CN116875770A - 一种炉渣调整剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炉渣调整剂及其制备方法和应用，属于钢铁冶炼技术领域。该炉渣调整剂的化学成分的重量百分比为：CaO：37.0％‑39.0％，SiC：32.0％‑34.0％，C：15％‑16％，CaMg(CO₃)₂：6％‑7％，粘结剂6％，S≤0.15％，P≤0.08％，H₂O≤1.5％，其中SiC和碳粉具有一定还原性，同时反应产生的SiO₂和CO能使钢渣发泡，增加了钢渣铺展性，改善钢渣覆盖效果。该炉渣调整剂加入后，能够快速与钢渣面反应并使钢渣迅速铺展开来达到扩散发热效果，有效改善了钢渣状态，解决钢包顶渣易结壳团覆盖效果差的问题，一定程度降低了钢渣氧化性，为后续加入钢渣脱氧剂提供了良好的反应条件。

Description

一种炉渣调整剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于钢铁冶金炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种炉渣调整剂及其制备方法与应用。

背景技术

炉渣是钢铁冶炼过程中生成的浮在钢水表面的熔体，其组成以氧化物为主，还常含有硫化物并夹带少量金属。转炉冶炼结束后向盛钢桶(钢包)内放出钢水时，常利用挡渣出钢，但仍不可避免地会有部分钢渣进入钢包内，这部分终渣被称之为钢包顶渣。转炉冶炼终点渣具有高氧化性、高碱度、高熔点等的特点，渣中全铁(total iron，TFe)质量分数可达到13-15％，如果后续过程处理不好，氧化性钢包顶渣会持续向钢水中传氧，与钢水中铝反应生产氧化铝夹杂，这是造成钢水二次氧化的主要原因之一，严重影响高品质钢的洁净度。

为改善钢包顶渣的氧化性，目前普遍采用加入铝基复合物改质剂的方法来降低钢包顶渣的氧化性，如专利CN114350880A，但是铝基复合物改质剂加入后与钢渣反应产生大量爆发式蘑菇云的烟尘，这是因为冶炼过程中未能充分与顶渣反应的改质剂持续反应，导致烟尘持续周期长，污染环境，不利于人身健康和环保，改质剂的反应不充分最终会导致钢包顶渣中TFe质量分数控制散差较大，影响钢水质量。专利CN101545017A，公开了一种钢包渣改性剂，其化学组分为：CaO：61-70％；Al₂O₃：15-28％；Al：3.5-7％；CaF₂：6-10％；MgO：1.5-5％；SiO₂：＜3％；C≤0.01％；控制水分≤0.3％；其主要目的是降低钢包顶渣中∑(FeO+MnO)％。又如专利CN108018398A，公开了一种超低碳钢用钢包顶渣脱氧改质剂及其使用方法，其组成成分的重量百分比为：Al：18-28％，CaCO₃：20-30％，CaO：3-7％，Al₂O₃：5-10％，CaF₂：5-9％，MgO：5-8％，Na₂CO₃≤6％，其余为不可避免的杂质，钢包顶渣脱氧改质剂各组分的粒径≤1mm；CaF₂的加入虽然能够改善钢水流动性差的问题，但氟化物不环保；且CaF₂加入量过多，侵蚀钢包表面耐材，加快耐材的溶损速度。

上述专利中，脱氧剂铝均是混合在改质剂中，加入到钢水中温度无法达到铝基复合物改质剂的熔点，改质剂呈堆积状态，反应缓慢且不充分，铁水质量差。

因此，开发一种对环境影响小、对钢包顶渣调整效果好，为配合后续脱氧剂的使用提供良好钢渣状态的新型炉渣调整剂是十分必要的，也是钢包顶渣调整技术也是冶炼超低碳钢的关键技术之一。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有铝基复合改质剂在钢水中熔融不充分导致钢水质量差的问题，本发明提供一种炉渣调整剂及其制备方法，制得的炉渣调整剂有利于脱氧剂的充分熔融。

将该炉渣调整剂应用于冶炼钢种中，能有效提高钢水质量，控制钢包渣全铁含量分析结果均在7％以内。

2.技术方案

现有技术中通过加入铝基复合物改质剂的方法来降低钢包顶渣的氧化性，将Al加入改质剂中，同时作用脱氧，但一方面铝基复合物改质剂的熔点较高，常加入的Al₂O₃的熔点为2054℃，需要达到一定温度，才能使其充分融化，而出钢后炉渣表面温度迅速温降，约为700℃-800℃；另一方面，铝基复合物的加入是吸热反应。因此，钢包顶渣的温度达不到铝基复合物熔点，发生堆积、结壳现象，铝基复合材料在没有完全熔融的情况下与炉渣中的CaO反应，反应缓慢发生，持续发烟，且融化不充分，导致钢包顶渣中TFe质量分数控制散差较大，钢水质量差。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种炉渣调整剂，其化学组分包括CaO：37.0％-39.0％，SiC：32.0％-34.0％，C：15％-16％，CaMg(CO₃)₂：6％-7％，粘合剂：6％，其余为不可避免的杂质，其中：S≤0.15％，P≤0.08％，H₂O≤1.5％。

CaO：脱氧剂铝与钢包顶渣中的FeO发生还原反应，生成Al₂O₃，Al₂O₃与炉渣中的CaO结合生成熔点较低的12CaO·7Al₂O₃，降低钢包顶渣氧化性，使钢包顶渣具有一定吸附钢水中Al₂O₃夹杂的能力，其化学反应式为：

3FeO+2Al→Al₂O₃+3Fe

12CaO+7Al₂O₃→12CaO·7Al₂O₃

通过降低Al₂O₃的活度，降低炉渣熔点，提高Al₂O₃的传质系数。本发明控制CaO的含量为37.0％-39.0％，其原因在于，CaO加入钢水中是分解吸热反应，低于37％则Al₂O₃活度过高，高于39％则由于CaO加入量过多降低钢渣面反应活性，达不到铺展效果，导致后续加入金属铝的过程中产生烟尘。

其中SiC和碳粉具有一定还原性，其与钢渣的反应式如下：SiC+3(FeO)＝3Fe+SiO₂+CO(g)，C+FeO＝Fe+CO(g)。

SiC和碳粉能够快速与钢渣中的FeO反应产生CO，使钢渣发泡，并能够在1min内使钢渣快速铺展开来，生成的SiO₂和CO能使钢渣发泡，增加了钢渣铺展性，改善钢渣覆盖效果。此外，SiC能起到扩散脱氧作用，产生的反应热能导热系数高，不仅能发泡，还能增温，有利于金属铝加入后快速与钢渣面反应并使钢渣迅速铺展开来达到扩散发热效果。控制SiC的含量为32.0％-34.0％，SiC低于32.0％则钢渣面反应过慢，扩散发热效果不理想，高于34.0％钢渣面反应过快，发泡迅速易造成顶渣溢出钢包的安全隐患。

控制碳粉的含量为15％-16％，能有效维持发泡时间，加入后延长炉渣可持续处于热效率最佳状态的时间，渣料不结块，渣面呈可目测的熔融态，满足金属铝强脱氧剂加入后对炉渣进行二次调整。碳粉的质量低于15％则发泡及熔融态持续时间短不利于渣中TFe含量降低，高于16％熔融态持续时间过长造成钢水温度损失，且容易造成钢水增碳。

反应过程中先通过SiC激发热源，再利用碳粉发泡保温，延长高温时间，此外铝的加入也是发热反应。因此本发明进一步地控制SiC和碳粉的质量比例在(2.0-2.2)：1，同时满足热源的激发和较长的保温时间。

CaMg(CO₃)₂为白云石，其含有游离CaO能够净化钢液，起到增加炉渣粘度，吸附钢水中的夹杂物，在后期加入金属铝脱氧后，有利于提高钢渣分离效果，脱去钢渣中的氧。CaMg(CO₃)₂的含量低于6％则炉渣粘度过低，钢渣分离效果差；高于7％炉渣粘度过稠容易造成加入金属铝后堆积降低反应速率。

为提高炉渣调整剂的反应速度、铺展性和熔化性等因素，炉渣调整剂的粒度应尽可能的小，但过小会导致炉渣调整剂加入过程中易飘散被除尘系统抽走的问题，因此本发明的炉渣调整剂的粒度设定为10-40mm。为实现炉渣调整剂的粒径为10-40mm，本发明加入一定比例的粘合剂，虽然在制造时希望尽可能的少用或不用粘合剂，但是本发明的钢渣调整剂为复合产品，必须保证粒度设定为10-40mm，若无粘合剂，则难以压制成球，经过反复试验，粘结剂必须达到6％才能压制成形，粘合剂过少或没有则易松散，加入过程中若颗粒过小易于飘散被除尘系统抽走，粘合剂过多会减缓材料溶解反应速度，不利于钢渣的流动性。最终本发明的炉渣调整剂的粒度设定为10-40mm。

本发明公开了一种上述炉渣调整剂的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)破碎：原料经过破碎机进行破碎精选后，再进行筛分搅拌，粒度控制在0-5mm；粒度配比合理、搅拌后分布均匀，高温作用下易分解，产品功效发挥充分；

(2)压球：采用超强干压球机进行高压成球，形成压球；

(3)筛分：采用分筛机对压球进行粒度筛分，选出颗粒为10-40mm的压球颗粒；

(4)干燥：对筛分后的压球颗粒进行加热干燥，干燥时间大于48小时，干燥后采用计量防潮包装。实验证明，粘合剂既有粘结功能，又可起到干燥作用，轧球过程中粘合剂在高压状态下瞬间升温，球体表面温度在150℃左右。只要储存、包装适当，产品中的H₂O含量可控制在1.5％以下。如受气候、储存等条件影响，必要时采用电炉窑烘干，炉窑温度控制在200-300℃之间，烘干时间≥3小时。

制得的压球产品送检分析，确保产品的规格和质量满足要求。

本发明提供的一种炉渣调整剂，其粒度大小为10-40mm，化学组分包含CaO、SiC、C、CaMg(CO₃)₂，其中一定量的CaO加入渣中，可提高渣系碱度，CaO作为高熔点的粒子存在渣中提高了基础渣的表面粘度，提高渣钢间的反应速率，对调整渣系热效率提供了支撑及稳定的降低钢渣中TFe。SiC和碳粉，具有一定还原性，能够快速与钢渣中FeO反应生产CO，使钢渣发泡，利用SiC可直接与氧起反应，能起扩散脱氧作用并能够在1min内使调整剂快速在钢包渣面铺展开来，具有良好的铺展性和溶化性，有效改善了钢渣热状态。

本发明采用两步法，首先采用炉渣调整剂激发炉渣表面热源，炉渣调整剂的加入是放热反应，迅速把反应渣系变成熔融状态，使炉渣温度高于铝的熔点，再加入脱氧剂铝，铝在表面融化，迅速均匀地铺展在表面，反应迅速、充分，减少烟尘的发生，降低钢包顶渣氧化性。

本发明尤其适用于超低碳钢制备，超低碳钢要求保留钢水中的氧，利用钢水中的氧脱碳，渣中的氧过多则钢水质量差，形成氧化物夹杂，加剧铸钢热裂倾向，降低铸钢的性能。本发明的炉渣调整剂及脱氧剂铝脱去钢包顶渣中的氧，而保留钢水中的氧，使渣钢空间分离，降低钢包表面全铁质量分数。

炉渣调整剂加在钢包渣表面后能够快速熔化铺展开来，不堆积结壳，钢包渣状态较好，为降低钢包顶渣氧化性提供良好的反应条件，大生产数据跟踪钢包渣全铁分析结果均在7％以内，同时加入时生产现场产生烟尘较小，后续钢包吊运和冶炼过程基本无烟尘产生。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用两步法，首先采用炉渣调整剂激发炉渣表面热源，迅速把反应渣系变成熔融状态，再加入脱氧剂铝，铝在表面融化，迅速均匀地铺展在表面，反应迅速、充分，减少烟尘的发生，钢包渣全铁含量分析结果均在7％以内，满足供应需求；

(2)本发明的一种低尘炉渣调整剂，包含一定量的SiC和碳粉，SiC激发热源，再利用碳粉发泡保温，延长高温时间，使钢渣快速的铺展开来，具有良好的铺展性和溶化性，有效改善了钢渣状态，一定程度降低了钢渣氧化性；

(3)本发明的一种低尘炉渣调整剂的制备方法及应用，制备方法和应用操作相对简单，适合工业化生产制造和使用，且改善了生产环境，降低对环境产生的污染。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为添加实施例1的炉渣调整剂后的钢包渣状态图；

图2为添加实施例2的炉渣调整剂后的钢包渣状态图；

图3为添加实施例3的炉渣调整剂后的钢包渣状态图；

图4为添加实施例4的炉渣调整剂后的钢包渣状态图；

图5为添加实施例5的炉渣调整剂后的钢包渣状态图；

图6为实施例1中炉渣调整剂生产制备流程图；

图7为实施例1中炉渣调整剂应用流程图；

图8为添加对比例1的炉渣调整剂后的钢包渣状态图，(a)成团、结块状况；(b)烟尘状况；

图9为加入炉渣调整剂前后钢包渣状态对比图。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

根据本发明一种改善钢包顶渣状态的炉渣调整剂中技术方案要求，通过实例具体说明本专利。

一种改善钢包顶渣状态的炉渣调整剂，其化学组分包括CaO：37.0％-39.0％，SiC：32.0％-34.0％，C：15％-16％，CaMg(CO₃)₂：6％-7％，粘合剂：6％，S≤0.15％，P≤0.08％，H₂O≤1.5％。其中，炉渣调整剂的粒度设定为10-40mm。

实施例中的粘合剂包括磷酸六钠、铁、工业白糖。其中磷酸盐大于68％，非活性磷酸盐小于7.5％，铁小于0.2％，工业白糖含量≥99％。其中，磷酸六钠结合强度大，成球后产品不开裂，不粉化，存放的时间大于180天。工业白糖粘结性能好，发热值高，渍出水份能力强。

一种改善钢包顶渣状态的炉渣调整剂，其化学组分如表1所示：

表1炉渣调整剂组成成分(wt％)

本实施例还提供了表1中各改善钢包顶渣状态的炉渣调整剂的生产制备方法，流程如图6所示，具体包括如下步骤：

(1)破碎：根据组分称取原料，原料经过破碎机进行破碎精选后，再进行筛分搅拌；

(2)压球：采用超强干压球机进行高压成球，形成炉渣调整剂压球；

(3)筛分：采用分筛机对炉渣调整剂压球进行粒度筛分，选出颗粒10-40mm压球颗粒；

(4)干燥：对筛分后压球颗粒进行加温干燥，干燥时间大于48小时，干燥后采用计量防潮包装。

实施例6

本实施例提供炉渣调整剂的应用，出钢后添加炉渣调整剂对钢包顶渣进行调整，应用于KR→300tBOF→RH→CC冶炼钢种工艺路径，如图7所示。

本发明提供的炉渣调整剂，在出钢结束抬炉时立即通过合金溜槽加入吨钢1.0-1.6kg/t，炉渣调整剂加完后立即加入脱氧剂铝粒吨钢0.4-0.8kg/t，加完后炉渣调整剂加在钢包渣表面后能够快速熔化铺展开来，不堆积结壳，钢包渣状态较好，为降低钢包顶渣氧化性提供良好的反应条件，实施例中加完后渣面状态分别见图1-5，加入炉渣调整剂后，改善炉渣渣系的氧化性，转炉出钢结束后炉渣表面渣料不结块，减少钢水增氧、降温，达到炉渣表面呈熔融态的工艺条件，便于对炉渣氧化性进行二次调整，减少脱氧材料与炉渣发生化学反应持续排放大量浓厚烟尘，从而降低炉渣中的TFe，以满足我厂钢种质量的需求。跟踪钢包渣全铁含量分析结果均在7％以内，同时加入时生产现场产生烟尘较小，后续钢包吊运和冶炼过程基本无烟尘产生。

对比例1

对比例1是向钢包中加入铝基复合物改质剂，所述铝基复合物改质剂的组分如专利CN108018398A实施例1所示，未先添加本发明的炉渣调整剂，其冶炼过程如图8和图9所示。

如图8所示，铝基复合物改质剂加入后，堆积在钢包顶渣表面，而钢包顶渣温度偏低，热效应不佳，钢包顶渣成团、结块。

如图9所示，铝基复合物改质剂加入后，因改质剂与炉渣发生化学反应，持续排放大量的、浓厚的烟尘，甚至钢水吊运至RH处理过程仍继续大量排放，严重污染现场作业环境以及安全操作，不利于环保冶炼。

Claims (9)

1.一种炉渣调整剂，其特征在于，其包含如下质量百分比的化学成分：CaO：37.0％-39.0％，SiC：32.0％-34.0％，C：15％-16％，CaMg(CO₃)₂：6％-7％。

2.根据权利要求1所述炉渣调整剂，其特征在于，所述SiC和C的质量比例在(2.0-2.2)：1。

3.根据权利要求2所述炉渣调整剂，其特征在于，还包括6％粘合剂。

4.根据权利要求3所述炉渣调整剂，其特征在于，所述炉渣调整剂的粒径为10-40mm。

5.一种制备权利要求1-4任一项所述炉渣调整剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、破碎：原料经过破碎机进行破碎精选后，再进行筛分搅拌；

S2、压球，采用超强干压球机进行高压成球；

S3、筛分：采用分筛机对炉渣调整剂压球进行粒度筛分，选出颗粒为10-40mm的压球颗粒。

6.根据权利要求5所述炉渣调整剂的制备方法，其特征在于，还包括干燥步骤，对筛分后压球进行加温干燥，干燥时间大于48小时。

7.权利要求1-4任一所述炉渣调整剂的应用，其特征在于，出钢后添加炉渣调整剂对钢包顶渣进行调渣。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述炉渣调整剂应用于KR→300tBOF→RH→CC冶炼钢种工艺中，具体包括如下步骤：

S1、转炉出钢过程1/3-2/3时加入石灰；

S2、出钢结束抬炉时立即加入炉渣调整剂；

S3、炉渣调整剂加完后立即加入脱氧剂铝粒；

S4、钢包车开出加盖吊运RH处理。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，步骤S1中，石灰的加入量为吨钢1.5-2.5kg/t；步骤S2中，炉渣调整剂的加入量为吨钢1.0-1.6kg/t；步骤S3中，脱氧剂铝粒的加入量为吨钢0.4-0.8kg/t。