化物质的危害因素，对于降低炼钢成本和环境保护有显著的作用。
发明内容
本发明的目的在于：利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺，能够实现炼钢过程中快速成渣，快速脱氧脱硫的目的，尤其适合于转炉和电炉在出钢环节钢水脱氧脱硫的精炼作用。
本发明的目的是这样实现的：一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺,分步骤实施；
步骤1转炉或电炉吹炼结束，其出钢时碳终点成分W[C]%=0.1-0.6%,出钢温度为1600±20℃，出钢前2-4min接通底部吹氩气体，气体搅拌150-480L/min；
步骤2转炉或电炉钢水出钢后，开始持续加入吨钢铝块或合金脱氧，加入量据出钢前钢水的碳含量确定，当钢水出到钢包内有12±5t时，开始随出钢的钢流加入精炼炉除尘灰，炉出钢时间为2-8min，精炼炉除尘灰需在3-4min内加完，加入量在1.2-6kg/吨钢。
所述新工艺，采用精炼炉除尘灰作为脱氧剂适用于硅镇静钢和硅铝镇静钢钢种。
本发明的技术原理：除尘灰中间的成分，是形成炼钢过程中精炼环节基础渣的主要组成，具有成渣温度低，速度快的优点（见相图）。利用相图原理，即除尘灰的粒度较小，有一部分以分子和原子状态存在，能够直接参与炼钢过程的冶金反应，有利于缩短冶金反应时间；精炼炉除尘灰中间含有丰富的脱氧物质，比如CaC2，在炼钢脱氧的工艺过程中，能够参与直接的脱氧反应，作为钢水的脱氧剂使用，而精炼除尘灰中间其它不能够直接参与脱氧的成分，比如Al2O3、SiO2  、CaO与MgO能够和脱氧产物迅速的发生反应，生成低熔点的液相化合物，比如铝酸钙12CaO·7Al2O3，熔点1455℃；镁橄榄石CaO·MgO·SiO2,熔点1390℃；镁蔷薇辉石3CaO·MgO·2SiO2，熔点为1550℃；钙黄长石2CaO·MgO·2SiO2，熔点1450℃，由于它们的比重在2.9～3.2 t/m3，与钢水的比重7.3t/m3相比，差距很大，故在炼钢工艺过程中的出钢过程中，在出钢钢流冲击的重力作用下、钢包吹氩搅拌的动力学条件下，各类低熔点的脱氧产物，在浮力的作用下，更加容易从钢液中间上浮，实现脱氧产物从钢液中间去除的目的。本发明设计除尘灰的利用方案是科学的，有理论与实践的意义，产生的技术效果是显著的，尤其适合电炉、转炉的炼钢的使用，彰显技术进步。
附图说明
本发明结合附图作进一步说明。
附图为组元的脱氧示意图；
如图所示：在加入除尘灰以后，各组元之间与脱氧产物相互反应，生成常见化合物的熔点区域：A点为镁橄榄石CaO·MgO·SiO2形成区域,熔点1390℃；B点为镁蔷薇辉石3CaO·MgO·2SiO2形成区域，熔点为1550℃；C点为钙黄长石2CaO·MgO·2SiO2形成区域，熔点1450℃。
具体实施方式
本发明结合实施例作进一步说明。
实施例1
以转炉冶炼硬线钢70#钢为例，操作与投加方式如下：
① 当转炉吹炼结束准备出钢时，出钢终点的成分W[C]%=0.10%,出钢温度为1600±20℃，使用精炼炉除尘灰脱氧；
② 出钢前3min接通底部吹氩气体，搅拌气体为450L/min；
③ 转炉钢水出钢以后，立刻开始持续加入铝块脱氧，当钢水出到钢包内有12t时，开始随转炉出钢的钢流加入精炼炉除尘灰，以便于精炼炉除尘灰以最短的时间参与反应，这样精炼炉除尘灰就能够迅速进入钢液内部参与脱氧反应，并且能够有效减少粉尘的扩散污染。
④ 精炼炉除尘灰在钢水出完前保证投加完毕，转炉出钢时间为5min，精炼炉除尘灰在3min内加完，加入量控制在3 kg/吨钢；
⑤ 在转炉出钢过程中除了投加精炼炉除尘灰以外，不再使用合成渣、预熔渣与脱硫剂，以节约成本，而脱氧合金化使用的铝块、FeSi、SiMn等其它工艺保持不变，和投加精炼炉除尘灰的作业可同步进行,不会产生矛盾和相互干扰，即出钢过程中强脱氧剂和合金原料的加入顺序按照由强到弱的顺序加入；出钢一开始，先加铝块、再加硅铁、硅锰合金等，待合金加完之后投加石灰500kg的石灰，期间吹氩搅拌保持强搅拌状态，吹氩搅拌以钢水在钢包内能够强烈循环流动为标准。
⑥ 转炉出钢结束以后，按照常规的作业标准和流程进行作业，对于钢水的温度进行补偿升温或者降温处理，对于铸态组织成分进行调整，然后钢水上连铸机浇铸即可。
实施例2
以转炉冶炼冷轧用SPHC钢，操作与投加方式如下：
① 当转炉吹炼结束准备出钢时，出钢终点的成分W[C]%=0.045%,出钢温度为1600±20℃，使用精炼炉除尘灰脱氧；
② 出钢前3min接通底部吹氩气体，搅拌气体为350L/min。
③ 转炉钢水出钢以后，立刻开始持续加入200kg的铝块（铝含量为99%）脱氧，当钢水出到钢包内有12t时，开始随转炉出钢的钢流加入袋装的精炼炉除尘灰，精炼炉除尘灰的加入量为4 kg/吨钢。
④ 精炼炉除尘灰在钢水出完前保证投加完毕，转炉出钢时间为5min，精炼炉除尘灰在3min内加完。
⑤在转炉出钢过程中除了投加精炼炉除尘灰以外，不再使用预熔渣，而脱氧合金化使用的铝块、低碳锰铁的加入工艺与原有工艺保持不变，和投加精炼炉除尘灰的作业可同步进行,不会产生矛盾和相互干扰；待合金加完之后投加石灰600kg的石灰，期间吹氩搅拌保持强搅拌状态，吹氩搅拌以钢水在钢包内能够强烈循环流动为标准。
⑥ 转炉出钢结束以后，按照常规的作业标准和流程进行作业，对于钢水的温度进行补偿升温或者降温处理，对于铸态组织成分进行调整，不再采用喂丝钙处理工艺，然后钢水直接上连铸机浇铸即可。
实施例3
以电炉冶炼弹簧钢60Si2MnA为例；
由于本钢种的冶炼不使用铝脱氧，属于典型的硅镇静钢，脱氧产生的产物为SiO2， 以关系式推算出精炼炉除尘灰的使用量：
Si+ O2= SiO2
CaO + MgO + SiO2=CaO·MgO·SiO2
电炉终点成分W[C]%=0.52% ，可以计算出出钢前钢液中间的氧含量W[O]%=0.48% ,出钢过程中加入1400kg的硅铁（硅含量为72%），硅铁的回收率为95%；使用表2中间转炉生产线产生的，MgO含量为15.26%的精炼除尘灰，通过计算可知，需要加入288kg的精炼除尘灰即可，即吨钢4.1kg。
具体操作与投加方式：
1）电炉出钢温度1590±10℃，电炉出钢开始，首先加入硅铁合金和锰铁合金，出钢量达到7吨时，开始加入精炼炉除尘灰,加入量为5kg/吨钢，电炉钢水出完前加完精炼炉除尘灰；
2）出钢期间氩气流量控制在350L/min，保持较强烈的搅拌状态；
3）电炉出钢结束，按照传统的工艺进行冶炼处理。
本发明的有益效果：
 1）精炼炉除尘灰不用加湿，消除了加湿过程中的危化品产生的危险因素和粉尘对于环境的污染，对于环境的保护效益显著。
2）本工艺投加的除尘灰，即粒度小，反应速度快，能够减少钢水的二次氧化的几率，减少钢水的热辐射损失，优于使用钙质脱氧剂和钙质合成渣的效果。
3）除尘灰取代钙质脱氧剂、脱硫剂、合成渣、预熔渣等，每使用1吨的精炼炉除尘灰，降低炼钢成本2100元以上。

Claims (2)

1.一种利用精炼炉除尘灰炼钢脱氧的新工艺,其特征在于：分步骤实施；
步骤1转炉或电炉吹炼结束，其出钢时碳终点成分W[C] =0.1-0.6%,出钢温度为1600±20℃，出钢前2-4min接通底部吹氩气体，气体搅拌150-480L/min；
步骤2转炉或电炉钢水出钢后，开始持续加入铝块或合金脱氧，加入量据出钢前钢水的碳含量确定，当钢水出到钢包内有12±5t时，开始随炉出钢的钢流加入精炼炉除尘灰，炉出钢时间为2-8min，精炼炉除尘灰需在3-4min内加完，加入量为每吨钢1.2-6kg。
2.根据权利要求1所述新工艺，其特征在于：采用精炼炉除尘灰作为脱氧剂适用于硅镇静钢和硅铝镇静钢钢种。
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