CN114574658A - 一种利用co2喷吹钢包顶渣改质剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，将石灰石粉矿、铝灰分别粉碎、球磨，将得到的粉剂按一定比例机械混合均匀，制成钢包顶渣改质剂，在转炉出钢后，通过喷吹装置，喷入制备好的钢包顶渣改质剂，改质钢包顶渣。喷吹装置包括设于钢包顶部的顶吹喷枪，顶吹喷枪内腔通CO2作为载气与搅拌气体，顶吹喷枪的喷吹头插入钢包一端设有耐火材料层，顶吹喷枪通过升降控制系统控制升降，顶吹喷枪顶部通过出料管与喷粉罐底部出料阀连接，喷粉罐顶部通过进料管与粉剂料仓连接。本发明的改质剂为工业废料的石灰石粉剂及铝灰，经粉碎、球磨混合制成，成本低廉，采用CO2气体进行喷吹，避免了钢水喷溅、钢包口粘渣粘钢的问题。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法。
背景技术
优质石灰石作为炼钢辅料在冶金企业应用广泛，但在石灰石开采、破碎、运输过程中，会产生大量粉矿，由于煅烧生产石灰石只能采用块料，大量的碎料无法利用会造成资源浪费及环境污染；工业铝灰是铝电解、铝加工及再生铝加工过程中产生的废弃物，已被国家列为危险固体废物，由于其缺少规模化利用的途径，处置较为困难。但是石灰石中含有很高的 CaO，铝灰中含有较高的铝及其氧化物等，二者均可应用于炼钢工艺的脱氧和造渣环节。
钢水在转炉出钢时虽然采取挡渣措施，但转炉渣具有高氧化性，彻底挡住终渣非常困难，为解决这一难题，目前在不断提高挡渣率的同时，大多采用钢包顶渣改质剂，达到降低钢包顶渣的氧化性，减少对钢水的污染，实现吸收上浮夹杂物的目的。目前，钢包顶渣改质通常有两种方式：（1）渣稀释法：在出钢过程中加入预熔合成渣，经钢水混冲，完成炉渣改质和钢水脱硫的冶金反应，改质剂由石灰、萤石或铝矾土等材料组成；（2）渣还原处理法：即出钢结束后，添加如 CaO+铝粉或A1+A1203+SiO2等改质剂。现有的钢包顶渣改质剂主要为块状或袋装碎料，在出钢时通过合金溜槽加入钢包或出钢结束后人工投入到钢包中，但通过这种方式加入钢包顶渣改质剂要进行二次熔化，造成能源浪费；改质剂加入后，会堆积在钢包顶渣表面，由于钢水表面温度低，易形成钢包顶渣结壳，从而增加脱氧剂的消耗、影响钢水洁净度、钢包底吹效果和自动开浇，钢包顶渣结壳过大还会阻碍 LF炉电极及ＲＨ真空槽进入钢包中，影响钢水正常精炼；改质剂制作通常使用预熔渣，生产成本高、能耗大、污染环境。
专利CN1962888A公开了一种钢包渣改质铝渣球，用于冶炼纯净钢和超纯净钢，有利于夹杂物的吸附并去除，降低成品全氧，有害杂质含量低；专利CN101665858A公开了一种炉外精炼用钢包渣改性剂，加入该改质剂后，可促进钢中夹杂物的上浮去除，并具有脱硫作用；专利CN101545017A公开了一种用于钢包顶渣改性的改性剂，主要降低钢包顶渣中∑(FeO+MnO)％，提高钢水的纯净度，同时解决普通改性剂存在增碳、增硅等技术问题；专利CN103374642A公开了一种转炉出钢过程中的钢包炉渣改质剂，为还原性改质剂，能解决低碳管线钢生产过程中钢包顶渣的氧化性问题；专利CN113136480A公开了钢包渣改质剂及其制备和使用方法，该发明的钢包渣改质剂在精炼过程中加入，能有效改善渣态，同时降低钢包渣氧化性。
以上发明均使用碳酸钙、活性石灰、萤石、铝酸钙或含 Al的物质中的一种或几种按质量百分比组合，通过添加结合剂并压球，采用渣稀释法或渣还原处理法改质钢包顶渣。虽然取得了一些有益效果，但均存在需将改质剂制备压球或带包装加入的缺陷，改质剂制作成本高，能耗大，污染环境，二次熔化造成了能源浪费，而且易形成钢包顶渣结壳，不仅增加了脱氧剂的消耗、影响钢水洁净度、钢包底吹效果和自动开浇，而且影响钢水正常精炼。
专利CN107245544B公开了一种钢包渣改质用旋转喷粉装置及改质方法,该发明使用的粉剂粒度为：100～200目，组分的质量百分比为：CaO ：65％～75％、MgO ：5％～10％、Al2O3：5％～10％，其余为不可避免的杂质。采用该旋转喷粉的方式进行钢包渣改质，可使钢包渣与钢水之间形成隔离带，消除钢包渣对钢水所产生的影响，达到避免钢水被钢包渣二次氧化的效果。但该发明装置结构复杂，实际操作中会出现以下问题：（1）喷粉枪插入钢水内受钢水的阻力作用造成其旋转驱动困难；（2）喷枪旋转导致钢水喷溅严重；（3）倒T形喷枪的喷枪头及钢包口粘渣粘钢严重，造成喷枪寿命短；（4）所用改质粉剂成本高、制作难度大；（5）改质钢包顶渣的动力学条件差、改质剂利用率不高；（6）以惰性气体为载气成本高，对钢水的搅拌作用有限。
发明内容
本发明提供一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，目的在于解决钢包顶渣改质剂制作成本高，加入时易形成钢包顶渣结壳，采用旋转喷粉装置加入改质剂会出现喷枪驱动困难，喷头粘渣严重的缺陷，而且以惰性气体为载气成本高，效果差，从而影响钢水正常精炼的问题。
本发明为一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，包括以下步骤：首先将石灰石粉矿、铝灰分别粉碎、球磨，将得到的粉剂混合均匀，制成钢包顶渣改质剂，其次在转炉出钢后，通过喷吹装置，以 CO2 作为载气和搅拌气体，喷入制备好的钢包顶渣改质剂，最终改质钢包顶渣。
优选的，石灰石粉矿为石灰石矿开采过程中产生的积压、堆存且经过筛分后粒度0～20mm 的粉料，主要组分的质量百分比为： CaO≥48%，SiO2≤4%。
优选的，铝灰为电解铝厂产生的固废一次铝灰或二次铝灰，破碎至粒度在0～20mm之间，所述铝灰含铝15%～85%，主要由铝及其氧化物、氟化物组成。
优选的，石灰石粉矿、铝灰球磨至粒度1mm以下。
优选的，钢包顶渣改质剂的喷吹量为 1.5～6.0kg/t钢。
优选的，该喷吹装置包括设于钢包顶部的顶吹喷枪，顶吹喷枪内腔通 CO2 作为载气与搅拌气体，顶吹喷枪的喷吹头插入钢包一端设有耐火材料层，顶吹喷枪通过升降控制系统控制升降，顶吹喷枪顶部通过出料管与喷粉罐底部出料阀连接，喷粉罐顶部通过进料管与粉剂料仓连接。
优选的，喷吹头材质为内镀碳化硅单管式陶瓷。
优选的，耐火材料层的高度为顶吹喷枪总长度的1/2,采用镁碳耐火料打结，耐火度≥1650℃。
优选的，出料管及进料管采用金属软管。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本方法采用的钢包顶渣改质剂均为冶金矿山废弃的石灰石粉矿及铝电解、铝加工及再生铝加工过程中产生的废弃物，经粉碎、球磨后按一定比例机械混合均匀制成，成本低廉，减少资源浪费及环境污染，而且石灰石粉剂与铝灰按一定比例混合的改质剂不含任何添加剂与结合剂，不会对钢水造成二次污染。
2、本方法通过喷吹方式加入钢包顶渣改质剂，避免了改质剂加入后堆积在钢包顶渣表面，受钢水表面温度低影响，形成钢包顶渣结壳的情况，减少了脱氧剂的消耗，保证钢水正常精炼，钢水洁净度更高。
3、本方法采用的喷吹装置设于钢包顶部，通过顶吹喷枪以 CO2气体作为载气与搅拌气体，代替惰性气体，将石灰石粉剂或石灰石粉剂与铝灰按一定比例简单机械混合后，喷入钢包金属熔池顶渣层下，利用石灰石在高温下快速分解出活性度高的微粒初生石灰，分散在顶渣中，并立即与顶渣中的FeO、Fe2O3发生化学反应，形成低熔点化合物熔融体而被熔化进入渣中，同时石灰石中 CaCO3 分解也会产生CO2，与载气CO2共同作为搅拌气体起到发泡作用，利用 CO2的增体积反应，搅拌作用更强，代替顶吹喷粉枪旋转搅拌作用，能加强改善钢渣界面反应的动力学条件，快速形成形成低熔点、流动性好的钢包顶渣，CO2作为载气，可以减少烟尘的产生，利用厂房原有设备进行二次及三次除尘即可，简化了设备投资。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的顶吹喷枪结构示意图。
图中：1-钢包；2-顶吹喷枪；3-升降控制系统；4-出料管；5-喷粉罐；6-进料管；7-粉剂料仓；21-喷吹头；22-耐火材料层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，本发明为一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，工作时，首先将石灰石粉矿、铝灰分别粉碎、球磨至粒度在 1mm以下，将得到的粉剂按一定比例机械混合均匀，制成钢包顶渣改质剂。石灰石粉矿为石灰石矿开采过程中产生的积压、堆存且经过筛分后粒度 0～20mm 的粉料，主要组分的质量百分比为： CaO≥48%，SiO2≤4%。铝灰为电解铝厂产生的固废一次铝灰或二次铝灰，破碎至粒度在0～20mm之间，所述铝灰含铝15%～85%，主要由铝及其氧化物、氟化物组成。其次在转炉出钢后，通过喷吹装置，以 CO2 作为载气和搅拌气体，喷入制备好的钢包顶渣改质剂，钢包顶渣改质剂的喷吹量为 1.5～6.0kg/t钢。最后快速形成低熔点、流动性好的钢包顶渣。该喷吹装置包括设于钢包1顶部的顶吹喷枪2，顶吹喷枪2内腔通 CO2 作为载气与搅拌气体，顶吹喷枪2的喷吹头21插入钢包1一端设有耐火材料层22，喷吹头21材质为内镀碳化硅单管式陶瓷，耐火材料层22的高度为顶吹喷枪2总长度的1/2,采用镁碳耐火料打结，耐火度≥1650℃。顶吹喷枪2通过升降控制系统3控制升降，顶吹喷枪2顶部通过出料管4与喷粉罐5底部出料阀连接（文中升降控制系统及喷粉罐均为现有技术，图中未详细示出），喷粉罐5顶部通过进料管6与粉剂料仓7连接，出料管4及进料管6采用金属软管。
使用该装置喷吹钢包顶渣改质剂包括以下步骤：
第一步：转炉出钢后将钢包1运到顶吹喷枪2下方。
第二步：驱动顶吹喷枪2上部的升降控制系统3，下降顶吹喷枪2并将其插入钢包1内顶渣液面以下 5～50 mm处，下降顶吹喷枪2的同时打开载气，防止顶吹喷枪2堵塞，顶吹喷枪2插入顶渣液面10秒后，开始喷粉改质钢包顶渣。喷吹粉剂的时间及粉剂量根据精炼钢种及转炉出钢下渣量的控制，可灵活调节。喷吹粉剂一般选用石灰石粉剂，钢水洁净度要求高的钢种选用石灰石粉剂与铝灰按一定比例混合的粉剂。
第三步：顶渣改质结束后，关闭喷粉罐5的出料阀，停止喷粉，继续喷吹CO2 气体，加强搅拌，提高改质钢包顶渣的同时，起到了反吹作用，有效的防止顶吹喷枪2枪孔堵塞，延长顶吹喷枪2的寿命。使用CO2 为载气，石灰石粉剂为改质剂，产生大量的CO2 气泡起到搅拌作用，避免了使用顶吹喷枪旋转搅拌而造成的钢水喷溅，顶吹喷枪粘钢粘渣等系列问题。
第四步：喷吹改质剂改质顶渣的同时，打开钢包1的底吹氩系统，底吹与顶吹喷粉同步进行，节约氩站处理时间，缩短处理周期与减少温降的同时，加强搅拌效果，促进夹杂物上浮。
实施例1：
本发明应用于某厂 60 吨转炉钢包顶渣改质，平均出钢量60吨，试验钢种为HPB300，将经过筛分后粒度 0～20mm 的石灰石粉料、某电解铝厂产生的固废铝灰破碎至粒度在0～20mm之间，然后将以上石灰石粉矿、铝灰均球磨至粒度在 1mm以下，组分以质量百分比计， CaO：40%～50%、Al：10%～20%、Al2O3：15%～25%，将其机械混合并加入到粉剂料仓 7中。转炉出钢后将钢包1运到顶吹喷枪2下方，驱动顶吹喷枪上部的升降控制系统 3，下降顶吹喷枪2并将其插入钢包1内顶渣液面以下 5～50 mm处，下降顶吹喷枪2的同时打开载气，防止顶吹喷枪2堵塞，顶吹喷枪2插入顶渣液面10秒后，开始喷吹钢包顶渣改质剂，喷入粉剂量为2.5Kg/t钢，共计 150Kg。顶渣改质结束后,关闭喷粉罐 5 的出料阀，停止喷粉，继续喷吹CO2 气体 90 s，加强搅拌提高改质顶渣效果的同时，起到了反吹作用，有效的防止顶吹喷枪 2枪孔堵塞，延长顶吹喷枪2的寿命，其余氩站处理钢水措施均按常规工艺进行。
现场观察，通过喷吹钢包顶渣改质剂进行处理后，钢包顶渣结壳的现象得以消除，喷吹钢包顶渣改质剂过程无喷溅、无大量冒烟现象，吹氩平台的二次除尘设施可满足除尘需求，不会造成环境污染。
实施例2：
本发明应用于某厂 180 吨转炉钢包顶渣改质，平均出钢量195吨，试验钢种为HRB400E，出钢后顶渣成分见下表：
将经过筛分后粒度 0～20mm 的石灰石粉料、某电解铝厂产生的固废铝灰破碎至粒度在0～20mm之间，然后将以上石灰石粉矿、铝灰均球磨至粒度在 1mm以下，组分以质量百分比计， CaO：40%～50%、Al：30%～50%、Al2O3≤10%、SiO2≤4%的比例，将其机械混合并加入到粉剂料仓 7 中。转炉出钢后将钢包1运到顶吹喷枪2下方，驱动顶吹喷枪2上部的升降控制系统3，下降顶吹喷枪2并将其插入钢包1内顶渣液面以下 5～50 mm处，下降顶吹喷枪2的同时打开载气，防止顶吹喷枪2堵塞，顶吹喷枪2插入顶渣液面10秒后，开始喷粉改质钢包顶渣，按 4Kg/t钢喷入粉剂，共计 780Kg。顶渣改质结束后,关闭喷粉罐 5 的出料阀，停止喷粉，继续喷吹CO2 气体 180 s，加强搅拌提高改质顶渣效果的同时，起到了反吹作用，有效的防止顶吹喷枪 2枪孔堵塞，延长顶吹喷枪2的寿命，其余氩站处理钢水措施均按常规工艺进行。
通过喷吹粉剂改质钢包顶渣工艺处理后，钢包顶渣成分见下表：
结果表明：转炉出钢后，钢包顶渣改质剂中的石灰石可在高温下快速分解出活性度高的微粒初生石灰，分散在顶渣中，并立即与顶渣中的FeO、Fe2O3 发生化学反应，形成低熔点化合物熔融体而被熔化进入渣中，同时钢包顶渣改质剂中的铝极易被氧化,当改质剂加入钢包时会被顶渣中的FeO氧化, 顶渣中的FeO含量迅速减少, 从而大幅度降低了顶渣的氧化性, 改善了精炼条件，改质后钢包顶渣中的 Al2O3含量达到 30% ，能够满足顶渣脱硫和吸附夹杂物的工艺条件，使用CO2作载气钢包的泡沫化效果更明显，提高钢-渣界面反应能力，提升钢液的精炼效果明显。
以上实施例表明，将冶金矿山中废弃的石灰石粉矿及铝电解产生的危险固体废物工业铝灰通过本发明提供的装置及方法，以工业用 CO2为载气及搅拌气体，充分利用了CO2的增体积反应性能，可取得更好的钢包顶渣改质效果，顶渣改质剂成本低廉，取得良好精炼效果的同时减少了资源浪费及环境污染。
Claims (9)
1.一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：将石灰石粉矿、铝灰分别粉碎、球磨，将得到的粉剂混合均匀，制成钢包顶渣改质剂，转炉出钢后，通过喷吹装置，以 CO2 作为载气和搅拌气体，喷入制备好的钢包顶渣改质剂，改质钢包顶渣。
2.如权利要求1所述的一种利用CO2喷吹粉剂改质钢包顶渣的方法，其特征在于：所述石灰石粉矿为石灰石矿开采过程中产生的积压、堆存且经过筛分后粒度 0～20mm 的粉料，主要组分的质量百分比为： CaO≥48%，SiO2≤4%。
3.如权利要求1所述的一种利用CO2喷吹粉剂改质钢包顶渣的方法，其特征在于：所述铝灰为电解铝厂产生的固废一次铝灰或二次铝灰，破碎至粒度在0～20mm之间，所述铝灰含铝15%～85%，主要由铝及其氧化物、氟化物组成。
4.如权利要求1所述的一种利用CO2喷吹粉剂改质钢包顶渣的方法，其特征在于：所述石灰石粉矿、铝灰球磨至粒度1mm以下。
5.如权利要求1所述的一种利用CO2喷吹粉剂改质钢包顶渣的方法，其特征在于：所述钢包顶渣改质剂的喷吹量为 1.5～6.0kg/t钢。
6.一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，其特征在于，所述喷吹装置
包括设于钢包（1）顶部的顶吹喷枪（2），所述顶吹喷枪（2）内腔通 CO2 作为载气与搅拌气体，所述顶吹喷枪（2）的喷吹头（21）插入钢包（1）一端设有耐火材料层（22），所述顶吹喷枪（2）通过升降控制系统（3）控制升降，所述顶吹喷枪（2）顶部通过出料管（4）与喷粉罐（5）底部出料阀连接，喷粉罐（5）顶部通过进料管（6）与粉剂料仓（7）连接。
7.如权利要求6所述的一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，其特征在于：所述喷吹头（21）材质为内镀碳化硅单管式陶瓷。
8.如权利要求6所述的一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，其特征在于：所述耐火材料层（22）的高度为顶吹喷枪（2）总长度的1/2,采用镁碳耐火料打结，耐火度≥1650℃。
9.如权利要求6所述的一种利用CO2喷吹钢包顶渣改质剂的方法，其特征在于：所述出料管（4）及进料管（6）采用金属软管。
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