CN106119462A

CN106119462A - 一种Al基钢包顶渣改质剂及提高其利用率的方法

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Publication number: CN106119462A
Application number: CN201610644208.6A
Authority: CN
Inventors: 范立民; 沈乾坤
Original assignee: Anhui Province Wuwei County Keli Refractory Material Co Ltd
Current assignee: Anhui Province Wuwei County Keli Refractory Material Co Ltd
Priority date: 2016-08-09
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: CN106119462B

Abstract

本发明提供了一种Al基钢包顶渣改质剂及提高其利用率的方法，属于炼钢领域。本发明在Al基钢包顶渣改质剂配料中，掺加不同粒度的碳酸钙共同造球，在使用含有碳酸钙的Al基钢包顶渣改质剂时，碳酸钙分解生成的CO₂会将改质剂中的Al与空气隔绝，可以避免改质剂中Al与空气中的氧化合，提高Al的利用效率和作用时间；而通过调整碳酸钙的不同粒度，可以保证碳酸钙受热分解的持续性，从而持续产生CO₂起到隔绝作用，进一步保证Al的利用效率和作用时间，降低Al基钢包顶渣改质剂的使用成本；其次，碳酸钙分解生成的CaO可以提高钢包顶渣的碱度，解决使用钢包顶渣改质剂时出现的碱度降低的问题。

Description

一种Al基钢包顶渣改质剂及提高其利用率的方法

技术领域

本发明属于炼钢技术领域，涉及一种用于钢铁冶炼的辅料，更具体地说，涉及一种Al基钢包顶渣改质剂及提高其利用率的方法。

背景技术

在初炼炉(转炉或电炉)出钢过程中，不可避免的会带入一些高氧化性渣，这些高氧化性渣一方面会引起合金化过程的合金损失，同时也增加了耐火材料的溶解机率，给钢水造成严重的二次污染；另一方面，这些钢包顶渣中含有较高的FeO和MnO，顶渣中金属资源的回收也能增加一定的经济效益。钢包顶渣改质剂的使用，可以降低钢包顶渣的氧化性、提高渣的碱度、改善顶渣吸附夹杂物的能力，是冶炼纯净钢的重要手段。

使用Al基钢包顶渣改质剂能起到很好的脱氧作用，保证入精炼炉前得到低氧化性渣。但目前Al基钢包顶渣改质剂在钢厂中却很少使用，原因如下：(1)Al是一种活泼金属，在开放的系统中使用，相当一部分的Al会被空气中的氧氧化，利用效率较低，造成使用成本较高；(2)Al基钢包顶渣改质剂的脱氧产物是Al₂O₃，Al₂O₃在碱性渣中呈酸性，会降低顶渣的碱度，影响脱硫效果；(3)部分Al₂O₃会残留于钢液中，造成钢液的污染，甚至会造成浇注过程中水口结瘤等问题。如何有效改善Al基钢包顶渣改质剂的利用率和使用性能，已逐渐成为行业内亟待解决的难题。

经检索，关于利用Al基钢包顶渣改质剂的方案已有较多专利公开。如中国专利申请号2012101225997，授权日为2015年4月1日，发明创造名称为：钢包顶渣脱氧改质剂，该方案中改质剂的主要组分以质量百分比计包括：Al：30％～50％，CaO：30％～50％，Al₂O₃：5％～8％，SiO₂≤3.0％，S+P≤0.07％，C：0.7％～1.4％，CaF₂：3.0～8.0％，H₂O≤0.2％。该申请案以铝屑和CaO为基础，加入少量的Al₂O₃、SiO₂和一定量的助熔剂，并添加微量碳粉，能解决低碳管线钢生产过程中钢包顶渣的氧化性问题，为管线钢的真空脱硫和纯净化生产提供保障。

又如中国专利申请号031127967，授权公告日为2006年1月25日，发明创造名称为：高铝渣球及其制备方法，该申请案的高铝渣球含有金属铝、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二硼、碳酸钙、萤石粉以及不可避免的其他杂质，原料普通、易得，成球工艺简单，钢水表面铺展保温性能优良，脱氧作用显著。

上述申请案均不失为一种很好的Al基钢包顶渣改质剂的方案，但上述申请案只把关注点放在了对钢包顶渣的脱氧能力上，并没有很好的着眼于如何提高Al基改质剂本身Al的利用效率，也并未解决使用Al基改质剂后造成顶渣碱度降低的问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明针对目前Al基钢包顶渣改质剂存在的上述不足，提供了一种Al基钢包顶渣改质剂及提高其利用率的方法；本发明能充分利用Al基钢包顶渣改质剂的强还原能力，回收金属资源、解决钢包顶渣的高氧化性问题，并解决Al基钢包顶渣改质剂中Al易被空气氧化的问题，一方面可以保证Al基钢包顶渣改质剂的使用效果，另一方面有效提高了Al基钢包顶渣改质剂的利用率，降低了使用Al基钢包顶渣改质剂的成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种Al基钢包顶渣改质剂，包括如下质量百分比的组分：Al，40％～60％；CaCO₃，20％～50％；Al₂O₃，2％～10％；SiO₂，1％～5％；水及不可避免的杂质，0.2％～5％。

进一步地，所述改质剂中掺加的碳酸钙粒度为0.1～6mm。

进一步地，所述改质剂中掺加三组不同粒度的碳酸钙，其中M₁组碳酸钙的粒度为4～6mm，M₂组碳酸钙的粒度为2～4mm，M₃组碳酸钙的粒度为0.1～2mm，且三组碳酸钙的质量比为M₁组：M₂组：M₃组＝(4.5～5.5)：(2.5～3.5)：(1.5～2.2)。

更进一步地，三组碳酸钙的质量比为M₁组：M₂组：M₃组＝5：3：2。

本发明的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，包括以下步骤：

(1)将如上文所述的Al基钢包顶渣改质剂进行造球加工，制成改质剂球；其中Al基钢包顶渣改质剂中掺加不同粒度的碳酸钙；

(2)转炉或电炉冶炼出钢结束后，向钢包中按每吨钢水2～10kg的量加入上述改质剂球。

进一步地，所述改质剂中掺加的碳酸钙粒度为0.1～6mm。

进一步地，所述改质剂球粒度为15～40mm。

进一步地，掺加的碳酸钙占改质剂的质量百分比为50％。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，在Al基钢包顶渣改质剂掺加一定量的碳酸钙共同造球，碳酸钙分解产生的CO₂覆盖在顶渣的上层，将改质剂球中的Al与空气隔绝，可以有效防止改质剂球中的Al被空气氧化，从而确保Al的使用效率。

(2)本发明的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，通过对碳酸钙不同粒度的调整可以使其受热分解时持续释放CO₂，使得在对钢包顶渣进行改质期间，CO₂可以始终覆盖在顶渣的上层，保证在很长时间内Al不被空气氧化，有效提高Al的使用效率，降低Al基钢包顶渣改质剂的使用成本。

(3)本发明的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，碳酸钙分解生成的CaO可以提高钢包顶渣的碱度，解决使用钢包顶渣改质剂时出现的碱度降低的问题。

(4)本发明的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，Al的使用效率大幅提高，使得改质后顶渣中FeO和MnO的百分比含量大幅下降，可以降低到3.0％以下，有效降低了钢包顶渣的氧化性，利于精炼炉的脱氧合金化和脱硫。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作详细描述。

本发明的一种Al基钢包顶渣改质剂及提高其利用率的方法，能够明显提高Al基钢包顶渣改质剂中Al的利用率和作用时间，稳定顶渣的还原性能，合金化元素收得率大大提高，为稳定地生产洁净钢提供良好条件。

实施例1

本实施例的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，包括以下步骤：

(1)将Al基钢包顶渣改质剂进行造球加工，制成粒度为40mm的改质剂球；本实施例中Al基钢包顶渣改质剂的组分及各组分的质量百分比如下：Al，45％；CaCO₃，50％；Al₂O₃，3.1％；SiO₂，1.3％；其他为水及不可避免的杂质，0.6％。值得说明的是，本实施例中掺加的碳酸钙是由粒度不同的M₁、M₂、M₃这三组CaCO₃组成，其中M₁组碳酸钙的粒度为4～6mm，M₂组碳酸钙的粒度为2～4mm，M₃组碳酸钙的粒度为0.1～2mm，且三组碳酸钙的质量百分比为M₁组：M₂组：M₃组＝5：3：2。

(2)转炉或电炉冶炼结束后，挡渣出钢，出钢结束后，向钢包中按每吨钢水3kg的量加入上述改质剂球，进行钢包顶渣的脱氧改质。改质剂球的主要化学组分和具体作用如下：

Al：钢包顶渣中含有15％～30％的FeO和MnO，呈强氧化性，不利于精炼炉的脱氧合金化和脱硫。本实施例中的Al基改质剂球以Al作为还原剂，还原能力较强，所涉及的化学反应为：

2Al+3(FeO)＝(Al₂O₃)+3Fe

2Al+3(MnO)＝(Al₂O₃)+3Mn

由此可见改质剂球的加入可以显著降低钢包顶渣中FeO和MnO的含量，降低钢包顶渣的氧化性，利于精炼炉的脱氧合金化和脱硫。但是需要注意的是，Al是一种活泼金属，在开放的系统中使用，极易与空气中的氧发生如下反应：

4Al+3O₂＝2(Al₂O₃)

此时Al基改质剂球中相当一部分的Al被空气氧化，导致Al的使用效率降低。

本实施例中碳酸钙的加入可以有效提高Al的使用效率，因为掺加的粉状碳酸钙受热很容易分解，分解产生的CO₂覆盖在顶渣的上层，将改质剂球中的Al与空气隔绝，可以有效防止改质剂球中的Al被空气氧化，从而确保Al的使用效率。碳酸钙分解的化学反应为：

碳酸钙分解的另一产物CaO为最常用的精炼渣料之一，可以提高钢包顶渣的碱度，解决使用Al基钢包顶渣改质剂时出现的碱度降低的问题，并能够有效脱硫、吸收脱氧夹杂物、固定脱磷产物等。

本实施例通过加入碳酸钙确实有助于提高Al基改质剂的使用效率，但发明人在实际生产中发现，直接将掺有碳酸钙的Al基改质剂球加入钢包后，碳酸钙的分解速度难以控制，碳酸钙受热快速分解时，产生的CO₂迅速溢出难以持续，当碳酸钙分解完毕、CO₂不再产生时，改质剂球中的Al仍会继续被空气氧化；而若要有效保障改质剂的使用效率，则需要在钢包顶渣的整个脱氧改质期间人工观察钢水表面的气泡产生情况，根据CO₂的产生情况而多次频繁加入改质剂，确保CO₂能够一直不断产生，足以始终覆盖在顶渣的上层隔绝空气。此种加入方式不但过程繁琐，劳动强度大，更增加了改质剂的使用量，反而提高了整体生产成本，降低了改质剂的整体使用效率；其次，即使采用人工观察、多次加入的方式，每次改质剂的添加使用量和添加的时间节点依然难以把握，人工观察虽可以通过气泡的有无判断是否依然有CO₂分解，但却无法准确判断气泡量的多少，无法保证多次添加改质剂分解的CO₂气体能够持续产生，容易出现CO₂时断时续的现象。而如何保证在添加改质剂球时，碳酸钙能够持续分解，并产生足够的CO₂能始终覆盖在顶渣的上层则成为提高改质剂利用率的关键问题。

发明人针对此问题潜心研究，发现碳酸钙的受热分解过程为未反应核模型，即反应过程中颗粒大小不变，核心不发生反应，但反应界面不断向核心推进的反应模型，即碳酸钙受热时是由外到内逐层剥离的分解。发明人更进一步发现，对于大颗粒的碳酸钙而言，产物层的物质扩散和热传递是控制其分解速率的主要因素；而随着颗粒尺寸的减小，其影响力越来越小，更容易分解，即不同粒度大小碳酸钙的分解速率是显著不同的。发明人据此进行了大量的理论分析和实验研究，发现粒度在2mm以下的碳酸钙粉末，受热瞬间即会迅速地完全分解产生CO₂，而粒度在2～4mm的碳酸钙受热分解速度稍慢，粒度在4～6mm之间的碳酸钙在受热后，完全分解所需时间较长，即不同粒度大小的碳酸钙分解速率不同，产生CO₂的时间点和延续时间也各有差异。据此发明人大胆地将不同粒度的碳酸钙混合加入Al基改质剂中进行共同造球，经过大量的理论分析与实验验证，发现当不同粒度之间采用质量比为(4～6)mm：(2～4)mm：(0.1～2)mm＝5：3：2时，分解产生的CO₂连续性最好，少量粒度在2mm以下的碳酸钙粉末，受热迅速地完全分解产生CO₂，保证受热瞬间有足够的CO₂产生；粒度在2～4mm的碳酸钙受热分解速度稍慢，为CO₂的产生提供后续；粒度在4～6mm之间的碳酸钙在受热后，完全分解所需时间较长，为CO₂的产生提供时间保证。按此比例将不同粒度的碳酸钙掺加在Al基改质剂的各种组分原料中造球，且碳酸钙质量比为50％，使得在Al基改质剂中的Al粉与钢包顶渣发生作用的时间里，能够有足够的、持续的CO₂供给，保证CO₂隔绝作用的持续性，从而保证Al基改质剂中Al不被空气氧化，保证Al与FeO和MnO的充分反应，提高Al的使用效率，有效降低了钢包顶渣的氧化性。

本实施例中改质剂球的粒度为40mm，改质剂球的粒度对于生产加工也有重要影响，粒度太大不利于改质剂球快速地溶解于熔渣中，粒度太小又不利于碳酸钙的掺加和造球。

采用本实施例的方法可以显著提高Al基改质剂的利用率，下面结合一组检测数据进行对比说明，A组为采用普通的Al基钢包顶渣改质剂进行检测，B组为采用本实施例的Al基钢包顶渣改质剂进行检测，具体检测过程及检测分析结果如下：

A、转炉冶炼结束后，取终渣检测，挡渣出钢，出钢量结束后，向钢包中按每吨钢水3kg的量加入普通的Al基钢包顶渣改质剂。精炼前再取钢包顶渣进行检测。所用改质剂成分及渣样检测结果分别如表1、表2所示：

表1普通Al基钢包顶渣改质剂

成分	Al	CaO	Al₂O₃	SiO₂	CaF₂	其他
							质量百分比	48.5	35.0	6.1	2.2	5.1	3.1

表2渣样检测结果

主要成分	CaO	SiO2	FeO	Al₂O₃	MgO	MnO
							转炉终渣1	46.34	15.70	19.83	1.60	7.29	2.3
改质后的渣1	49.51	15.83	9.9	14.78	7.22	1.74
							转炉终渣2	43.01	15.67	20.32	1.75	9.22	2.72
改质后的渣2	46.57	16.68	9.63	14.12	9.31	1.68
							转炉终渣3	41.98	13.81	23.63	1.64	7.07	3.12
改质后的渣3	44.25	13.64	11.27	16.03	7.34	1.89

经过对转炉终渣和改质后渣的检测结果以及改质剂的加入量的核算，可知普通Al基钢包顶渣改质剂中Al的平均利用效率仅为53％。

B、转炉冶炼结束后，取终渣检测，挡渣出钢，出钢结束后，向钢包中按每吨钢水3kg的量加入本发明的Al基钢包顶渣改质剂。精炼前再取钢包顶渣进行检测。所用改质剂成分及渣样检测结果分别如表3、表4所示：

表3本发明的Al基钢包顶渣改质剂

成分	Al	CaCO₃	Al₂O₃	SiO₂	其他
						质量百分比	45	50	3.1	1.3	0.6

表4渣样检测结果

主要成分	CaO	SiO₂	FeO	Al₂O₃	MgO	MnO
							转炉终渣	43.76	15.35	20.23	1.58	9.44	2.88
改质后的渣	49.66	16.23	1.65	14.06	9.87	1.52

经过对转炉终渣和改质后渣的检测结果以及改质剂的加入量的核算，可知本发明的Al基钢包顶渣改质剂中Al的利用效率达到89％，Al基钢包顶渣改质剂的利用率得到明显提高。

实施例2

本实施例的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，基本同实施例1，所不同的是本实施例中Al基钢包顶渣改质剂的组分及各组分的质量百分比如下：Al，46％；CaCO₃，45％；Al₂O₃，5％；SiO₂，2.3％；水及不可避免的杂质，1.7％；其次，本实施例中改质剂球的粒度为35mm，且本实施例中三组碳酸钙的质量百分比为M₁组：M₂组：M₃组＝4.5：2.5：1.5；再次，本实施例中向钢包中加入改质剂球时，按照每吨钢水6kg的量进行添加。

实施例3

本实施例的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，基本同实施例1，所不同的是本实施例中Al基钢包顶渣改质剂的组分及各组分的质量百分比如下：Al，60％；CaCO₃，35％；Al₂O₃，2％；SiO₂，2.8％；水及不可避免的杂质，0.2％；其次，本实施例中改质剂球的粒度为15mm，且本实施例中三组碳酸钙的质量百分比为M₁组：M₂组：M₃组＝5.5：3.5：2.2；再次，本实施例中向钢包中加入改质剂球时，按照每吨钢水8kg的量进行添加。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种Al基钢包顶渣改质剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：Al，40％～60％；CaCO₃，20％～50％；Al₂O₃，2％～10％；SiO₂，1％～5％；水及不可避免的杂质，0.2％～5％。

2.根据权利要求1所述的一种Al基钢包顶渣改质剂，其特征在于：所述改质剂中掺加的碳酸钙粒度为0.1～6mm。

3.根据权利要求2所述的一种Al基钢包顶渣改质剂，其特征在于：所述改质剂中掺加三组不同粒度的碳酸钙，其中M₁组碳酸钙的粒度为4～6mm，M₂组碳酸钙的粒度为2～4mm，M₃组碳酸钙的粒度为0.1～2mm，且三组碳酸钙的质量比为M₁组：M₂组：M₃组＝(4.5～5.5)：(2.5～3.5)：(1.5～2.2)。

4.根据权利要求3所述的一种Al基钢包顶渣改质剂，其特征在于：三组碳酸钙的质量比为M₁组：M₂组：M₃组＝5：3：2。

5.一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将如权利要求1所述的Al基钢包顶渣改质剂进行造球加工，制成改质剂球；其中Al基钢包顶渣改质剂中掺加不同粒度的碳酸钙；

6.根据权利要求5所述的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，其特征在于：所述改质剂中掺加的碳酸钙粒度为0.1～6mm。

7.根据权利要求6所述的一种Al基钢包顶渣改质剂，其特征在于：所述改质剂球粒度为15～40mm。

8.根据权利要求7所述的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，其特征在于：掺加的碳酸钙占改质剂的质量百分比为50％。

9.根据权利要求8所述的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，其特征在于：所述改质剂中掺加三组不同粒度的碳酸钙，其中M₁组碳酸钙的粒度为4～6mm，M₂组碳酸钙的粒度为2～4mm，M₃组碳酸钙的粒度为0.1～2mm，且三组碳酸钙的质量比为M₁组：M₂组：M₃组＝(4.5～5.5)：(2.5～3.5)：(1.5～2.2)。

10.根据权利要求9所述的一种提高Al基钢包顶渣改质剂利用率的方法，其特征在于：三组碳酸钙的质量比为M₁组：M₂组：M₃组＝5：3：2。