本发明涉及不锈钢电炉炼钢，具体涉及一种以不锈钢除尘灰为原料的不锈钢电炉用氧化剂及其使用方法。
背景技术：
随着人们环境保护意识的不断加强，对钢铁制造等重污染企业的“三废”排放控制要求也越来越严格。促使钢铁企业不断地寻找减少“三废”排放和回收利用“三废”的方法与措施。对于不锈钢生产企业，除尘灰粉尘是生产不锈钢过程中必然带出的固体废弃物。目前，现代化的不锈钢炼钢厂一般采用以电炉-AOD炉-VOD/LTS/LF精炼-连铸这种生产工艺流程进行不锈钢冶炼。而在电炉炼钢生产奥氏体不锈钢的过程中，必需使用一定量的氧化材料，通过合适的造渣工艺进行钢水脱磷操作，以获得磷含量满足用户要求的优质不锈钢。
中国专利CN102162020A公开了一种在不锈钢冶炼过程炉渣形成后加入氧化铁球造渣的方法，然而氧化铁与钢液接触过程中，不仅会生成CO，而且还会与钢液中的铬反应，如果氧化铁球加入时钢液温度过低，存在着生成的大量额外氧化铬进入炉渣并恶化炉渣流动性能的风险。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种以不锈钢除尘灰为原料的电炉用氧化剂及其使用方法，该氧化剂可用于实施全系列奥氏体不锈钢钢种(包括：铬镍系不锈钢、铬镍钼系不锈钢)的不锈钢电炉冶炼，完全满足不锈钢电炉氧化脱磷的工艺要求，达到不锈钢电炉冶炼低磷不锈钢电炉钢水(或母液)的目的，在最大化地回收利用不锈钢生产废弃物的同时，可全部替代冶炼过程中所需的氧化剂，降低不锈钢冶炼成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种以不锈钢除尘灰为原料的电炉用氧化剂，其包括如下组分，以重量百分比计：
不锈钢炼钢除尘灰 60～70％；
含铬镍混轧铁皮 25～35％；
粘结剂 4.5～5.5％。
进一步，所述电炉用氧化剂的主要化学成分重量百分比为：TFe≥38.00％，Cr2O3≥6.00％，NiO≥1.20％，SiO2≤5.00％，S≤0.07％，P≤0.05％，H2O≤2.00％。
所述不锈钢炼钢除尘灰为奥氏体不锈钢除尘灰、铁素体不锈钢除尘灰中的至少一种。
再，所述奥氏体不锈钢除尘灰来源于所有奥氏体不锈钢炼钢生产企业，其主要化学成分重量百分比为：CaO：12.0～18.0％，MgO：5.0～8.0％，MnO：0.5～1.5％，SiO2：5.0～7.0％，P2O5：0.05～0.15％，TFe：35.0～45.0％，Cr2O3：8.0～14.0％，Al2O3：0.4～0.6％，S<0.1％，CuO：0.05～0.20％，NiO：1.5～2.5％，ZnO：0.4～1.2％。
所述铁素体不锈钢除尘灰来源于所有铁素体不锈钢炼钢生产企业，其主要化学成分重量百分比为：CaO：30.0～38.0％，MgO：5.0～8.0％，MnO：0.8～1.4％，SiO2：3.0～6.0％，P2O5<0.1％，TFe：22.0～38.0％，Cr2O3：5.0～12.0％，Al2O3：0.4～0.6％，S<0.1％，CuO：0.02～0.080％，Na2O：0.1～0.2％，PbO<0.03％。
所述含铬镍混轧铁皮来源于所有不锈钢热轧生产企业，其主要化学成分重量百分比为：Cr2O3：10.0～15.0％，SiO2：1.0～2.0％；MnO：0.5～0.8％；NiO：4.5～6.0％，TFe：35.0～70.0％，余量为CaO。
再，本发明所述粘结剂为球团粘结剂，具体为普通工业水泥。
在本发明的原材料设计中：
(1)本发明以不锈钢除尘灰为氧化剂的主要原料
不锈钢除尘灰为不锈钢炼钢(包括电炉、AOD氩氧脱碳转炉、LF精炼炉等)的除尘产出物。大部分除尘灰难以处理，是因为不锈钢除尘灰因含有Cr2O3，不仅会影响其他行业的使用，且因Cr元素在加工过程中会产生剧毒的6价铬，至今仍是存在环保问题的不锈钢固体废弃物。本发明以不锈钢除尘灰为主要原料，回收利用除尘灰中所含的铬氧化物(Cr2O3)，使电炉氧化渣中Cr2O3达到一定的浓度，减少入炉铬金属原料的铬氧化速率。有效回收利用不锈钢固体废弃物，解决了环保难题。
(2)本发明以含铬镍混轧铁皮作为氧化剂的主要配料
本发明以含铬镍混轧铁皮为主要配料，回收利用固体废弃物，开拓了不锈钢生产企业废弃物的利用途径；并利用含铬镍混轧铁皮中所含较高的TFe(35～70％)，增加电炉氧化剂中的TFe，为不锈钢电炉氧化脱磷创造良好的氧化性气氛；还利用含铬镍混轧铁皮湿度大的特点，在与极干燥的不锈钢除尘灰(静电除尘产出物)充分混合后，可避免车载运输、皮带输送及溜槽下料过程中的扬尘，从而在利废过程中减少对环境的二次污染，促进环保；同时，利用含铬镍混轧铁皮湿度大且所含水份稳定的特点，在电炉用氧化剂制备的混合过程中可无需加水工序，并消除混合过程中水含量波动对制球质量的干扰，实现产品物理性能的稳定。
本发明采用常规冷压球团的制球工艺及普通冷压造球机将上述原料制球，制得的所述电炉用氧化剂产品中水份要求：≤2.0％，产品粒度要求：粒度≤10mm，粉尘物含量≤5％。
本发明所述电炉用氧化剂的使用方法，具体为：在电炉冶炼过程中，每125吨的出钢量需向金属料中加入共计3.5～8.0吨的所述电炉用氧化剂，所述电炉用氧化剂在金属料熔化期和氧化期至少分三批加入，其中，在金属料熔化期，加入第一批电炉用氧化剂；在金属料氧化期至少分两批加入剩余的电炉用氧化剂。
优选的，对于全废钢模式：在电炉冶炼过程中，每产出125吨的出钢量需向金属料中加入4.5～5.0吨所述电炉用氧化剂，所述电炉用氧化剂分三批加入，其中，在金属料熔化期，加入所述电炉用氧化剂总量的42～45％；在金属料氧化期，氧化初期时加入所述电炉用氧化剂总量的42～45％，待金属料完全熔化为液体时加入剩余的电炉用氧化剂。
优选的，对于兑铁水模式：在电炉冶炼过程中，每产出125吨的出钢量需向金属料中加入3.8～4.2吨所述电炉用氧化剂，所述电炉用氧化剂分三批加入，其中，在金属料熔化期，加入所述电炉用氧化剂总量的25～30％；在金属料氧化期，氧化初期时加入所述电炉用氧化剂总量的50～60％，待金属料完全熔化为液体时加入剩余的电炉用氧化剂。
优选的，对于低镍生铁脱磷模式：在电炉冶炼过程中，每产出125吨的出钢量需向金属料中加入7.0～8.0吨所述电炉用氧化剂，所述电炉用氧化剂分三批加入，其中，在金属料熔化期，加入所述电炉用氧化剂总量的42～45％；在金属料氧化期，氧化初期时加入所述电炉用氧化剂总量的42～45％，待金属料完全熔化为液体时加入剩余的电炉用氧化剂。
优选的，对于低镍生铁配磷脱硅模式：在电炉冶炼过程中，每产出125吨的出钢量需向金属料中加入4.5～5.5吨所述电炉用氧化剂，所述电炉用氧化剂分三批加入，其中，在金属料熔化期，加入所述电炉用氧化剂总量的10～15％；在金属料氧化期，氧化初期时加入所述电炉用氧化剂总量的50～60％，待金属料完全熔化为液体时加入剩余的电炉用氧化剂。
本发明的有益效果：
本发明开发了一种以不锈钢除尘灰为主要原料的电炉用氧化剂，既可稳定有效地在不锈钢电炉冶炼过程中完成氧化脱磷，又可短流程回收利用不锈钢固体废弃物，减少排放，有益于环保。
本发明所述电炉用氧化剂可应用于全系列的奥氏体不锈钢钢种(包括：铬镍系不锈钢、铬镍钼系不锈钢)的电炉冶炼工序，可完全替代现有不锈钢电炉氧化剂的功能，在电炉冶炼中获得有效的氧化脱磷效果，满足不锈钢电炉的冶炼需求，是一种有益于环境保护且经济适用的不锈钢电炉用氧化材料。
附图说明
图1为本发明实施例的制球工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例
使用本发明的除尘灰氧化剂，在采用本发明配套使用方法的情况下，进行了实际应用，效果良好。实际数据如下：
1、实际原材料配入量参见表1，其中，粘结剂：采用普通工业水泥，使用牌号：普通工业用325#水泥；原料产地：国内外所有水泥业。
2、制备方法：
i)制球工艺及主要设备：采用常规冷压球团的制球工艺及普通冷压造球机，制球工艺流程如图1所示。
ii)产品质量控制
产品水份要求：≤2.0％；
产品机械强度：(0～5mm部分重量/试验重量)×100％＜10％；
2.0m高度自由落在10mm钢板的0～5mm破碎检验；
产品粒度要求：形状尺寸：50×50×30mm；
≤10mm粉尘物含量：≤5％；
不锈钢电炉氧化剂成品中不得混入杂物。
iii)不锈钢电炉氧化剂成品的包装、储运、标志和质量说明书应符合YB/T5142-2005的规定。
iv)不锈钢电炉氧化剂成品的分析用试样的采取和制备按GB/T2007进行。
3、实际使用情况
以下结合实施例详细说明本发明在电炉冶炼奥氏体不锈钢(以304为代表钢种)过程中的应用，分别采用全废钢模式、兑铁水模式、低镍生铁脱磷模式、低镍生铁配磷脱硅模方式为例加以说明。本方法主要针对不锈钢电炉冶炼300系不锈钢过程中的氧化期冶炼阶段的工艺进行适当改变；其他操作制度(如：供电制度、还原制度、出钢制度等)及终点控制标准不变。
A、对于全废钢模式的300系不锈钢电炉冶炼过程，除尘灰氧化剂加料制度如表2，本实施例的实施步骤如下：
(1)配料：根据钢种要求配置125～130吨金属料；总原料中碳含量为2.5％，硅含量为1.1％；磷含量≤0.025％。
(2)将所配置的原料分两料篮加入电炉；第一篮料通电8min左右开始吹氧，第二篮料通电3min左右开始吹氧，吹氧流量2000Nm3/h，第一篮料通电5min后加入首批渣料(包括：石灰、白云石等)第二篮料通电1min后加入渣料。
(3)在第一篮料加入前先在炉底加入第一批氧化剂；在熔池基本形成且炉内起渣时加入第二批氧化剂，并保持吹氧操作；根据炉况分批次陆续加入剩余氧化剂和其他渣料，其中剩余氧化剂待固体金属料完全融化为液体时加入。
(4)氧化剂在氧化期加完，进入还原期即开始喷吹硅铁粉进行还原，硅粉总喷入量250～400kg；开始喷吹硅粉后即需停止吹氧，改为喷吹氮气进行熔池搅拌，喷吹氮气流量控制1500Nm3/h。
(5)待电炉母液成分和温度满足下道工序要求时，停止供电和吹氮，进行出钢作业。
B、对于兑铁水模式的300系不锈钢电炉冶炼过程，除尘灰氧化剂加料制度如表3，本实施例的实施步骤如下：
(1)配料，根据钢种要求配置65～70吨金属料；总原料中碳含量为2.5％，硅含量为1.3％，磷含量≤0.030％；并由上道工序(铁水喷吹脱磷站)准备磷含量≤0.010％的脱磷铁水60吨。
(2)将原料分两批加入到电炉中，其中第一篮料加65吨，第二次加料为兑加铁水60吨，第一篮料通电6min后开始吹氧，铁水加入后通电1min后开始吹氧，吹氧流量2500Nm3/h，第一篮料通电5min后加入渣料，铁水加入后通电1min后加入渣料。
(3)在第一篮料入炉后5min内加入首批渣料(包括：石灰、白云石、除尘灰氧化剂等)；在熔池基本形成且炉内起渣时加入第二批渣料(包括：石灰、白云石、除尘灰氧化剂等)，第二批渣料加入后1～3min实施电炉炉门处喷吹碳粉作业(喷碳粉流量50kg/min)，并保持吹氧操作；根据炉况分批次陆续加入剩余氧化剂和其他造渣料，其中剩余氧化剂待固体金属料完全融化为液体时加入。
(4)氧化剂在氧化期加完，进入还原期即开始喷吹硅铁粉进行炉渣还原，硅粉总喷入量250～400kg；开始喷吹硅粉后即需停止吹氧，改为喷吹氮气进行熔池搅拌，喷吹氮气流量控制1500Nm3/h。
(5)待电炉母液成分和温度满足下道工序要求时，停止供电和吹氮，进行出钢作业。
C、对于低镍生铁脱磷模式及低镍生铁配磷脱硅模式的300系不锈钢电炉冶炼过程，低镍生铁脱磷模式的除尘灰氧化剂加料制度如表4，低镍生铁配磷脱硅模式的除尘灰氧化剂加料制度如表5，本实施例的实施步骤如下：
(1)配料，根据钢种要求配置90～95吨金属料；总原料中碳含量为3.1％，硅含量为2.2％，磷含量≤0.040％。
(2)将原料分两批加入到电炉中，其中第一篮料加55吨，第二篮料加40吨，第一篮料通电5min后开始吹氧，第二篮料通电1min后开始吹氧，吹氧流量2500Nm3/h，第一篮料通电5min后加入渣料，第二篮料加入后通电1min后加入渣料。
(3)在第一篮料入炉后5min内加入首批渣料(包括：石灰、白云石、除尘灰氧化剂等)；在熔池基本形成且炉内起渣时加入第二批渣料(包括：石灰、白云石、除尘灰氧化剂等)，并保持吹氧操作；根据炉况分批次陆续加入剩余氧化剂和其他渣料，其中剩余氧化剂待固体金属料完全融化为液体时加入。
(4)氧化剂在氧化期加完，进入还原期后加入硅铁(加入量视实际情况)并喷吹硅铁粉进行炉渣还原，硅粉总喷入量250～500kg；开始喷吹硅粉后即需停止吹氧，改为喷吹氮气进行熔池搅拌，喷吹氮气流量控制1500Nm3/h。
(5)待电炉母液成分和温度满足下道工序要求时，停止供电和吹氮，进行出钢作业。
4、实际使用结果：
表6为本发明实施例不锈钢除尘灰电炉氧化剂实际使用过程中工艺消耗指标，表7为现有电炉冶炼工艺对比试验炉次技术参数及消耗指标。
由表6可知，采用本发明所述的不锈钢除尘灰电炉氧化剂，在原材料设计配比所列的标准偏差范围内，母液(钢水)终点磷含量达到了制造标准和电炉工艺技术标准的要求，即本发明所述的不锈钢除尘灰电炉氧化剂可全部取代原外购的氧化铁球(或氧化铁皮)。
与使用氧化铁的对比试验炉次相比较，使用本发明所提供的不锈钢电炉氧化剂后，其他渣料消耗有所下降，其中，石灰消耗降低1.30kg/t、白云石消耗降低2.20kg/t、全部取代氧化铁后降低氧化铁消耗66.44kg/t，具体参见表7。