CN103146872A - 预熔合成渣及利用其的转炉出钢反向渣洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预熔合成渣和一种利用预熔合成渣对转炉出钢的钢水进行反向渣洗的方法。预熔合成渣按质量百分比计包括下述成分：5％～10％的Al，16％～20％的Al₂O₃，28％～32％的CaO，11％～15％的MgO，8％～12％的CaF₂，3％～7％的SiO₂，其余为不可避免的杂质。根据本发明的利用预熔合成渣对转炉出钢的钢水进行反向渣洗的方法，采用铝铁进行脱氧，出钢前把全部的铝铁和一半预熔合成渣平铺加入钢包包底，出钢0～1/4过程中通过溜槽随钢流均匀加入剩余预熔合成渣，从而预熔合成渣在上浮过程中捕捉Al₂O₃夹杂以对钢水进行渣洗。

Description

预熔合成渣及利用其的转炉出钢反向渣洗方法

技术领域

本发明属于转炉炼钢技术领域，具体地讲，本发明涉及一种在转炉出钢过程中对钢水进行渣洗的方法。

背景技术

在转炉冶炼末期，钢水中含有约200～1000ppm的溶解氧，通常是通过转炉放钢脱氧+LF/RH精炼的方法进行脱氧和去除夹杂，具体工艺为：在转炉放钢1/4到3/4过程中加入铝、硅等脱氧剂进行脱氧，放钢临近结束的时候有一些高氧化性转炉渣随钢流放入钢包中，然后在钢包进入精炼工位后，根据钢水和钢渣的氧化情况，加入石灰、脱氧剂等造渣料，通电化渣，在精炼的过程中采用在钢包底部吹氩的方法促使脱氧夹杂物上浮去除。然而，这种工艺由于采用精炼工位进行终脱氧和去除夹杂物，设备成本、电耗、电极损耗约增加生产成本20～50元/吨钢，而且由于电极增碳的原因，无法生产超低碳钢。

为了降低精炼钢水带来的成本上升问题，近年来开发了一系列渣洗料及渣洗技术，能部分替代LF精炼炉，例如，专利号分别为ZL200910096625.1和ZL200910096624.7的中国发明专利公开了一种用于转炉炼钢的发热普钢渣洗料和发热直上渣洗料及其制备方法和使用方法，专利号为ZL200510038233.1的中国发明专利公开了炼钢脱氧-渣洗-炉外精炼用高效一体化渣及使用方法，专利号为ZL200810122755.3的中国发明专利公开了一种含BaO炉外“渣洗”脱硫精炼剂，专利号为ZL200710158648.1的中国发明专利公开了一种非精炼钢渣洗工艺，专利号为ZL201010597949.6的中国发明专利公开了一种转炉流程生产铝镇静钢用渣洗料及其制备方法，以上专利介绍了用渣洗工艺来减轻精炼负担或者替代LF/RH精炼工艺，但是均没有提到如何应对钢水中的Al₂O₃夹杂。

发明内容

在上文提到的现有技术中，对于吸附Al₂O₃夹杂的专用渣洗料成份配比原理、渣洗料加入量算法、钢包顶渣成份控制范围都未有提及，为此，本发明提供一种通过渣洗方法去除钢水中脱氧夹杂物的工艺方法，用以替代LF精炼，降低生产成本，消除钢水增碳。

本发明旨在至少解决现有技术中遇到的上述问题，为此，本发明利用转炉出钢过程渣洗+吹氩的方法进行脱氧和去除夹杂。

根据本发明的一方面，提供了一种转炉出钢的反向渣洗方法，该方法包括：采用铝铁进行脱氧，在转炉出钢前将全部的铝铁和一半预熔合成渣平铺加入钢包包底，从出钢开始至出钢1/4的过程中通过溜槽随钢流均匀加入剩余的预熔合成渣，从而预熔合成渣在上浮过程中捕捉Al₂O₃夹杂以对钢水进行渣洗，其中，所述预熔合成渣按质量百分比计包括下述成分：5％～10％的Al，16％～20％的Al₂O₃，28％～32％的CaO，11％～15％的MgO，8％～12％的CaF₂，3％～7％的SiO₂，其余为不可避免的杂质。

根据本发明，预熔合成渣的最低加入总量满足下式：

在上式中，M₁为合成渣的加入量，单位为Kg/吨钢；a_[O]为转炉出钢前钢水中的溶解氧，单位为ppm；w_{(CaO)合成渣}和

分别为合成渣中CaO和Al₂O₃的质量百分数，其中，在计算过程中，认为钢中的全部溶解氧a_[O]与铝反应，每吨钢生成a_[O]×10^-3×2.125kgAl₂O₃。

根据本发明，预熔合成渣的加入总量的范围满足下面的两个式子：

在上面的两个式子中，M₁为合成渣的加入量，单位为Kg/吨钢；M₂为转炉下渣量，单位为Kg/吨钢；M₃为每炉钢水冲刷掉钢包耐材的质量，单位为Kg/吨钢；M₄为脱氧产生的Al₂O₃质量，单位为Kg/吨钢；M₅为脱氧产生的SiO₂质量，单位为Kg/吨钢；w_{(CaO)合成渣}、

分别为合成渣中CaO、Al₂O₃和SiO₂的质量百分数；w_{(CaO)转炉渣}、分别为转炉终渣中的CaO、Al₂O₃和SiO₂的目标质量百分数；

为每炉钢水冲刷掉的钢包耐材中的Al₂O₃的质量百分数。

根据本发明，所述预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比约为3。

本发明的另一方面还提供了一种用于转炉出钢反向渣洗的预熔合成渣，其按质量百分比计包括下述成分：5％～10％的Al，16％～20％的Al₂O₃，28％～32％的CaO，11％～15％的MgO，8％～12％的CaF₂，3％～7％的SiO₂，其余为不可避免的杂质。

根据本发明，所述预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比约为3。

附图说明

图1是示出了本发明所利用的CaO-Al₂O₃-SiO₂系状态图。

具体实施方式

为了在防止转炉初炼钢水的回磷同时更好地对初炼钢水进行脱氧和脱硫，本发明提供了一种预熔合成渣及利用其在转炉出钢过程中对钢水进行渣洗的方法，其中，通过在转炉出钢前将预熔合成渣平铺加入钢包包底，对转炉初炼钢水进行反向渣洗，能够进行预脱氧、脱硫和防止回磷，同时能够捕捉脱氧、脱硫产物，进一步净化钢水，减轻后道工序(精炼)负担。

根据本发明，提供了一种用于在转炉出钢过程中对钢水进行反向渣洗的预熔合成渣。

本发明提供了一种预熔合成渣，其成份配比(质量分数)为：5％～10％的Al，16％～20％的Al₂O₃，28％～32％的CaO，11％～15％的MgO，8％～12％的CaF2，3％～7％的SiO₂，其余为不可避免的杂质。

本发明的发明人发现，在将预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比控制在3左右时，由于3CaO·Al₂O₃易与Al₂O₃反应生成12CaO·7Al₂O₃、5CaO·3Al₂O₃或CaO·Al₂O₃，所以这种合成渣对Al₂O₃夹杂具有良好的吸附能力。因此，在本发明中，预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比约为3，例如，在2.7-3.3之间。根据本发明的一个实施例，预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比可以控制在2.8至3.2的范围内，优选地在2.9至3.1的范围内。根据本发明的另一实施例，预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比可以为2.80、2.85、2.9、2.95、3.0、3.05、3.10、3.15、3.20、3.25或3.30。

根据本发明的多功能预熔渣具有高碱度(约为3，即，CaO含量高)、低熔点(1300℃～1500℃，在炼钢温度下迅速成液态)、强的脱氧能力及吸收捕捉夹杂物的能力。图1是示出了本发明所利用的CaO-Al₂O₃-SiO₂系状态图。参照图1，通过物料平衡的方法计算合成渣加入量，使得钢渣成份范围在CaO-Al₂O₃-SiO₂相图中低熔点(1300℃～1500℃)的位置，同时严格控制转炉下渣量，能够控制钢包的顶渣成分和含量范围。

另外，在本发明中，使用铝酸硅钙类预熔渣系作为加入钢水中的预熔合成渣，根据本发明的预熔合成渣的成分均匀，而且根据本发明的预熔合成渣的熔点低，熔速快，所以可缩短精炼时间，去除夹杂物而净化钢液。

根据本发明的用于转炉初炼钢水反向渣洗的预熔渣的成分满足熔点低、流动性较好、表面张力较高、脱氧效果好的条件，因此，根据本发明，通过将预熔合成渣在转炉出钢前期加入到转炉钢水中，利用转炉出钢过程中高温钢水强大的冲击搅拌动能形成高碱度、低熔点的小液滴，对钢水进行“渣洗”，即，利用“渣洗”过程中液态高碱度渣与钢水的比重差，液态渣小液滴不断从钢水内部上浮析出，形成“倒沉淀”现象，在上浮过程中，能够捕捉弥散在钢中细小的高熔点夹杂物，上浮到钢液表面并稳定存在，提高对钢水的“过滤”效果。

下面将详细地描述根据本发明的利用上述预熔合成渣在转炉出钢过程对钢水进行反向渣洗的方法。

根据本发明，利用预熔合成渣对转炉出钢的钢水进行反向渣洗的方法包括：出钢采用铝铁进行脱氧，在转炉出钢前将全部的铝铁和预定量的预熔合成渣的一半平铺加入钢包包底，从出钢开始至出钢1/4的过程中通过溜槽随钢流均匀加入剩余的预熔合成渣，从而预熔合成渣在上浮过程中捕捉Al₂O₃夹杂以对钢水进行渣洗。

为了保证液态渣滴对Al₂O₃夹杂有良好的吸附能力，渣洗料(即，预熔合成渣)加入量的计算算法如下：在出钢过程中，预熔合成渣被钢水冲击搅拌形成液态渣滴，初始液态渣滴中包含mCaO·nAl₂O₃，其中，m/n的初始值约为3，渣滴在上浮过程中不断捕捉Al₂O₃夹杂，m/n降低，当生成CaO·Al₂O₃时渣滴的熔点温度约为1500℃，且吸附Al₂O₃能力降低。因此，为了保证其捕捉Al₂O₃夹杂的能力，应加入足量的合成渣，使得渣滴在整个上浮过程中m/n＞1。通过物料平衡的方法根据钢水溶解氧a_[O]、合成渣成份计算合成渣加入量，计算中近似认为钢中全部溶解氧a_[O]与铝反应，每吨钢生成a_[O]×10^-3×2.125kgAl₂O₃，合成渣的加入量通过下面的式1确定。

[式1]

在上式1中，M₁为合成渣的加入量(单位：Kg/吨钢)，a_[O]为转炉出钢前钢水中的溶解氧(单位：ppm)，w_{(CaO)合成渣}和分别为合成渣中CaO和Al₂O₃的质量百分数。通过以上公式可计算出为保证液态渣滴良好吸附Al₂O₃夹杂的能力，预熔合成渣的最低加入量。

为了保证钢包终渣具有良好的物理性能和吸附性能，渣洗料(即，预熔合成渣)加入量计算算法如下：在出钢过程中，液态渣滴携带夹杂上浮到钢包顶部炉渣中，出钢临近结束时有一部分转炉渣随钢流被放入钢包中。钢包终渣的成份取决于转炉下渣量、渣洗料加入量、脱氧产物生成量、耐材被钢水冲刷而导致的脱落量。为了保证炉渣具有低熔点、良好的流动性、良好的吸附夹杂的能力，炉渣中的CaO、Al₂O₃、SiO₂的质量分数之比需位于以下三元相图的A位置(参见图1)。

根据本发明，钢包炉渣的具体要求为：在炉渣中，

具体地讲，为了保证钢包终渣具有良好的物理性能和吸附性能，预熔合成渣的加入量的范围通过下面的式2和式3得出。

[式2]

[式3]

在上面的式2和式3中，M₂为转炉下渣量(Kg/吨钢)；M₁为合成渣(或称“渣洗料”)加入量(Kg/吨钢)；M₃为每炉钢水冲刷掉钢包耐材的质量(Kg/吨钢)；M₄为脱氧产生的Al₂O₃质量(Kg/吨钢)；M₅为脱氧产生的SiO₂质量(Kg/吨钢)；w_{(CaO)合成渣}、分别为合成渣中CaO、Al₂O₃和SiO₂的质量百分数；w_{(CaO)转炉渣}、

分别为转炉终渣中的CaO、Al₂O₃和SiO₂的目标质量百分数；

为每炉钢水冲刷掉的钢包耐材中的Al₂O₃的质量百分数。因此，通过以上两个公式可以计算出合成渣的加入量范围。这里，需要指出的是，目前国内大部分钢厂的转炉装备副枪、有规范的放钢操作工艺、出钢结束时采用滑板档渣，使得转炉下渣量、脱氧合金收得率较为稳定。因此，以上两个公式中的转炉下渣量、每炉钢水冲刷掉钢包耐材的质量可以通过以往炉次的历史数据推测出来。脱氧产生的Al₂O₃质量、脱氧产生的SiO₂质量通过“脱氧产物产生量＝合金加入量×(1-合金经验收得率)”计算出来。耐材中的Al₂O₃的质量百分数为已知参数。

因此，根据本发明，通过上面的式1计算出预熔合成渣的最低加入量，用来保证液态渣滴吸附Al₂O₃夹杂的能力，同时，通过上面的式2和式3计算出预熔合成渣的加入量范围，用来保证钢包终渣良好的物理性能和吸附性能，为此，在利用预熔合成渣对转炉出钢的钢水进行反向渣洗的方法中，加入的预熔合成渣的总量由通过上面的式1计算出预熔合成渣的最低加入量和通过上面的式2和式3计算出预熔合成渣的加入量范围来具体确定。

因此，根据本发明，利用转炉出钢过程渣洗+吹氩的方法进行脱氧和去除夹杂。具体地讲，转炉出钢采用铝铁进行脱氧，出钢前把全部的铝铁和一半预熔合成渣平铺加入钢包包底，出钢0～1/4过程中通过溜槽随钢流均匀加入剩余预熔合成渣，其中，该配方的合成渣对脱氧产物Al₂O₃有良好的吸附性，合成渣在上浮过程中捕捉Al₂O₃夹杂，达到去除夹杂物的目的，并且合成渣携带夹杂物上浮到钢包顶部与转炉下渣混合后形成的钢渣对脱氧夹杂依然有非常好的润湿性，在随后的吹氩工位中能非常大概率地捕捉到上浮到渣钢界面的夹杂物。

下面将结合具体的示例性实施例来描述根据本发明的利用预熔合成渣对转炉出钢的钢水进行反向渣洗的方法。

应用实例：

在120吨转炉中进行3炉渣洗试验，试验钢种为SPHC(深拉伸用热轧钢板)。试验工艺参数见下面的表1。

表1 转炉出钢渣洗试验工艺参数

经计算，为保证液态渣滴吸附Al₂O₃夹杂的能力，1#、2#、3#炉次对应的最少合成渣加入量为：4.26Kg/吨钢、3.90Kg/吨钢、2.84Kg/吨钢。为保证钢包终渣良好的物理性能和吸附性能，1#、2#、3#炉次对应的最少合成渣加入量为0.955Kg/吨钢、4.87Kg/吨钢、2.11Kg/吨钢。综合考虑以上2种情况，确定1#、2#、3#炉次对应的合成渣加入量为：4.5Kg/吨钢、5Kg/吨钢、3Kg/吨钢。利用上述方法将预熔合成渣加入到转炉出钢的钢水中进行反向渣洗，然后进行吹氩。吹氩位终渣成份如下面的表2所示。1#、2#、3#炉次对应的铸坯全氧值为30ppm、28ppm、32ppm，产品无质量缺陷，渣洗效果良好。

表2 吹氩位终渣成份表

因此，根据本发明，通过利用预熔合成渣对转炉钢水进行反向渣洗，能够去除钢水中脱氧夹杂物的工艺方法，用以替代LF精炼，降低生产成本，消除钢水增碳。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种变型和修改。

Claims (6)

1.一种转炉出钢的反向渣洗方法，其特征在于所述转炉出钢的反向渣洗方法包括：采用铝铁进行脱氧，在转炉出钢前将全部的铝铁和一半预熔合成渣平铺加入钢包包底，从出钢开始至出钢1/4的过程中通过溜槽随钢流均匀加入剩余的预熔合成渣，从而预熔合成渣在上浮过程中捕捉Al₂O₃夹杂以对钢水进行渣洗，

其中，所述预熔合成渣按质量百分比计包括下述成分：5％～10％的Al，16％～20％的Al₂O₃，28％～32％的CaO，11％～15％的MgO，8％～12％的CaF₂，3％～7％的SiO₂，其余为不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的转炉出钢的反向渣洗方法，其特征在于预熔合成渣的最低加入总量满足下式：

其中，M₁为合成渣的加入量，单位为Kg/吨钢；a_[O]为转炉出钢前钢水中的溶解氧，单位为ppm；w_{(CaO)合成渣}和

分别为合成渣中CaO和Al₂O₃的质量百分数，

其中，在计算过程中，认为钢中的全部溶解氧a_[O]与铝反应，每吨钢生成a_[O]×10^-3×2.125kgAl₂O₃。

3.根据权利要求1或2所述的转炉出钢的反向渣洗方法，其特征在于预熔合成渣的加入总量的范围满足下面的两个式子：

其中，M₁为合成渣的加入量，单位为Kg/吨钢；M₂为转炉下渣量，单位为Kg/吨钢；M₃为每炉钢水冲刷掉钢包耐材的质量，单位为Kg/吨钢；M₄为脱氧产生的Al₂O₃质量，单位为Kg/吨钢；M₅为脱氧产生的SiO₂质量，单位为Kg/吨钢；w_{(CaO)合成渣}、

分别为合成渣中CaO、Al₂O₃和SiO₂的质量百分数；w_{(CaO)转炉渣}、分别为转炉终渣中的CaO、Al₂O₃和SiO₂的目标质量百分数；

为每炉钢水冲刷掉的钢包耐材中的Al₂O₃的质量百分数。

4.根据权利要求1所述的转炉出钢的反向渣洗方法，其特征在于所述预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比约为3。

5.一种用于转炉出钢反向渣洗的预熔合成渣，其特征在于所述预熔合成渣按质量百分比计包括下述成分：5％～10％的Al，16％～20％的Al₂O₃，28％～32％的CaO，11％～15％的MgO，8％～12％的CaF₂，3％～7％的SiO₂，其余为不可避免的杂质。

6.根据权利要求5所述的用于转炉出钢反向渣洗的预熔合成渣，其特征在于所述预熔合成渣中CaO和Al₂O₃的摩尔分数之比约为3。