CN110951939B

CN110951939B - 硅质发热剂

Info

Publication number: CN110951939B
Application number: CN201911167035.3A
Authority: CN
Inventors: 凌幸福; 廖忠平; 操瑞宏; 苏醒
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2039-11-25
Also published as: CN110951939A

Abstract

本发明提供一种硅质发热剂，它由以下原材料按重量百分比构成：单晶硅切割微粉，16％～8％；提铜尾料硅微粉，46％～36％；冶炼金属硅尾料硅渣块，29％～23％；碳化硅切割粉，3％～15％；增碳剂尾料，7％～11％；粘接剂，2％～4％；上述组分经混合均匀后压制成球型。它的效果在于：1、热值高；2、生产成本低；3、产品收得率高；4、产品中的水分、杂质、有害物质低。

Description

硅质发热剂

技术领域：本发明涉及一种钢铁冶炼中用的添加剂，特别是一种新型高效硅质发热剂。

背景技术：随着我国炼钢业的发展以及国际铁矿石资源的日益紧张，废钢在炼钢过程中的使用量不断增加，但在转炉及电炉冶炼时，由于废钢比增加，必将会导致冶炼前期炉内热量不足的现象，出现成渣慢，初渣流动性较差的情况，给生产带来不便。转炉炼钢是一个复杂的物理、化学反应过程,要求合适的铁水比来满足炉内造渣、熔池温度升高所需要的热量，由于现行国内不少冶炼企业大量采用废钢，铁水生产不足，炼钢厂一直采用降低铁水比增加产能的模式,由此带来了炉内热量欠缺的问题,为了解决炼钢产能大于炼铁产能的问题，必须增加炉内热量来源，基于此，钢厂一般会根据冶炼需求，在冶炼初期，考虑向炉中加入升温发热的物质-发热剂，这类发热物质给钢铁企业带来了巨大的帮助。

现有发热剂主要有焦丁、硅碳合成球、合金硅球、国标硅铁、合金等。焦丁是焦炭生产应用过程中附属产品，其主要成分为C，在O₂充足(吹氧)的情况下C、O₂反应生成CO₂并产生一定的热量；硅碳合成球是炼硅行业炉底料或C质和Si质材料加工过程的尾料压制而成的球体，其主要成分为C和Si，与钢水中的氧作用发生化学反应，生成SiO₂和CO₂同时也产生一定的热量；合金硅球是早期光伏材料切割加工产生的尾料压制而成的球体，其主要成分为SiC和Si，与钢水中的氧作用发生化学反应，生成SiO₂和CO₂同时也产生一定的热量；国标硅铁(72#、75#)由电炉冶炼而成，实用为破碎自然块，早期有的钢厂用来作发热剂，主要成分为Si、Fe，硅铁与钢水中的氧作用发生化学反应生成SiO₂同时也产生一定的热量；合金也是由电炉冶炼而成，实用也为破碎自然块，早期有的钢厂兼作发热剂，主要发热元素为Si、Al、Ba、Ca或其中两种及以上元素组合，主要与钢水中的氧作用发生化学反应，生成SiO₂、Al₂O₃、BaO、CaO同时也产生一定的热量。

焦丁(C≧85％)作为发热剂产品虽然能产生一定的热量且不改变渣的碱度，但由于C的热值低、产品的S较高、产品粉料含量较大，使用期间要吹入大量的O₂，升温速度慢，在成本、质量、操作等方面不是很理想；硅碳合成球(C≧ 15％，Si：30％-40％)中C、Si的百分比含量有限，虽然能产生一定的热量，但由于产品总的热值低、粉料含量较大、尾料加工的球体密度小(小于1.6g/cm³)、粘接剂熔点高，导致产品使用量大，使用期间O₂的消耗量较大，升温速度慢，收得率低，在成本、质量、操作等方面也不是很理想；合金硅球(SiC：28％-45％， Si：30-40)发热剂中SiC含量较高，且是绿碳化硅，熔点高，在转炉使用反应速度慢，难熔化，使用量大，升温速度慢，在成本、质量、操作等方面也不是很理想；国标硅铁中Si是发热元素，在熔化过程中Fe要吸收大量的热能，所以其发热效果不是很理想，而且应用成本很高，在成本、质量、操作等方面也不是很理想；合金中有两种或两种以上易氧化元素，主要用作脱氧剂、孕育剂，以前也有的钢厂作发热剂使用，但由于应用成本高现在很少有钢厂作发热剂使用。另外，硅碳合成球产品着火点低，易燃，烘干过程及运输库存易自燃，产品必须低温烘干，烘干速度慢。总的来说，现有发热剂存在着1、热值不高；2、生产及使用成本高；3、收得率低；4、水分、杂质、有害物质等占比较高；5、对环境有不利的影响；6、产品生产耗能较大，主要是大多产品由粉料合成球型块，球型块含水分较多，需要烘干才能使用，所以耗能较大。

发明内容：本发明的目的在于，针对现有钢铁冶炼中用的添加剂所存在的上述不足，而提出一种新型高效硅质发热剂，它具有热值高、生产成本低、收得率高、水分、杂质、有害物质等含量低、有益于环保等优点。

通过下述技术方案可实现本发明的目的，一种新型高效硅质发热剂，其特征在于，它由以下原材料按重量百分比构成：单晶硅切割微粉，16％～8％；提铜尾料硅微粉，46％～36％；冶炼金属硅尾料硅渣块，29％～23％，；碳化硅切割粉， 3％～15％；增碳剂尾料，7％～11％；粘接剂，2％～4％；上述组分经混合均匀后压制成球型。

上述球型的直径为35～42㎜。

一种新型高效硅质发热剂的干燥方法(本方法是通过产品自燃的方式来达到产品干燥的目的)，其特征在于，它由以下步骤构成：湿球的堆放—湿球的引燃—湿球自燃合格后的迅速退出：

1、湿球的堆放：湿球在开放场地堆成长条梯形台状，高30cm～100cm，上宽15～50cm底宽50cm～120cm。

若堆放尺寸小于该尺寸，则内部升温及相互间传热的速度慢，劳动效率及生产量低，产品中的Si、C等主要元素含量稍有降低；若堆放尺寸大于该尺寸，则内部升温及相互间传热的速度过快，到了控温点来不及迅速摊开，出现部分过烧的情况，导致Si、C等主要元素含量大幅降低，产品不合格。

2、湿球的引燃：用易燃材料点燃长条梯形台前端的湿球，通过热传导和热辐射引燃后面的湿球。

3、湿球自燃合格后的退出：当温度达到700℃～800℃或目测发热球变成暗红色且有燃烧火焰，经过1分钟左右的时间或目测发热球由暗红转成赤红，后面的球已被引燃，立即将前面的球扒出摊平，依次操作，球的温度快速下降，其火焰自然熄灭，颜色越来越暗，6-7小时后温度接近环境温度即为成品。

在该流程，要注意防止过烧和欠烧，一旦过烧，发热剂中Si、C等主要发热元素含量将减少，影响产品使用效果；一旦欠烧，水分、杂质、有害物控制不能达标，同样影响产品使用效果。

本发明的效果在于：1、热值高，因为本产品中的Si含量在50％-60％之间，而Si燃烧热高，且C≧6％，所以，本产品相对现有产品具有更高的热值；2、生产成本低，其一，本产品所用原料除粘接剂为市场所购正品外，其余原料都是其余生产过程中产生的尾料或废料，价格便宜，其二，本产品在干燥流程中采用了自燃干燥的方式，比现有产品是通过外部加热的方式进行干燥的节省了大量的能量，且干燥的产量大，所以这几项加起来，即可为本产品的生产降低大量成本；3、产品收得率高，这在于本产品的视密度较大(≧1.8g/cm³)，超过焦丁(≦1.08g/cm³)、硅碳合成球(＜1.6g/cm³)和合金硅球(＜1.6g/cm³)的视密度，烧损更少，而且本产品压球过程成球率高，干燥过程出粉率也低，成品含粉量低(＜3％)，基于这些因素，钢厂使用本产品收得率就高；4、产品中的水分、杂质、有害物质低，这在于，本产品的干燥方法独特，在自燃干燥过程中，它比现有技术能更好的去除产品中的水分、杂质、有害物质，所以其水分、杂质、有害物质含量低。

下面结合实施例对本发明进一步阐述：

具体实施方式：

说明：下述实施例中本产品所用原料是：单晶硅切割微粉，含Si：84.33％；提铜尾料硅微粉，含Si：72.2％；冶炼金属硅尾料硅渣块，含Si：51.07％；碳化硅切割粉，含Si：35.43％，SiC：38.56％)；增碳剂尾料，含C：86.00％；粘接剂为淀粉和纤维素的混合物，重量占比为7：3。

实施例1、某钢厂100吨转炉螺纹钢(HRB335、HRB400)冶炼，转炉采用高位料仓加料，用料：本产品350㎏；造渣料(石灰、萤石)、还原剂(碳化硅、复合脱氧剂)、合金的使用及其他操作与原工艺相同；原发热剂(焦丁)取消。

本产品原材料的组成是：单晶硅切割微粉，52.5kg，占比总重量15％；提铜尾料硅微粉，154kg，占比总重量44％；冶炼金属硅尾料硅渣块，94.5kg，占比总重量27％；碳化硅切割粉，10.5kg占比总重量3％；增碳剂尾料，28kg占比总重量8％；粘接剂，10.5kg占比总重量3％。本产品由粉状原料经混合挤压为球状颗粒，直径为38㎜，经自燃法进行干燥，其流程是：湿球摊放开放场地，堆成长条下宽50cm、高30cm、上宽15cm的梯形台，用易燃材料点燃长条梯形台前端的湿球，通过热传导和热辐射引燃后面的湿球；当前面的球温度达到750℃发热球变成暗红色且有燃烧火焰，经过1分钟并目测发热球由暗红转成赤红，后面的球已被引燃，立即将前面的球体扒出摊平，依次操作，球的温度快速下降，其火焰自然熄灭，颜色越来越暗，7小时后温度接近环境温度，即为成品。

本次试验的目的是测试本产品与原发热剂(焦丁)的发热能力(提高废钢比的数据)、降低冶炼成本、提高钢水质量的对比。试验数据对比情况如表中所示：

经观察得，产品与钢水化学反应剧烈，成渣速度快；热效果好，快速升温，实际操作中提高废钢比2％以上；钢水流动性好，未出现流动性差的情况；钢水中的S更低，钢水的质量进一步提升。与使用焦丁相比，转炉冶炼较大程度地降低了冶炼成本。由于取消焦丁、减少吹氧、操作更简洁，根据对26吨发热剂的试用情况，经过该厂技术人员对本批次产品经济性核算，吨钢节约冶炼成本 2.6元左右，发热剂的使用将大大提高经济效益。

实施例2、某钢厂60吨转炉Q235冶炼，转炉采用高位料仓加料，用料：本产品用量100㎏；造渣料(石灰、萤石)、还原剂(碳化硅、脱氧剂、铝材)、合金的使用及操作与原工艺相同。

本产品原材料的组成是：单晶硅切割微粉，12kg，占比总重量12％，；提铜尾料硅微粉，41kg，占比总重量41％；冶炼金属硅尾料硅渣块，25kg，占比总重量25％；碳化硅切割粉，10kg占比总重量10％；增碳剂尾料，9kg占比总重量9％；粘接剂，3kg占比总重量3％。本产品由粉状原料经混合挤压为球状颗粒，直径为41㎜，经自燃法进行干燥，其流程是：湿球摊放开放场地，堆成长条下宽80cm、高60cm、上宽35cm的梯形台，用易燃材料点燃长条梯形台前端的湿球，通过热传导和热辐射引燃后面的湿球；当前面的球温度达到755℃变成暗红色且有燃烧火焰，经过1分钟并目测发热球由暗红转成赤红，后面的球已被引燃，立即将前面的球体扒出摊平，依次操作，球的温度快速下降，其火焰自然熄灭，颜色越来越暗，6小时后温度接近环境温度，即为成品。

本次试验目的是替代部分硅铁，减少硅铁消耗，降低生产成本。具体的技术方案是：第一、在普碳钢(Q235)上试验，本产品在硅铁、硅锰合金前加入；第二、前五炉按照替代一半硅铁，即100kg/炉本产品可以替代50kg/炉硅铁的比例加入本产品，根据氩前硅的情况，之后根据增硅情况计算硅收得；第三、钢水过氧化(终点碳小于或等于0.06％)，以及出钢口后期，出钢前期适当加入铝或铝铁脱氧；第四、吹氩站进站定氧；第五、对相关过程数据进行收集。

以下为试验数据对比情况：

1、产品检验结果：

表1硅质发热剂检验结果(％)

指标项目	标准值	检测值
			Si	≧50.00	55.32
SiC	≦8.00	4.12
			H2O	≦1.0	0.62
S	≦0.10	0.041
			P	≦0.10	0.019
C	≧6.00	7.35
			粒度(10—40mm)	≧90.0	94.50

2、试验条件：

表2工况条件

转炉	吹氩站	出钢量(t)
			4×60t	4座在线	70

3、硅质发热剂试验数据：

表3本产品试验数据

4、硅钙锰正常脱氧数据：

表4硅钙锰正常脱氧数据

效果：

2017年9月18日-19日，长材事业部南区对本产品进行了试用。

1、从表3可知，试验5炉替代一半硅铁，过程正常加入硅钙锰脱氧剂，氩前硅平均0.17％，平均氧位66.6ppm,试验效果较好。最后试验4炉替代一半硅铁，出钢过程不加硅钙锰脱氧剂，氩前硅平均0.18％，平均氧位73.9ppm，增硅达到试验效果，氩前氧有偏高。

2、上述试验数据显示，使用硅钙锰正常脱氧，合金正常加入数据6炉，氩前硅平均0.19％，氩前平均氧位60.9ppm；使用新型高效硅质发热剂替代部分硅铁试验数据，氩前氧位高，主要原因是试验本产品炉次出钢温度高，平均1659℃，氩前温度也高，平均1609℃，较加硅钙锰炉次出钢温度和氩前温度高13℃和 11℃。

3、本产品替代硅铁的效益：

根据表3试验结果，100kg的本产品可替代33kg的硅铁和74kg的硅钙锰，则：(33kg×6603元/吨+74kg×1824元/吨-100kg×2222元/吨)/66吨≈2元/ 吨。按照价值折算：74kg硅钙锰相当于20.44kg的硅铁。即100kg本产品可替代33+20.44＝53.44kg的硅铁。

总之，通过在普碳钢上试用本产品，能够替代部分硅铁和硅钙锰合金，吨钢降低成本约2元。

实施例3、某炼钢厂100吨精炼炉品种钢(A/XHP22、B/Q245R、A/ZBP22-1) 冶炼，精炼炉采用高位料仓加料，用料：本产品用量200㎏；石灰、萤石等造渣料先期加入量与原工艺相同，后视渣况补加；还原剂加入制度：复合精炼剂、复合脱氧剂、铝材加入量与原工艺相同；合金加入量及其他操作与原工艺相同。

本产品原材料的组成是：单晶硅切割微粉，18kg，占比总重量9％，；提铜尾料硅微粉，76kg，占比总重量38％；冶炼金属硅尾料硅渣块，50kg，占比总重量 25％；碳化硅切割粉，30kg占比总重量15％；增碳剂尾料，20kg占比总重量10％；粘接剂，6kg占比总重量3％。本产品由粉状原料经混合挤压为球状颗粒，直径为35㎜，经自燃法进行干燥，其流程是：湿球摊放开放场地，堆成长条下宽 120cm、高100cm、上宽50cm的梯形台，用易燃材料点燃长条梯形台前端的湿球，通过热传导和热辐射引燃后面的湿球；当前面的球温度达到755℃发热球变成暗红色且有燃烧火焰，经过1分钟并目测发热球由暗红转成赤红，后面的球已被引燃，立即将前面的球体扒出摊平，依次操作，球的温度快速下降，其火焰自然熄灭，颜色越来越暗，6小时后温度接近环境温度，即为成品。

本次试验主要考察本产品替代硅铁增硅、降成本两项内容。

以下为试验数据对比情况：

1、试用数量：30吨。

2、化学指标：(％)

化学指标：(％) (钢厂自检)

日期	C	P	S	Si	SiC
						4月21号	8.31	0.015	0.026	50.68	5.23

3、C、Si增加情况：

效果：

为降低冶炼成本，该集团第一炼钢厂于2017年05月18日在1#LF炉试用了硅质发热剂，主要考核产品替代硅铁增硅对降成本的作用。

1、本次试用在LF炉合金微调时加入，加入量200-300㎏，通电2分钟保证化开。

注：增碳未考虑电极情况。

2、降低成本情况：

品种	100㎏增硅	单价(元/吨)	吨钢0.01％合金价格/元
				硅铁	0.060％	4250	0.62
发热剂	0.028％	1700	0.53
				差值			0.09

硅质发热剂理化检验指标合格，产品能满足炼钢的质量要求，同时吨钢增加0.01％的Si，成本相较硅铁降低0.09元，发热剂产品在保证质量的前提下，能满足第一炼钢厂钢种冶炼的要求。

Claims

1.一种硅质发热剂，其特征在于，它由以下原材料按重量百分比构成：单晶硅切割微粉，16％～8％；提铜尾料硅微粉，46％～36％；冶炼金属硅尾料硅渣块，29％～23％；碳化硅切割粉，3％～15％；增碳剂尾料，7％～11％；粘接剂，2％～4％；上述组分经混合均匀后压制成球型。

2.按权利要求1所述的硅质发热剂，其特征在于，所述球型的直径为35～42㎜。