CN115354111A

CN115354111A - 一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂及其制备方法

Info

Publication number: CN115354111A
Application number: CN202211028296.9A
Authority: CN
Inventors: 陈元平; 赵俊学
Original assignee: Shanxi Longdite Industry And Trade Co ltd; Xian University of Architecture and Technology
Current assignee: Shanxi Longdite Industry And Trade Co ltd; Xian University of Architecture and Technology
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2042-08-25
Also published as: CN115354111B

Abstract

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂及其制备方法。该炉渣改性剂包括MgO和CaO高熔点组分、高活性碳质还原剂及分散剂，其中活性组分的质量百分数为：CaO≥32％，MgO≥20％，SiO₂≤3.0％，C≥16％，P≤0.02％，S≤0.10％，灼减≤8％，所述分散剂为炉渣改性剂总质量的5％～10％，该炉渣改性剂用于转炉炼钢溅渣护炉时炉渣的调制，可明显改善炉渣溅渣时的炉渣性能和溅渣护炉效果，延长转炉炉衬使用寿命。

Description

一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂及其制备方法。

背景技术

我国是钢铁生产大国，其中转炉炼钢是目前炼钢的主体工艺，产量占比可80％以上。转炉作为炼钢的核心装备，其耐火炉衬会在冶炼过程不断侵蚀损耗，到一定程度时需要停炉更换，不仅耐火材料需要摊入炼钢成本，停炉维修时间也会明显降低转炉的利用率，对企业的连续生产造成影响。如何延长炉衬的服役期，是转炉炼钢技术开发的重要方向之一。

溅渣护炉和留渣操作是现代转炉冶炼常用技术。通过溅渣护炉可大幅度提高炉衬寿命，留渣操作则可明显提高转炉前期渣化速度，提高脱磷效率，降低吨钢石灰等辅料消耗，缩短冶炼时间。如何在保证到溅渣护炉效果的同时，兼顾留渣操作的技术需求、提高底吹效果、确保留渣操作的安全性，对转炉终渣组成及调制提出了更高的要求。

目前主要采用氧化镁球和还原剂混合添加，氧化镁球熔化速度慢、炉渣不容易熔化均匀，且易造成溅渣剩余渣结块、炉底上涨、低吹透气砖堵塞等问题，需要对炉渣改性剂的组成及调渣工艺进行优化。

本转炉终渣改性剂就是针对现有转炉技术发展的新形势，研发的一种新型转炉炼钢辅助材料，适用于转炉炼钢溅渣护炉时炉渣的调制，可明显改善炉渣溅渣时的炉渣性能和溅渣护炉效果，延长转炉炉衬使用寿命。

发明内容

针对上述问题本发明提供了一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂及其制备方法。转炉冶炼转炉溅渣护炉的基本原理是通过向炉渣中添加适量的MgO，形成MgO饱和的高粘度炉渣，通过溅射使得该炉渣能粘度在炉衬表面形成高熔点镁钙橄榄石溅渣保护层，减少在后面的冶炼炉衬的侵蚀。由于FeO会提高MgO在炉渣中溶解度，而CaO可降低MgO在炉渣中的溶解度，因此为达到炉渣中MgO饱和可降低渣中氧化铁含量，同时增加CaO含量。在确保形成高粘度的MgO饱和渣的同时，改善调渣的动力学条件，并降低溅渣剩余渣对后续冶炼的影响。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

基于上述理论，本申请提出的转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，由MgO和CaO等高熔点组分、高活性碳质还原剂及分散剂等组成。在炉渣改性剂组成上，适当增加CaO替代部分MgO，并通过添加还原剂还原FeO可确保形成MgO饱和的高粘度炉渣，在溅渣护炉中形成高熔点组分除镁钙橄榄石外，还会形成高熔点的正硅酸钙，共同构成耐炉渣侵蚀的保护层。同时，溅渣剩余的炉渣中氧化镁适当降低后，也较容易熔化造渣，符合留渣操作的需求，对下一炉的冶炼，尤其是对低吹透气砖保持畅通较为有利。配入的分散剂在加快炉渣熔化的同时，可促进炉渣的均匀化，改进调渣效果。

具体的，一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，包括MgO和CaO高熔点组分、高活性碳质还原剂及分散剂，其中活性组分的质量百分数为：CaO≥32％，MgO≥20％，SiO₂≤3.0％，C≥16％，P≤0.02％，S≤0.10％，灼减≤8％，所述分散剂为炉渣改性剂总质量的5％～10％，如表1所示：

表1转炉终渣改性剂LDZG-1的理化指标(％)

CaO

MgO

CaO+MgO

SiO<sub>2</sub>

C

P

S

粒度

灼减

≥30

≥20

≥50

≤3.0

≥12

≤0.02

≤0.10

20～40mm

≤8

进一步，所述炉渣改性剂为扁球状，粒度为20～40mm，其中厚度方向不大于20mm，宽度方向不大于40mm，单球抗压强度大于40kg/球。

进一步，所述MgO和CaO高熔点组分为菱镁矿煅烧镁砂粉、轻烧白云石粉，所述分散剂采用生白云石粉，粒度100目以下。

进一步，所述炉渣改性剂还包括粘结剂，为炉渣改性剂总质量的1.0％～2.2％。

进一步，转炉冶炼终点渣中的FeO含量与冶炼钢种的碳含量有关，终点碳含量越高，渣中FeO含量越低，因此本炉渣改性剂中的还原剂量及饱和MgO和CaO需要作出相应调整。所述炉渣改性剂在使用中的加入量根据冶炼终点的钢种碳含量确定，具体为：当钢种碳含量为0.03％～0.05％时，加入量为1～2kg/t；当钢种碳含量为0.06％～0.10％时，加入量为0.5～1.5kg/t；当钢种碳含量≥0.10时，加入量为0.5～1.0kg/t，如表2所示：

表2转炉终渣改性剂的使用办法

转炉终点[C]，％	0.03～0.05	0.06～0.10	≥0.10
				吨钢加入量	1-2kg/t	0.5-1.5kg/t	0.5-1.0kg/t

一种所述转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂的制备方法，包括以下步骤：

采用菱镁矿煅烧镁砂粉、轻烧白云石粉、高活性碳质还原剂、分散剂按其中照活性组分的质量百分数配制，外加粘结剂经混合、润磨后压制，压制用对辊压球机，采用液压调整压制力，压制力范围在25～40MPa。配料用各种炉料的粒度在0.15mm(100目)以下，经润磨后可以实现合理粒度级配，满足压制要求。压制所得的原料颗粒为扁球形，厚度方向不大于20mm，宽度方向不大于40mm(具体粒度可根据用户的转炉冶炼工艺要求适当调整)。单球抗压强度大于40kg/球，落下强度2次/球以上，压制产品采用常规包装(蛇皮袋)，放置60天不粉化。建议在黄河以北地区，炉渣改性剂采用普通包装；淮河、长江以南采用防潮包装。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

本发明提供的一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，可用于替代现有的调渣用镁球(氧化镁)，可有效调节炉渣中的MgO、CaO和FeO含量，使得炉渣的组成、粘度、均质化等更加符合溅渣护炉的工艺要求，成渣速度快，调渣效果好。溅渣层形成高熔点的正硅酸钙和镁钙橄榄石溅渣层，起到良好的护炉效果。溅渣剩余的渣或留渣后调制的转炉终渣，可确保留渣操作中不会因兑铁过程中出现喷溅事故，同时低吹原件堵塞和炉底上涨明显减轻。

炉渣改性剂采用合理的组成、原料类别及粒度级配，采用球磨润磨机或双辊混料机，在混料机下方、下料通道通上段加装对辊压料机，压制的颗粒料粒度均匀且具有较高的落下强度，可抗击搬运中的碎裂，常规包装可长时间不粉化。

炉渣改性剂可根据冶炼钢种的终点碳含量，确定FeO含量，进一步确定炉渣中炉渣改性剂加入量(同时调整还原剂、MgO、CaO和FeO含量)，操作简单易行。

由于加入了分散剂，压制的颗粒料入炉后不会成团或结块，成渣更加均匀，调渣过程缩短。

附图说明

图1为本发明转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂制备方法的流程图；

图2为试验前后炉底测厚图，其中(a)为试验前；(b)为试验后；

图3试验前后炉身测厚图，其中(a)为试验前；(b)为试验后；

图4基准期与试验期平均每炉造渣剂消耗对比图；

图5试验期和基准期造渣剂每炉吨钢消耗量对比图；

图6终点钢水成分图；

图7是否使用炉渣改性剂对出钢渣样成分的影响图；

图8溅渣前和溅渣后炉渣成分对比。

具体实施方式

实施例1炉渣改性剂在公称容量120吨转炉溅渣护炉的应用

炉渣改性剂参照图1的制备流程制备。

采购粒度在0.075mm(200目)以下高镁砂(MgO含量大于85％)、轻烧白云石(MgO含量32％～35％，CaO含量45％～48％)，粒度在0.15mm(100目)高活性碳质还原剂(固定碳含量82％)和分散剂；按照表1所示的组成配制，其中分散剂按照炉渣改性剂总量的5％配入，粘结剂采用有机粘结剂，配入量2％；混合采用双轴混料机；压制用对辊压球机，采用液压调整压制力，压制力范围在29～36MPa。压制所得的原料颗粒为扁球形，厚度方向16～18mm，宽度方向25～28mm；单球抗压强度大于38～40kg/球，落下强度2次/球以上；采用25kg袋装。炼钢厂主要产品为普碳钢，炉渣改性剂加入量按照参照表2执行。

通过炉渣改性剂加入，炉渣中MgO含量可调整到14.8％，碱度由2.8～3.0调整到3.1～3.4，渣中FeO降低到10％～13％，炉龄维持在14300炉左右。

实施例2炉渣改性剂在公称容量180吨转炉溅渣护炉的应用

炉渣改性剂参照图1的制备流程制备。

高镁砂(MgO含量大于87％)、轻烧白云石(MgO含量32％～36％，CaO含量42％～45％)高活性碳质还原剂(固定碳含量大于84％)和分散剂全部采用粒度在0.075mm(200目)以下的粉料；按照表1所示的组成配制，其中分散剂按照炉渣改性剂总量的10％配入，粘结剂采用有机粘结剂，配入量1.5％～2.2％；混合采用双轴混料机+球磨机润磨；压制用对辊压球机，采用液压调整压制力，压制力范围在25～30MPa。压制所得的原料颗粒为扁球形，厚度方向14～16mm，宽度方向25～28mm；单球抗压强度大于40～45kg/球，落下强度2次/球以上；采用50kg袋装。炼钢厂主要产品为普碳钢和低合金钢，炉渣改性剂加入量按照参照表2执行。

通过炉渣改性剂加入，炉渣中MgO含量可调整到13.9％，终渣碱度由2.8～3.2调整到3.3～3.5，渣中FeO降低到11％～14％，炉龄维持在18200炉左右，炉役底吹率由38％提高到45％。

实施例3炉渣改性剂在公称容量250吨转炉溅渣护炉的应用

炉渣改性剂参照图1的制备流程制备。

高镁砂(MgO含量大于87％)、轻烧白云石(MgO含量33％～35％，CaO含量42％～46％),破碎到粒度0.075mm(200目)以下，高活性碳质还原剂(固定碳含量大于85％)和分散剂采用破碎到0.15mm(100目)以下；按照表1所示的组成配制，其中分散剂按照炉渣改性剂总量的8％配入，粘结剂采用有机粘结剂，配入量1.0％～1.6％；混合采用双轴混料机+球磨机润磨，润磨时间5～8分钟；压制用对辊压球机，采用液压调整压制力，压制力范围在35～40MPa。压制所得的原料颗粒为扁球形，厚度方向15～18mm，宽度方向28～32mm；单球抗压强度42～48kg/球，落下强度1.8次/球以上；采用50kg袋装。炼钢厂主要产品为普碳钢和低合金钢，炉渣改性剂加入量按照参照表2执行。

通过炉渣改性剂加入，调渣熔化平均等待时间由2.0分钟降低到1.2分钟，炉渣中MgO含量可调整到14.3％，终渣碱度由2.9～3.1调整到3.4～3.6，渣中FeO降低到11.8％～14.5％，炉龄维持在16800炉左右，炉役底吹率由58％提高到72％。

实施例4

1、实施条件：

本实施例选择在陕西钢铁集团龙钢120t转炉上进行。

该厂的铁水条件：[％Si]0.35～0.59，[％Mn]0.24～0.28，[％S]0.013～0.036，[％P]0.131～0.20；铁水温度1330～1429℃；

过程铁水装入量123～127t/炉，废钢23～24t/炉；造渣剂加入量为石灰3750～5380kg/炉、高镁灰1050～1385kg/炉、钢渣粉1380～2110kg/炉、污泥球3850～6110kg/炉；出钢量134.0～145.6t/炉。

出钢钢水：[％C]0.072～0.12，[％S]0.02～0.028，[％P]0.017～0.034；钢水温度1590～1640℃。炉渣碱度控制在2.5～3.0。

2、试验方案：

按照吨钢加入量80～250kg/炉的配加量，分80、130、180和250kg/炉的加入量进行试验，试验中根据操作人员的经验适当减少高镁灰的配加量。

出完钢后，在转炉溅渣护炉氮气开启前一次性加入炉内；转炉点吹炉次，可一半用量在出钢前加入转炉，另一半在溅渣氮气开吹前加入转炉。

对试验期内的原辅材料消耗、炉渣成分变化和炉衬侵蚀情况进行测定，与基准期(试验前对应时段)的相关数据进行对比。

3、试验结果：

共进行11炉工业试验。炉渣改性剂为扁球状，加入过程无明显粉尘，能快速熔入炉渣。

相关情况如表3～7所示。

表3转炉终渣改性剂实验条件

表4入炉含铁原料条件

表5造渣剂加入量

序号	炉号	石灰	高镁灰	钢渣粉	污泥球	高镁石	矿石
								1	608871	4265	1071	1559	6111	0	0
2	608872	3738	1049	1462	5124	0	0
								3	608873	4995	1103	1408	4995	0	0
4	608874	5005	1121	1611	5418	0	0
								5	608875	4172	1173	1443	5331	0	0
6	608876	4625	1180	1382	5617	0	0
								7	608877	5384	1161	1770	4623	0	0
8	608878	5267	1278	1865	7654	0	0
								9	608879	3997	1315	1540	5459	0	0
10	608880	4639	1382	2108	4655	0	0
								11	608881	5341	1215	1014	3856	0	0

表6终点钢水数据

表7炉渣成分

4、试验结果对比分析

(1)施加炉渣改性剂前后炉衬厚度变化

图2给出了试验期前后炉衬厚度变化的测定结果。对比图2中实施前后炉底厚度，中心2m范围内，炉底平均增厚200mm，效果较为明显；炉底其他位置增厚20mm。而对比基准期内炉底厚度未发生明显变化。

图3给出了试验期前后炉身炉衬厚度测定结果。对比图3中实验前后炉身厚度，没有明显变化。

(2)试验期与基准期炉造渣剂消耗

图4中为前10炉(基准期)与试验期平均每炉造渣剂消耗对比图，试验期石灰每炉消耗增加200kg/炉，高镁灰每炉可减少使用量500kg/炉，并可以少使用污泥球150kg/炉，降低炉渣氧化性。

图5为试验期与基准期平均每炉吨钢造渣剂消耗对比图，调渣后高镁灰吨钢可减少使用4.4kg/t钢，同时吨钢可以少使用污泥球6.48kg/t钢，从而降低炉渣氧化性，保护炉衬达到提高炉龄的效果。此外，在使用本炉渣改性剂(调渣剂)后，吨钢总渣量降低11.3kg/t钢，实现减少排放节能降耗。

(3)试验期与基准期转炉终点成分分析

图6为终点钢水成分图，可能由于班组操作差异，导致调渣后出钢碳含量较高，所以调渣后钢水的氧化性减弱，即S的含量降低，P的含量升高。

(4)试验期与基准期溅渣时间对比

调渣前平均溅渣时间为58s，调渣后平均溅渣时间为75s，这是因为调渣后炉渣粘度升高，需要更长的溅渣时间。经过适当的调整后，可将溅渣时间控制在与基准期相当的水平。

(5)终点点吹后炉渣改性剂(调渣剂)效果

炉号尾号72、73、79、80、81五炉钢，在吹炼终点均采用30s点吹的方式，以提高终渣FeO含量，使得炉渣熔点降低，目的在于测试本炉渣改性剂(调渣剂)的调渣效果，使用200kg左右的炉渣改性剂(调渣剂)后进行溅渣护炉，肉眼观测仍有不错的溅渣效果。

(6)试验期与基准期终渣调渣结果对比

图7为试验期和基准期炉渣改性剂(调渣剂)对出钢渣样成分的影响对比图。由图7可知，在使用炉渣改性剂(调渣剂)后，转炉出钢渣CaO含量升高2.7％，FeO含量降低2.5％，出钢炉渣碱度升高、氧化性降低，说明调渣后的炉渣有利于炉衬保护和溅渣护炉。

(7)溅渣前后炉渣成分对比

图8为溅渣前后炉渣成分的变化对比图，由图8可知，出钢后的炉渣加入本炉渣改性剂(调渣剂)经溅渣操作后，炉渣SiO₂含量降低1.99％，CaO含量升高1.2％，MgO含量降低1.8％，这可能是因为生成了含镁高熔点物相并粘附炉上，剩余渣子的成分发生了相应变化，这也是低熔点组分FeO升高的原因。可从另一侧面说明溅渣护炉效果良好。

华鑫源钢铁有限公司试验采用型号改性剂，吨钢加入量约概1kg，终点碳在0.05％左右，取得了同样的效果。采用炉渣改性剂(调渣剂)后炉渣TFe由19.52％降低到14.43％，炉渣碱度升高，溅渣效果良好。

5、试验结论

(1)新开发的改性剂可较好地适用于大型转炉冶炼后期调渣和溅渣护炉，加入量在0.8～2.0kg/t钢可以满足调渣需求；随着终渣中(FeO)的降低，应适当减少炉渣改性剂(调渣剂)的使用量；

(2)使用新炉渣改性剂后溅渣护炉效果明显；

(3)使用新改性剂后，转炉溅前渣(CaO)含量升高，(FeO)含量降低，炉渣碱度相应升高，有利于溅渣护炉；

(4)使用新炉渣改性剂(调渣剂)可以替代高镁灰等调渣材料，降低总渣料消耗，减少炉渣排出量；

(5)在与现行冶炼工艺进行适应性微调后，可投入大规模试验及应用。

Claims

1.一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，其特征在于，包括MgO和CaO高熔点组分、高活性碳质还原剂及分散剂，其中活性组分的质量百分数为：CaO≥32％，MgO≥20％，SiO₂≤3.0％，C≥16％，P≤0.02％，S≤0.10％，灼减≤8％，所述分散剂为炉渣改性剂总质量的5％～10％。

2.根据权利要求1所述的一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，其特征在于，所述炉渣改性剂为扁球状，粒度为20～40mm，其中厚度方向不大于20mm，宽度方向不大于40mm，单球抗压强度大于40kg/球。

3.根据权利要求1所述的一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，其特征在于，所述MgO和CaO高熔点组分为菱镁矿煅烧镁砂粉和轻烧白云石粉，所述分散剂采用生白云石粉，粒度100目以下。

4.根据权利要求1所述的一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，其特征在于，所述炉渣改性剂还包括粘结剂，为炉渣改性剂总质量的1.0％～2.2％。

5.根据权利要求1至4所述的一种转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂，其特征在于，所述炉渣改性剂在使用中的加入量根据冶炼终点的钢种碳含量确定，具体为：当钢种碳含量为0.03％～0.05％时，加入量为1～2kg/t；当钢种碳含量为0.06％～0.10％时，加入量为0.5～1.5kg/t；当钢种碳含量≥0.10时，加入量为0.5～1.0kg/t。

6.一种权利要求1至4所述转炉炼钢溅渣护炉用炉渣改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用菱镁矿煅烧镁砂粉、轻烧白云石粉、高活性碳质还原剂、分散剂按其中照活性组分的质量百分数配制，外加粘结剂经混合、润磨后压制，压制用对辊压球机，采用液压调整压制力，压制力范围在25～40MPa。