CN107447071A - 一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂及其制备方法 - Google Patents

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CN107447071A CN201710491825.1A CN201710491825A CN107447071A CN 107447071 A CN107447071 A CN 107447071A CN 201710491825 A CN201710491825 A CN 201710491825A CN 107447071 A CN107447071 A CN 107447071A
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张延玲
李凤善
许家伟
卢致民
郭占成
余阚
龙旭
张康晖
吴拓
袁方
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Abstract

本发明公开一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂，它是由赤泥和石灰制备而成的，包括以下重量百分比的成分：Fe2O3：5‑30%；CaO：30‑55%；SiO2：2‑20%；Al2O3：7‑20%；Na2O：1‑10%；本发明还提供所述造渣剂的制备方法。本发明的造渣剂能有效降低渣系熔点，促进石灰溶解，提高渣的流动性，有效缩短初期渣形成时间；其次，能够明显改善渣铁分离效果，脱除钢水中硫、磷杂质；本发明采用生产氧化铝的废弃物赤泥作为半钢炼钢造渣剂的主原料之一，实现了赤泥变废为宝，本发明的造渣剂成本低廉，制备方法简单，还可有效降低半钢炼钢的能耗，提高钢材质量，具有很好的社会效益和经济效益，有广阔的推广前景。

Description

一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂及其制备方法。
背景技术
我国部分炼钢工艺中需要用到两个转炉，例如为了更有效降低钢水中的P含量，可采用第一个转炉吹氧脱磷，第二个转炉脱碳；再如，钒钛磁铁矿高炉吹炼后获得含钒铁水，第一个转炉用来吹氧提钒，第二个转炉主要用于脱碳。以上第二个转炉中的脱碳吹炼，通称半钢冶炼。另外，即便是在同一个转炉内吹炼，吹炼前期主要用来脱除铁水中的Si/P/Mn等元素，C元素脱除量有限。此时铁水中Si、Mn等元素基本已呈痕迹、碳含量在2.5%-3.8%的范围，这种情况下对应的金属熔体也通称为半钢，吹炼后期的半钢脱碳也通称为半钢冶炼。由于半钢中主要杂质元素为碳和极少量基本已呈痕迹的硅、锰元素，经吹氧、并加入石灰后，半钢冶炼渣基本以CaO-FeO二元系为主。但是该渣系熔点非常高。若要将其熔点降低到1600℃以下，FeO含量需高达55%-60%以上。这也是半钢冶炼造渣困难、铁损大（终渣携带过高的FeO）、钢水洁净度低（氧含量高、夹杂物多）的主要原因。加入萤石虽然能够起到明显的改善作用，但由于环境污染问题，萤石的应用已经受到了严格限制。
专利CN103966387A公开了一种采用半钢炼钢的方法，主要是在半钢出钢的过程中加入含硅材料，出钢完成后，再将半钢进行转炉吹炼，含硅材料的具体成为为50-65%的Si，15-28%的C，其余为不可避免的杂质。加入含硅材料的目的是在半钢冶炼中获得基于CaO-FeO-SiO2的三元渣系（熔点低于CaO-FeO二元系）、改善熔渣流动性。该方法增加了半钢炼钢过程中的热源，加快了化渣速度，且炼钢过程未出现返干等优点，其在解决半钢炼钢热源不足和成渣慢等问题方面有一定的作用。但操作复杂，且含硅复合材料增加了冶炼成本，所以此半钢炼钢方法有一定的局限性。专利CN104789731A中公开了一种半钢炼钢造渣剂及其造渣方法，所述半钢造渣剂的成分按重量计的组成：Al2O320-38%，SiO220-30%，铁的氧化物15-20%，CaO10-15%，MgO3-9%，其余为杂质。它的主要目的也是用来生成基于CaO-FeO-SiO2-Al2O3-MgO的多元渣系，以降低渣系熔点、促进快速成渣。期刊文献《攀钢炼钢复合造渣剂的研制及应用》中根据半钢炼钢的特点和问题而设计出了一种复合造渣剂，并通过对比试验验证了复合造渣剂主要成分为SiO247.30%、Al2O37.58%、CaO11.66%、MnO7.67%时初渣形成时间为4.97min,冶炼过程顺行, 取得了良好的脱磷脱硫效果，但是从其试验想过来看，初期渣形成时间仍偏长，有待进一步的缩短。
从以上文献或专利报道中可以看出，所涉及的半钢造渣剂主要是通过加入含FeO、SiO2类物质，以降低渣系熔点。最终获得的半钢冶炼渣主要是基于CaO-FeO-SiO2三元系（部分条件下含有少量MnO，MgO，或Al2O3）。该渣系属于普通转炉炼钢渣系，其组成也与普通转炉炼钢渣基本相同。与CaO-FeO二元系相比，虽然熔点有所降低，但依然存在石灰溶解速率慢、流动性差等问题。
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0-2.0吨赤泥。赤泥的主要矿物为文石和方解石，含量为60%-65%，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染，对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
发明内容
本发明旨在发明一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂，该造渣剂有效降低渣系熔点，提高渣的流动性，且造价低廉，制备方法简单。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
本发明的含Na2O的半钢炼钢造渣剂，由氧化铝废弃物赤泥与石灰制成，赤泥与石灰的质量比为1~10:2；所述的氧化铝废弃物赤泥中含有Fe2O3、SiO2、Al2O3、Na2O。
优选地，所述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂包括以下重量百分比的成分：
Fe2O3：5-30%；
CaO：30-55%；
SiO2：2-20%；
Al2O3：7-20%；
Na2O：1-10%。
优选地，包括以下重量百分比的成分：
Fe2O3：10-25%；
CaO：30-50%；
SiO2：4-18%；
Al2O3：7-20%；
Na2O：2-7%。
本发明还提供所述造渣剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）将氧化铝废弃物赤泥在300℃以上的温度下加热、烘干；
（2）将烘干后的氧化铝废弃物赤泥和石灰分别用球磨机碾磨成粉末，过150-300目筛；
（3）将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按1-10:2的质量比混合均匀后制成球团，即得。
所述的步骤（1）中氧化铝废弃物赤泥的加热、烘干温度为300-450℃。
一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂，包括以下重量百分比的成分：
Fe2O3：5-30%；
CaO：30-55%；
SiO2：2-20%；
Al2O3：7-20%；
Na2O：1-10%。
优选地，上述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂的制备方法包括以下步骤：取各成分烘干后，过150-300目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得。
本发明的有益效果为：
（1）本发明的造渣剂能有效降低渣系熔点，促进石灰溶解，增强化渣能力，提高渣的流动性；其次，能够克服半钢冶炼时成渣速度慢的问题，有效缩短初期渣形成时间，使得半钢冶炼的初期渣形成时间控制在3min以内，成渣速度快，节约能耗；
（2）本发明的造渣剂能够明显改善渣铁分离效果，控制终点渣铁的氧化物含量低于16%，铁损小，降低生产成本，且有效脱除钢水中硫、磷杂质，能够有力避免冶炼后期的回磷现象，提高钢材质量；
（3）本发明的造渣剂可避免冶炼过程中出现的返干、溅渣等现象，保护冶炼炉，降低安全隐患和生产损耗；
（4）本发明采用生产氧化铝的废弃物赤泥作为半钢炼钢造渣剂的主原料之一，做到赤泥资源的大规模综合利用，减少了赤泥的堆存管理费用，消除了安全以及环境污染的隐患，实现了赤泥变废为宝，其社会效益非常巨大。
由此可见，本发明的造渣剂成本低廉，制备方法简单，还可有效降低半钢炼钢的能耗，提高钢材质量，保护环境，具有很好的社会效益和经济效益，有广阔的推广前景。
附图说明
图1为二元造渣剂CaO-FeO的相图。
图2为本发明实施例4的造渣剂（SiO2-CaO-FeO-Al2O3-5%Na2O）在1400-1600℃的液相区相图。
图3为使用本发明造渣剂得到的半钢冶炼实验终点样品与某企业半钢冶炼终点半钢样品。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。应该理解的是，本发明的实施例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。根据本发明的实质对本发明进行的简单改进都属于本发明要求保护的范围。
实施例1
取赤泥和石灰，将赤泥在300℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过150目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按1:2的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：5%；CaO：50%；SiO2：20%；Al2O3：20%；Na2O：1%。
将100kg半钢加热至1500℃预熔至熔清，称取5kg造渣剂，并将造渣剂分2批加入到钢水中，每次加入量2.5kg；首次加入造渣剂后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.6m3/h，前期吹氧5min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧5min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置10min，即得。
实施例2
取赤泥和石灰，将赤泥在330℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过200目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按1:1的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：10%；CaO：55%；SiO2：2%；Al2O3：7%；Na2O：2%。
将200kg半钢加热至1400℃预熔至熔清，称取20kg造渣剂，并将造渣剂分2批加入到钢水中，首次加入6kg，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.8m3/h，前期吹氧6min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧6min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置15min，即得。
实施例3
取赤泥和石灰，将赤泥在360℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过250目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按2:1的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：27%；CaO：30%；SiO2：3%；Al2O3：10%；Na2O：3%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1400℃预熔，至半钢熔清，称取0.5kg造渣剂，并将造渣剂加入到钢水中，首先加入0.25kg造渣剂，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.9 m3/h，前期吹氧8min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧7min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置15min，即得。
实施例4
取赤泥和石灰，将赤泥在400℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过200目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按3:1的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：25%；CaO：42%；SiO2：4%；Al2O3：12%；Na2O：5%。
将1000kg半钢加热至1600℃预熔，至半钢熔清，称取150kg造渣剂，并将造渣剂加入到钢水中，首先加入60kg造渣剂，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为1.0m3/h，前期吹氧10min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧8min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置20min，即得。
实施例5
取赤泥和石灰，将赤泥在450℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过300目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按7:2的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：30%；CaO：33%；SiO2：10%；Al2O3：8%；Na2O：7%。
将500kg半钢加热至1550℃预熔至熔清，称取25kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1350℃下保温30min，即得。
实施例6
取赤泥和石灰，将赤泥在368℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过150目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按5:1的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：18%；CaO：36%；SiO2：18%；Al2O3：10%；Na2O：10%。
将800kg半钢加热至1400℃预熔至熔清，称取80kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1500℃下保温20min，即得。
实施例7
取赤泥和石灰，将赤泥在375℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过200目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按6:1的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：23%；CaO：32%；SiO2：7%；Al2O3：9%；Na2O：8%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1500℃进行预熔，至半钢熔清，称取1.5kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1450℃下保温25min，即得。
实施例8
取赤泥和石灰，将赤泥在325℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过250目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按15:2的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：27%；CaO：37%；SiO2：5%；Al2O3：10%；Na2O：3%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1600℃进行预熔，至半钢熔清，称取1.2kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1400℃下保温20min，即得。
实施例9
取赤泥和石灰，将赤泥在380℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过300目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按17:2的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：21%；CaO：32%；SiO2：10%；Al2O3：8%；Na2O：4%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1400℃进行预熔，至半钢熔清，称取1kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1400℃下保温30min，即得。
实施例10
取赤泥和石灰，将赤泥在416℃温度下加热、烘干后，用球磨机分别将烘干的赤泥以及石灰分别碾磨成粉末，过300目筛；将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按10:1的质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：23%；CaO：40%；SiO2：6%；Al2O3：15%；Na2O：6%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1500℃预熔，至半钢熔清，称取0.8kg造渣剂，并将造渣剂加入到钢水中，首先加入0.32kg造渣剂，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.7 m3/h，前期吹氧7min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧9min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置18min，即得。
实施例11
取赤泥和石灰，分别烘干后过150目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：5%；CaO：30%；SiO2：20%；Al2O3：7%；Na2O：10%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1600℃预熔，至半钢熔清，称取1kg造渣剂，并将造渣剂加入到钢水中，首先加入0.5kg造渣剂，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.8m3/h，前期吹氧10min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧6min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置30min，即得。
实施例12
取赤泥和石灰，分别烘干后过200目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：15%；CaO：45%；SiO2：2%；Al2O3：10%；Na2O：1%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1460℃进行预熔，至半钢熔清，称取1kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1400℃下保温25min，即得。
实施例13
取赤泥和石灰，分别烘干后过250目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：10%；CaO：55%；SiO2：5%；Al2O3：20%；Na2O：2%。
将10kg半钢加入到氧化镁坩埚中，在10kg级感应炉中加热至1500℃进行预熔，至半钢熔清，称取0.8kg造渣剂，并将造渣剂一次性全部加入到钢水中，在1450℃下保温30min，即得。
实施例14
取赤泥和石灰，分别烘干后过300目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：30%；CaO：32%；SiO2：8%；Al2O3：12%；Na2O：6%。
取1000kg半钢加热至1500℃预熔至熔清，称取100kg造渣剂，并将造渣剂分2批加入到钢水中，首次加入35kg，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.7m3/h，前期吹氧8min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧7min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置20min，即得。
实施例15
取赤泥和石灰，分别烘干后过200目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得本发明造渣剂。
所述的造渣剂中含有以下重量百分比的成分：
Fe2O3：24%；CaO：36%；SiO2：15%；Al2O3：10%；Na2O：8%。
取1500kg半钢加热至1437℃预熔至熔清，称取120kg造渣剂，并将造渣剂分2批加入到钢水中，首次加入48kg，然后进行顶吹氧气，其中氧气流量为0.8m3/h，前期吹氧9min，扒渣，加入剩余的造渣剂，再吹氧8min，熔池无火星溅出，吹氧结束。然后静置25min，即得。
造渣剂性能分析
1 渣系熔点分析
1.1 图1为二元造渣剂CaO-FeO的相图，图2为本发明实施例4的造渣剂（SiO2-CaO-FeO-Al2O3-5%Na2O）的相图。
由图1可知，CaO-FeO二元渣系的熔点非常高，若要将其熔点降低到1600℃以下，FeO含量需高达55%-60%甚至60%以上，并且会造成半钢冶炼造渣困难，终渣携带过高的FeO导致铁损大，钢水氧含量高、杂夹物低多影响洁净度的问题；由图2可知，本发明实施例4的造渣剂（SiO2-CaO-FeO-Al2O3-5%Na2O）在1400-1600℃液相区明显扩大，且在1400-1600℃的液相区可在FeO含量极低的情况下存在，说明半钢冶炼终渣可在FeO含量较低的情况下获得较好的流动性，这与传统半钢冶炼中形成的CaO-FeO渣以及普通转炉炼钢中形成的CaO-FeO-SiO2三元系相比都具有巨大不同，且对于降低半钢冶炼的铁损具有十分重要的意义。
2 造渣剂对半钢的质量影响
2.1 图3（a）和图3（c）为某企业半钢冶炼终点半钢样品，图3（b）为使用本发明实施例3的造渣剂进行半钢冶炼实验终点样品，图3（d）为使用本发明实施例9的造渣剂进行半钢冶炼实验终点样品。
图3（b）使用的半钢成分：[C]=3.24%，[P]=0.057%，[Si]=0.015%，[S]=0.091%，[Mn]=0.042%；
图3（d）使用的半钢成分[C]=3.24%，[P]=0.057%，[Si]=0.015%，[S]=0.091%，[Mn]=0.042%。
如图所示，图3（a）和图3（c）的半钢样品夹带大量渣，渣铁分离困难。图3（b）和图3（d）的的半钢样品的渣铁分界线明显，说明终渣流动性好，渣铁分离效果良好。图3（b）样品在吹炼过程中石灰快速溶解，初期渣形成时间为2.4min，终点钢水磷含量为0.008%，碳含量为0.012%；终点渣中FeO含量16.4%，远低于常规半钢冶炼终点渣中的FeO含量；图3（d）样品在吹炼过程中，石灰快速溶解，初期渣形成时间为2.6min，终点钢水硫含量为0.04%，脱硫率为55%。说明本发明的造渣剂可有效促进石灰溶解，增强化渣能力，且有效脱除钢水中硫、磷杂质。

Claims (7)

1.一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于：由氧化铝废弃物赤泥与石灰制成，赤泥与石灰的质量比为1~10:2；
所述的氧化铝废弃物赤泥中含有Fe2O3、SiO2、Al2O3、Na2O。
2.如权利要求1所述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：
Fe2O3：5-30%；
CaO：30-55%；
SiO2：2-20%；
Al2O3：7-20%；
Na2O：1-10%。
3.如权利要求2所述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：
Fe2O3：10-25%；
CaO：30-50%；
SiO2：4-18%；
Al2O3：7-20%；
Na2O：2-7%。
4.如权利要求1所述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：
（1）将氧化铝废弃物赤泥在300℃以上的温度下加热、烘干；
（2）将烘干后的氧化铝废弃物赤泥和石灰分别用球磨机碾磨成粉末，过150-300目筛；
（3）将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按1-10:2的质量比混合均匀后制成球团，即得。
5.如权利要求5所述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于：所述的步骤（1）中氧化铝废弃物赤泥的加热、烘干温度为300-450℃。
6.一种含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于：包括以下重量百分比的成分：
Fe2O3：5-30%；
CaO：30-55%；
SiO2：2-20%；
Al2O3：7-20%；
Na2O：1-10%。
7.如权利要求7所述的含Na2O的半钢炼钢造渣剂，其特征在于，制备方法包括以下步骤：取各成分烘干后，过150-300目筛，将过筛后的赤泥粉末和石灰粉末按质量比混合均匀后制成球团，即得。
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