CN105219919A

CN105219919A - 一种利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂及其使用方法

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Publication number: CN105219919A
Application number: CN201510621150.9A
Authority: CN
Inventors: 池和冰; 郑皓宇; 沈中芳; 刘竑; 沈应军
Original assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2016-01-06

Abstract

一种利废型不锈钢电炉发泡造渣剂及其使用方法，所述发泡造渣剂的组分重量百分比为：铁素体不锈钢炼钢除尘灰60～70％、转炉OG污泥15～25％、石灰粉8～12％、粘结剂4～6％。本发明具有良好的发泡和造渣效果，可完全替代原不锈钢电炉发泡剂，部分替代不锈钢电炉造渣材料，可应用于全系列的不锈钢钢种的电炉工序，有效回收利用不锈钢企业生产带出的固体废弃物，减少排放，是一种有益于环境保护且经济适用的不锈钢电炉用电炉发泡造渣材料。

Description

一种利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂及其使用方法

技术领域

本发明涉及不锈钢电炉炼钢，具体涉及一种利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂及其使用方法。

背景技术

随着人们环境保护意识的不断加强，对钢铁制造等重污染企业的“三废”排放控制要求也越来越严格，促使钢铁企业不断地寻找减少“三废”排放和回收利用“三废”的方法与措施。对于不锈钢生产企业，炼钢厂冶炼除尘灰粉尘是生产不锈钢过程中必然带出的固体废弃物。

而对于现代化的不锈钢炼钢厂，一般采用以电炉-AOD炉-VOD/LTS/LF精炼-连铸这种生产工艺流程完成不锈钢的炼钢制造。在电炉炼钢生产中，必需使用一定量的造渣料和电炉发泡剂，通过合适的造渣工艺和发泡工艺进行电极埋弧操作，以获得低电极消耗、高炉龄等较好的技术经济指标，实现生产过程成本受控以取得产品的市场竞争力。

当前，超高功率电弧炉，特别是大电炉碳钢冶炼中造泡沫渣是一项被广泛采用的成熟技术。该技术能提高电弧加热热效率并显著地降低电弧对电炉炉盖和炉壁的辐射热侵蚀、降低电极损耗。而在不锈钢电弧炉冶炼中，炉渣泡沫化的关键是控制铬的氧化，现一般采用配料中增加硅含量，前、中期喷入碳粉(或加其它发泡剂)，后期喷入硅铁粉还原的复合喷粉造泡沫渣技术。不锈钢冶炼中的发泡剂通常有硝酸盐和碳酸盐，其中硝酸盐仅见有含结晶水的硝酸钙的报道，且应用技术还不成熟。而碳酸盐的报道相对多且已有成功应用经验，常用的碳酸盐主要有碳酸钙和碳酸镁，工业用主要为石灰石和白云石。现有发泡剂的主要化学成分包括CaO、MgO、Al₂O₃、C。

韩国专利KR970005198B1提出了向渣中添加锰矿造泡沫渣的方法，但不锈钢冶炼造泡沫渣困难的原因是缺少气源让渣起泡，本方法很难提供足够的气源保证不锈钢炉渣发泡效果良好。欧洲专利EP1087024A1提供用粉状干冰(即CO₂冰块)作为发泡剂来实现低合金钢和不锈钢冶炼过程造泡沫渣，然而干冰在高温熔池中释放气体太块，容易引发大的喷溅。

中国专利CN101096734提供了一种电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡剂，此发泡剂含生石灰和白云石并配有Al₂O₃，然而石灰石和生白云石的加入会增加炉渣粘度，石灰石和生白云石表层分解后，渣内SiO₂与CaO反应生成硬质层，导致石灰石和生白云石分解产生CO₂的速率缓慢，冶炼结束时尚不能有效地造出良好的泡沫渣。

中国专利CN102162020A提供一种在不锈钢冶炼过程炉渣形成后加入氧化铁球造泡沫渣的方法，然而氧化铁与钢液接触过程中，不仅会生成CO，而且会与钢液中的铬反应，如果氧化铁球加入时钢液温度过低，存在着生成大量额外氧化铬进入炉渣并恶化炉渣流动性能的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂及其使用方法，该发泡造渣剂可用于实施全钢种(包括：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢等)的不锈钢电炉发泡冶炼，并可完全替代现有不锈钢电炉发泡剂，部分替代不锈钢电炉造渣材料，达到最大化地回收利用不锈钢生产废弃物，降低生产成本的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂，其包括如下组分，以重量百分比计：

进一步，所述不锈钢电炉用发泡造渣剂的主要化学成分重量百分比为：CaO≥18.0％，MgO≥3.0％，SiO₂≤7.0％，P₂O₅≤0.15％，TFe≥32.0％，Cr₂O₃：5～12％，F≤0.6％，H₂O≤4.0％。

所述铁素体不锈钢炼钢除尘灰来源于所有铁素体不锈钢炼钢生产企业，其主要化学成分重量百分比为：CaO：30.0～38.0％，MgO：5.0～8.0％，SiO₂：3.0～6.0％，P₂O₅<0.1％，TFe：22.0～30.0％，Cr₂O₃：5.0～12.0％，S<0.1％。

再，所述转炉OG泥来源于所有普碳钢转炉炼钢生产企业，其主要化学成分重量百分比为：CaO：12.0～13.0％，SiO₂：8.0～9.0％，P₂O₅：0.14～0.16％，TFe：45.0～48.0％，S<0.1％，MgO：2.0～3.0％。

所述粘结剂为以CaOH+淀粉基的黄糊精球团粘结剂。

本发明是以铁素体不锈钢炼钢除尘灰掺以LD转炉OG污泥为原料的新型不锈钢电炉用发泡造渣剂。该发泡造渣剂可应用于全系列的不锈钢钢种(包括：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢等)电炉工序。本发明不仅可以有效回收利用不锈钢企业生产带出的固体废弃物，减少排放，有益于环保；还可完全替代原不锈钢电炉发泡剂的功能，在电炉冶炼中获得有效的发泡效果；并部分替代不锈钢电炉造渣材料，满足不锈钢电炉的冶炼需求，是一种有益于环境保护且经济适用的不锈钢电炉用电炉发泡造渣材料。

在本发明的原材料设计中：

本发明以不锈钢除尘灰为主原料的目的是充分利用除尘灰中所含的Cr₂O₃，并可短流程解决存在环保难题的不锈钢固体废弃物的处理。配入转炉OG污泥主要是利用OG污泥粘性较大的特性，增加发泡剂的可加工性及发泡球成品的常温机械强度；避免发泡剂成品在干燥环节的开裂和车载运输、皮带输送及溜槽下料过程中的破损；并利用OG污泥中所含较高的TFe和较高的CaO，为不锈钢电炉高效发泡创造良好的氧化性气氛和一元碱度。配入石灰粉的主要目的是使发泡造渣剂的一元碱度达到2.8以上，创造良好的发泡条件。粘结剂是球团加工的必须。具体如下：

(1)本发明以铁素体不锈钢除尘灰为主要原料

不锈钢除尘灰为不锈钢炼钢(包括电炉、AOD氩氧脱碳转炉、LF精炼炉等)的除尘产出物。大部分除尘灰难以处理，是因为不锈钢除尘灰因含有Cr₂O₃，不仅会影响其他行业的使用，且因Cr元素在加工过程中会产生剧毒的6价铬，至今仍是存在环保问题的不锈钢固体废弃物。而本发明以铁素体不锈钢除尘灰为主要原料，充分利用其中的Cr₂O₃，有效回收利用了不锈钢固体废弃物，解决了环保难题。

本发明利用不锈钢除尘灰中所含的Cr₂O₃，在溶渣过程中使电炉氧化渣中Cr₂O₃达到不锈钢电炉炼钢中Cr₂O₃的溶解极限范围(5％～12％)，减少入炉铬金属原料的铬氧化速率，并在还原期通过喷吹硅铁粉和加入还原剂等手段从渣中还原出3～5％的金属铬，提高电炉冶炼不锈钢的铬金属收得率。

但是，由于铁素体不锈钢除尘灰为干式静电除尘器的除尘产出物，水份为零、除尘灰内经过高温烟气过分焙烧的CaO会在后续的低温/常温加工阶段(混合、制球)产生CaOH裂解反应，导致制球成品的开裂、破损、破碎、机械强度值降低等成品劣化现象。本发明通过配以转炉OG污泥，并按照上述原料比例混合，可有效解决裂解反应带来的成品劣化问题。

(2)以转炉OG湿法除尘污泥为发泡造渣剂的主要配料

本发明利用转炉OG污泥粘性较大(≤1420℃时的低温粘度值η＝2.4～2.7Pa.s)的特性，在与粘结性极差的铁素体不锈钢除尘灰(≤1420℃时的低温粘度值η＝1.5～1.8Pa.s)充分混合后，增加发泡造渣剂的可加工性及发泡造渣球成品的常温机械强度，可避免发泡剂成品在干燥环节的开裂和车载运输、皮带输送及溜槽下料过程中的破损。

本发明还利用OG污泥湿度大(一般经干堆后出场的转炉OG泥水份在12～28％)且所含水份稳定的特点，在电炉发泡造渣剂预混合过程中可省略加水工序，消除预混合过程中水含量波动对制球质量的干扰，实现产品物理性能的稳定。同时，利用OG污泥湿度大的特点，在运输、加工过程减少扬尘，从而在利废过程中减少对环境的二次污染，促进环保。

另外，利用OG污泥中所含较高的TFe和较高的CaO，一方面增加电炉发泡造渣剂的TFe和ΣFeO，为不锈钢电炉高效发泡创造良好的氧化性气氛；另一方面增加电炉发泡造渣剂中的CaO比例，增加一元碱度，实现部分替代电炉造渣料(以石灰和白云石为主)的功能。

本发明将转炉OG湿法除尘污泥用于制造发泡造渣剂，充分回收利用了碳钢固体废弃物，开拓碳钢废弃物的利用途径。

(3)采用黄糊精球团粘结剂(以CaOH+淀粉基)的球团粘结剂制球

在不锈钢电炉氧化后期至还原期埋弧操作作用最大。但由于埋弧操作在还原期时间很短，现有采用常规球团粘结剂(水泥基)的发泡剂在加入后没有足够的时间溶化、分解并迅速产生化学反应，故发泡效果不佳。本发明采用以CaOH+淀粉基粘结剂既可有效解决该技术问题，又可保证发泡造渣剂的机械强度及物理特性。

本发明将上述原料制球，该制球工艺采用常规冷压球团的制球工艺及普通冷压造球机，但本发明在制球工艺中增加了对铁素体不锈钢炼钢除尘灰与转炉OG污泥混合后进行预钝化，并进行产品钝化，使原料及成品中含有的气体自然挥发出，通过钝化处理可减少原料产生CaOH裂解所造成的影响。

本发明所述不锈钢电炉用发泡造渣剂的使用方法，具体为：在电炉冶炼过程中，每100吨金属料中需加入所述发泡造渣剂的总量为4.5～9.0吨，其中，在金属料加入电炉前，在炉底加入2.7～5.4吨所述发泡造渣剂/100吨金属料；在金属料熔化期，加入1.4～2.7吨所述发泡造渣剂/100吨金属料；在金属料氧化期，加入0.5～1.0吨所述发泡造渣剂/100吨金属料。

进一步，所述发泡造渣剂加入间隔不得小于2min。

本发明设计的发泡造渣剂以4.5～9.0吨/100吨金属料)的总量投入，主要是基于本发明以控制炉渣渣层厚度≥500mm，发泡高度≥80mm，发泡时间≥10min的泡沫渣造渣为目标，实现了造渣料总量不增加的效果。

本发明在金属料加入电炉前，在炉底加入所述发泡造渣剂，以促进发泡造渣剂的熔化，分解。实施空炉先加入发泡造渣剂，然后再投入金属料，一方面可利用前一炉出钢后炉内的温度对发泡造渣剂进行预热，另一方面可随着熔化期金属炉料的逐步溶化和升温，迅速分解并成渣，在炉底形成良好的高碱度发泡渣，创造较好的发泡氛围。空炉内所述发泡造渣剂的加入量为2.7～5.4吨所述发泡造渣剂/100吨金属料。

由于不锈钢炼钢钢种的不同、原材料的变化及电炉炉龄的变化(耐材侵蚀情况)不同炉次冶炼过程中对炉渣的碱度、流动性的要求也有一定的差异。本发明设计了除在炉底先加入2.7～5.4吨发泡造渣剂/100吨金属料外，在熔化期根据不同的钢种和炉况可分批次加入1.4～2.7吨发泡造渣剂/100吨金属料，剩余的发泡造渣剂在氧化期根据冶炼过程中实际的炉渣状态(渣碱度、炉渣流动性)加入，以维持炉渣处于良好的发泡状态，并避免过度发泡现象。

本发明的有益效果：

1.本发明开发了以铁素体不锈钢炼钢除尘灰和LD转炉OG污泥为主要原料的发泡造渣剂，既可稳定有效地在电炉冶炼高铬含量不锈钢过程中，针对高含量氧化铬渣造泡沫渣，又可无需增加额外设备且可回收利用不锈钢固体废弃物，可用于实施全钢种的不锈钢电炉发泡冶炼。

2.本发明所提供的发泡造渣剂可完全满足现不锈钢电炉发泡工艺要求，并部分替代冶炼过程的造渣材料，达到不锈钢电炉冶炼优质、低耗的不锈钢电炉母液(或钢水)的目的。

3.本发明所提供的发泡造渣剂可完全替代氧化铁皮，有效控制了炉内氧化物总量；利用发泡造渣剂中所含有的CaO，减少了石灰、白云石的使用量。

4.本发明在实施发泡造渣工艺中从熔池见渣起即形成泡沫渣，减少了电弧对炉衬的侵蚀。

附图说明

图1为本发明实施例的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

一、本发明所配入的原料说明：

1、铁素体不锈钢除尘灰

产出点：所有铁素体不锈钢炼钢生产企业。

主要成分：见表1

表1(重量百分比，％)

CaO

MgO

SiO₂

P₂O₅

TFe

Cr₂O₃

S

30.0～38.0％

5.0～8.0％

3.0～6.0％

<0.1％

22.0～30.0％

5.0～12.0％

<0.1％

2、转炉OG泥

产出点：所有普碳钢转炉炼钢生产企业。

主要成分：见表2

表2(重量百分比，％)

CaO	SiO₂	P₂O₅	TFe	S	MgO
						12.0～13.0％	8.0～9.0％	0.14～0.16％	45.0～48.0％	<0.1％	2.0～3.0％

3、冶金石灰粉：采用普通冶金石灰；使用牌号：二级(YB/T042-2004)。

原料产地：所有石灰生产产地。

主要成分：见表3

表3(重量百分比，％)

CaO	MgO	SiO₂	S
				≥88.0％	＜5.0％	≤2.5％	≤0.050％

4、黄糊精球团粘结剂：

使用牌号：①普通工业用325#水泥；②普通工业用淀粉；③普通商业CaOH试剂；原料产地：国内所有水泥业、化工业产地。

二、制备方法：

采用常规冷压球团的制球工艺及普通冷压造球机，与普通球团制球的区别是，本案所述之电炉不锈钢发泡造渣剂的制球工艺中增加了主要原料预钝化和产品钝化二道工序，制球工艺流程如图1所示。

1、产品质量控制：

1)产品水份要求：≤4.0％；

2)产品机械强度：(0～5mm部分重量/试验重量)×100％＜10％；2.0m高度自由落在10mm钢板的0～5mm破碎检验；

3)产品粒度要求：形状尺寸：50×50×30mm；≤10mm粉尘物含量：≤5％；

4)电炉不锈钢发泡造渣剂成品中不得混入杂物。

2、电炉不锈钢发泡造渣剂成品的包装、储运、标志和质量说明书应符合YB/T5142-2005的规定。

3、电炉不锈钢发泡造渣剂成品的分析用试样的采取和制备按GB/T2007进行。

三、具体实施

1、实施过程实际原材料配入比例如表4所示：

2、实际使用情况：

以下结合实施例详细说明本方法在电炉冶炼不锈钢过程中的应用；分别采用全废钢模式冶炼409L、410L、430、B436L、441L、B443NT不锈钢母液，以及采用废钢加铁水模式冶炼409L、430LNT、B436L、B441、B443NT不锈钢母液为例加以说明。

对于全废钢模式的400系不锈钢电炉冶炼过程，发泡造渣工艺加料制度如表5所示，本实施例实施步骤如下：

(1)配料：根据钢种要求配置125～130吨金属料；总原料中碳含量为2.5％，硅含量为1.1％，磷含量≤0.025％。

(2)将所配置的原料分两料篮加入电炉；第一篮料通电8min左右开始吹氧，第二篮料通电3min左右开始吹氧，吹氧流量2000Nm³/h，第一篮料通电5min后加入首批渣料(包括：石灰、白云石等)，第二篮料通电1min后加入渣料。

(3)在第一篮料加入前先在炉底加入第一批本发明的发泡造渣剂4800～5200kg；在熔池基本形成且炉内起渣时加入第二批发泡造渣剂1500～3500kg，第二批发泡造渣剂加入后1～3min实施电炉炉门处喷吹碳粉作业(喷碳粉流量50kg/min)，并保持吹氧操作。根据炉况分批次陆续加入剩余发泡造渣剂和其他造渣料。

(4)发泡造渣剂原则上须在电炉氧化期加完，进入还原期即开始喷吹硅铁粉进行炉渣还原，硅粉总喷入量250～400kg；开始喷吹硅粉后即需停止吹氧，改为喷吹氮气，喷吹氮气流量控制1500Nm³/h。

(5)待电炉母液成分和温度满足下道工序要求时，停止供电和吹氮，进行出钢作业。

对于加铁水模式的400系不锈钢电炉冶炼过程，其发泡造渣工艺加料制度如表6，本实施例实施步骤如下：

(1)配料，根据钢种要求配置65～70吨金属料；总原料中碳含量为2.5％，硅含量为1.3％，磷含量≤0.030％；并由上道工序(铁水喷吹脱磷站)准备磷含量≤0.010％的脱磷铁水60吨。

(2)将原料分两批加入到电炉中，其中第一篮料加65～70吨，第二次加料为兑加铁水60吨，第一篮料通电6min后开始吹氧，铁水加入后通电1min后开始吹氧，吹氧流量2500Nm³/h，第一篮料通电5min后加入造渣料，铁水加入后通电1min后加入造渣料。

(3)在第一篮料加入前先在炉底加入第一批发泡造渣剂4800～5200kg；在熔池基本形成且炉内起渣时加入第二批发泡造渣剂1500～3500kg，第二批发泡造渣剂加入后1～3min实施电炉炉门处喷吹碳粉作业(喷碳粉流量50kg/min)，并保持吹氧操作。根据炉况分批次陆续加入剩余发泡造渣剂和其他造渣料。

3、实际使用结果：

表7为本发明实施例不锈钢电炉发泡剂实际使用工艺技术参数及消耗指标，表8为现有电炉冶炼工艺对比试验炉次技术参数及消耗指标。

由表7可知，采用本发明设计的不锈钢电炉发泡造渣剂，其发泡高度、发泡时间、炉壁挂渣效果、终渣Cr₂O₃指标都达到了电炉发泡造渣的要求。且与现有不使用本发明发泡造渣剂的对比试验炉次(具体参见表9)相比较，使用本发明的发泡造渣剂后，其他渣料消耗有所下降，其中：石灰消耗降低3.37kg/t、白云石消耗降低2.71kg/t、氧化铁皮消耗降低40.00kg/t，具体参见表6。

使用本发明所述发泡造渣剂后，可回收发泡剂中的Fe元素30.901％，按平均加入量计每炉钢可回收金属铁2135.26kg；可回收发泡剂中的Cr元素1.95％，按平均加入量计每炉钢可回收金属铬134.74kg。

Claims

1.一种利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂，其包括如下组分，以重量百分比计：

2.根据权利要求1所述的利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂，其特征在于，所述不锈钢电炉用发泡造渣剂的主要化学成分重量百分比为：CaO≥18.0％，MgO≥3.0％，SiO₂≤7.0％，P₂O₅≤0.15％，TFe≥32.0％，Cr₂O₃：5～12％，F≤0.6％，H₂O≤4.0％。

3.根据权利要求1所述的利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂，其特征在于，所述铁素体不锈钢炼钢除尘灰的主要化学成分重量百分比为：CaO：30.0～38.0％，MgO：5.0～8.0％，SiO₂：3.0～6.0％，P₂O₅<0.1％，TFe：22.0～30.0％，Cr₂O₃：5.0～12.0％，S<0.1％。

4.根据权利要求1所述的利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂，其特征在于，所述转炉OG污泥的主要化学成分重量百分比为：CaO：12.0～13.0％，SiO₂：8.0～9.0％，P₂O₅：0.14～0.16％，TFe：45.0～48.0％，S<0.1％，MgO：2.0～3.0％。

5.根据权利要求1所述的利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂，其特征在于，所述粘结剂为以CaOH+淀粉基的黄糊精球团粘结剂。

6.如权利要求1-5任一项所述的利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂的使用方法，具体为：在电炉冶炼过程中，每100吨金属料中加入权利要求1-5任一项所述发泡造渣剂的总量为4.5～9.0吨，其中，在金属料加入电炉前，在炉底加入2.7～5.4吨所述发泡造渣剂/100吨金属料；在金属料熔化期，加入1.4～2.7吨所述发泡造渣剂/100吨金属料；在金属料氧化期，加入0.5～1.0吨所述发泡造渣剂/100吨金属料。

7.根据权利要求6所述的利废型不锈钢电炉用发泡造渣剂的使用方法，其特征在于，所述发泡造渣剂加入间隔大于2min。