碱性氧气转炉炼钢造渣助熔剂及其制备方法及造渣方法

摘要

碱性氧气转炉炼钢造渣助熔剂及其制备方法及造渣方法，属于碱性氧气转炉炼钢领域，造渣助熔剂以质量百分数计，B2O3 5～10％，CaO 45～50％，MgO 20～25％，Al2O3 15～20％，Fe2O3 10～15％，造渣时造渣助熔剂加入量为2～10kg/t钢，助熔剂随造渣材料分批加入炉内，即在降氧枪开始吹氧的同时，加入第一批造渣料(一般为造渣料总量的二分之一)和规定加入量二分之一的造渣助熔剂，即1～5kg/t钢；吹炼中期加入第二批造渣料时，加入剩余部分的造渣助熔剂。本发明有利于加快石灰的熔解，提高CaO的利用率，减少石灰消耗；能提高初渣中CaO的活度，有利于渣的脱硫、脱磷；提高炼钢造渣速度，实现快速造渣，缩短冶炼周期，提高炼钢效率，并降低炼钢消耗；有利于提高炉龄和提高溅渣护炉的效果。

说明书

技术领域

本发明属于碱性氧气转炉炼钢领域，具体指一种碱性氧气转炉炼钢造渣助熔剂及造渣方法。

背景技术

在碱性氧气转炉炼钢造渣方法中，石灰作为主要的碱性熔剂，但由于其熔点高，特别是石灰表层的活性CaO可与初渣中的SiO₂生成高熔点且非常致密的硅酸二钙(2CaO·2SiO₂，熔点2130℃)壳层，石灰熔解速度慢，导致成渣慢，冶炼周期长；同时，由于石灰熔解速度慢，造成初期渣的碱度低，不利于冶炼前期脱磷、脱硫和吹炼操作的进行，因此，为加快石灰熔化成渣，需要加入一定量的助熔剂。当前，工业上主要采用萤石、氧化铁皮、铁矾土作为助熔剂，而使用这些助熔剂都存在较明显的不足之处。

萤石的主要成分CaF₂可与CaO形成低熔点共晶体(最低共晶温度1360℃)，并能降低硅酸二钙的熔点从而破坏其致密壳层结构，生成低熔点的3CaO·CaF₂·2SiO₂(熔点1362℃)，促进石灰熔解的作用较为显著。但正如文献“Dissolution Behavior and Stabilization of Fluorinein Secondary Refining Slags[J].ISIJ Int.，2002，42(8)：921-929.”所述，使用萤石化渣在高温冶金上有诸多危害，如侵蚀炉衬降低炉龄，CaF₂与渣中氧化物反应生成多种含氟气体如SiF₄、AlF₃、MgF₂等，污染环境和损害操作人员健康，含氟钢渣用于铺路或化学肥料会污染水资源等，因而，随着环保健康意识的加强，萤石在炼钢造渣中的应用日益受到更加严格地限制。

中国专利：CN 1298028A(转炉炼钢冷却、助熔剂)提出采用氧化铁皮作为助熔剂，可提高渣中FeO含量，且FeO可破坏初生2CaO·SiO₂的致密壳层结构，并提高渣的润湿性和流动性，从而促进石灰的熔解。但必须注意到：使用氧化铁皮会消耗冶炼初期的热量，这是由于加入氧化铁皮后发生一系列吸热反应，Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO的转化过程是强吸热的，同时渣中FeO对钢水的脱碳反应也是吸热反应，因此加入较多量氧化铁皮会使冶炼初期的热量更加不足，升温速度减慢，反而不利于石灰熔解，使得化渣效果较差。此外，大量使用铁皮会加重炉渣对炉衬的侵蚀，这是因为加入铁皮，使炉渣对耐火材料的润湿性变好，易于向耐火材料渗透而破坏耐火材料，因此，不利于提高炉衬寿命。随着炼钢技术的发展，铁水预处理技术广泛推广，铁水中发热元素(特别是Si)含量减少，转炉冶炼初期热量更加紧张，氧化铁皮的使用量受到限制，特别是转炉寿命要求进一步提高(均在万炉以上)，使用氧化铁皮对降低炉衬寿命的影响也是难以克服的缺陷。

由于上述两种助熔剂存在较大缺陷，中国专利：CN 1291657A(转炉造渣助熔剂及造渣工艺)提出采用铁矾土取代萤石作助熔剂以消除使用萤石带来的氟污染，铁矾土在国内一些转炉上开始作为助熔剂使用。铁矾土作助熔剂，其中的主要成分Al₂O₃和Fe₂O₃能够起到化渣助熔作用，但是铁矾土中的大量Fe₂O₃同样会吸收吹炼初期的热量，并使转炉炉衬耐火材料受到较多的腐蚀，而且铁矾土中的Al₂O₃与初熔解的CaO形成3CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃，虽然有促进石灰熔解的作用，但由于铁矾土中大量的Al₂O₃、SiO₂与CaO形成比较稳定的化合物，对提高初期渣中CaO的活度不利，显然不利于发挥CaO的冶炼作用，导致其利用率降低，使用量增加。此外，从化渣情况看，使用铁矾土造渣起渣时间一般为7min，而使用萤石约为6min，所以铁矾土化渣较慢，对提高转炉冶炼效率也不利。

综上所述，目前炼钢造渣使用的几种助熔剂都存在一定的不足之处，给生产带来负面影响，有必要开发新的助熔剂。

硼泥是利用硼镁(铁)矿生产硼砂后排出的废渣，仅辽宁省每年产出2000万吨硼泥，有待综合利用。大多数硼泥(经烧减后)的主要成份范围为：B₂O₃4～8％，MgO20～30％，CaO20～45％，Al₂O₃10～20％，Fe₂O₃10～15％。由于硼泥中含有的B₂O₃是一种低熔点物质，尤其是B₂O₃可以与多数氧化物生成低熔点的复杂化合物，虽然其含量不高，但分散性很强，因此具有很强的整体助熔作用。如能将其用作炼钢造渣助熔剂，可以起到较好的促进石灰熔解、加速造渣的效果。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述几种炼钢造渣助熔剂存在的不足，提供一种新型的炼钢造渣造渣助熔剂及其对应的造渣方法，解决使用萤石、氧化铁皮以及铁矾土作助熔剂存在的问题，改善碱性转炉的化渣效果，提高炼钢造渣速度，缩短冶炼周期，并提高石灰的利用率，减少石灰消耗，节约炼钢生产成本等。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

碱性氧气转炉炼钢造渣助熔剂，其成份特征在于：以质量百分数计，B₂O₃5～10％，CaO45～50％，MgO20～25％，Al₂O₃15～20％，Fe₂O₃10～15％。

上述碱性氧气转炉炼钢造渣助熔剂的制备方法，其特征在于：用接近上述助熔剂成份的干燥硼泥，用化学分析法(或光谱分析)测定硼泥的原始组成，酌量添加硼酐(B₂O₃)、生石灰(CaO)、镁砂(MgO)，刚玉粉(Al₂O₃)和铁鳞(Fe₂O₃)使混合物的组成符合上述助熔剂成份组成。该造渣助熔剂也可以由工业试剂：硼酐(B₂O₃)、生石灰(CaO)、镁砂(MgO)、刚玉粉(Al₂O₃)和铁鳞(Fe₂O₃)按上述给定的组成配制。原料称量前要充分干燥，经称量配料、粉碎、混匀、研磨成0.1mm以下的细粉，造粒制成5～30mm的球形物料，烘干即可待用；

采用上述碱性氧气转炉炼钢造渣助熔剂的造渣方法为：造渣助熔剂加入量为2～10kg/t钢，助熔剂随造渣材料分批加入炉内，即在降氧枪开始吹氧的同时，加入第一批造渣料(一般为造渣料总量的二分之一)和规定加入量二分之一的造渣助熔剂，即1～5kg/t钢。吹炼中期加入第二批造渣料时，加入剩余部分的造渣助熔剂。

该造渣方法中造渣助熔剂的加入量取决于所炼钢种的含碳量和炼钢用铁水的初始含硅量。当吹炼高碳钢种(ω[C]≥0.60％)时，造渣助熔剂的加入量取中上限即6～10kg/t钢，特别当铁水中初始硅含量低(ω[Si]≤0.30％)时取上限10kg/t钢，初始硅含量高(ω[Si]≥0.60％)时取中限6kg/t钢；当吹炼中低碳钢种(ω[C]＜0.60％)时，造渣助熔剂加入量取中下限即2～6kg/t钢，特别当铁水中初始硅含量低(ω[Si]≤0.30％)时取中限6kg/t钢，初始硅含量高(ω[Si]≥0.60％)时取下限2kg/t钢。

造渣助熔剂中的B₂O₃以及B₂O₃与CaO、MgO等通过复合反应形成的低熔点化合物(如MgO·B₂O₃的熔点988℃、CaO·B₂O₃的熔点1100℃)是主要的助熔物质，能够显著降低炉渣的熔点和粘度，加速造渣过程。在给定的上述组成范围内，B₂O₃的含量越高，助熔效果越好。造渣助熔剂中的CaO、MgO还可起到熔剂的作用，不会降低炉渣的碱度，不会给脱硫、脱磷带来不利影响，而且较多量CaO、MgO有利于减少炉渣对碱性炉衬的侵蚀，也有利于溅渣护炉，从而提高炉衬的寿命，因此CaO、MgO含量在上述范围内越高，对冶炼越有利。造渣助熔剂中的Al₂O₃有助熔成渣的作用，但对脱硫、脱磷无直接贡献，而且会消耗一定量的CaO，不利于CaO活度的提高，还会增加渣量，因此其含量取上述给定范围的下限较好。造渣助熔剂中的Fe₂O₃，有加速化渣并提高渣氧化性的作用，但含量过高也会增加对炉衬的侵蚀，取给定范围的中间值，即12％左右为宜。

大量试验研究证明，采用造渣助熔剂具有下列优点：

1、有利于加快石灰的熔解，提高CaO的利用率，减少石灰消耗；

2、能提高初渣中CaO的活度，有利于渣的脱硫、脱磷，提高钢质量；

3、提高炼钢造渣速度，实现快速造渣，缩短冶炼周期，提高炼钢效率，并降低炼钢消耗；

4、不会带来污染，避免了使用萤石造成的危害；

5、有利于提高炉龄和提高溅渣护炉的效果。

具体实施方式

实施实例1——低硅铁水冶炼高碳钢  造渣助熔剂加入量10kg/t钢，取代原造渣材料中的全部萤石和铁矾土：

造渣助熔剂由辽宁丹东某硼砂厂的硼泥和工业试剂配置。制备过程为：硼泥在200～400℃的烧结窑内烧结1h，充分脱水，用化学分析法测定其组成为：B₂O₃ 4.1％，CaO 44.9％，MgO 25.5％，Al₂O₃ 15.3％，Fe₂O₃ 10.2％，取硼泥量1.9％的无水硼酐，磨细后与硼泥混匀，研磨成0.1mm以下的细粉，造粒制成5～30mm的球形物料，200℃下烘干待用。

在100吨转炉上，采用上述制备的造渣助熔剂(组成为：B₂O₃ 6％，MgO 25％，CaO 44％，Al₂O₃ 15％，Fe₂O₃ 10％)化渣，炼钢铁水中初始Si含量为0.3％时(低硅铁水)，冶炼65^#钢(高碳钢，C含量0.65％)，金属料装入量为：铁水86吨，废钢15吨，总吹氧时间为16分37秒。降氧枪吹氧前，加入造渣料包括：活性石灰2.5吨，轻烧白云石1.0吨，氧化铁球0.11吨，上述组成的造渣助熔剂0.5吨，吹炼约5分钟后，炉渣即可化好。吹炼到第8分钟时，加入第二批渣料：活性石灰2.5吨，轻烧白云石1.0吨，氧化铁球0.11吨，造渣助熔剂0.5吨。整个冶炼过程的化渣效果(包括：化渣速度和炉渣的流动性等方面)比加入0.6吨萤石(或1吨铁矾土)后的化渣效果要好。吹炼终点时钢水成分合格为C：0.65％，P：0.008％，S：0.019％，符合出钢要求。出钢后，倒出多余炉渣，加入镁球和改质剂，实施常规的溅渣护炉工艺，炉壁挂渣效果良好。

以下给出使用本发明的造渣助熔剂与使用萤石及铁矾土时的造渣效果对比：

从以上对比数据可知：使用本造渣助熔剂，化渣速度最快，渣量比使用铁矾土要少，渣对炉衬的侵蚀比用萤石要轻，炉壁挂渣效果也好。

实施实例2——高硅铁水冶炼高碳钢  造渣助熔剂加入量6kg/t钢，取代原造渣材料中的全部萤石和铁矾土：

造渣助熔剂由丹东某硼砂厂的硼泥和工业试剂配置。制备过程为：硼泥在200～400℃的烧结窑内烧结1h左右，充分脱水，用化学分析法测定其组成为：B₂O₃ 4.1％，CaO 44.9％，MgO 25.5％，Al₂O₃ 15.3％，Fe₂O₃ 10.2％，取硼泥量0.9％的无水硼酐，磨细后与硼泥混匀，研磨成0.1mm以下的细粉，造粒制成5～30mm的球形物料，200℃下烘干待用。

在100吨转炉上，采用上述造渣助熔剂(组成为：B₂O₃ 5％，CaO 45％，MgO 25％，Al₂O₃15％，Fe₂O₃ 10％)化渣，炼钢铁水中初始Si含量为0.7％时(高硅铁水)，冶炼65^#钢(高碳钢，C含量0.65％)，金属料装入量为：铁水85吨，废钢16.5吨，总吹氧时间为16分47秒。降氧枪吹氧前，加入造渣料包括：活性石灰2.55吨，轻烧白云石0.35吨，氧化铁球0.1吨，上述组成的造渣助熔剂0.3吨，吹炼约4分钟后，炉渣即可化好。吹炼到第8分钟时，加入第二批渣料：活性石灰2.55吨，轻烧自云石0.35吨，氧化铁球0.1吨，造渣助熔剂0.3吨。

整个冶炼过程的化渣效果(包括：化渣速度和炉渣的流动性等方面)比加入0.6吨萤石(或1吨铁矾土)后的化渣效果要好。吹炼终点时钢水成分合格为C：0.65％，P：0.009％，S：0.020％，符合出钢要求。出钢后，倒出多余炉渣，加入镁球和改质剂，实施常规的溅渣护炉工艺，炉壁挂渣效果良好。

以下给出使用本发明的造渣助熔剂与使用萤石及铁矾土时的造渣效果对比：

从对比数据可知：使用本造渣助熔剂，化渣速度最快，渣量比使用铁矾土要少，渣对炉衬的侵蚀比用萤石要轻，炉壁挂渣效果也好。

实施实例3——高硅铁水冶炼中低碳钢  造渣助熔剂加入量低碳钢取2kg/t钢，中碳钢取3～5kg/t钢，取代原造渣材料中的全部萤石和铁矾土：

助熔剂的制备方法和过程：由工业试剂：硼酐(B₂O₃)10％、生石灰(CaO)45％、镁砂(MgO)20％、刚玉粉(Al₂O₃)15％和铁鳞(Fe₂O₃)10％配制。原料称量在200℃下烘干，经称量配料、粉碎、混匀、研磨成0.1mm以下的细粉，造粒制成5～30mm的球形物料，烘干待用；

在100吨转炉上，采用上述造渣助熔剂化渣，炼钢铁水中初始Si含量为0.7％时(高硅铁水)，冶炼45^#钢(中碳钢，C含量0.45％)，金属料装入量为：铁水85吨，废钢16.55吨，总吹氧时间为17分29秒。降氧枪吹氧前，加入造渣料包括：活性石灰2.55吨，轻烧白云石0.35吨，氧化铁球0.1吨，上述组成的造渣助熔剂0.15吨，吹炼约4分钟后，炉渣即可化好。吹炼到第8分钟时，加入第二批渣料：活性石灰2.55吨，轻烧白云石0.35吨，氧化铁球0.1吨，造渣助熔剂0.15吨。整个冶炼过程的化渣效果(包括：化渣速度和炉渣的流动性等方面)比加入0.3吨萤石(或0.5吨铁矾土)后的化渣效果要好。吹炼终点时钢水成分合格为C：0.45％，P：0.009％，S：0.025％，符合出钢要求。出钢后，倒出多余炉渣，加入镁球和改质剂，实施常规的溅渣护炉工艺，炉壁挂渣效果良好。

以下给出使用本发明的造渣助熔剂与使用萤石及铁矾土时的造渣效果对比：

  萤石  0.3  5  少  较重  差  铁矾土  0.5  6.5  多  轻  好  本发明造渣助熔剂  0.3  4  少  轻  好

从对比数据可知：使用本造渣助熔剂，化渣速度最快，渣量比使用铁矾土要少，渣对炉衬的侵蚀比用萤石要轻，炉壁挂渣效果也好。

实施实例4——低硅铁水冶炼低碳钢  造渣助熔剂加入量取6kg/t钢，取代原造渣材料中的全部萤石和铁矾土：

助熔剂的制备方法和过程：由工业试剂：硼酐(B₂O₃)8％、生石灰(CaO)45％、镁砂(MgO)20％、刚玉粉(Al₂O₃)15％和铁鳞(Fe₂O₃)12％配制。原料称量在200℃下烘干，经称量配料、粉碎、混匀、研磨成0.1mm以下的细粉，造粒制成5～30mm的球形物料，烘干待用；

在100吨转炉上，采用上述造渣助熔剂化渣，炼钢铁水中初始Si含量为0.3％时(高硅铁水)，冶炼20^#钢(低碳钢，C含量0.20％)，金属料装入量为：铁水86吨，废钢15吨，总吹氧时间为17分19秒。降氧枪吹氧前，加入造渣料包括：活性石灰2.5吨，轻烧白云石1.0吨，氧化铁球0.11，上述组成的造渣助熔剂0.3吨，吹炼约5分钟后，炉渣即可化好。吹炼到第8分钟时，加入第二批渣料：活性石灰2.5吨，轻烧白云石1.0吨，氧化铁球0.11，造渣助熔剂0.3吨。整个冶炼过程的化渣效果(包括：化渣速度和炉渣的流动性等方面)比加入0.5吨萤石(或0.9吨铁矾土)后的化渣效果要好。吹炼终点时钢水成分合格为C：0.20％，P：0.012％，S：0.020％，符合出钢要求。出钢后，倒出多余炉渣，加入镁球和改质剂，实施常规的溅渣护炉工艺，炉壁挂渣效果良好。

以下给出使用本发明的造渣助熔剂与使用萤石及铁矾土时的造渣效果对比：

从对比数据可知：使用本造渣助熔剂，化渣速度最快，渣量比使用铁矾土要少，渣对炉衬的侵蚀比用萤石要轻，炉壁挂渣效果也好。