CN103614516A

CN103614516A - 一种复合脱氧材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN103614516A
Application number: CN201310566238.6A
Authority: CN
Inventors: 余永增
Original assignee: XIXIA COUNTY SHUNFA NEW FURNACE CHARGE Co Ltd
Current assignee: XIXIA COUNTY SHUNFA NEW FURNACE CHARGE Co Ltd
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种用于钢渣或钢液脱氧的复合脱氧材料及其制备方法和应用。所述复合脱氧材料为铝钙合金，其重量百分组成如下：Al45-65%、Ca15-30%、Si<3，余量为氧化铝和氧化钙的混合物，所述铝钙合金的粒度为10-40mm。本发明铝钙合金是一种可实现对钢渣脱氧，钢液脱氧、脱硫、吸附夹杂的新型复合脱氧材料，其集脱氧、净化和精炼功能于一体，在确保质量的前提下，降低了炼钢生产成本。

Description

一种复合脱氧材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，特别涉及一种用于钢渣或钢液脱氧的复合脱氧材料及其制备方法和应用。

背景技术

传统钢渣或钢液脱氧工艺中采用的脱氧材料主要有金属脱氧剂以及非金属脱氧剂。其中，金属脱氧剂成本高，对钢包渣无处理能力；非金属脱氧剂则存在自身易在钢中形成夹杂，并容易增碳等缺点。此外，传统工艺在钢包内加入脱氧材料、精炼剂等，品种繁杂、总量偏大，造成钢包内渣量过大，非常不利于后部工序处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合脱氧材料及其制备方法和应用，可以克服目前脱氧剂或成本高或处理能力有限或易形成夹杂等缺点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下。

一种复合脱氧材料，所述复合脱氧材料为铝钙合金，其重量百分组成如下：Al 45-65%、Ca 15-30%、Si<3，余量为氧化铝和氧化钙的质量比例为2-3:1的混合物，所述铝钙合金的粒度为10-40mm。

复合脱氧材料中的S、P杂质未体现在组成中。

所述脱氧材料的熔点控制为1300-1400℃。

本发明还提供了一种复合脱氧材料的制备方法，步骤如下：先按照如下重量份数配料：铝粒30-50份，电炉预熔料50-65份，羟甲基纤维素2-4份；然后先将电炉预熔料在不低于1850℃的条件下加热至全部熔化，冷却之后再加入铝粒和羟甲基纤维素混合均匀即可。

所述电炉预熔料由质量比例为2:1:2的氧化铝、萤石和氧化钙组成。

氧化铝优选含量在98%以上的，萤石优选氟化钙含量在98%以上的，氧化钙优选含量在92%之上的。

氧化铝、萤石和氧化钙的粒度不大于3mm。具体可采用鄂破、锤破或对辊机进行破碎。

电炉预熔料熔化时间一般在40-60min。

电炉预熔料熔化冷却后获得的物质处理至不大于2mm后再与铝粒和羟甲基纤维素混合。具体的，可先鄂破至粒度为30-50mm，然后再经对辊机处理至不大于2mm。

电炉预熔料处理后与铝粒和羟甲基纤维素混合均匀后可在制球机中制粒然后烘干获得所述的铝钙合金复合脱氧材料。

本发明复合脱氧材料有很好的应用，如所述材料作为顶渣改质剂应用，在出完钢后加入钢包渣中对炉渣改质。应用时，每生产一吨钢脱氧材料的加入量为0.5-1kg。

所述的复合脱氧材料还可以作为强脱氧剂在LF炉中脱氧应用。优选的，每生产一吨钢脱氧材料的加入量为0.1-0.6kg。

本发明复合脱氧材料铝钙合金具有以下特点。

1 ) 铝钙合金具有强的脱氧能力。

炼钢是一个氧化过程，炼钢氧化精炼结束时，钢水中溶解了过多的氧，称为溶解氧[O]_D。出钢时，在钢包内必须进行脱氧合金化，把[O]_D转变成氧化物夹杂，它可用[O]₁表示，所以钢中氧用总氧T_[O]表示：T_[O]=[O]_D +[O]₁。因此，用钢中总氧T_[O]来表示钢的洁净度。钢中T_[O]越低，钢就越“干净”。为使钢中T_[O]低，钢水干净，必须降低溶解氧[O]_D及夹杂氧[O]₁。铝钙合金其脱氧产物为低熔点的铝酸钙，这种低熔点的铝酸钙易于聚合、上浮排除。由此铝钙合金同时具备了脱出钢水中溶解氧及吸附去除夹杂氧的能力，由此具有强的脱氧能力。

2 ) 铝钙合金具有强的夹杂物去除能力。

由夹杂物的去除机理可知，要保证脱氧产物的有效去除，控制钢中T_[O]在极低水平，首先须控制夹杂物的形态，使其形成低熔点的液相脱氧产物，易于聚合长大，铝钙合金其主脱氧元素为金属铝，并配加一定量的钙以形成低熔点的铝酸钙，在上浮过程中与脱氧产物Al₂O₃、SiO₂相聚时，将生成低熔点的C₁₂A₇( 1450℃)和低熔点共晶物C₂S- C₁₂A₇-CA（1335℃），解决了高熔点脱氧产物不易被快速排除的问题，实现了钢水净化的目的。

3 ) 铝钙合金具有快速成白渣、强的脱硫能力。

铝钙合金以铝、钙强脱氧元素脱氧，能快速脱氧至渣中(FeO) < 1％，产生式I的强脱硫反应。并且脱氧产物低熔点的铝酸钙能阻止石灰表层高熔点硅酸二钙C₂S的形成，促进石灰快速熔化、形成白渣，实现高效脱硫。同时，脱氧产物低熔点的铝酸钙还能很好地湿润脱硫产物CaS，这有助于脱硫产物被吸附排出钢液，达到高脱硫的效率。

[ S ]+[ A I ]+ [ Ca ]十(CaO) → (CaS) + (aCaObAl₂O₃) 式I。

4）铝钙合金属于无碳低硅复合脱氧剂，不会因其使用导致钢水增硅、增碳。

本发明复合脱氧材料的成分和组成在设计时，根据炉渣相图理论，大幅度降低了产品熔点，使其在钢液中易于熔化和上浮，解决了传统非金属材料自身易在钢中形成夹杂的问题。该产品熔点控制在1300-1400℃范围内，从而保证在1600℃左右的钢液中能快速和均匀地熔化。此外，由于铝钙合金以传统CaO-A1₂O₃二元渣系为基础，同时加入强还原金属，与强还原金属铝、钙氧化产物亲和性好，使得材料同时具备了脱氧和精炼功能。在出钢时加入，由于钢水混冲搅拌作用，铝钙合金中铝、钙与钢中氧反应，从而达到钢液脱氧的目的。在钢液中呈液态的铝钙合金，将传统脱氧剂在钢液中的反应界面由液-固反应调整为液-液反应，提高了反应速度，改善了脱氧反应效果。此外，铝钙合金具有强的夹杂物吸附能力，可有效吸附钢中氧化物夹杂，并上浮排出钢液，从而起到降低钢液氧化度的净化作用。液态渣上浮后，与钢包面上包渣结合，包渣出CaO-Al₂O₃，二元渣系变为CaO-Al₂O_3-SiO₂三元渣系，而未及全部反应的铝钙合金中的强还原金属上浮后与钢包渣中氧化反应，降低钢包渣氧化性，为钢液净化创造良好的热力学条件。复合材料易于上浮的主要原因是复合材料易于被液化后形成渣滴所吸收；渣滴比重远小于钢液，在上浮过程中快速聚集、长大，容易上浮排出钢液。因此，本发明复合脱氧材料解决了脱氧产物被吸收和从钢液中快速排出的问题，进一步实现钢水净化的目的。

脱氧工艺根据炉渣成分、氧化性（出钢前定氧推算出来）及出钢下渣量（根据正常平均下渣量及出钢后包渣厚度）情况，在出钢前向钢包内加入相应数量的铝钙合金对钢液脱氧，并降低钢包渣的氧化性，将钢包内氧化性CaO-SiO₂渣系调整为对夹杂物有较强吸附能力的CaO-Al₂O₃-SiO₂精炼渣；此外，可在炉后钢包面上适当补加铝钙合金，确保调配成的精炼渣渣态良好，从而达到提高、稳定精炼效果的目的。本发明实现以铝钙合金取代传统脱氧剂和精炼渣的加入，解决了传统脱氧、精炼可控性和可操作性不强的问题，简化了生产管理，并且针对性强，可控制性和可操作性大幅度提高。铝钙合金强的脱氧能力使其也具有较好的助熔化渣能力，保证快速脱氧的条件下，促进石灰熔化，快速形成白渣脱氧、脱硫、吸附夹杂，钢水起到高效精炼的作用。

本发明采用的制备方法，实现强脱氧金属与精炼渣系结合，拓展了金属材料与非金属材料在冶金应用上的新途径。

所述复合脱氧材料应用时，作为顶渣改质剂在出完钢加入钢包渣中对炉渣改质，降低钢渣氧化性，保证渣中( FeO ) + ( MnO ) <5％，防止钢水在后续吹氩及浇注过程中的二次氧化。具体加入量根据转炉下渣量及过氧化现象确定实际加入量。改质剂使用后钢包液面不结团，渣态疏松。脱氧剂加入过程中无烟尘飞扬，包内、渣面反应平衡。

作为代替金属铝强脱氧剂在LF炉中脱氧，可分批或一次性加入脱氧，成白渣脱硫。

本发明与现有技术相比，具有如下优点。

本发明铝钙合金是一种可实现对钢渣脱氧，钢液脱氧、脱硫、吸附夹杂的新型复合脱氧材料，其集脱氧、净化和精炼功能于一体，能实现钢水脱氧及高效脱硫，在确保质量的前提下，降低了炼钢生产成本。

具体实施方式

以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

复合脱氧材料铝钙合金，其重量百分组成如下：Al 50%、Ca 25%、Si2.8%，氧化铝16.65%，氧化钙5.55%。所述铝钙合金的粒度为10-40mm。熔点控制为1300-1400℃。

复合脱氧材料的制备方法如下：先按照如下重量份数配料：铝粒40份，电炉预熔料57份，羟甲基纤维素3份；然后先将电炉预熔料在不低于1850℃的条件下加热至全部熔化，之后再加入铝粒和羟甲基纤维素混合均匀即可。

氧化铝、萤石和氧化钙的粒度不大于3mm。

电炉预熔料熔化后获得的物质处理至不大于2mm后再与铝粒和羟甲基纤维素混合。

实施例2

复合脱氧材料铝钙合金，其重量百分组成如下：Al 45%、Ca 15%、氧化铝27.0%、氧化钙10.8%，其他为Si。所述铝钙合金的粒度为10-40mm。熔点控制为1300-1400℃。

复合脱氧材料的制备方法如下：先按照如下重量份数配料：铝粒30份，电炉预熔料50份，羟甲基纤维素2份。其他同实施例1。

实施例3

复合脱氧材料铝钙合金，其重量百分组成如下：Al 65%、Ca 30%、氧化铝3.0%、氧化钙1.0%，其他为Si。所述铝钙合金的粒度为10-40mm。熔点控制为1300-1400℃。

复合脱氧材料的制备方法如下：先按照如下重量份数配料：铝粒50份，电炉预熔料65份，羟甲基纤维素4份。其他同实施例1。

效果例1

某炼钢厂于2009年3月16日，在转炉生产中对本发明实施例1铝钙合金进行了试用，具体情况如下。

一、试验方案。

1、试验钢种：Q235A。

2、试用炉数：10炉。

3、钢水终点情况：〔C〕：0.03～0.12%。

4、工艺路线：30T转炉——吹氩——150方坯连铸机。

5、使用方法：转炉出钢过程中，在合金料加入前加入。

6、加入量：1Kg/吨钢（过氧化严重时加入1.3Kg/吨钢）。

二、铝钙合金理化指标。

三、试验过程情况。

四、试用效果。

1、转炉使用中未见异常情况：个别过氧化炉次经转炉吹氩后情况稳定。

2、从铸坯成品成份看，硅、锰吸收率稳定。

3、铸机拉钢过程中未见截流、气泡、夹杂、流动性差等异常情况，浇铸顺利。

4、铸坯实物表面质量经炼钢厂质检部初步判定良好。

5、铸坯轧制性能与高倍情况由于条件所限，不予判定。

五、结论。

铝钙合金与硅铝钡相比，在1Kg/吨钢加入量及硅锰合金加入量相同的条件下，合金吸收率相对稳定。

效果例2

在某炼钢厂100tLF上使用实施例2铝钙合金，共生产68炉，铝钙合金用量0. 1- 0. 6kg/t，平均0.25kg/t，取精炼渣样12组，精炼渣样分析结果见下表1。

表1 精炼渣样分析数据

可见，本申请脱氧材料优点突出。

1、脱氧效果较好：在保证连铸正常浇注面钢水氧活度不能过低造白渣程度较轻的情况下，平均出站氧活度控制在15.6ppm，精炼渣样平均TFe含量1.42%，（FeO）含量1.38%，精炼渣基本为黄白渣。

2、辅助脱硫能力较强：为保证连铸正常浇注，钢水氧活度不能过低，造白渣程度较轻，脱硫热力学条件不够充分，此种条件下，精炼脱硫率0-48.3%，平均脱硫率20.6%。

3、每吨处理成本降低了0.5元。

本发明铝钙合金具备较好的脱氧及脱硫能力，满足100tLF精炼生产工艺要求。

Claims

1.一种复合脱氧材料，其特征在于：所述复合脱氧材料为铝钙合金，其重量百分组成如下：Al 45-65%、Ca 15-30%、Si<3，余量为氧化铝和氧化钙的质量比例为2-3:1的混合物，所述铝钙合金的粒度为10-40mm。

2.如权利要求1所述的复合脱氧材料，其特征在于：所述脱氧材料的熔点控制为1300-1400℃。

3.复合脱氧材料的制备方法，其特征在于：先按照如下重量份数配料：铝粒30-50份，电炉预熔料50-65份，羟甲基纤维素2-4份；然后先将电炉预熔料在不低于1850℃的条件下加热至全部熔化，冷却之后再加入铝粒和羟甲基纤维素混合均匀即可。

4.如权利要求3所述的复合脱氧材料的制备方法，其特征在于：所述电炉预熔料由质量比例为2:1:2的氧化铝、萤石和氧化钙组成。

5.如权利要求4所述的复合脱氧材料的制备方法，其特征在于：氧化铝、萤石和氧化钙的粒度不大于3mm。

6.如权利要求4所述的复合脱氧材料的制备方法，其特征在于：电炉预熔料熔化冷却后获得的物质处理至不大于2mm后再与铝粒和羟甲基纤维素混合。

7.复合脱氧材料的应用，其特征在于：所述材料作为顶渣改质剂，在出完钢后加入钢包渣中对炉渣改质。

8.如权利要求7所述的复合脱氧材料的应用，其特征在于：每生产一吨钢脱氧材料的加入量为0.5-1kg。

9.复合脱氧材料的应用，其特征在于：所述材料用作强脱氧剂，在LF炉中脱氧。

10.如权利要求9所述的复合脱氧材料的应用，其特征在于：每生产一吨钢脱氧材料的加入量为0.1-0.6kg。