一种用于超低碳钢炉外精炼深脱硫的脱硫方法及脱硫剂

摘要

本发明公开一种用于超低碳钢炉外精炼深脱硫的脱硫方法及脱硫剂，脱硫剂成份按重量百分比，CaO：60％～69％，Al：11％～20％，MgO：5％～10％，SiO

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及炼钢的炉外精炼技术的一种用于超低碳钢炉外精炼深脱硫的脱硫方法及脱硫剂。

技术背景

一般来说，除个别钢种如易切削钢外，硫是钢中的有害元素，在钢中形成硫化物夹杂，降低钢的延展性和韧性，特别是冲击韧性。当硫以硫化铁的形式存在时，会引起热脆，同时，含硫高的钢抗腐蚀能力大幅度降低，对钢的焊接性能也不利。奥氏体不锈钢经点腐蚀可出现硫化物应力腐蚀裂纹(SSCC)，其点腐蚀源就在硫化锰夹杂等非金属夹杂物处；氢诱导裂纹(HIC)是对石油管线危害最大的缺陷，硫化锰系的夹杂物与钢之间就会产生间隙，使之成为氢诱导裂纹的敏感源，因此，提高钢的纯净度，降低硫含量对提高钢材性能和减少缺陷至关重要。

目前有很多脱硫工艺方法，如利用预熔渣在LF等精炼设备、利用脱硫剂在RH处理中喷粉等，但通过检索没有发现超低碳钢水的深脱硫处理方法的相关专利。通过文献检索，第十三届全国炼钢学术会议中发表论文《宝钢RH-KTB预熔渣深脱硫试验》中提出RH真空脱硫方法主要有两种形式，一种是RH喷粉脱硫，另一种是RH真空槽内顶加脱硫剂脱硫，前者由于需要配备相应的喷粉设备，投资大，环境差且运行成本相对较高；该文提出RH-KTB真空槽内顶加预熔渣脱硫技术，需对钢包顶渣进行特殊的改质处理，同时提出“对于RH超低碳超低硫钢真空处理的钢包顶渣改质及炉渣成分控制尚有一定的难度，该项技术有待于进一步的深入研究。”该文提出利用预熔渣脱硫技术，势必在预熔处理阶段会影响其主要原料CaO的活性。

目前工艺技术存在以下不足：

利用LF、RH等精炼设备进行深脱硫处理时，需靠设备加热维持脱硫系统的温度，而加热过程会造成对超低碳钢水的污染，如导致钢水大幅度增碳；另外在RH真空设备中喷粉脱硫，存在需专门配备相应的喷粉设施，还需对钢包顶渣进行特殊点改质处理等不足；目前工艺技术脱硫能力较弱，一般深脱硫处理只可达到0.0020％。

发明内容

本发明的目的就是针对上述钢水脱硫过程中，特别是针对超低碳钢精炼深脱硫存在的问题，公开一种采用自发热深脱硫剂用于超低碳钢炉外精炼深脱硫的方法，提高脱硫率，对超低碳钢水处理时增碳影响小。

本发明的目的是这样实现的，采用自发热深脱硫剂，具体工艺步骤如下：

①将已进行脱碳处理的超低碳钢水置于具备底吹装置装置的钢包中，钢水温度范围1590～1640℃。

②计算脱硫剂加入总量，按4～9kg/吨钢加入。

③脱氧处理，将待处理钢水进行脱氧处理，达到α_[O]≤0.0003％。

④脱氧后，首批次脱硫剂，加入量为加入总量的1/3～1/2，约为2～5kg/吨钢，要均匀加入到钢包渣表面，同时开始持续底吹氩气，氩气压力：1.0～2.5MPa，流量15～25Nm³/h。

⑤底吹开始后，监测系统温度，当温度降低幅度超过5～8℃开始持续加入余下的脱硫剂，分n次加入(n＝5～15)，速率可按0.2～0.4kg/吨钢·min控制。

⑥加入全部脱硫剂后，可持续底吹2～5min，即可完成脱硫处理，全部脱硫处理时间为10～25min。

本发明的脱硫剂其成份按重量百分比，包括：CaO：60％～69％，Al：11％～20％，MgO：5％～10％，SiO₂：5％～10％，Al₂O₃：1％～5％，Fe₂O₃：0.5％～1.2％，CaF₂：1％～3％，B₂O₃：1％～3％，BaO：1％～3％，其余为杂质。

本发明脱硫剂的制造方法为：

1)混合：按比例将物料混合；

2)粉碎：将混合后的物料放入破碎机中进行粉碎加工，粒度≤1mm；

3)钝化：采用浓度为30％～50％有机硅溶液雾化喷入进行钝化处理，其有机硅溶液用量为物料总重的1％～2％，经钝化处理后在物料颗粒表面形成厚度为1.0～5.0μm的钝化薄膜；

4)烘干：粉碎、钝化后，进行干燥处理，烘干温度在120～150℃，烘干时间为5～15min，使钝化溶液的有机成分快速挥发，同时排出微量水分。

本发明采用自发热CaO基脱硫剂，脱硫反应方程式如下：

(CaO)+[S]＝(CaS)+[O]

 ΔG₁^o＝109000-29.25T  J/mol    (1)

可见脱硫反应为吸热反应，在脱硫处理过程中会导致系统温度下降，而脱硫处理具有在较高温度下脱硫能力更强的特点，对此本发明通过脱硫剂自发热调整系统温度。

脱硫剂中Al粉可发生如下反应并放热：

    2Al+Fe₂O₃＝Al₂O₃+2Fe+836KJ    (2)

但过热会造成烧损钢包等损害，必须控制系统温度在合适范围内，既保证合适的脱硫温度，又不能造成系统温度过高，需按(2)式控制，为此，本发明提出脱硫剂加入速率的工艺参数，即在脱硫处理时，在脱硫处理开始时一次性加入一定量初始脱硫剂熔化后，将余下脱硫剂按系统温度变化情况，控制加入脱硫剂的速率，控制系统温度在合适的范围内。

Q_发热≈Q_反应+Q_散热+Q_熔化    (3)式中：

Q_发热是脱硫剂反应放热

Q_反应是脱硫反应吸热

Q_散热是脱硫反应过程中系统散热

Q_熔化是熔化脱硫剂所需热量

本发明的优点及效果是通过自发热CaO基脱硫剂并控制脱硫剂的加入数量、加入速率，实现稳定控制系统温度确保脱硫处理快捷、高效，同时能防止出现钢水表面出现剧烈反应造成的过度喷溅。

通过脱硫剂快速熔化成钢包顶渣，形成具有极大硫容量的脱硫渣，合理控制钢包系统温度，在合适的搅拌作用下快速对超低碳钢水进行深脱硫处理，且对超低碳钢水(碳含量低于0.0020％)进行处理时增碳影响小，增碳幅度低于0.0012％。

本发明的深脱硫方法，脱硫能力强可实现钢水精炼深脱硫至硫含量低于0.0010％。

附图说明

附图为本发明的流程示意图。

具体实施方式

本发明的脱硫剂其成份按重量百分比，包括：CaO：60％～69％，Al：11％～20％，MgO：5％～10％，SiO₂：5％～10％，Al₂O₃：1％～5％，Fe₂O₃：0.5％～1.2％，CaF₂：1％～3％，B₂O₃：1％～3％，BaO：1％～3％，其余为杂质。

下面介绍几个采用本发明自发热脱硫剂进行脱硫的具体实施例。

成分：重量百分比％

    组成  CaO  Al  CaF₂  B₂O₃  BaO  SiO₂  MgO  Al₂O₃  杂质    实施例1  65  14    2    1    1    7    5    4    1    实施例2  67  12    2    3    -    6    4    5    1    实施例3  69  13    -    2    3    5    4    3    1    实施例4  66  14    3    -    1    6    4    5    1

如图所示：本发明选择上述脱硫剂中任一实施例中一种按比例将物料混合，其脱硫工艺流程如下：

①将已进行脱碳处理的超低碳钢水置于具备底吹装置装置的钢包中，钢水温度范围1590～1640℃。

②计算脱硫剂加入总量，按4～9kg/吨钢加入。

③脱氧处理，将待处理钢水进行脱氧处理，达到α_[O]≤0.0003％。

④脱氧后，首批次脱硫剂，加入量为加入总量的1/3～1/2，约为2～5kg/吨钢，要均匀加入到钢包渣表面，同时开始持续底吹氩气，氩气压力：1.0～2.5MPa，流量15～25Nm³/h。

⑤底吹开始后，监测系统温度，当温度降低幅度超过5～8℃开始持续加入余下的脱硫剂，分n次加入(n＝5～15)，加入速率可按0.2～0.4kg/吨钢·min控制。

⑥加入全部脱硫剂后，可持续底吹2～5min，即可完成脱硫处理。全部脱硫处理时间为10～25min。

应用实例：①180吨钢包(钢水重189.7吨)精炼脱硫，钢水脱硫前后主要成分指标见表1

表1

    主要成分    S    脱硫前    0.0070％    脱硫后    0.0010％    连铸钢坯    0.0010％

脱硫率：85.71％，采用本发明的工艺方法具有较高的脱硫率，且抑制回硫能力较好。

②180吨钢包(钢水重185吨)精炼脱硫，钢水脱硫前后主要成分指标见表2

表2

    主要成分    S    脱硫前    0.0020％    脱硫后    0.0010％    连铸钢坯    0.0010％

脱硫率：50％，采用本发明的工艺方法对低硫钢水进行脱硫处理依然

具有较高的脱硫率，且抑制回硫能力较好。

为了保证本发明脱硫剂的配方充分有效，本发明脱硫剂按下面的制造方法：

1)混合：将上述成分的物料按比例混合；

2)粉碎：将混合后的物料放入破碎机中粉碎加工，粒度≤1mm；

3)钝化：采用浓度为30％～50％有机硅溶液雾化喷入进行钝化处理(硅树脂溶液为市场上购入的成品)，其有机硅溶液用量为物料总重的1％～2％，经钝化处理后在物料颗粒表面形成厚度为1.0～5.0μm的钝化薄膜；

4)烘干：粉碎、钝化后，进行干燥处理，烘干温度在120～150℃，烘干时间为5～15min，使钝化溶液的有机成分快速挥发，同时排出微量水分。

为了保证脱硫剂的质量，脱硫剂要求在制造后进行装袋处理，包装要确保密封良好，防止潮湿，并在30天内使用。