CN112522471A - 转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂及其使用方法。所述促进剂主要组成相为：CaO·Fe2O3：10％‑50％，12CaO·7Al2O3：10％‑30％，CaO·SiO2·MnOx：20％‑35％，Na2O·Al2O3：3％‑10％，其余为各单相和不可避免杂质；其中，x＝1～2。所述的促进剂以烧结法赤泥、拜耳法赤泥、石灰和碳酸锰矿为主要原料通过高温烧结生产。本发明促进剂铁水温度下即可迅速生成液相，加快石灰溶解速度，为转炉快速成渣，抑制转炉前期喷溅起到良好作用；在转炉后期加入则能迅速降低炉渣熔点，防止炉渣“返干”，避免金属喷溅发生。

Description

转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂及其使用方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂及其使用方法。
背景技术
转炉的稳态冶炼是以转炉吹炼过程中是否发生喷溅为特征的。转炉稳态冶炼过程炉渣具有良好的动力学条件，流动性良好，钢渣分离界面清晰，虽然碳氧反应剧烈也不发生喷溅；而非稳态冶炼过程，则炉渣流动性差，泡沫化严重，钢渣分离不清，经常发生红渣带铁炉口溢出，不但增加了铁损，而且容易造成设备和安全事故。转炉非稳态冶炼，造成金属收得率下降，造渣材料中间损失，转炉冶炼物料平衡失准，为终点C、P和温度控制带来误判，极易造成废品。因此，采取必要的措施进行炉渣动力学条件优化，防止转炉产生过程喷溅具有十分重要的意义。
传统转炉造渣剂以石灰、白云石和萤石为主，其中，石灰的溶解速率对脱磷起到至关重要的作用，石灰颗粒熔点很高，将石灰充分溶解依靠不断进行的化学反应，简单描述可以概括为以下几个反应：
Figure BDA0002786514430000011
[Si]+O2(g)+CaO(s)＝CaO·SiO2(l) (2)
2[Si]+2O2(g)+3CaO(s)＝3CaO·2SiO2(l) (3)
[Si]+O2(g)+2CaO(s)＝2CaO·SiO2(s) (4)
[Si]+O2(g)+3CaO(s)＝3CaO·SiO2(s) (5)
Figure BDA0002786514430000012
吹炼开始时，熔池中的供氧源主要是O2，O2与铁水中的Si、P、Fe反应生成SiO2、P2O5、FeO，然后与CaO结合，如式(6)。由于石灰颗粒尺寸较大，石灰表面的反应生成物的溶解脱附对反应速度影响很大。吹炼早期石灰表面生成物以CaO·SiO2(熔点1550℃)和3CaO·2SiO2(熔点1480℃)低熔点物相为主，较易于石灰颗粒表面溶解脱附，对石灰的溶解没有太大影响，此时炉渣成渣碱度CaO/SiO2≤1.4；然而随着石灰进一步溶解，渣中生成高熔点相2CaO·SiO2(熔点2130℃)和3CaO·SiO2(熔点2070℃)，同时炉渣碱度升高CaO/SiO2≥1.8，熔渣粘度增加，对进一步化渣不利，此时主要依靠CaF2对硅氧链的破坏来降低熔渣粘度。然而CaF2容易挥发损失，如式(7)所示，随着炉温升高其化渣作用逐渐减弱，并且CaF2有较强的侵蚀炉衬倾向，因此，目前的转炉技术逐渐减少萤石的使用。
2CaF2(s)+(SiO2)＝2(CaO)+SiF4(g) (7)
渣中FeO含量对化渣速度和炉渣熔点影响非常明显。因此，根据以上传统造渣方式，转炉冶炼过程在碳氧反应初期和碳氧反应末期容易发生喷溅。转炉吹炼前期喷溅多是由于渣中FeO含量较低，渣料化渣速度慢，前期炉渣熔点高、表面张力大，进入碳氧反应期后，炉渣发泡喷溅。而转炉后期喷溅多是由于渣中FeO被碳氧反应大量消耗，炉渣发生“返干”(流动性变差)现象，此时炉渣渣系熔点变高，流动性差，在碳氧反应后期发生喷溅。因此，通过营造整个冶炼过程的低熔点渣系是破解喷溅难题的关键。
目前，转炉主要利用烧结矿粉、铁磷(氧化铁皮)等含铁氧化物为前期造渣辅助材料，虽然对前期化渣和提高炉渣氧化性有帮助，然而FeO在渣中非稳定相，在被碳氧反应消耗后，渣系的熔点会持续升高，一旦达到“返干”临界点，即会发生金属喷溅，极易造成粘枪粘烟道等恶性事故。并且而这些含铁物料均为冷料，大量加入会带来温度失衡，对稳定出钢温度不利。现在有人尝试用铝厂排放的赤泥来做化渣剂。
中国专利CN201410176170.5公开了一种高铁赤泥用作炼钢造渣剂脱磷剂的回收再利用方法，其专利所述为：赤泥为拜耳法生产氧化铝的固体废弃物，将风干、磨细后的赤泥与石灰以1：0.6～0.8的质量比例混合，用于炼钢过程中的造渣剂/脱磷剂，该专利技术中将风干、磨细后的赤泥与石灰以1：0.6～0.8的质量比例混合，用于炼钢过程中的造渣剂/脱磷剂，
中国专利CN201910231881.0公开了一种转炉化渣脱磷剂，是以赤泥为原料的低温烘干球。
上述专利充分利用了赤泥的高氧化性和高碱性进行脱硅脱磷，并对赤泥中的铁元素进行回收。但由于其使用的赤泥为原始排放赤泥，是未进行高温熔融的“生料”，其主要成分为Fe2O3和Al2O3的固体颗粒，其与石灰反应化渣，为固-固相反应，传质速度慢，反应动力学条件差，化渣速度仍然受到很大的局限性，仍然没有解决“快速成渣这一难题”。
上述专利均为粉状赤泥和物料成球烘干成型，受力容易开裂，而且易吸潮粉化，不能长期储存，而且吸潮后容易给转炉钢水造成增氢危害，其使用受到很大局限性。尤其是烧结法赤泥中含有大量结晶水，在成球烘烤温度下(约300℃)，结晶水无法脱离，直接使用会给钢水增氢，因此，专利CN201910231881.0利用拜耳法赤泥和烧结法赤泥烘干成球的工艺，其制作和使用方法并不正确。
并且上述专利对上述物料加入后，转炉渣系变化情况未作出原理性解释，其使用量和方法不能对转炉稳态冶炼提供技术支持。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，该促进剂在铁水温度下即可迅速生成液相，加快石灰溶解速度，为转炉快速成渣，抑制转炉前期喷溅起到良好作用；在转炉后期加入则能迅速降低炉渣熔点，防止炉渣“返干”，避免金属喷溅发生；本发明还提供其使用方法。
本发明所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂以烧结法赤泥、拜耳法赤泥、石灰和碳酸锰矿为主要原料通过高温烧结生产。所述的原料具体为：2～3份拜耳法赤泥、3～4份烧结法赤泥、1～2份石灰和1～1.5份碳酸锰矿。生产工艺为：将原料磨细混匀，湿压成球，进入回转窑1000℃烧结成块。赤泥中的Fe2O3、Al2O3、CaO、Na2O还有碳酸锰矿分解带来的MnOx(其化学式介于MnO和MnO2之间)等高熔点物相，经高温烧结析出低熔点的铁酸钙、铝酸钙、锰硅酸钙、铝酸钠等复合液相，将粉状颗粒烧结成块状。
烧结法赤泥和拜耳法赤泥的主要化学成分见表1，碳酸锰矿的主要化学成分见表2。
表1烧结法赤泥和拜耳法赤泥的主要化学成分，％
Figure BDA0002786514430000031
表2碳酸锰矿的主要化学成分，％
Figure BDA0002786514430000032
本发明所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其主要组成相为：CaO·Fe2O3：10％-50％，12CaO·7Al2O3：10％-30％，CaO·MnO2：10％-30％，Na2O·Al2O3：3％-10％，MnO·SiO2：10％-15％，其余为CaO、Fe2O3、Al2O3、MnOx、SiO2和Na2O等各单相和不可避免杂质，其中，x＝1～2。
本发明的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其综合熔点不超过1250℃，在铁水温度下即可迅速生成液相，将传统的固-固石灰溶解反应相改进为固-液相溶解反应，大大加快石灰溶解速度，为转炉快速成渣，抑制转炉前期喷溅起到良好作用。在转炉后期加入则能迅速降低炉渣熔点，防止炉渣“返干”，避免金属喷溅发生。
本发明的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂加入转炉后，将传统的转炉造渣方式的CaO-SiO2-MgO-FeO渣系调整为CaO-SiO2-MgO-FeO-MnOx-Al2O3-Na2O多元复合渣系，该渣系与传统渣系比较：由于有MnO-Al2O3-Na2O三相参与造渣，渣系整体熔点低，流动性好；Al2O3和Na2O均能在渣中稳定存在，MnOx在渣中稳定性高于FeO，因此该渣系具备了转炉冶炼全流程稳态冶炼基础，避免了因钢中FeO含量低而产生炉渣返干造成的喷溅。
本发明所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂的使用方法，根据炼钢冶炼钢种需求以及铁水[Si]、[P]条件确定该渣料的加入时机和加入量，所述渣料即该促进剂；
加入设定量：
参照入转炉铁水的[P]和[Si]含量，特别是[P]含量，作为该渣料加入量的主要依据；
A：入炉铁水[Si]≤0.40％，[P]≤0.120％时，该渣料加入量为5kg/t钢；
B：入炉铁水[Si]≤0.40％，[P]含量在0.120％-0.150％时，该渣料加入量为5-8kg/t钢；
C：入炉铁水[Si]≤0.40％，[P]含量在0.150％-0.190％时，该渣料加入量为8-12kg/t
D：以上三种情况均建立在入转炉铁水[Si]≤0.40％情况下的该渣料加入量，如果[Si]含量大于0.4％，则在原来加入量基础之上，[Si]含量每增加0.1％，该渣料的加入量相应增加1kg/t钢。
为提高该渣料的使用效率，强化化渣效果，加快转炉前期冶炼的脱硅脱磷反应，该渣料加入时，一次加入量不低于5kg/t钢，若加入量超过8kg/t钢量时，则分两次加入，第一次在吹炼前2min加入70％～80％，第二次在吹炼5～6min加入20％～30％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的促进剂含有大量的铁酸钙、铝酸钙、硅锰酸钙等低熔点相，整体熔点低，熔化后的液相为石灰溶解提供了巨大的反应界面，传质速度大大加快，显著缩短石灰溶解时间，促进转炉冶炼初期快速成渣，为转炉前期低温快速脱硅脱磷提供了良好的热力学和动力学条件，整体可以缩短冶炼时间1.5min-3min；
(2)本发明的促进剂中含有大量Fe2O3和MnOx，可以提高炉渣氧化性，而且也降低炉渣粘度，提高炉渣流动性，降低了转炉的喷溅发生几率，MnOx比FeO在渣中更加稳定，对稳定降低渣系熔点有利；
(3)本发明的促进剂中配入了一定含量的石灰，使该促进剂具有碱性属性，对脱硅和脱磷反应有利；
(4)本发明的促进剂中含有Al2O3，是良好的助熔剂，降低炉渣熔点和黏度，防止炉渣发泡。有利于在较低的温度促进炉渣熔化，快速成渣，改善脱磷的动力学条件，而且避免了萤石的使用，减少了氟污染。
(5)本发明的促进剂中含有Na2O，Na2O为强碱性氧化物，同铁水中的硅和磷氧化物结合更为紧密，不仅提高了炉渣脱磷能力，还具有防止高温炉渣回磷功能。化学反应如式(8，9)所示。
[Si]+O2(g)+Na2O(l)＝Na2O·SiO2(l) (8)
Figure BDA0002786514430000051
(6)该促进剂为高温烧结型块状物，含水量极低，而且其表面被熔融相覆盖，处于“钝化”状态，大大降低其吸水性，可以长期储存运输。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
作为优选方案如下：
本发明所提供的转炉炉渣动力促进剂是在转炉冶炼过程的中加入，利用该促进剂低熔点、高碱度、高氧化性等特点，可以与同期加入的石灰、白云石、烧结矿等同时添加，应在转炉碳氧反应期间加完，在吹氧结束前4min，不建议继续添加。
实施例1
100t转炉，铁水量为93t，废钢料10t，铁水温度1350℃，铁水P含量0.138％，Si含量为0.55％，添加石灰1.8t，白云石900kg，烧结矿4t。所使用的转炉炉渣动力促进剂成分如表3所示。
表3转炉炉渣动力促进剂成分，％
Figure BDA0002786514430000052
经XRD测试，而且经半定量分析，渣剂中含有：CaO·Fe2O3：22％，12CaO·7Al2O3：11％，CaO·SiO2·MnO2：27％，Na2O·Al2O3：4％，其它为各单相和杂质；其成品为直径3cm左右蜂窝状椭球。
根据炼钢冶炼钢种需求以及铁水[Si]、[P]条件确定该渣料(促进剂)的加入时机和加入量。
(1)加入量。由于该钢厂铁水的条件为：入转炉铁水[Si]＝0.55％，[P]含量在0.138％，因此，确定该渣料加入量为：7.5kg/t钢。
(2)加入时间。转炉冶炼采用单渣法操作，吹炼开始前2min开始加入，吹炼开始后3min以内加完。
应用效果：炉渣流动性明显改善，转炉出钢钢水中磷含量为0.012％，脱磷率达到92％，比未添加炉渣动力促进剂的炉次脱磷率提高了16.2％。使用该渣料后，转炉整个冶炼过程无喷溅，冶炼终点渣中全铁平均含量由18％降低至15％，每炉石灰用量减少4kg/t钢，终点渣碱度降低0.2，说明冶炼早期脱磷效果显著，减少了后期过氧化补吹造成的铁损和碱度过高的问题，降低原料成本8元/吨钢。
实施例2
120t转炉，铁水量为119t，废钢料13t，铁水温度1380℃，铁水P含量0.162％，Si含量为0.36％，添加石灰2.6t，白云石1t，烧结矿3.8t。所使用转炉炉渣动力促进剂产品与实施例1为同一批次产品，成分和组成相基本相同。
根据炼钢冶炼钢种需求以及铁水[Si]、[P]条件确定是该渣料的加入时机和加入量。
(1)加入量。由于该钢厂铁水的条件为：入转炉铁水[Si]＝0.36％，[P]含量在0.162％，因此确定该渣料加入量为：8.5kg/t钢。
(2)加入时间。转炉冶炼采用单渣法操作，分两批加入，吹炼开始前和石灰共同加入6.5kg/t钢，吹炼6min时加入2kg/t钢。
应用效果：炉渣流动性明显改善，转炉出钢钢水中磷含量为0.018％，脱磷率达到89％，比未添加炉渣动力促进剂的炉次脱磷率提高了12.7％。使用该渣料后，转炉冶炼终点渣中全铁平均含量由18％降低至13％，每炉石灰用量减少3kg/t钢，终点渣碱度降低0.2。转炉冶炼过程无喷溅，金属收得率提高1.5％，降低生产成本5元/吨钢。

Claims (9)

1.一种转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：其主要组成相为：：CaO·Fe2O3：10％-50％，12CaO·7Al2O3：10％-30％，CaO·SiO2·MnOx：20％-35％，Na2O·Al2O3：3％-10％，其余为各单相和不可避免杂质；x＝1～2。
2.根据权利要求1所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：所述的促进剂以烧结法赤泥、拜耳法赤泥、石灰和碳酸锰矿为主要原料通过高温烧结生产。
3.根据权利要求2所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：所述的原料具体为：2～3份拜耳法赤泥、3～4份烧结法赤泥、1～2份石灰和1～1.5份碳酸锰矿。
4.根据权利要求2所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：所述的促进剂的生产工艺为：将原料磨细混匀，湿压成球，进入回转窑1000℃烧结成块。
5.根据权利要求2所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：所述的烧结法赤泥的主要化学成分为：Fe2O310.97％，Al2O37.68％，SiO222.67％，CaO40.78％，Na2O2.93％，TiO23.26％，K2O0.38％，MgO1.77％，灼减11.77％。
6.根据权利要求2所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：所述的拜耳法赤泥的主要化学成分为：Fe2O332.20％，Al2O319.10％，SiO29.18％，CaO14.02％，Na2O4.38％，TiO29.39％，K2O0.039％，MgO1.36％，灼减6.35％。
7.根据权利要求2所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂，其特征在于：所述的碳酸锰矿的主要化学成分为：MnCO348.6％，MnO25.3％，Fe2O37.4％，SiO220.5％，CaO6.8％，MgO5.5％，灼减5.3％。
8.一种权利要求1-7任一所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂的使用方法，其特征在于：根据炼钢冶炼钢种需求以及铁水[Si]、[P]条件确定该渣料的加入时机和加入量，所述渣料即该促进剂；
加入设定量：
参照入转炉铁水的[P]和[Si]含量，特别是[P]含量，作为该渣料加入量的主要依据；
A：入炉铁水[Si]≤0.40％，[P]≤0.120％时，该渣料加入量为5kg/t钢；
B：入炉铁水[Si]≤0.40％，[P]含量在0.120％-0.150％时，该渣料加入量为5-8kg/t钢；
C：入炉铁水[Si]≤0.40％，[P]含量在0.150％-0.190％时，该渣料加入量为8-12kg/t
D：以上三种情况均建立在入转炉铁水[Si]≤0.40％情况下的该渣料加入量，如果[Si]含量大于0.4％，则在原来加入量基础之上，[Si]含量每增加0.1％，该渣料的加入量相应增加1kg/t钢。
9.根据权利要求8所述的转炉稳态冶炼用复合烧结型炉渣动力促进剂的使用方法，其特征在于：渣料一次加入量不低于5kg/t钢，若加入量超过8kg/t钢量时，则分两次加入，第一次在吹炼前2min加入70％～80％，第二次在吹炼5～6min加入20％～30％。
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