CN103882183A

CN103882183A - 一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣及其加入方法

Info

Publication number: CN103882183A
Application number: CN201310752166.4A
Authority: CN
Inventors: 蒋育翔; 焦兴利
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明公开了一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣，所述精炼渣成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，所述各成分所占比例为CaO=50%～60%，SiO₂=7%～12%，Al₂O₃=28%～33%，MgO=4%～8%；本发明所设计LF精炼渣脱硫率在70.8%～92.0%之间，终点硫含量在0.0004%～0.0014%之间，取得了较好的脱硫效果，完全能够满足该钢种对深脱硫的要求；CaO/Al₂O₃控制在1.7～1.9之间，具有较好吸附夹杂的能力。

Description

一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣及其加入方法

技术领域

本发明涉炼钢工艺流程中钢水精炼技术领域，具体地说，涉及一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣及其加入方法。本发明的技术领域特别是涉及高级别管线钢(X80/X70)冶炼钢水时对钢水进行精炼用的精炼渣及其加入方法。

背景技术：

目前，管道运输是一种规模大而且经济有效的石油、天然气的输送方式，管线钢主要用于国家重点工程中的石油、天然气的运输管道，对抗氢致裂纹（HIC）有较高要求，硫是高级别石油管线钢中影响钢材抗氢致裂纹（HIC）和抗硫应力裂纹（SSC）能力的主要元素。

硫在钢中是以FeS形式存在，硫会造成钢的“热脆”性。FeS熔点为1193℃，而Fe与FeS组成的共晶体，其熔点只有985℃。液态Fe与FeS可以无限互溶，但FeS在固态铁的溶解度很小，仅为0.015％～0.020％。所以当钢的硫含量超过0.020％时，钢水在冷却凝固过程中由于偏析，Fe-FeS以低熔点的共晶体呈网状分布于晶界处；钢的热加工温度在1150～1200℃，在此温度下晶界处共晶体已熔化，当钢受压后造成晶界的破裂，这就是钢的“热脆”性。除此之外，硫还会明显地降低钢的焊接性能，引起高温龟裂，并在金属焊缝中产生许多气孔和疏松，从而降低焊缝的强度。当硫含量超过0.06％时，显著恶化了钢的耐腐蚀性。对于工业纯铁和硅钢来说，随着钢中S含量的提高磁滞损失增加，影响钢的电磁性能。同时连铸坯(或钢锭)凝固结构中硫的偏析也最为严重。因此，系统研究精炼渣成分对脱硫效果的影响，对于加快化渣时间，提高深脱硫速度，控制夹杂物形态具有显著意义。

《东北大学学报》（自然科学版）杂志，2002年10月（第23期，第952～955页，LF炉冶炼超低硫钢的工艺条件，姜周华等著）报道了当钢中硫的质量分数>0.005%时，随硫含量的增加，HIC的敏感性显著增加，当钢中硫的质量分数<0.02%时，HIC明显降低。

2007年《中国钢铁年会论文集》(LF炉超低硫钢预熔精炼渣的开发，于赋志等著)报道了一种新型高效脱硫渣的成分：w(CaO)：34.58％～60.82％，w(SiO₂)：2.96％～10.92％，w(Al₂O₃)：18.00％～34.00％，w(CaF₂)：3.58％～15.00％。此精炼渣能将钢水终点硫含量控制在0.0011％～0.0035％范围内，获得30％～50％的脱硫率，且渣中CaF₂的加入能显著降低渣的熔点，提高其流动性，从而促进脱硫反应。

《东北大学学报》(自然科学版)杂志2006年10月(第27卷第10期，LF炉合成精炼渣成分优化，孟劲松等著)报道了其开发的新型高效脱硫合成渣：w(CaO)/w(SiO₂)：9～11，w(Al₂O₃)：27％～29％，w(CaF₂)：8％～10％,w(MgO)：9％。此精炼渣在冶炼高级别管线钢时能将钢水终点硫含量控制在0.0013％～0.0033％范围内，稳定获得32％～53％的脱硫率。

上述两种精炼渣均具备一定的脱硫效果，适用于对硫含量要求不高的精炼钢，但是对硫含量要求<0.0020％的高级别管线钢来说，30％～50％的脱硫率显然不能满足要求，同时上述两种精炼渣还采用了CaF₂来降低精炼渣的熔点，虽然有较好的化渣效果，但是CaF₂一方面对包衬的侵蚀较快，使钢包使用寿命缩短；另一方面冶金过程挥发出的F₂会危害操作工人的健康，对大气造成污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有技术中的精炼渣具备一定的脱硫效果，适用于对硫含量要求不高的精炼钢，但是对硫含量要求<0.0020％的高级别管线钢来说，30％～50％的脱硫率显然不能满足要求；同时，现有技术中的精炼渣还采用了CaF₂来降低精炼渣的熔点，虽然有较好的化渣效果，但是CaF₂一方面对包衬的侵蚀较快，使钢包使用寿命缩短；另一方面冶金过程挥发出的F₂会危害操作工人的健康，对大气造成污染等技术问题，为了克服上述技术问题，本发明提供了一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣及其加入方法。

本发明的技术构思是，为了上述现有技术中对硫含量要求<0.0020％的高级别管线钢来说，脱硫率不高；同时由于采用CaF₂，导致包衬的侵蚀较快，使钢包使用寿命缩短；危害操作工人的健康，对大气造成污染等技术问题。本发明的技术构思是，本发明采用石灰和铝矾土在转炉出钢过程加入，形成精炼脱硫渣，制定一种合金微调站顶底复合吹氩的供气制度和脱钢包顶渣氧制度，降低LF炉精炼前钢水的氧含量、硫含量及顶渣中FeO+MnO含量；开发出一种LF炉用经济、环保、高效渣料及合理的加入方式以代替价格昂贵的精炼预熔渣，LF炉造渣脱硫过程不使用对钢包耐材及环境有危害的CaF₂，并且使用此渣料能够稳定获得70％～90％的脱硫率。

本发明所提供的技术方案是，一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣，所述精炼渣成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，所述各成分所占比例为CaO=50%～60%，SiO₂=7%～12%，Al₂O₃=28%～33%，MgO=4%～8%。

所述渣料渣量设定为12～15kg/吨钢。

所述CaO与Al₂O₃的比例为CaO%/Al₂O₃%=1.8，按照上述CaO与Al₂O₃的比例相应的加入石灰量。

一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣加入方法，加入方法为，将石灰和铝矾土在转炉出钢过程加入，形成精炼脱硫渣，设定一种合金微调站顶底复合吹氩的供气制度和脱钢包顶渣氧制度，用以降低LF炉精炼前钢水的氧含量、硫含量及顶渣中FeO+MnO含量。

所述渣料主要在出钢过程加入，主要用石灰和脱氧铝粒形成的Al₂O₃成渣，总渣量按照12～15kg/吨钢控制；渣料系成分按照CaO＝50％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％控制，依照顶底复吹制度能有效增加钢渣反应界面积，提高传质速度，有效提高预成渣的速度。

在控制总渣量的情况下，根据转炉终点活度氧的含量，根据CaO%/Al₂O₃%=1.8的比例相应的加入石灰量。

在加入渣料过程中，再加入轻烧白云石400Kg，主要补渣中不足的MgO，加入铝矾土300Kg，补渣中不足的Al₂O₃。

通过上述脱硫渣及其加入，使得LF精炼渣脱硫率在70.8%～92.0%之间，终点硫含量在0.0004%～0.0014%之间；Ca/Al₂O₃控制在1.7～1.9之间，具有较好吸附夹杂的能力。

采用本发明所提供的技术方案，能够有效解决现有技术中对硫含量要求<0.0020％的高级别管线钢来说，脱硫率不高；同时由于采用CaF₂，导致包衬的侵蚀较快，使钢包使用寿命缩短；危害操作工人的健康，对大气造成污染等技术问题。本发明提供的技术方案为开发出一种LF炉用经济、环保、高效渣料及合理的加入方式以代替价格昂贵的精炼预熔渣，LF炉造渣脱硫过程不使用对钢包耐材及环境有危害的CaF₂。本发明依照顶底复吹制度能有效增加钢渣反应界面积，提高传质速度，顶吹流量越大，传质速度越快，可以有效提高预成渣的速度；同时本发明所设计LF精炼渣脱硫率在70.8％～92.0％之间，终点硫含量在0.0004％～0.0014％之间，取得了较好的脱硫效果,完全能够满足该钢种对深脱硫的要求；Ca/Al₂O₃控制在1.7～1.9之间，具有较好吸附夹杂的能力。

附图说明

结合附图，对本发明做进一步的说明：

图1为出钢过程石灰、铝粒加入量与钢水活度氧关系图；

图2为CaO-Al₂O₃-SiO₂相图；

具体实施方式

如图1图2所示，本发明所提供的技术方案是，一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣，所述精炼渣成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，所述各成分所占比例为CaO＝50％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％。所述渣料渣量设定为12～15kg/吨钢。所述CaO与Al₂O₃的比例为CaO％/Al₂O₃％＝1.8，按照上述CaO与Al₂O₃的比例相应的加入石灰量。

本发明所提供的一种用于炼钢工艺中脱硫精炼渣加入方法为：

（1）渣料加入：

渣料主要在出钢过程加入，主要用石灰和脱氧铝粒形成的Al₂O₃成渣，总渣量按照12～15kg/吨钢控制，在控制总渣量的情况下，一般根据转炉终点活度氧的含量，根据CaO%/Al₂O₃%=1.8的比例相应的加入石灰量。在加入轻烧白云石400Kg，主要补渣中MgO，加入铝矾土300Kg，补渣中不足的Al₂O₃，石灰对应活度氧加入量见下图1。图1为出钢过程石灰、铝粒加入量与钢水活度氧关系图；

（2）根据水模试验，制定了合金微调站顶底复吹氩的供气制度，见表1。表1合金微调站顶底复吹氩气供气制度

由于大多数钢采用铝脱氧，铝脱氧生成的Al₂O₃较多，这些产物在精炼渣中可达到10％以上的含量，因此，目前精炼渣更多地倾向于采用CaO-Al₂O₃渣系。为了使精炼渣具有较好的脱硫效果和有利于对上浮Al₂O₃等脱氧产物的同化和吸收，常将精炼终渣成分选定在CaO-Al₂O₃-SiO₂相图的12CaO·7Al₂O₃生成区域，在该区域(见图2)，Al₂O₃含量为30％左右或CaO％/Al₂O₃＝1.8左右时存在LS较高的区域，并且在该区域精炼渣熔点较低，有利于与夹杂的结合。更重要的是，在这种渣系条件下由SiO₂引起的钢水中[Al]的再氧化趋势能得到抑制。为了减小精炼渣对钢包渣线耐火材料的侵蚀，渣中添加4％～8％的MgO。所以，此项发明设计精炼终渣组成为：CaO＝50％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％。

图2为CaO-Al₂O₃-SiO₂相图；

本发明的实施效果为：

1、发明中出钢过程渣料按照CaO％/Al₂O₃＝1.8加入，渣系成分按照CaO＝50％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％控制，依照顶底复吹制度能有效增加钢渣反应界面积，提高传质速度，顶吹流量越大，传质速度越快，可以有效提高预成渣的速度。

2、所设计LF精炼渣脱硫率在70.8%～92.0%之间，终点硫含量在0.0004%～0.0014%之间，取得了较好的脱硫效果,完全能够满足该钢种对深脱硫的要求；Ca/Al₂O₃控制在1.7～1.9之间，具有较好吸附夹杂的能力。

下面以X80管线钢为例，进一步说明本发明的技术方案。生产X80管线钢

在通用的炼钢设备上采用顶底复合吹氩制度，按表1指定的供气制度进行冶炼，合金未调整前后炉渣成分变化、钢水硫含量及氧含量变化分别列于表2与表3中。

表2合金微调站前后炉渣成分变化

表3合金微调站前后钢水硫、氧含量变化

可以看出，经过合金微调站后，炉渣FeO+MnO含量平均值由26.38%降到3.48%；炉渣Al₂O₃含量平均值由4.12%升高到26.01%；炉渣碱度(R)平均值由4.38升高到5.23；炉渣硫含量平均值由0.07%升高到0.23%；钢水自由氧含量平均由3.19×10-6降低到1.31×10-6；钢水硫含量平均由0.00475%降低到了0.00363%，平均脱硫率为22.29%。

在通用的炼钢设备上按设计精炼终渣组成为：CaO＝55％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％进行冶炼，X80管线钢精炼渣终点成分、管线钢LF处理过程硫含量变化分别列于表4与表5中。

表4X80管线钢精炼渣终点成分，%

终渣主要成分范围为：SiO₂6.95％～12.41％、Al₂O₃27.63～33.54％、MgO4.88～6.08％、MnO0.08～0.73％、S0.16～0.296、TiO20.26～0.9％、TFe0.50～1.19％、P₂O₅0～0.01％、CaO52.01％～61.34％、CaO％/Al₂O₃1.75～1.90，可以看到终渣成分基本处于设计范围。

表5X80管线钢LF炉处理过程硫含量变化

从精炼过程看，此精炼渣成渣速度快，化渣情况良好，能够迅速形成白渣，表5给出了X80管线钢精炼过程硫含量变化情况，最低硫含量达0.0004%，脱硫率最高为92.0%，说明所设计的精炼渣有较强的脱硫能力。

以上为本发明的最佳实施例，任何在本发明的构思基础上的改进和变形，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣，其特征在于，所述精炼渣成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO，所述各成分所占比例为CaO＝50％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％。

2.根据权利要求1所述的一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣，其特征在于，所述渣料渣量设定为12～15kg/吨钢。

3.根据权利要求2所述的一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣，其特征在于，所述CaO与Al₂O₃的比例为CaO％/Al₂O₃％＝1.8，按照上述CaO与Al₂O₃的比例相应的加入石灰量。

4.一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣加入方法，其特征在于，加入方法为，将石灰和铝矾土在转炉出钢过程加入，形成精炼脱硫渣，设定一种合金微调站顶底复合吹氩的供气制度和脱钢包顶渣氧制度，用以降低LF炉精炼前钢水的氧含量、硫含量及顶渣中FeO+MnO含量。

5.根据权利要求4所述的一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣加入方法，其特征在于，所述渣料主要在出钢过程加入，主要用石灰和脱氧铝粒形成的Al₂O₃成渣，总渣量按照12～15kg/吨钢控制；渣料系成分按照CaO＝50％～60％，SiO₂＝7％～12％，Al₂O₃＝28％～33％，MgO＝4％～8％控制，依照顶底复吹制度能有效增加钢渣反应界面积，提高传质速度，有效提高预成渣的速度。

6.根据权利要求5所述的一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣加入方法，其特征在于，在控制总渣量的情况下，根据转炉终点活度氧的含量，根据CaO％/Al₂O₃％＝1.8的比例相应的加入石灰量。

7.根据权利要求6所述的一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣加入方法，其特征在于，在加入渣料过程中，再加入轻烧白云石400Kg，主要补渣中不足的MgO，加入铝矾土300Kg，补渣中不足的Al₂O₃。

8.根据权利要求7所述的一种用于炼钢工艺中的脱硫精炼渣加入方法，其特征在于，通过上述脱硫渣及其加入，使得LF精炼渣脱硫率在70.8％～92.0％之间，终点硫含量在0.0004％～0.0014％之间；CaO/Al₂O₃控制在1.7～1.9之间，具有较好吸附夹杂的能力。