一种超高碱度低铝无氟精炼渣及制备方法和使用方法

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％)：CaO 85～95％，B

说明书

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-Al₂O₃渣系；CaO-Al₂O₃-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-Al₂O₃渣系，消除了氟污染，但由于Al₂O₃助熔作用较弱，该渣系中Al₂O₃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-Al₂O₃渣系的基础上，研究采用CaO-Al₂O₃-CaF₂渣系，利用Al₂O₃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，不得不增加渣中Al₂O₃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60％左右，这限制了CaO-Al₂O₃-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Al₂O₃的吸纳能力。最近，有研究者提出用BaO、Na₂O、Li₂O、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、Na₂O对环境的污染、设备的侵蚀并不亚于氟污染带来的危害，而Li₂O、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-Al₂O₃渣系和CaO-Al₂O₃-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)一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％，Al₂O₃30～60％，MgO 2～10％，B₂O₃2～10％，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SiO₂、Al₂O₃的吸入能力，影响钢液的深脱氧效果；(二)、该发明中Al₂O₃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Al₂O₃的能力，不利于钢液中Al₂O₃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)一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CaO 75～85％，Al₂O₃10～20％，MgO0～8％，B₂O₃5～15％，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Al₂O₃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含量高而酸性组元含量低，同时，为提高精炼渣吸纳脱氧产物的能力，需要降低渣中Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃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Al₂O₃、SiO₂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B₂O₃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，CaO 85～95％，B₂O₃2～10％，MgO 2～10％，Al₂O₃1～10％，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SiO₂、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SiO₂、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℃，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(Al₂O₃、SiO₂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Al₂O₃、SiO₂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)、B₂O₃是主要的助熔剂，当渣中CaO、MgO含量较高，Al₂O₃含量较低时，B₂O₃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，Al₂O₃含量较高时，B₂O₃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4％～6％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)、Al₂O₃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Al₂O₃等物质，所以配制的精炼渣中应降低Al₂O₃的含量，以增加精炼渣对脱氧产物Al₂O₃、SiO₂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Al₂O₃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SiO₂会显著降低渣的脱硫、磷能力，硫、磷及其化合物会直接污染钢液，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B₂O₃作助熔剂，消除了CaF₂作助熔剂带来的氟污染；

(3)、B₂O₃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Al₂O₃的含量大幅度降低，即提高了精炼渣对钢中Al₂O₃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SiO₂或SiO₂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Al₂O₃等微量杂质；

硼酐的化学组成：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＞0，1％≥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100～150℃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1mm以下，机械混匀后加入到一新砌钢包内，用煤气加热使其在1380℃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

表2制备好的预熔渣成分分析结果

(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

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。