一种超高碱度低铝无氟精炼渣及制备方法和使用方法

专利名称：：一种超高碱度低铝无氟精炼渣及制备方法和使用方法
技术领域：
：本发明涉及一种具有超高碱度的无氟预熔型钢包精炼渣及其制备方法和使用方法，属于炼钢炉外精炼领域，适用于在钢包内造渣精炼过程。
背景技术：
：随着社会经济的发展，用户对钢材的质量提出了越来越高的要求，炉外精炼作为现代炼钢流程中的重要生产工序，在整个钢铁生产流程中起着举足轻重的作用。在诸多的精炼工艺中，合成渣精炼具有脱硫、脱磷、脱氧和吸纳钢中夹杂物等功能，得到广泛的应用和发展。目前，炼钢炉外精炼渣主要包括以下基础系列CaO-CaF2渣系；CaO-A1203渣系；CaO-Al203-CaF2渣系。这三个基础渣系中，真正起到脱硫、磷精炼作用的组元主要是CaO，CaO廉价且具有很强的去硫磷能力，但由于CaO的熔点非常高，需要加入较高量的助熔剂CaF2,即CaO-CaF2渣系，由于CaF2的高温不稳定性，造成严重氟污染，且单一使用CaF2，渣的稳定性差，不利于操作顺行，这已是冶金界的共识。在认识到CaF2作助熔剂的危害以后，炉外精炼造渣开始使用CaO-Al203渣系，消除了氟污染，但由于八1203助熔作用较弱，该渣系中A1203占有较大组分，冲淡了CaO作为脱硫、磷组元的作用，使得该渣系的冶金性能较差。在CaO-CaF2渣系和CaO-Al203渣系的基础上，研究采用CaO-Al203-CaF2渣系，利用A1203和CaF2共同起到调整渣冶金性能的作用，该渣系是目前广泛应用的炉外精炼渣系，但随着人类对健康、环保要求的提高，CaF2的使用量受到严格限制，不得不增加渔中八1203的使用量以使该精炼渣系有较好的熔化性能，使得该渣系中CaO的量最高只能在60o/。左右，这限制了CaO-Al2Cb-CaF2渣系脱硫、磷能力的提高，也限制了精炼渣对铝脱氧产物即Al203的吸纳能力。最近，有研究者提出用BaO、Na20、Li20、SrO等取代部分或全部CaO，可降低助熔剂的使用量，同时提高脱硫、磷能力，但BaO、Na20对环境的污染、设备的侵蚀并不亚于氟污染带来的危害，而Li20、SrO又是非常希贵的资源，所以，目前的炉外精炼造渣只能以廉价且脱硫、磷能力强的CaO为基础，但要克服目前采用CaO-CaF2渣系、CaO-Al203渣系和CaO-Al203-CaF2渣系存在的上述不足，在保证渣熔化性能的同时，使渣中CaO保持尽量高的含量，以提高精炼渣脱硫、吸收夹杂和脱氧产物、控制钢液回磷的能力。在消除氟污染、促进化渣的现有技术中，中国发明专利(申请号200910029247.5)—种钢包精炼调渣剂及制备方法和调渣方法，提出采用生石灰、铝灰、镁砂和硼酐按CaO30~60%，Al2O33060%，MgO2~10%，B2O3210%,配制预熔型调渣剂，该发明具有调渣效果好，无氟污染等优点，作为调渣剂，在精炼时配合生石灰等使用具有较好的精炼效果。但该发明只是一种精炼过程使用的调渣剂，不能单独作为精炼渣使用，换言之，其作为精炼渣使用时存在的不足或本质缺陷主要是(一)、该发明中CaO的含量较低，脱硫、脱磷能力有限，甚至降低对酸性脱氧产物如Si02、八1203的吸入能力，影响钢液的深脱氧效果；(二)、该发明中A1203的含量偏高，虽然有利于化渣，但降低了精炼渣吸收容纳钢液铝脱氧产物AI203的能力，不利于钢液中Al203的排出，在钢中形成夹杂物，因此不适合生产超级纯净钢。中国发明专利(申请号200910029248.X)—种钢包精炼用防粘渣无氟调渣剂及制备方法和使用方法，提出采用生石灰、铝灰、镁砂和硼酐按CaO75~85%，A20310~20%，M'gO0~8%，B2035~15%，配制预熔型调渣剂，该发明的主要功能防止精炼设备粘渣，当然该发明对提高精炼效果也具有一定作用，如有利于脱硫、控制回磷等，但同样，该发明也只是一种精炼过程使用的调渣剂，单独作为精炼渣使用时的不足之处也是上面述及的两点即CaO的含量偏低，精炼能力不足，且A1203含量偏高不利于钢液脱氧和对夹杂物的吸收，因此，单独作为精炼渣不适合生产超级纯净钢。综上所述，为提高渣的脱硫、脱磷能力，必须尽量提高渣的碱度，即渣中CaO含量高ffL酸性组元含量低，同时，为提高精炼渣吸纳脱氧产物的能力，需要降低渣中Al2Cb量。工业生产中，要保证精炼效率，这种具有高碱度且低铝型精炼渣必须配以比CaF2和Al203更有效地促进石灰熔解的助熔剂，才能达到好的精炼效果。因此，本发明提出采用超高碱度低铝无氟型精炼渣，即提高渣中CaO的含量，同时降低精炼渣中Al203量，从而提高了渣中自由CaO的浓度，提高渣的脱硫、磷能力，克服大量采用八1203调渣导致脱硫、磷能力不足的问题，另外，渣中有大量自由CaO，增加了精炼渣对钢中残存脱氧产物如A1203、Si02等物质的吸纳能力，有利于提高钢液脱氧效果；同时为促进石灰熔解、采用B203作助熔剂，不使用CaF2，从而消除了氟污染并提高造渣速度和冶炼稳定性。
发明内容本发明的目的是提供一种具有超高碱度、低铝、无氟型精炼渣，克服目前精炼渣脱硫、磷能力低、吸纳夹杂物能力易饱和以及萤石作助熔剂带来的氟污染、耐火材料侵蚀严重等关键问题，更好的发挥炉外造渣精炼的冶金功能、提高钢液质量、冶炼效率和精炼设备寿命。本发明的目的是通过下列技术方案来实现的一种超高碱度、低铝、无氟型精炼渣，其特征在于成份以质量百分数计，Ca085~95%，B2O32~10%，MgO210%，Al2O3l~10%，精炼渣中的杂质应少于5%，特别是有害杂质如硫、磷等越低越好。上述精炼渣中，杂质包括Si02、硫、磷及其化合物等。上述组成的精炼渣的制备方法，其特征在于由工业试剂活性石灰、硼酐、镁砂、铝灰，按上述给定的组成配制，原料中杂质的含量越低越好，其选料原则是配料后要满足Si02、硫和磷等杂质少于5%。原料称量前应充分干燥、经称量配料、粉碎成2mm以下碎料，经混料后预熔处理。预熔采用焦炭加热、煤气加热或电加热的方法，预熔温度1350~1400°C，熔化均匀后，从炉内放出，液态渣出炉后冷却，破碎加工，粒度尺寸为2~10mm，保持干燥状态下，防潮包装待用。采用该精炼渣的精炼方法是钢水预脱氧合金化处理后，进入精炼工位，加入还原剂对钢包残渣还原处理，吹氩过程中将预熔精炼渣投入钢水镜面区域，后续的精炼工艺与目前采用常规的精炼渣是完全相同的，该渣系可用于LF精炼、RH精炼和CAS精炼等精炼工艺。对于LF精炼，因电弧加热需要造泡沫渣，则可将该预熔渣与发泡剂混匀后投入钢包，然后开到电加热工位精炼，也可在精炼过程投包使用。对于RH精炼和CAS精炼，则可在钢包吹氩排渣后将精炼渣投入钢水镜面区域，然后降浸渍管或隔离罩精炼，也可在精炼过程投包使用。该精炼渣的使用量根据脱硫量确定，按每吨钢水加入15Kg预熔渣，LF精炼30min,可将钢水中硫含量由0.010%降至0.001%，脱硫率达到90%左右，欲继续深脱硫，则适当增加渣量或延长精炼时间。采用该发明的精炼渣成分与精炼要求的匹配优化原则如下-(1)、CaO是主要的脱硫、脱磷组元，同时也是吸纳钢中脱氧产物(A1203、Si02及其组合物)的主要组元，这是本渣系采用高CaO含量的根本原因，因此，当脱硫任务重、钢包内残存炼钢炉渣量较大、钢包内脱氧量大生成大量A1203、Si02等脱氧产物的情况下，采用本发明的预熔渣时，渣中CaO的含量可取上限或接近上限的较高值；相反，预熔渣中CaO的含量可取下限或接近下限的较低值；(2)、B203是主要的助熔剂，当渣中CaO、MgO含量较高，A1203含量较低时，B203含量应取接近上限的较大值，以使精炼渣有较好的冶金效果；反之，当渣中CaO、MgO含量较低，A1203含量较高时，B203含量可取接近下限的较小值，以节约成本，并保证渣的脱硫能力。(3)、MgO的主要作用是减少精炼渣对钢包渣线部位镁碳质耐火材料的侵蚀，以延长耐火材料寿命。实践证明精炼渣中4n/。6y。的MgO就可有效减少钢包内衬的侵蚀。钢包内衬侵蚀严重时，可增大渣中MgO(取上限10%)，但容易造成内衬粘渣和结壳。(4)、AW)3的主要作用是调整渣的粘度，对钢包内需要大量用铝、硅脱氧的钢种，由于脱氧会生成大量Al203等物质，所以配制的精炼渣中应降低Al203的含量，以增加精炼渣对脱氧产物A1203、Si02的吸纳能力；反之，对于钢包内脱氧量较低的钢种，配制的精炼渣中可适当提高Al203的含量，使精炼渣有好的冶金性能。(5)、渣中杂质应少于5%，其中Si02会显著降低渣的脱硫、磷能力，硫、磷及其化仑物会直接污染钢液，所以，杂质含量越低越好。与现有技术相比，本发明的主要优点归纳如下(1)、该精炼渣具有超高碱度，具有很强的脱硫能力，并能控制钢液回磷；(2)、采用B203作助熔剂，消除了CaF2作助熔剂带来的氟污染；(3)、B203的助熔作用很强，渣的熔化速度快，熔点低，渣的冶金性能提高；(4)、渣中调渣组分八1203的含量大幅度降低，即提高了精炼渣对钢中八1203类夹杂物的吸纳能力，也提高了自由CaO浓度，脱硫和控制钢液回磷能力显著提高；(5)、渣中无Si02或Si02的含量很低，提高了精炼渣对硅脱氧产物、硅酸盐类夹杂物的吸纳能力，所以钢的脱氧效果提高，钢中脱氧产生的夹杂物得到有效控制。(6)、该精炼渣采用预熔处理的形式，提高了精炼渣的稳定性和冶金效果，同时改善了操作现场的工作环境。综上所述，与现有技术相比，本发明的优点是无污染，脱硫、磷能力强，且吸收钢脱氧产生的夹杂物能力提高，钢的脱氧效果改善，解决了目前炼钢炉外造渣精炼存在的关键问题，另外，该精炼渣的铺展性好，减少钢液吸气和氧化，精炼设备不粘渣，制备工艺简单、便于储运和使用。具体实施方式实施实例以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明(一)预熔精炼渣的制备实施例采用的原料如下，以下涉及百分数时均为重量百分比活性石灰的化学组成为100%>CaO》90.0,5%》MgO>0，2.5%>SiO2〉0，其余为八1203等微量杂质；硼酑的化学组成100%〉B2O3>85.0，5%》CaO〉0，3%》MgO>0，3%》SiO2〉0，其余为微量杂质；镁砂的化学组成100%>MgO》90.0，5%》CaO>0，3%>Al2O3〉0，l%>SiO2>0，其余为微量杂质；铝灰的化学组成100%>Al2O3》90.0，5%》CaO〉0，3%>MgO〉0,1.5%》SiO2>0，其余为微量杂质；取上述原料在10015(TC下烘烤后称量，按表1的三种配料方式配料。将各原料破碎成lrnm以下，机械混匀后加入到一新砌钢包内，用煤气加热使其在138(TC下熔化，熔化均匀后，从炉内放出，液态渣出炉后冷却，破碎加工，粒度尺寸为2~10mm，保持干燥状态下，防潮包装待用。(注炼钢厂对新砌钢包需要烘烤后才能使用，为节约能源，本实施例就是利用钢包烘烤的同时预熔渣料，渣料熔清倒出后，钢包还可继续烘烤到使用温度)。表2是制备好的预熔渣的成分分析结果表1预熔渣配料方案配料方案一配料方案二配料方案三配料成分(质量％)(质量％)(质量％)活性石灰859095硼酐22镁砂42铝灰811配料总量(Kg)200020002000表2制备好的预熔渣成分分析结果配料方案一配料方案二配料方案三主要成分(质量％)(质量％)(质量％)CaO848993B20322MgO42A1203621杂质(余量)412(二)预熔精炼渣的使用取上述预熔渣，在30吨LF钢包精炼炉上进行工业试验，工艺实验条件及主要技术经济7指标见表3，在钢液用Al-Si预脱氧和钢包渣加CaC2还原后，将精炼渣投到钢水镜面区域，然后钢包开到通电工位加热、精炼，精炼后钢水和铸坯的主要技术考核指标见表3。表3工艺试验条件及主要技术经济指标<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从以上结果可知，采用本发明精炼后，钢中硫、氧含量及夹杂物等都达到高级优质钢的标准。特别是硫、磷、氧含量都达到10ppm以下，达到高级纯净钢的标准，夹杂物控制等级达到优质、特优质钢的标准。从精炼过程来看，化渣情况良好，无结壳和粘渣现象，钢包渣线部位耐火材料无明显的侵蚀发生。权利要求1、一种超高碱度低铝无氟预熔型钢包精炼渣，其特征在于成份以质量百分数计，CaO85～95％，B2O32～10％，MgO2～10％，Al2O31～10％，精炼渣中的杂质应少于5％。2、权利要求l所述的精炼渣，其特征在于杂质包括Si02、硫和磷及其化合物。3、权利要求1所述的精炼渣的制备方法，其特征在于由工业试剂，活性石灰、硼酐、镁砂、铝灰，按组成配制，原料称量前应充分干燥、经称量配料，粉碎成2mm以下碎料，混匀、预熔，预熔温度13501450'C，熔化均匀后，从炉内放出，液态渣出炉后冷却，破碎加工，粒度尺寸为210mm，保持干燥状态下，防潮包装待用。4、权利要求3所述的精炼渣的制备方法，其特征在于预熔采用焦炭加热、煤气加热或电加热的方法。5、权利要求1所述的精炼渣的使用方法，其特征为用于LF精炼、RH精炼和CAS精炼，具体为钢水预脱氧及钢包残渣还原处理后，在吹氩过程中将预熔精炼渣投入钢水镜面区域，每吨钢水加入15kg预熔渣，后续的精炼工艺与目甜采用常规的精炼渣的精炼工艺完全相同。6、权利要求5所述的精炼渣的使用方法，其特征为对于LF精炼，将该预熔渣与发泡剂混匀后投入钢包，然后开到电加热工位精炼；或在精炼过程中投包使用。7、按权利要求5所述的精炼渣的使用方法，其特征为对于RH精炼和CAS精炼，在钢包吹氩排渣后将精炼渣投入钢水镜面区域，然后降浸渍管或隔离罩精炼；或在精炼过程中投包使用。8、使用权利要求1所述的精炼渣进行精炼，脱硫率达到卯％，可完全控制钢液回磷，并将钢中硫、磷含量控制在0.0010%以下。全文摘要本发明属于炼钢精炼
技术领域：
，为一种超高碱度低铝无氟预熔型钢包精炼渣及制备方法和使用方法，化学成份为(质量％)CaO85～95％，B₂O₃2～10％，MgO2～10％，Al₂O₃1～10％，杂质少于5％，特别是有害杂质如硫、磷等越低越好。由工业试剂活性石灰、硼酐、镁砂、铝灰配制，在1350～1450℃预熔，冷却后破碎成2～10mm，防潮包装。该渣系可用于LF、RH和CAS等精炼造渣，钢水预脱氧及钢包残渣还原处理后，在吹氩过程中将该精炼渣投入钢包。本发明的精炼渣脱硫、磷能力强，无污染，吸收脱氧产生的夹杂物能力提高，钢脱氧效果改善，铺展性好，减少钢液吸气氧化，精炼设备不粘渣，制备工艺简单，便于储运和使用。文档编号C21C7/076GK101643822SQ20091018459公开日2010年2月10日申请日期2009年8月31日优先权日2009年8月31日发明者李桂荣,王宏明申请人:江苏大学