CN110408741B

CN110408741B - 钢铁精炼渣系配制方法

Info

Publication number: CN110408741B
Application number: CN201910692117.3A
Authority: CN
Inventors: 杨海石; 孙颜辉; 朱伟伟; 闫抒宇; 王志刚; 卓超
Original assignee: Shanghai Electric Shmp Casting & Forging Co ltd
Current assignee: Shanghai Electric Shmp Casting & Forging Co ltd
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN110408741A

Abstract

本发明提供了一种钢铁精炼渣系配制方法，包含：石灰、萤石和铝粒，形成氧化钙‑氟化钙‑二氧化硅‑三氧化二铝的渣系。据此，本发明达到的有益效果为，在钢铁精炼工艺中，根据本配方将相关矿石加入到的钢水中，能够在确保钢水成分满足含硅、铝、氧量等技术要求的情况下，降低渣系的熔点，提高炉渣的流动性，进一步的优化钢水脱氧及夹杂物的吸附，降低冶炼能耗。

Description

钢铁精炼渣系配制方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶炼领域，特别涉及一种钢铁精炼渣系配制方法。

背景技术

现有技术中，低压转子钢真空碳脱氧工艺是指在精炼还原过程中使用碳粉脱氧。在该工艺阶段，为确保钢水成分满足Si≤0.10%，Al≤0.010%的技术要求，真空碳脱氧工艺的全过程禁止使用铝粉、硅钙粉等含铝、硅的脱氧剂，从而，使得钢水精炼过程中投放渣料相对单一，现有技术中投放的渣料为石灰与萤石按3:1~4:1投入，只使用C粉做为脱氧剂。由此，现有的渣料的配比导致了现有技术存在以下缺陷：渣系熔点高，完全熔化温度高达2067℃左右；1600℃液固相比为1.76，炉渣流动性差，不利于钢水脱氧及夹杂物的吸附；并且冶炼能耗较高，平均吨钢电耗约235KW·h；全氧测定值T[O]高达21ppm；钢锭中夹杂物数量密度4.6个/mm²。

现有技术的钢铁精炼渣系配制方法存在的技术问题是：渣系熔点高；炉渣流动性差；冶炼能耗高等。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种钢铁精炼渣系配制方法，其目的在于在确保钢水成分满足含硅、铝、氧量等技术要求的情况下，根据该钢铁精炼渣系配制方法提供的渣料添加至钢水中，降低渣系的熔点，提高炉渣的流动性，进一步的优化钢水脱氧及夹杂物的吸附，降低冶炼能耗。

为了达到上述目的，本发明提供了一种钢铁精炼渣系配制方法，包含：

一渣料，该渣料包含石灰、萤石和铝粒；

形成氧化钙-氟化钙-二氧化硅-三氧化二铝的渣系。

优选地，按重量份计，每1000份钢水中添加：16~20份石灰，8~10份萤石，0.5~0.8份铝粒。

优选地，按重量百分比计，石灰中氧化钙含量为大于或等于95%。

优选地，按重量百分比计，萤石中氟化钙含量为大于或等于85%，二氧化硅含量为9~11%。

优选地，按重量百分比计，该渣系中氧化钙含量为50%~55%，氟化钙含量为22%~25%,二氧化硅含量为8%~10%，三氧化二铝含量为5%~6%。

优选地，该渣系中还含有氧化镁，按重量百分比计，氧化镁含量为3~4%。

优选地，该渣系配制方法用于钢铁精炼过程中碳脱氧工艺中。

优选地，该钢铁为转子钢。

优选地，该精炼过程在含有氧化镁的熔炉中进行。

与现有技术相比，本发明提供了一种钢铁精炼渣系配制方法，包含：石灰、萤石和铝粒，形成氧化钙-氟化钙-二氧化硅-三氧化二铝的渣系。据此，本发明达到的有益效果为，在钢铁精炼工艺中，根据本配制方法将相关矿石加入到的钢水中，能够在确保钢水成分满足含硅、铝、氧量等技术要求的情况下，降低渣系的熔点，提高炉渣的流动性，进一步的优化钢水脱氧及夹杂物的吸附，降低冶炼能耗。

附图说明

图1为本发明提供的钢铁精炼渣系配制方法的一实施示意图。

附图标记说明。

渣料 1

石灰 11

萤石 12

铝粒 13

渣系 2

钢水 3

熔炉 4。

具体实施方式

以下结合实验数据、原理分析、模拟计算对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参阅图1所示，在一钢铁精炼工艺中，在一熔炉4中装有一钢水3，向该钢水中加入渣料1（图中未示）：石灰11、萤石12和铝粒13，从而在钢水中形成一渣系2。该渣系2的成分为氧化钙（化学式：CaO）-氟化钙（化学式：CaF₂）-二氧化硅（化学式：SiO₂）-三氧化二铝（化学式：Al₂O₃）。CaO和Al₂O₃生成12CaO·7Al₂O₃等低熔点的物质，抑制高熔点2CaO·SiO₂生成；CaF₂有利于对钢-渣界面形成的固体CaS的破坏，增加液相量，促进了脱硫反应的进一步进行；SiO₂有利于调节渣系的酸碱度。

按重量份（可标记为w）计，无特别说明本文所指含量均为重量含量，每1000份钢水中添加：16~20份石灰，8~10份萤石，0.5~0.8份铝粒。石灰是一种矿产产生的物质，通常是石灰石（主要成分CaCO₃）煅烧筛选后产生，主要成分为CaO，选择一种石灰，按重量百分比计，石灰中CaO含量为大于或等于95%。萤石为一种矿产，其主要成分为CaF₂，选择一种萤石，按重量百分比计，萤石中CaF₂含量为大于或等于85%。该萤石中还含有SiO₂，SiO₂含量为9~11%。

按重量百分比计，该渣系中CaO含量为50%~55%，CaF₂含量为22%~25%, SiO₂含量为8%~10%，Al₂O₃含量为5%~6%，该渣系为一四元渣系。

熔炉中含有耐火材料氧化镁（MgO），冶炼过程耐火材料熔蚀会在渣系中带入MgO。另外，通常情况下，石灰中除了CaO还含有MgO，也会造成渣系中带入MgO。该渣系中还含有MgO，按重量百分比计，MgO含量为3~4%。渣系中的MgO，可以对炉衬的腐蚀起到保护作用（动态平衡），增加钢包的使用寿命。

该渣系配制方法用于钢铁精炼过程中碳脱氧工艺中，即在碳脱氧工艺中向钢水中加入该渣系配制方法中所提供的渣料及其配比。碳脱氧工艺，是指利用碳和氧反应生成CO（气态），从而降低钢水中氧元素，真空可以促进该反应的进行。真空条件下，该工艺也称为真空碳脱氧工艺。

该钢铁为转子钢。转子钢是指用于制作电机转子的一种钢材，转子钢的成分对转子的使用寿命具有影响。为了保证转子质量，提高转子寿命，对转子钢提出了一些要求：低磷、低硫、低硅（Si≤0.10%）、低锰、低铝（Al≤0.010%）和低氢等纯净度要求。该配制方法可以冶炼出符合要求的低压转子钢。

该精炼过程在含有MgO的熔炉中进行。MgO作为一种耐火材料，且具有一定抗腐蚀作用。

该渣样的熔点，反应了该渣系的流动性、熔化渣时间、钢水-渣系反应的动力学条件。该渣系的熔点降低，能够提升该渣系的流动性，缩短化渣时间，优化钢水-渣系反应的动力学条件，进而能够提升精炼渣的冶金效果。

总氧含量T[O]为经过该精炼过程后钢锭中的总含氧量，反应了该渣系配制方法的脱氧能力。总氧含量T[O]的值越低，说明该渣系的脱氧能力越好。

钢锭的夹杂物成分和数量密度，反应了该渣系配制方法的夹杂物吸附效果。夹杂物数量密度的值越低，说明该渣系的夹杂物吸附效果越好。

吨钢耗电量，直接反映了冶炼的能效。

据此，设计下述试验。一炉低压转子钢冶炼，处于精炼过程的碳脱氧工艺，钢水量为120t，对本发明提供的渣系配制方法进行工业试验，进行跟踪取样并进行精炼渣成分终渣完全融化温度、全氧含量T[O]、夹杂物成分和数量密度等分析，并与前期取样的炉次进行对比来验证渣系对脱氧及夹杂物吸附的效果。研究发现试验结果如下。

第一实施例，在钢水中加入：石灰（CaO含量为95%）2400kg（即，料钢比w 20/1000），萤石（CaF₂含量为87%、SiO₂含量为10%）1000kg（即，料钢比w8.33/1000），铝粒90kg（即，料钢比w0.75/1000）。石灰与萤石的比例为2.4:1。该渣系中CaF₂设计含量为22%。

冶炼取样的终渣完全熔化温度为1789.5℃。锻件取样，全氧测定值为14ppm，夹杂物数量密度为3.04个/mm²。精炼炉吨钢电耗195kw•h。

第二实施例，在钢水中加入：石灰（CaO含量为95%）2000kg（即，料钢比w 16.67/1000），萤石（CaF₂含量为87%、SiO₂含量为10%）1100kg（即，料钢比w9.17/1000），铝粒60kg（即，料钢比w0.5/1000）。石灰与萤石的比例为1.8:1。该渣系中CaF₂设计含量为25%。

冶炼取样的终渣完全熔化温度为1762.02℃。锻件取样，全氧测定值为11ppm，夹杂物数量密度为2.65个/mm²。精炼炉吨钢电耗183.7kw•h。

第三实施例，在钢水中加入：石灰（CaO含量为95%）2200kg（即，料钢比w 18.33 /1000），萤石（CaF₂含量为87%、SiO₂含量为10%）1100kg（即，料钢比w9.17/1000），铝粒75kg（即，料钢比w0.63/1000）。石灰与萤石的比例为2:1。该渣系中CaF₂设计含量为23.5%。

冶炼取样的终渣完全熔化温度为1751℃。锻件取样，全氧测定值为9ppm，夹杂物数量密度为2.48个/mm²。精炼炉吨钢电耗162.8kw•h。

针对上述三个实施例，对终渣进行成分测量、并测量精炼后的钢液中的Al、Si成分，见表1。

表1

上述实施例与现有技术相比，从几个技术参数角度考量技术效果参见表2。

表2

经测量，与现有技术相比，上述三个实施例的夹杂物的成份中SiO₂含量有所增加，但是，夹杂物数量密度下降。

本发明的提供的低压转子钢采用真空碳脱氧工艺，通过计算精炼渣料各组份对炉渣熔点的影响关系。用热力学软件FactSage中的Equilib进行了低压转子钢-钢渣平衡模拟，模拟得出在保证钢水中不增Si、Al时（钢中Si≤0.05%、Al≤0.005%），渣系中SiO₂和Al₂O₃的极限含量分别为10%和6%。通过计算及实验，得出：每吨钢水配入石灰（CaO含量为大于或等于95%）16~20kg、萤石（CaF2含量为大于或等于85%）8~10kg、铝粒0.5~0.8kg，形成CaO-CaF₂-SiO₂-Al₂O₃的四元渣系，在精炼炉（含MgO）形成的终渣的各组分质量百分比为w（Al₂O₃）为5%~6%，w（CaF₂）为22%~25%,w（MgO）为3~4%,w（SiO₂）8%~10%，w（CaO）50%~55%。据此配制方法的钢渣，进行钢水的真空碳脱氧工艺，能够得到满足钢中Si≤0.05%、Al≤0.005%的条件下，终渣的熔点降低，提升终渣的流动性能，优化对钢水的脱氧效果，增加夹杂物的吸附能力，降低冶炼能耗。

本发明提供了一种钢铁精炼渣系配制方法，包含：石灰、萤石和铝粒，形成氧化钙-氟化钙-二氧化硅-三氧化二铝的渣系。该精炼渣系配制方法可用于低压转子钢的真空碳脱氧工艺。结合表1和表2可以得出，据此，本发明达到的有益效果为，在钢铁精炼工艺中，根据本配制方法将相关矿石加入到的钢水中，能够在确保钢水成分满足含硅、铝、氧量尽量低或低于某一值等技术要求的情况下（Si≤0.05%、Al≤0.005%、T[O] ≤14ppm），降低渣系的熔点（渣系完全熔化温度为1750℃~1800℃），提高炉渣的流动性，进一步的优化钢水脱氧效果及夹杂物的吸附（T[O]为9~14ppm，夹杂物数量密度为2.48~3.04个/ mm²），降低冶炼能耗（精炼炉平均吨钢电耗为180 KW•h）。

上述具体实施例和附图说明仅为例示性说明本发明的技术方案及其技术效果，而非用于限制本发明。任何熟于此项技术的本领域技术人员均可在不违背本发明的技术原理及精神的情况下，在权利要求保护的范围内对上述实施例进行修改或变化，均属于本发明的权利保护范围。

Claims

1.一种钢铁精炼渣系配制方法，其特征在于，包含：

一渣料，该渣料包含石灰、萤石和铝粒；

形成氧化钙-氟化钙-二氧化硅-三氧化二铝的渣系，

按重量份计，每1000份钢水中添加：16~20份石灰，8~10份萤石，0.5~0.8份铝粒；

该渣系配制方法用于钢铁精炼过程中碳脱氧工艺中；

该钢铁为转子钢；该精炼过程在含有氧化镁的熔炉中进行；

按重量百分比计，该渣系中氧化钙含量为50%~55%，氟化钙含量为22%~25%,二氧化硅含量为8%~10%，三氧化二铝含量为5%~6%；

该渣系中还含有氧化镁，按重量百分比计，氧化镁含量为3~4%。

2.如权利要求1所述的钢铁精炼渣系配制方法，其特征在于，按重量百分比计，石灰中氧化钙含量大于或等于95%。

3.如权利要求1所述的钢铁精炼渣系配制方法，其特征在于，按重量百分比计，萤石中氟化钙含量大于或等于85%，二氧化硅含量为9~11%。