CN115433800A - 一种炉外精炼工艺及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及IPC C21C7/00技术领域，尤其涉及一种炉外精炼工艺及其应用。其步骤包括：收集高炉冶炼得到的铁水；将铁水转移至转炉中，冶炼；吹扫氩气；LF精炼；脱气，出钢，得到产物。采用对电解铝进行提炼后电解槽里的碳渣与粘结剂相结合，得到的助熔剂能够显著缩短化渣时间，且加入量仅为传统助熔剂加入量的80％(通常为1000斤/吨)，显著降低了炉外精炼成本；配合特定的炼制工艺，得到的炉外精炼产物具有优异的耐温性和尺寸稳定性，能够广泛应用于各种场合的性能需求；本发明的炉外精炼工艺安全温和，实用性强，且配合特制助熔剂作用时冶炼基料不易喷溅，冶炼装置的使用寿命延长。
Description
技术领域
本发明涉及IPC C21C7/00技术领域，尤其涉及一种炉外精炼工艺及其应用。
背景技术
炉外精炼是通过转炉等装置将初炼后的钢液转移至其它装置中进行精炼的过程，也被称为二次炼钢。通过炉外精炼既可以提升钢材质量，还能够降低冶炼成本，已广泛应用于大型钢铁企业的生产模式中。
中国专利CN201310455376.7公开了一种高韧性耐磨钢的生产方法，通过转炉-LF精炼-VD真空-连铸-轧制等步骤实现了低成本高韧性的耐磨钢板；中国专利CN201910126181.5公开了一种细化高碳铬轴承钢夹杂物颗粒的炉外精炼生产方法，通过材质控制-BOF-RS-LF-RH-CC-轧制步骤，实现了细化脆性夹杂物颗粒，优化工艺流程的效果。中国专利CN201911303959.1公开了一种利用液态高炉渣对钢水进行炉外精炼的方法，通过在转炉-出钢-脱氧合金化操作中加入液态高炉渣，实现了炉渣的高价值资源化利用。但是现有技术中仍存在着炉渣的熔化速度较慢，传统助熔剂的成本越来越高，所得到的产物性能不能满足严苛环境需求等技术问题，本领域亟需一种实用性强，性价比高的炉外精炼工艺。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种炉外精炼工艺，其步骤包括：
S1.收集高炉中冶炼得到的铁水；
S2.将铁水转移至转炉中，冶炼；
S3.吹扫氩气；
S4.LF精炼；
S5.脱气，出钢，得到产物。
在一些优选的实施方式中，在S2～S5步骤中的至少1个步骤中加入助熔剂进行操作。
在一些优选的实施方式中，所述助熔剂的原料至少包括电解质粉和粘合剂，电解质粉和粘合剂的重量比为80-100：0-20。
在一些优选的实施方式中，所述助熔剂的加入量为矿石重量的1-10wt％；更优选为4wt％。
在一些优选的实施方式中，所述电解质粉为对电解铝进行提炼后电解槽里的碳渣。
在一些优选的实施方式中，所述粘合剂包括无机粘合剂和/或有机粘合剂。
作为无机粘合剂的实例，包括但不限于水玻璃。
作为有机粘合剂的实例，包括但不限于淀粉，纤维素及其衍生物，海藻酸钠等。
进一步优选，所述淀粉优选为玉米淀粉。
所述助熔剂的制备方法为本领域常用方法，无特殊限制；例如，将原料混合后通过压球机压制成型。
在一些优选的实施方式中，所述助熔剂的原料还包括助剂B，助剂B的加入量为电解质粉质量的0-90wt％。
在一些优选的实施方式中，所述助剂B包括萤石粉，氟硅酸盐，硅粉，矾土中的一种或多种的组合。
在一些优选的实施方式中，所述S1步骤为，将矿石和助剂A从高炉顶部加入，然后通入预热的空气，在1300-1800℃条件下冶炼0.5-5h，得到铁水。
在一些优选的实施方式中，所述S1步骤中冶炼温度为1450-1650℃。
在一些优选的实施方式中，所述空气的通入速率为50-146m3/h，优选为97m3/h。
在S1步骤中，铁元素在高温下由天然形态中被还原出来，形成液态铁产物。具体过程为，铁的氧化物与焦炭高温下与氧气(由通入的空气供给)反应生成的CO发生氧化还原反应，生成单质铁并伴有部分杂质。本发明在实践过程中发现，当采用冶炼温度为1450-1650℃，通入空气的速度为50-146m3/h时，能够促进矿石与在一些优选的实施方式中，还原剂的接触反应，加速铁水的生成。
所述助剂A为焦炭和金属碳酸盐。
在一些优选的实施方式中，所述金属碳酸盐为碳酸钙和/或碳酸镁。
进一步优选，所述矿石，焦炭，金属碳酸盐的重量比为20-57：5-18：1-10；最优选为45：15：10。
在一些优选的实施方式中，所述矿石包括磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿或硫化铁矿中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述S2步骤为，将铁水冷却至1100-1400℃，从高炉底部转移至转炉中，同时加入助熔剂，废铁和生石灰，鼓入空气，转动转炉冶炼20～60min/100吨，得到第一钢水。
传统助熔剂以萤石为主，但是萤石作为助熔剂在炼钢时加入的成本较高，且化渣时间较长，局限了炉外精炼工艺的生产效率优化，且萤石中丰富的非金属元素在高温过程中对炉壁存在一定的侵蚀作用，对冶炼装置的损伤较大。本发明采用对电解铝进行提炼后电解槽里的碳渣与粘结剂相结合，得到能够显著缩短化渣时间的助熔剂，且该助熔剂加入后喷溅效应明显被抑制，能够延长冶炼装置的使用寿命。
在一些优选的实施方式中，所述S3步骤具体为，将转炉倾斜至水平位置，将第一钢水转移至钢包中，向钢包中吹扫氩气，吹扫氩气的时间为1-15min，然后转移至吹氮站中作用10-30min，得到第二钢水。
在一些优选的实施方式中，所述S4步骤具体为，分离第二钢水中的渣料，然后转移至钢包精炼炉(LF：Ladle Furnace，钢包精炼炉)中，加入精炼渣，在氩气氛围下通过电极埋弧作用完成除杂精炼，得到钢液。
在一些优选的实施方式中，所述S5步骤具体为，对LF精炼后的钢液进行VD和/或RH脱气操作处理，出钢，得到成品。
在一些优选的实施方式中，本发明提供的炉外精炼工艺能够适用于多种钢材的炼制。优选的，所述钢材为碳素钢或不锈钢。
进一步优选，对于碳素钢，在S5步骤LF精炼结束后，转移至AOD(氩氧脱碳炉)中进行脱碳操作。
进一步优选，对于不锈钢，在S5步骤中脱气具体为先经过VD炉(真空脱气)处理，然后经过RD炉(真空循环脱气)处理。
本发明通过设定特定的炼制工艺与特定的助熔剂相结合，有效实现了钢材制备过程中的脱硫、脱硅、脱磷，炼制过程中的杂质元素与钢材有效分离，得到高纯度高性能的钢材成品；所得到的的钢材尤其具有优异的耐寒性。最重要的是，本发明采用特定电解质粉与粘合剂结合制得的助熔剂，能够实现快速化渣，且化渣时的加入量只需要800斤/吨(4wt％)，大幅降低了炼钢成本，对于炼钢领域的发展具有重要意义。
本发明第二方面提供了一种炉外精炼工艺在炼钢领域的应用。
有益效果：
本发明提供的炉外精炼工艺具有以下优点：
(1)采用对电解铝进行提炼后电解槽里的碳渣与粘结剂相结合，得到的助熔剂能够显著缩短化渣时间，且加入量仅为传统助熔剂加入量的80％(通常为1000斤/吨)，显著降低了炉外精炼成本；
(2)配合特定的炼制工艺，得到的炉外精炼产物具有优异的耐温性和尺寸稳定性，能够广泛应用于各种场合的性能需求；
(3)本发明的炉外精炼工艺安全温和，实用性强，且配合特制助熔剂作用时冶炼基料不易喷溅，冶炼装置的使用寿命延长，对于行业发展具有积极意义。
具体实施方式
实施例1.
本实施例第一方面提供了一种炉外精炼工艺，其步骤包括：
S1.收集高炉中冶炼得到的铁水；
S2.将铁水转移至转炉中，冶炼；
S3.吹扫氩气；
S4.LF精炼；
S5.脱气，出钢，得到产物。
在S2步骤中加入助熔剂进行操作。
所述助熔剂的原料包括电解质粉和粘合剂，电解质粉和粘合剂的重量比为95：5。
所述电解质粉为对电解铝进行提炼后电解槽里的碳渣，来源于中国铝业股份有限公司。
所述粘合剂为有机粘合剂，具体为60目的玉米淀粉，来源于临朐县永多饲料厂。
所述助熔剂的制备方法为，将原料混合后通过压球机压制成型。
所述S1步骤为，将矿石和助剂A从高炉顶部加入，然后通入预热的空气，在1560℃条件下冶炼3h，得到铁水。
所述空气的通入速率为97m3/h。
所述助剂A为焦炭和金属碳酸盐。
所述金属碳酸盐具体为250目的轻质碳酸钙，来源于灵寿县中润矿产品有限公司。
所述矿石，焦炭，金属碳酸盐的重量比为45：15：10。
所述矿石为磁铁矿和赤铁矿，磁铁矿和赤铁矿的重量比为3:1；磁铁矿和赤铁矿均来源于铜陵市威特矿产品销售有限公司。
所述S2步骤为，将铁水冷却至1300℃，从高炉底部转移至转炉中，同时加入助熔剂，回收废铁和生石灰，鼓入空气，转动转炉冶炼40min/100吨，得到第一钢水；
所述回收废铁来源于广州盛欣再生资源回收有限公司；所述生石灰具体为高钙生石灰，粒径为325目，来源于石家庄华朗矿产品贸易有限公司。
所述助熔剂的加入量为矿石重量的4wt％。
所述助熔剂，回收废铁和生石灰的重量比为1:3:2。
所述S3步骤具体为，将转炉倾斜至水平位置，将第一钢水转移至钢包中，向钢包中吹扫氩气，吹扫氩气的时间为10min，然后转移至吹氮站中作用20min，得到第二钢水；
所述S4步骤具体为，分离第二钢水中的渣料，然后转移至钢包精炼炉中，加入精炼渣，在氩气氛围下通过电极埋弧作用完成除杂精炼，得到钢液粗料；将钢液转移至AOD中进行脱碳操作，得到钢液。
所述精炼渣来源于郑州万邦铝业有限公司。
所述S5步骤具体为，对LF精炼后的钢液进行脱气操作处理，出钢，得到成品。
在S5步骤中脱气操作具体为先经过VD炉处理，然后经过RD炉处理。
本实施例第二方面提供了一种炉外精炼工艺在碳素钢冶炼领域的应用。
实施例2.
本实施例第一方面提供了一种炉外精炼工艺，其步骤包括：
S1.收集高炉中冶炼得到的铁水；
S2.将铁水转移至转炉中，冶炼；
S3.吹扫氩气；
S4.LF精炼；
S5.脱气，出钢，得到产物。
在S2步骤中加入助熔剂进行操作。
所述助熔剂的原料包括电解质粉和粘合剂，电解质粉和粘合剂的重量比为95：5。
所述电解质粉为对电解铝进行提炼后电解槽里的碳渣，来源于中国铝业股份有限公司。
所述粘合剂为有机粘合剂，具体为60目的玉米淀粉，来源于临朐县永多饲料厂。
所述助熔剂的制备方法为，将原料混合后通过压球机压制成型。
所述S1步骤为，将矿石和助剂A从高炉顶部加入，然后通入预热的空气，在1560℃条件下冶炼3h，得到铁水。
所述空气的通入速率为97m3/h。
所述助剂A为焦炭和金属碳酸盐。
所述金属碳酸盐具体为250目的轻质碳酸钙，来源于灵寿县中润矿产品有限公司。
所述矿石，焦炭，金属碳酸盐的重量比为45：15：10。
所述矿石为磁铁矿和赤铁矿，磁铁矿和赤铁矿的重量比为3:1；磁铁矿和赤铁矿均来源于铜陵市威特矿产品销售有限公司。
所述S2步骤为，将铁水冷却至1300℃，从高炉底部转移至转炉中，同时加入助熔剂，回收废铁和生石灰，鼓入空气，转动转炉冶炼40min/100吨，得到第一钢水；
所述回收废铁来源于广州盛欣再生资源回收有限公司；所述生石灰具体为高钙生石灰，粒径为325目，来源于石家庄华朗矿产品贸易有限公司。
所述助熔剂的加入量为矿石重量的4wt％。
所述助熔剂，回收废铁和生石灰的重量比为1:3:2。
所述S3步骤具体为，将转炉倾斜至水平位置，将第一钢水转移至钢包中，向钢包中吹扫氩气，吹扫氩气的时间为10min，然后转移至吹氮站中作用20min，得到第二钢水；
所述S4步骤具体为，分离第二钢水中的渣料，然后转移至钢包精炼炉中，加入金属组合物，待熔化后加入精炼渣，在氩气氛围下通过电极埋弧作用完成除杂精炼，得到钢液。
所述金属组合物具体为铬、硅，碳，锰，钼按重量比为13.2：0.3：1:0.5:0.2；金属组合物占第二钢水(分离渣料后)总重量的15wt％。
所述精炼渣来源于郑州万邦铝业有限公司；精炼渣占第二钢水(分离渣料后)总重量的2wt％。
所述S5步骤具体为，对LF精炼后的钢液进行脱气操作处理，出钢，得到成品。
在S5步骤中脱气操作具体为先经过VD炉处理，然后经过RD炉处理。
本实施例第二方面提供了一种炉外精炼工艺在不锈钢冶炼领域的应用。
实施例3.
本实施例提供了一种炉外精炼工艺，具体实施方式同实施例1；不同点在于，所述助熔剂的原料包括电解质粉，粘合剂和助剂B，所述电解质粉，粘合剂和助剂B的重量比为85：5：10。
所述助剂为80目的萤石粉，来源于灵寿县宁博矿产品有限公司。
实施例4.
本实施例提供了一种炉外精炼工艺，具体实施方式同实施例1；不同点在于，所述粘合剂具体为水玻璃，来源于济南斌海商贸有限公司。
实施例5.
本实施例提供了一种炉外精炼工艺，具体实施方式同实施例1；不同点在于，所述助剂B为萤石粉和硅粉，萤石粉和硅粉的重量比为3:1；所述助剂B占电解质粉重量的20wt％。
对比例1.
本对比例提供了一种炉外精炼工艺，具体实施方式同实施例1；不同点在于，将助熔剂替换为萤石，所述助熔剂的加入量为矿石重量的5wt％。
性能测试方法
1.化渣时间
观察实施例1-5和对比例1投入助熔剂后的化渣时间；以对比例1的化渣时间为基准T0，记录实施例1-5化渣时间T1，计算Δ，Δ＝T0-T1。
2.钢材性能
参照GB/T 13239-2006，将实施例1-5和对比例1得到的产物置于-40℃放置3h，测试3h后相对于初始的断裂伸长率K的损失量δ，δ＝(K初始-K3h)/K初始×100％。
性能测试数据
表1.性能测试结果
| Δ/s | K<sub>初始</sub>/％ | δ/％ | |
| 实施例1 | 204 | 13.6 | 2.4 |
| 实施例2 | \ | 11.7 | 3.8 |
| 实施例3 | 196 | 11.2 | 3.1 |
| 实施例4 | 206 | 13.2 | 4.3 |
| 实施例5 | 182 | 12.7 | 3.2 |
| 对比例1 | - | 9.2 | 6.5 |
Claims (10)
1.一种炉外精炼工艺，其特征在于，其步骤包括：
S1.收集高炉冶炼得到的铁水；
S2.将铁水转移至转炉中，冶炼；
S3.吹扫氩气；
S4.LF精炼；
S5.脱气，出钢，得到产物。
2.根据权利要求1所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，在S2～S5步骤中的至少1个步骤中加入助熔剂进行操作。
3.根据权利要求1或2所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述S1步骤为，将矿石和助剂A从高炉顶部加入，然后通入预热的空气，在1300-1800℃条件下冶炼0.5-5h，得到铁水。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述S2步骤为，将铁水冷却至1100-1400℃，从高炉底部转移至转炉中，同时加入助熔剂，废铁和生石灰，鼓入空气，转动转炉冶炼20～60min/100吨，得到第一钢水。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述S3步骤具体为，将转炉倾斜至水平位置，将第一钢水转移至钢包中，向钢包中吹扫氩气，吹扫氩气的时间为1-15min，然后转移至吹氮站中作用10-30min，得到第二钢水。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述S4步骤具体为，分离第二钢水中的渣料，然后转移至钢包精炼炉中，加入精炼渣，在氩气氛围下通过电极埋弧作用完成除杂精炼，得到钢液。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述S5步骤具体为，对LF精炼后的钢液进行VD和/或RH脱气操作处理，出钢，得到成品。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述助熔剂的原料至少包括电解质粉和粘合剂，电解质粉和粘合剂的重量比为80-100：0-20。
9.根据权利要求8所述的一种炉外精炼工艺，其特征在于，所述助熔剂的原料还包括助剂B，助剂B的加入量为电解质粉质量的0-90wt％。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的炉外精炼工艺在炼钢领域的应用。
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|---|---|
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