专利名称：一种降低钢液中氧、硫含量的合成渣及其造渣方法
技术领域：
本发明属于钢铁冶金中的炼钢生产领域。更适用于制备降低钢中氧、硫含量的合成渣及其制造方法。
在现有技术中，炼钢生产的主要任务之一是脱除钢液中磷、硫、氮、氢、氧五种杂质元素。例如磷可在铁水预处理及炼钢的过程中加以去除，氮、氢等气体杂质可在炉后真空处理中加以控制。而钢水中的硫必须在铁水预处理、炼钢脱碳及炉后精炼等炼钢生产的各个环节中，都必须加以脱除。钢水中氧则在脱碳及炉后处理中加以控制。
钢水中的硫主要是在炼铁过程中，通过焦碳带入到金属中来的。虽然在冶炼的各环节中都对硫进行了脱除，但是最终残余在钢液中的硫仍将以硫化物的形式留在钢中。由于硫化物的熔点要比钢低，在浇注及轧制过程中易造成钢坯开裂，使加工难以进行，另外硫化物还会使钢的耐大气腐蚀性能降低。在钢液中残留的氧，大部份是在氧化炼钢时带入的，要尽可能地降低钢中氧含量有较大难度。复吹转炉炼钢工艺主要功能之一，就是能够降低钢水中的氧含量。如果在钢液中的终点氧含量过高，则在脱氧时将会消耗大量的铁合金，同时也会形成大量的脱氧产物。这些脱氧产物如果不能充分上浮进入渣中，则最终会有部份氧化物夹杂被残留在钢中。在钢材的再加工过程中，这些氧化物夹杂不可能随钢材的变形而变形，而会在钢材中形成空洞和易腐蚀源，降低了钢材的使用寿命。例如在汽车行业用钢材，目前已经要求钢中氧含量应小于10PPm以下、硫含量控制在10-20PPm范围的标准，其原因是为了防止钢材在使用过程中所产生的耐腐蚀性和耐冲压性能降低现象。在通常的炼钢工艺中，采用在出钢过程中向钢包中投放一些石灰，目的是提高炉渣的碱度和稀释渣中的氧化铁，同时在完成钢水合金化后，向钢水投放少量的铝等活泼金属进行钢液的终脱氧。该方法的缺点是加入在钢包中的石灰难以快速熔化，脱硫效果很差，在钢液中加入的铝等终脱氧剂，有相当部份残留在钢液中，形成了氧化物夹杂和降低了钢材的质量。
针对上述问题，近年来发展了合成渣钢液精炼剂，其工作原理是采用具有一定碱度和含有多种氧化物的原料，制成具有脱硫、脱氧功能综合效果的合成渣精炼剂。这类合成渣精炼剂要比单纯地加石灰和铝等活泼金属控制钢中的硫及氧效果好，而且在效率上有较大的提高，并可吸附钢液中脱氧的产物、提高钢液中的结净度。这种合成渣精炼剂可分为粉渣、烧结渣、预熔渣三种类型。这三种类型合成渣精炼剂的主要特点分别为(1)粉渣、将符合要求的天然或部分天然的原料进行粉碎、筛分后，将其充分混匀而成。粉渣的优点是生产成本较低，能源消耗较少。缺点是在使用时粉尘较大，熔化速度慢，粉渣在保管和运输过程中容易受潮粉化，熔化速度慢，而且冶金效果也不理想。(2)烧结渣、将符合要求的天然或部分天然的原料进行粉碎、筛分后，将其充分混合后，进行高温烧结，其烧结温度大于800℃。这种烧结过程使该合成渣精炼剂的颗粒间已经开始熔化并结成整体。这种烧结渣的特点是不易受潮，使用过程中粉尘较少，熔化速度也较高。但是该渣的生产成本和能耗高均较高。(3)预熔渣、预熔渣的生产工艺是将各种原材料在电加热或焦碳加热的熔化炉中进行完全熔化，待熔渣重新凝固后，再将其进行破碎加工成具有一定颗粒度的成品渣。这种预熔渣的特点是不易受潮、便于运输、使用时熔化快和粉尘少。但是该种预熔渣的生产成本最高而且能源消耗也很大。
本发明的目的是提出一种熔化速度快、使用效果好、而且生产成本和能耗低、粉尘少、易于保管及运输的，并且可降低钢液中氧、硫含量的合成渣及其造渣方法。
根据本发明的目的，我们所提出的可降低钢液中氧、硫含量的合成渣，主要是利用出钢混冲时良好的动力学条件，通过合成渣与钢中硫、氧等元素充分反应，所形成易上浮的反应产物。经合成渣改质后的渣系，同时也易吸附上浮的反应产物，从而将其从钢水中排除。采用本发明合成渣的工作原理和脱氧、脱硫的效果，主要体现在降低钢液与钢包渣中的氧化性。例如在该合成渣中的铝为活泼金属，经过混合制备处理后可与渣料中其它的成分相固溶，因此避免了传统铝块脱氧因比重小而造成大部分在钢液面上大量烧损的缺点，又有效地提高了金属铝利用率；另一方面由于固溶金属铝的脱氧产物与经活化处理的、多元熔点低的其它物质聚合、长大而上浮排出钢液面，可避免铝块脱氧易形成单一的Al2O3弥散夹杂。对于部分未及时反应的铝随合成渣上浮后，可与出钢过程中进入钢包的高氧化性转炉终点钢渣反应。这种反应可降低钢渣中氧的含量，提高脱氧合金的利用率。避免了高氧化性钢渣对对钢水造成的二次污染。该合成渣的脱硫原理可根据脱硫化学反应式看出，在钢包内加入合成渣后，增加了渣中的(CaO)、降低了渣中(FeO)含量，促进钢、渣反应正向进行。同时因合成渣中大量经活化处理的Al2O3与CaO形成低熔点的铝酸钙盐，如3CaO·Al2O3和12CaO·7Al2O3，并可迅速与出钢过程中带入的钢渣结合，形成熔点更低的多元渣系。新形成的以铝酸钙还原渣为主的多元渣系，熔点低于硅酸盐渣系，流动性较好，提高了(S2-)向渣中的传质速度，如(S2-)在12CaO·7Al2O3中扩散速度是在2CaO·SiO2中的4倍。反应式中所生成的CaS能很好地与铝酸钙渣湿润，从而被吸附而排除钢液，达到脱硫、洁净钢液的目的。
根据上述原理，我们所提出的能够降低钢液中氧、硫含量合成渣的组成，其特征在于该合成渣具体化学组份范围分别为(重量％)铝2-15％；铈3-15％；镁5-8％；钡2-10％；氧化钙20-50％；氧化铝10-48％；氧化镁2-10％；硅酸钠2-10％；纤维素2-8％。
在本发明所提出的能够降低钢液中氧、硫含量的合成渣成份中，各化学组份的功能作用分别有脱氧剂、脱硫剂、吸咐夹杂物剂、粘结剂和凝固剂经混合后组成，其中脱氧剂包含有铝、铈、镁、钡等元素，脱硫剂为氧化钙，吸咐夹杂物的有氧化铝和氧化钙等，粘结剂为硅酸钠，凝固剂为纤维素。
本发明合成渣的成分组成是对现有技术的改造，例如在现有的高碱性元素中，这些活泼金属可将钢渣中的氧化铁还原出来，可使钢渣中的全铁减少而具有很强的脱氧能力。同时也由于反应是在钢渣中进行的扩散脱氧，所以使脱氧产物不会残留在钢中而形成夹杂物。在本发明的合成渣中，是采用有色冶金炉渣作为主要原料之一，因为在有色行业中有大量的炉渣被废弃，而在这些炉渣中含有大量的铝、铈、镁、钡等活泼金属是可以作为合成渣原料被使用。
本发明的能够降低钢液中氧、硫含量合成渣的制造方法是采用预熔-低温烧结混料和造球的生产工艺，该合成渣的制造工艺流程为[筛分原预熔原料]+[筛分原脱氧剂粉料]→[原料混合]→[圆盘机造球]→[合成渣球烘干]→[包装待用]。因此本发明合成渣的制造方法是将(重量％)石灰石30-50％；石灰20-30％；莹石10％的高碱度材料及矾土20-30％和0-10％硅石，经混合后投入在焦碳炉(电弧炉)中进行熔化，熔化温度在1300-1600℃，将熔化好的熔渣由焦炉(电弧炉)出渣口放出后自然冷却至常温待用，其特征在于该合成渣的具体制备方法是(1)、将熔渣破碎成粒度≥0.5mm的粉料待用；(2)、将冶炼铝的有色冶金炉渣破碎成粒度≥0.5mm的粉料待用；(3)、将氧化钙质原料破碎成粒度≥0.5mm的粉料待用；(4)、将熔渣粉料、有色冶金炉渣粉料、氧化钙钙质粉料按[(2-4)∶(2-6)∶(1-3)]配料，在混料的同时，应加入(重量％)硅酸钠2-10％；纤维素2-8％待混粉均匀后进行造球，造球可在盘式选球机上造球，球状合成渣直径应在φ10-20mm范围内；(5)、将球状合成渣在徊转窑中进行低温烘干，烘烤温度为100-200℃。
采用本发明方法所生产的合成渣，经调渣处理后的渣系成分与原钢渣相比，渣中(Al2O3)含量增加15-20％，(FeO)总含量降低10-15％，(MnO)略有下降，其它成分基本不变，通过本发明的合成渣对炉渣改质后，渣系界面张力增大，有利于钢、渣分离上浮排出钢液的效果，减小了形成钢中夹杂物的可能性；其次钢液中氧化物夹杂，尤其是Al2O3夹杂与铝酸钙渣亲合性好，极易于被吸附聚集、长大而易于上浮排出钢液。同时由于该渣系氧化性较低，可有效防止钢液“二次氧化”，减少“二次氧化”形成的弥散氧化物夹杂。
采用本发明的合成渣及其制备方法与现有技术相比较，具有集合了粉渣、烧结渣、预熔渣三种合成渣精炼剂的优点，而减少了现有技术中合成渣精炼剂的缺点，其对比效果有(1)本发明方法是将有色冶金废渣加工成粉渣作为组成合成渣的原料，因此该方法即可以废物利用，而且又利于环境保护。(2)由于本发明方法是采用预熔渣作为合成渣料的一部份原料，这样不但降低了合成渣的熔点和生产成本，而且还有很好的脱硫、脱氧的使用效果。(3)在本发明的方法中，将原料筛分后再充分混合均匀，然后造成10-20mm的圆球。在实际使用中，减少了粉尘，提高了成份的均匀性，降低了加热的温度及时间，降低了能耗，而且还减少了在运输、保管过程中的吸潮。
(4)将本发明的球型合成渣在徊转窑中进行快速烘烤，提高了合成渣的强度及熔化性能。
表1本发明实施例与现有技术的合成渣成份比较(重量％)
表2为本发明实施例与现有技术的制备方法及特点对比
表3为本发明实施例与现有技术的使用效果对比表
权利要求
1.一种能够降低钢液中氧、硫含量的合成渣，其特征在于组成该合成渣的具体化学组份分别为(重量％)铝2-15％；铈3-15％；镁5-8％；钡2-10％；氧化钙20-50％；氧化铝10-48％；氧化镁2-10％；硅酸钠2-10％；纤维素2-8％。
2.一种能够降低钢液中氧、硫含量合成渣的制造方法，该方法是将(重量％)石灰石30-50％；石灰20-30％；莹石10％的高碱度材料及矾土20-30％和0-10％硅石，经混合后投入在焦碳炉中进行熔化，熔化温度在1300-1600℃，然后再将熔化好的熔渣由焦炉出渣口放出后自然冷却至常温待用，其特征在于该合成渣的具体制备方法是(1)、将熔渣破碎成粒度≥0.5mm的粉料待用；(2)、将冶炼铝的有色冶金炉渣破碎成粒度≥0.5mm的粉料待用；(3)、将氧化钙质原料破碎成粒度≥0.5mm的粉料待用；(4)、将熔渣粉料、有色冶金炉渣粉料、氧化钙质粉料按[(2-4)∶(2-6)∶(1-3)]混合的同时，应加入(重量％)硅酸钠2-10％；纤维素2-8％待混粉均匀后进行造球，球状合成渣直径应在φ10-20mm范围内；(5)、将球状合成渣在徊转窑中进行低温烘干，烘烤温度为100-200℃。
全文摘要
本发明属于冶金行业中炼钢生产领域。适用于炼钢中脱氧、硫的合成渣及其制造方法。该合成渣的化学组份为铝2－15%;铈3－15%;镁5－8%;钡2－10%;氧化钙20－50%;氧化铝10－48%;氧化镁2－10%;硅酸钠2－10%;纤维素2－8%。该合成渣的制造方法是将石灰石、莹石等高碱度材料及助熔剂,经熔化成熔渣后,放出冷却至常温,特征是将熔渣、铝的冶金炉渣、氧化钙质原料均破碎成粒度小于0.5mm的粉料后按[(2－4)∶(2－6)∶(1－3)]混合同时加入硅酸钠和纤维素,混粉均匀后造成φ10－20mm球状合成渣并进行低温烘干。本发明渣比现有技术有使用效果好的特点。
文档编号C21C7/076GK1377977SQ0210008
公开日2002年11月6日 申请日期2002年1月17日 优先权日2002年1月17日
发明者刘跃 申请人:刘跃