CN113862426A - 一种硅铝质顶渣改质剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种硅铝质顶渣改质剂及其制备方法和应用，属于钢材制备技术领域，改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％‑36％、CaF2：5％‑10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％‑30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％‑20％、Al：5％‑10％，其余为不可避免的杂质；有效的解决了钢包顶渣改质过程严重冒烟问题，极大的改善了环保和工人的健康情况。
Description
技术领域
本发明属于钢材制备技术领域，特别涉及一种硅铝质顶渣改质剂及其制备方法和应用。
背景技术
在炼钢生产过程中，对钢包渣改质是提高钢水纯净度和钢水质量的重要工艺手段，但现用的高铝渣改质剂在加入过程中均存在冒烟严重问题，对环保和工人的健康造成不利影响。
发明内容
本申请的目的在于提供一种硅铝质顶渣改质剂及其制备方法和应用，以解决目前钢包顶渣改质过程严重冒烟问题。
本发明实施例提供了一种硅铝质顶渣改质剂，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
可选的，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
Si：33％-35％、CaF2：7％-9％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：23％-28％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：17％-19％、Al：7％-9％，其余为不可避免的杂质。
可选的，以质量计，所述改质剂中粒度为10mm-30mm的占比≥90％。基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种硅铝质顶渣改质剂的制备方法，所述方法包括：
将粉状原料进行混合，后进行压制，获得改质剂；所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种硅铝质顶渣改质剂的应用，所述应用包括：将所述改质剂应用于钢铁冶炼出钢时的改质，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
可选的，所述改质剂的加入时机为出钢量100％时。
可选的，所述改质剂的加入量为0.8Kg/t-2.5Kg/t。
可选的，所述钢铁冶炼出钢时的改质，具体包括：
将铁水进行转炉冶炼，后进行出钢，获得钢水；其中，在出钢过程中，进行钢包底吹，出钢完成后，加入所述改质剂，后关闭所述钢包底吹。
可选的，所述钢包底吹的开始时机为出钢量为85％-95％时。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的硅铝质顶渣改质剂，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质；采用以上成分设计，解决钢包顶渣改质过程严重冒烟的机理在于：降低铝制品的加入；铝含量高时，加入钢水顶渣急剧反应容易产生大量烟尘；同时一般生产顶渣改质用的铝制品常常加入AD粉，AD粉的Al含量有较大一部分是以AlN形式存在的，AlN遇水反应生成Al(OH)3和氨气NH3·3H2O，使用AD粉作为原料的铝渣球很难控制H2O含量，多数在1％以上，有的甚至高达3％。AlN遇热也容易分解形成氮气和氮氧化物，这是大量冒烟的原因。另外本物料加入的Al为纯铝线切成的小颗粒和部分细铝丝，便于成球。。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种硅铝质顶渣改质剂，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。。
Si的作用是脱除钢包顶渣的氧，降低顶渣氧化性进而减少后工序处理过程带来钢水二次氧化，控制Si的质量分数为32％-36％，该质量分数取值过大的不利影响是密度大，加入此类物料容易冲破渣面进入钢水，而脱除钢水氧，顶渣改质效果差，同时硅含量过大此物料成球困难，过小的不利影响是需加入渣改质剂料量过大，造成钢包顶渣显著增加，进而应用后续钢包翻渣以及钢水温降；
CaF2的作用是加速渣改质剂加入钢包的熔化，降低渣改质剂熔点，控制CaF2的质量分数为5％-10％，该质量分数取值过大的不利影响是熔化速度过快，起不到缓脱顶渣氧的作用，同时由于CaF2熔点过低，会增加对耐材的侵蚀，过小的不利影响是熔化速度过慢，甚至不熔化；
SiO2的作用是能起到部分化渣作用，但其主要是其他物料不可避免带入的，不是有意添加，控制SiO2的质量分数≤5％的原因是影响渣改质剂的其他有效成分，该质量分数取值过大的不利影响是影响顶渣碱度，同时影响其他有效成分；
S为有害元素，必须控制，一般而言，控制S的质量分数≤0.06％，该质量分数取值过大的不利影响是容易造成钢水增硫；
Mt/H2O含义是全水，控制Mt/H2O的质量分数≤0.5％的原因是此物料要保持干燥，减少粉化，减少加入过程冒烟，该质量分数取值过大的不利影响是水遇高温钢水＞1620℃，分解，造成反应剧烈冒烟，同时可能造成钢水增氢；
TiO2针对所冶炼的钢渣Ti为有害元素，必须控制，一般而言控制TiO2的质量分数≤1％，该质量分数取值过大的不利影响是TiO2超标容易在后工序处理过程中Ti被还原进入钢水，进而引起钢水增钛。
Al2O3的作用是控制钢包顶渣Ca/Al比，利用夹杂物吸附；同时能够降低提高渣改质剂熔点，控制Al2O3的质量分数15～20％，该质量分数取值过大的不利影响是会提高渣改质剂的熔点，同时不利于控制钢包顶渣Ca/Al比，后续的钢包渣变粘，钢包翻渣困难。
Al的作用是脱除钢包顶渣的氧，降低顶渣氧化性进而减少后工序处理过程带来钢水二次氧化，控制Al的质量分数为5％-10％，该质量分数取值过大的不利影响是加入量过大成本高，且改质剂反应速度快，容易冒烟，过小的不利影响是过小则需加入渣改质剂料量过大，造成钢包顶渣显著增加，进而应用后续钢包翻渣以及钢水温降。
采用以上成分设计，解决钢包顶渣改质过程严重冒烟的机理在于：降低铝制品的加入；铝含量高时，加入钢水顶渣急剧反应容易产生大量烟尘；同时一般生产顶渣改质用的铝制品常常加入AD粉，AD粉的Al含量有较大一部分是以AlN形式存在的，AlN遇水反应生成Al(OH)3和氨气NH3·3H2O，使用AD粉作为原料的铝渣球很难控制H2O含量，多数在1％以上，有的甚至高达3％。AlN遇热也容易分解形成氮气和氮氧化物，这是大量冒烟的原因。另外本物料加入的Al为纯铝线切成的小颗粒和部分细铝丝，便于成球。。
作为一种可选的实施方式，改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：33％-35％、CaF2：7％-9％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：23％-28％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：17％-19％、Al：7％-9％，其余为不可避免的杂质
作为一种可选的实施方式，以质量计，所述改质剂中粒度为10mm-30mm的占比≥90％；换而言之，粒度＜10mm和粒度＞30mm的比例各不大于5％；要求干燥，一般而言，水分控制在0％-0.5％。
若粒度过大则熔化时间过长，同时从溜管加料冲进钢水的可能性增加，渣改质效果变差；过小则在上料、加料过程中改质剂容易粉化，造成收得率降低。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种硅铝质顶渣改质剂的制备方法，所述方法包括：
将粉状原料进行混合，后进行压制，获得改质剂；所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质；
具体而言，粉状物料经混匀设备混匀后，采用强力压球机压制成型。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种硅铝质顶渣改质剂的应用，所述应用包括：将所述改质剂应用于钢铁冶炼出钢时的改质，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
具体而言，钢铁冶炼出钢时的改质的过程包括：
S1.炼钢到冶炼终点时，具备出钢条件，进行出钢，出钢过程由钢水车秤对钢水进行称重，待到出钢量90％左右时，一般而言出钢量为85％-95％时，打开钢包底吹，进行底吹搅拌；
在出钢量为85％-95％时，钢包底吹流量单路控制150L/min-450L/min，主要原因是减少因过早开底吹而引起钢水增氮，同时降低氩气消耗降低成本；改质剂加入完毕后关闭钢包底吹，关闭底吹后，管路余气使得钢水液面依然可以翻动15-20秒左右；目的基本一致。
S2.根据炼钢终点情况以及钢包改质要求，由模型计算改质剂加入量，一般而言，改质剂的加入量为0.8Kg/t-2.5Kg/t，具体而言，加入量的计算方法为根据转炉终点氧活度、钢包粘渣情况(钢包洁净度自动判级，根据判级结果连锁调整)、其他钢包渣料加入量、钢包烘烤时间、RH精炼炉空炉时间、RH精炼炉烘烤时间等参数，一般而言，氧活度高的加入量大，钢包洁净度差的加入量大，钢包烘烤时间长、RH精炼炉空炉时间长、RH精炼炉烘烤时间长等情况加入量大，其他钢包渣料为小粒白灰(1-3Kg/t)和部分萤石(0.2-0.5Kg/t)加入量也是调整的，并备好改质剂，做好加入准备；
S3.出钢量100％时，开始加入硅铝质渣改质剂，改质剂加入完毕后关闭钢包底吹。
需要注意的是，同时由于硅铝质顶渣改质剂含有一定的硅，在配加时需要考虑增硅影响。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的硅铝质顶渣改质剂及其制备方法和应用进行详细说明。
实施例
采用一种硅铝质顶渣改质剂，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
Si：32％、CaF2：5％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％、Al：5％，其余为不可避免的杂质。
实施例1
转炉吹炼正常控制，转炉终点氧活度507ppm，钢包洁净度为A级，钢包炉后烘烤时间12min，RH精炼真空室预计空炉时间18min，RH精炼炉未进行烘烤，预计钢水镇静时间17min。此炉出钢量1/5-1/4时加入小粒白灰1.5Kg/t，加入萤石0.2Kg/t，出钢量到90％时，开启钢包底吹，单路流量控制230L/min，出钢结束时立即加入硅铝质改质剂1.2Kg/t，加入完毕后关闭钢包底吹。加入后冒烟指数为0.1。
实施例2
转炉吹炼正常控制，转炉终点氧活度915ppm，钢包洁净度为C级，钢包炉后烘烤时间7min，RH精炼真空室预计空炉时间25min，RH精炼炉进行烘烤预计11min，预计钢水镇静时间25min。此炉出钢量1/5-1/4时加入小粒白灰2.3Kg/t，加入萤石0.38Kg/t，出钢量到90％时，开启钢包底吹，单路流量控制300L/min，出钢结束时立即加入硅铝质改质剂2.2Kg/t，加入完毕后关闭钢包底吹。加入后冒烟指数为0.4。
实施例3
转炉吹炼正常控制，转炉终点氧活度735ppm，钢包洁净度为B级，钢包炉后烘烤时间25min，RH精炼真空室预计空炉时间20min，RH精炼炉进行烘烤预计8min，预计钢水镇静时间18min。此炉出钢量1/5-1/4时加入小粒白灰2.7Kg/t，加入萤石0.4Kg/t，出钢量到90％时，开启钢包底吹，单路流量控制350L/min，出钢结束时立即加入硅铝质改质剂2.1Kg/t，加入完毕后关闭钢包底吹。加入后冒烟指数为0.3。
对比例
采用现有的改质剂，具体为高铝质改质剂，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
CaF2：3-5％、SiO2：≤5％、CaO＞30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：＜7％、Al：47-53％，其余为不可避免的杂质。
对比例1
转炉吹炼正常控制，转炉终点氧活度488ppm，钢包洁净度为A级，钢包炉后烘烤时间9min，RH精炼真空室预计空炉时间15min，RH精炼炉进行烘烤5min，预计钢水镇静时间13min。此炉出钢量1/5-1/4时加入小粒白灰2.5Kg/t，加入萤石0.35Kg/t，出钢量到90％时，开启钢包底吹，单路流量控制260L/min，出钢结束时立即加入高铝质改质剂1.35Kg/t，加入完毕后关闭钢包底吹。加入后冒烟指数为0.4。
对比例2
转炉吹炼正常控制，转炉终点氧活度888ppm，钢包洁净度为C级，钢包炉后烘烤时间11min，RH精炼真空室预计空炉时间22min，RH精炼炉进行烘烤9min，预计钢水镇静时间10min。此炉出钢量1/5-1/4时加入小粒白灰2.8Kg/t，加入萤石0.35Kg/t，出钢量到90％时，开启钢包底吹，单路流量控制280L/min，出钢结束时立即加入高铝质改质剂2.37Kg/t，加入完毕后关闭钢包底吹。加入后冒烟指数为0.8。
对比例3
转炉吹炼正常控制，转炉终点氧活度712ppm，钢包洁净度为B级，钢包炉后烘烤时间21min，RH精炼真空室预计空炉时间19min，RH精炼炉进行烘烤11min，预计钢水镇静时间16min。此炉出钢量1/5-1/4时加入小粒白灰2.6Kg/t，加入萤石0.36Kg/t，出钢量到90％时，开启钢包底吹，单路流量控制330L/min，出钢结束时立即加入高铝质改质剂2.2Kg/t，加入完毕后关闭钢包底吹。加入后冒烟指数为0.8。
实施例1-3和对比例1-3的结果如下表所示：
| 冒烟指数 | |
| 实施例1 | 0.1 |
| 实施例2 | 0.4 |
| 实施例3 | 0.3 |
| 对比例1 | 0.4 |
| 对比例2 | 0.8 |
| 对比例3 | 0.8 |
需要说明的是，冒烟指数的定义如下：出钢加入渣改质剂冒浓烟，持续时间＞2min，指数为1；出钢加入渣改质剂冒浓烟，持续时间1.5-2min，指数为0.8；出钢加入渣改质剂冒浓烟，持续时间1-1.5min，指数为0.6；出钢加入渣改质剂冒浓烟，持续时间0.5-1min，指数为0.4；出钢加入渣改质剂冒浓烟，持续时间0.2-0.5min，指数为0.2；出钢加入渣改质剂冒浓烟，持续时间0-0.2min，指数为0；出钢加入渣改质剂冒薄烟，持续时间＞2min，指数为0.5；出钢加入渣改质剂冒薄烟，持续时间1.5-2min，指数为0.4；出钢加入渣改质剂冒薄烟，持续时间1-1.5min，指数为0.3；出钢加入渣改质剂冒薄烟，持续时间0.5-1min，指数为0.2；出钢加入渣改质剂冒薄烟，持续时间0.2-0.5min，指数为0.1；出钢加入渣改质剂冒薄烟，持续时间0-0.2min，指数为0。
由上表可得，采用本申请实施例提供的改质剂对转炉出钢进行改质，整个过程产烟量较小，冒烟指数在0-0.4，而采用现有铝质改质剂，冒烟指数基本在0.4-1.0。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的改质剂有效的解决了钢包顶渣改质过程严重冒烟问题，极大的改善了环保和工人的健康情况。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种硅铝质顶渣改质剂，其特征在于，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的硅铝质顶渣改质剂，其特征在于，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：
Si：33％-35％、CaF2：7％-9％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：23％-28％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：17％-19％、Al：7％-9％，其余为不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的硅铝质顶渣改质剂，其特征在于，以质量计，所述改质剂中粒度为10mm-30mm的占比≥90％。
4.一种硅铝质顶渣改质剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将粉状原料进行混合，后进行压制，获得改质剂；所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
5.一种硅铝质顶渣改质剂的应用，其特征在于，所述应用包括：将所述改质剂应用于钢铁冶炼出钢时的改质，所述改质剂的化学成分以质量分数计包括：Si：32％-36％、CaF2：5％-10％、SiO2：≤5％、S≤0.06％、CaO：20％-30％、Mt/H2O：≤0.5％，TiO2：≤1％、Al2O3：15％-20％、Al：5％-10％，其余为不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的硅铝质顶渣改质剂的应用，其特征在于，所述改质剂的加入时机为出钢量100％时。
7.根据权利要求5所述的硅铝质顶渣改质剂的应用，其特征在于，所述改质剂的加入量为0.8Kg/t-2.5Kg/t。
8.根据权利要求5所述的硅铝质顶渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢铁冶炼出钢时的改质，具体包括：
将铁水进行转炉冶炼，后进行出钢，获得钢水；其中，在出钢过程中，进行钢包底吹，出钢完成后，加入所述改质剂，后关闭所述钢包底吹。
9.根据权利要求5所述的硅铝质顶渣改质剂的应用，其特征在于，所述钢包底吹的开始时机为出钢量为85％-95％时。
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2021
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