专利名称：对金属浴的冶金处理方法
技术领域：
本发明通常涉及一种对熔融金属浴的冶金处理方法。更特别地涉及这样一种方法，其包括包含一种在熔融金属浴表面存在或形成一种酸性炉渣的第一处理，和包含一种在这种熔融金属浴表面存在或形成一种碱性炉渣的第二处理。
现有技术这种类型的方法是，例如一种在钢水罐中处理原钢的方法。其中，在进行脱硫处理(即处理到较低含硫量)和/或脱磷处理(即处理到较低含磷量)之前，首先通过铝热法加热熔融钢浴。在铝热法加热期间，铝与氧反应，在熔融钢浴表面形成酸性Al2O3炉渣。实际上，在熔融钢浴表面分别需要碱性炉渣的脱硫处理、脱磷处理被熔融钢浴表面存在的酸性Al2O3炉渣所抑制。因此，酸性Al2O3炉渣必须在开始脱硫和/或脱磷处理之前首先要撇渣(渣化)。实际上，这种中间成渣极大地延长了处理的总时间，并且不是在每次冶金处理情况下都可行。
为了增加铝热法加热钢水罐中熔融金属浴的效率，公知的是如何在料盖下进行加热(参见US 4518422A中的例)。通过注入惰性气体，首先在覆盖熔融金属浴的初始炉渣层中形成一个“窗口”。将料盖降低到这个“窗口”上方直到其底部边缘浸入熔融金属浴中。在这个料盖下加入铝热法反应物，也就是铝和氧。通过注入惰性气体，同时搅拌熔融金属浴。优选的料盖可使铝热法在保护气氛下加热，并对环境损失最小。当铝热法加热结束时，去除料盖。料盖周围的炉渣与在料盖下形成的Al2O3炉渣混合，产生一种炉渣，其Al2O3含量(＞40％)抑制随后的脱硫和/或脱磷处理。
在序言中所述类型的另一方法是一种其中熔融原铸铁浴或熔融铁合金浴必须通过氧注射的脱硅(即处理到较低含硅量)及脱硫和/或脱磷的方法。通过氧注射的脱硅在熔融金属浴表面产生一种酸性SiO2炉渣。实际上，随后的脱硫处理需要在熔融钢浴表面存在碱性炉渣，并被多于10％的SiO2含量所抑制。从而在脱硅期间形成的酸性炉渣必须在开始脱硫处理之前被撇去(渣化)。正如已解释的，这种中间成渣极大地延长了方法的时间，并且不是在每次冶金处理情况下都可行。
发明目的本发明的目的是优化冶金方法，其中第一处理包括在熔融金属浴表面存在或形成酸性炉渣，及第二处理包括在这种熔融金属浴表面存在或形成碱性炉渣。
发明描述根据本发明，通过无中间成渣、同时或连续地在二个分离区进行二个处理，并通过在酸性炉渣区和碱性炉渣区之间的熔融金属浴表面提供一种物理分离而达到这个目的。为了节省最多的时间，优选二个处理同时进行。在某些情况下，可能在开始第二处理之前首先终止或开始第一处理是有利的，反之亦然。在任何情况下，节省用于中间成渣的时间都是有利的，并可在单独的冶金处理台中进行二个处理，这种处理台对进行成渣操作(成渣可以在任何地方完成)是不必要的。
在优选的实施中二个处理中的一个是在其底部边缘浸入熔融金属浴的厚料盖下进行，而另一个处理是在这厚料盖周围进行。这个厚料盖在浴表面的二个炉渣区之间提供物理分离，同时允许二个处理之一在保护气氛下，对环境的损失最小。如果开发厚料盖的其它优点是不必要的，但也可以使用单独的隔墙以在酸性炉渣区和碱性炉渣区之间的熔融金属浴表面提供物理分离。这种隔墙或者与冶金容器的边缘结合以将熔融金属浴表面分为二个并列的区，或者形成一种环以在熔融金属浴表面的内部界定一个“岛”。
第一处理是，例如在保护气氛下的厚料盖下进行并在料盖下产生酸性炉渣的化学加热。这里的化学加热是指普通金属元素，如铝(铝热法)或硅(硅热法)的高放热氧化。
第一处理还可以是通过氧注射的脱硅处理，特别地作为铸铁或铁合金(如镍铁)与高含硅量的处理的部分。通过氧注射的脱硅处理也有利地在其底部边缘浸入熔融金属浴的厚料盖下进行。
第二处理是，例如包括通过加入如石灰、碳酸钠、碳酸镁等形成碱性炉渣的脱硫和/或脱磷处理。这个处理可以在进行第一处理的厚料盖周围进行。
作为通过氧注射的脱硅处理的部分，脱硫和/或脱磷处理有利地包括向熔融金属浴中加入石灰石，特别是牡荆碱。这是一种便宜而且非常有效的脱硫剂，但是在熔融金属浴中其分解引起高的吸热反应，这导致冷却熔融金属浴。实际上，结合通过氧注射的脱硅，这种冷却效应难以引发任何问题，因为在任何情况下高放热的脱硅反应都产生过多的热量。
如果使用厚料盖以在酸性炉渣区和碱性炉渣区之间的熔融金属浴表面提供物理分离，方法有利地如下进行首先注入惰性气体，以在覆盖熔融金属浴表面的初始炉渣层中形成一个“窗口”；这“窗口”使用其底部边缘浸入熔融金属浴的厚料盖盖住；在厚料盖下进行二个处理中的一个，并在厚料盖周围进行另一个，同时通过注入惰性气体而搅拌熔融金属浴；并在这二个处理结束时停止搅拌，去除厚料盖，再立即撇去二种炉渣(渣化)。在去除厚料盖之前停止搅拌以阻止二种炉渣过多地混合，这对方法的结果不利。
根据本发明，本方法的其它特征和性质将从下面描述的几个实施例中展现，并参照附
图1，它是实现根据本发明方法的示意图。
本发明一些有利的实施方案的详述为了说明本发明，图1是用于更详细地描述一种冶金方法，其包括在熔融钢浴的钢水罐的化学加热之前的熔融原钢浴的钢水罐脱硫处理。
图1显示在实施前述方法期间在冶金处理台中的冶金钢水罐10。在原始状态下，钢水罐10包含从转炉或电炉中的原钢的熔融浴12，和覆盖熔融钢浴的残余的碱性炉渣层。在冶金处理台中，首先在残余炉渣层上注入惰性气体以形成窗口14，即熔融钢浴12表面的一区域，从覆盖其上的残余炉渣中至少部分地析出熔融钢浴。在窗口14上面，安置有厚料盖16，以便其底部边缘18浸入熔融金属浴12到至少20cm(熔融金属浴12飞溅越多，料盖16的底部边缘浸入越深)。可以观察到一种可能实施这种厚料盖16的是例如专利申请WO 98/31841中所述的，虽然本方法中使用的料盖并不需要是旋转料盖。
在料盖16下面，通过铝热法加热熔融钢浴。为了这个目的，在料盖16下加入铝并吹入氧气，如箭头18和20所示。同时，通过惰性气体搅拌熔融金属浴12，惰性气体优选使用侧喷管22注入熔融金属浴12中。铝和氧以高放热反应进行反应。这反应导致在料盖16下形成酸性Al2O3炉渣。在图1中，通过数字24确定酸性Al2O3炉渣。
在现有技术中，在化学加热结束时提升料盖16以撇去残留的、被料盖16下形成的Al2O3炉渣高度污染的炉渣。再在析出炉渣的熔融钢浴中进行脱硫处理。实际上，众所周知，为了使用碱性炉渣进行脱硫和/或脱磷处理，炉渣的Al2O3含量必须低于40％。
根据本发明，在无中间成渣操作下，在料盖16周围进行脱硫和/或脱磷处理。为了这个目的，使用喷管26以注入用于在熔融金属浴12中料盖16周围形成碱性炉渣28的制剂。碱性炉渣28的形成剂可以，是例如，石灰、石灰石、牡荆碱、碳酸钠、碳酸镁等。料盖16阻止在料盖16下形成的酸性Al2O3炉渣与钢水罐16周围的碱性炉渣相混合，使得其可以无中间成渣地同时或连续地进行二个处理。优选地首先开始铝热法加热，然后，当熔融钢浴已达到足够的温度时再开始脱硫和/或脱磷处理。
在脱硫和/或脱磷处理结束时，在提升料盖16之前停止熔融金属浴的所有搅拌。然后一起撇去二种炉渣。
应当注意在料盖下进行处理也可以，例如，是铸铁或铁合金，特别是镍铁的通过氧注射而脱硅处理。在这种情况下，硅与料盖下吹入的氧气反应在料盖下形成酸性SiO2炉渣。然后在料盖周围进行上述的脱硫和/或脱磷处理。料盖阻止料盖16下形成的酸性SiO2炉渣与钢水罐16周围的碱性炉渣混合，使其可以无中间成渣地同时或连续地进行二个处理。实际上，为了有效的脱硫和/或脱磷处理，碱性炉渣的SiO2含量不能超过10％。
实施例1这个实施例涉及一种目的为钢80％脱硫的原转炉钢的钢水罐处理。
初始状态冶金钢水罐包含160吨原转炉钢和600kg残留精炼炉渣。分析结果如下0.04％的C，600ppm的O，0.010％的S。熔融钢浴的温度是1600℃。在灌注时加入200kg脱氧Al和600kg的CaO。
铝热法加热第一处理是铝热法加热，如图1所示，其发生在位于预先析出残余炉渣层的熔融钢浴区上方的厚料盖下。通过在7分钟内注入530kg的铝和350m3的氧(以50m3/minO2的速率)，熔融钢浴的温度增加约90℃。通过使用侧喷管以0.2m3/min的注射速率注入氩而引发在料盖下的搅拌。
脱硫第二处理是发生在料盖周围的强烈的80％脱硫。使用的脱硫剂是由60％的CaO和35％的Al2O3组成的粉末，剩余为杂质。Al2O3的加入是为了调整获得的炉渣的流动性。也可以加入其它的沪渣剂。
使用氩作为载气，借助于头浸没的喷管注入脱硫剂。在开始注入脱硫剂之前，使用注射喷管对熔融钢浴进行在先搅拌。为了这目的，注射喷管以大约0.5m3/min的速率供应氩气5分钟，并停止脱硫剂的供应。这个初步搅拌特别使其在脱硫之前尤其可以均匀熔融钢浴的温度。接着，在大约12分钟的时间间隔内，将960kg上述的脱硫剂与作为载气的以约1m3/min流速的氩(固体进料速率为大约80kg/min)一起注入。通过以同样的喷管，以大约1m3/min速率的氩进行激烈搅拌5分钟，并停止脱硫剂的供应而终止处理。然后停止搅拌并提升料盖。
最终状态钢0.04％的C，0.002％的S，温度大约1600℃。
炉渣在料盖下形成的大约1000kg的Al2O3和在料盖周围大约2500kg的脱硫炉渣。
评论如果仅仅需要达到中等的钢脱硫，可以不需要使用喷管向浴中注入脱硫剂。实际上，料盖周围的残余炉渣已经包含足够量的脱硫剂，以达到中等的钢脱硫。然后在料盖周围足以搅拌熔融钢浴，以使其与漂浮在其表面上的残余炉渣反应并且，如果必要，进一步加入炉渣剂以特别调整炉渣的稠度。
实施例2这例子涉及一种目的为铸铁的脱硅和脱硫的原铸铁的钢水罐处理。
原始状态冶金钢水罐包含100吨原铸铁，其分析结果如下4.5％的C、0.8％的Si、0.10％的S。熔融铸铁浴的温度为1350℃。铸铁被残余碱性炉渣层所覆盖。
脱硅处理如上所述，在通过氧注射的脱硅处理是在位于从其残余炉渣层预先析出的浴区上方的厚料盖下进行。在料盖下在10分钟内注入450m3的氧(以45m3/minO2的速率)。使用侧喷管以0.2m3/min的速率通过氩注射在料盖下进行搅拌。
脱硫脱硫是在料盖周围发生。使用的脱硫剂是由70％的CaCO3和30％的Na2CO2组成的粉末。也可以加入其它的炉渣剂。
使用氩作为载气，借助于浸没式喷管注入脱硫剂。用约1m3/min的氩作为载气在约20分钟的时间内，注入约1000kg上述的脱硫剂(固体流速为大约50kg/min)。在停止所有搅拌之后，提升料盖并一起撇去二种炉渣。
最终状态予处理铸铁4.3％的C，0.4％的Si，0.02％的S，温度约1400℃。
炉渣在料盖下形成的约860kg的SiO2，加上在料盖周围的约700kg的脱硫炉渣。
对铸铁处理的评论在传统的直流(once-through)铸铁脱硫中，通常使用Mg-CaC2或Mg-CaO的混合物作为脱硫剂。这些是高效脱硫剂，但也是非常昂贵的。使用它们主要是因为它们使熔融金属浴有限的冷却。实际上，脱硫与高放热脱硅相结合使其可能使用更冷却的但更便宜的脱硫剂如石灰石(CaCO3)或牡荆碱。在熔融金属浴中CaCO3或Na2CO3的分解也产生氧，这有利于铸铁的脱硅(1kg的CaCO3或Na2CO3减少约0.1m3的脱硅的氧的要求)。而且，优选使用CaCO3+Na2CO3的混合物，以获得更流动的炉渣，并从而限制在成渣过程中因铁夹带的损失。然而，使用Na2CO3也需要限制温度到1400℃，以防止通过蒸发而损失Na2CO3。
对铁合金处理的评论对于熔融铁合金浴，特别是熔融镍铁浴是有利的，也进行如对铸铁的实施例2中的脱硅和脱硫的相结合。
然而，在镍铁例子中，以实施例的方式进行，目的通常是达到更加强烈的脱硅(以降低Si含量1％以上)。通过氧气注射的脱硅，在缺乏有效的冷却剂时，可以引起温度升高300℃或更高。
如在某些铸铁脱硅过程中所进行的，铁矿石或氧化物可以作为冷却剂使用，它是由钢制造业的副产物而获得的。然而，使用结合脱硅和脱硫的所建议的方法，特别有利使用牡荆碱(CaCO3)和/或碳酸钠(Na2CO3)作为脱硫剂，因为这些产品都是强冷却剂和有效的脱硫剂，只要它们不通过加入二氧化硅(SiO2)而稀释。
除了定量方面(降低1-2％的Si含量而不是对鼓风炉铸铁的0.2-0.4％)以外，对铸铁的所提议的方法通过调整氧和所需的冷却/脱硫剂的比例，可类似地应用于铁合金。
权利要求
1.一种用于熔融金属浴的冶金处理的方法包括第一处理，其包括在所述的熔融金属浴表面上存在或形成酸性炉渣；和第二处理，其包括在所述的熔融金属浴表面上存在或形成碱性炉渣；其特征在于通过在酸性炉渣区和碱性炉渣区之间的所述熔融金属浴表面上提供物理分离而进行无中间成渣的二个处理。
2.如权利要求1所述的方法，其中二个处理中的一个是在其底部边缘浸入所述的熔融金属浴的厚料盖下进行的，另一个处理是在所述的厚料盖周围进行的。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一处理是在所述的厚料盖下进行的化学加热处理。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述化学加热处理是铝热或硅热法。
5.如权利要求1-4中任一所述的方法，其中所述第二处理是基于碱性炉渣的脱硫和/或脱磷处理。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述第一处理是对铸铁或铁合金，特别是镍铁，通过氧注射的脱硅处理。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述的通过氧注射的脱硅处理是在其底部边缘浸入所述的熔融金属浴的厚料盖下进行，及所述的第二处理是在所述的厚料盖周围进行脱硫和/或脱磷处理。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述的第二处理是基于石灰的脱硫和/或脱磷处理。
9.如权利要求8的方法，其中所述的第二处理包括向所述的熔融金属浴中加入石灰石，特别是牡荆碱。
10.如权利要求1-9中任一所述的方法，其中在所述方法的开始时，所述熔融金属浴的表面被一层残余炉渣所覆盖；通过注入惰性气体，在所述的残余炉渣层中形成一个窗口；所述的窗口被其底部边缘浸入所述的熔融金属浴的厚料盖所覆盖；在所述的厚料盖下进行二个处理中的一个，在厚料盖周围进行另一个，同时通过注入惰性气体搅拌熔融金属浴；和在二个处理结束时，停止所述的搅拌，去除所述的厚料盖，然后立即撇去二种炉渣。
全文摘要
本发明涉及对熔融金属浴的冶金处理方法。本发明方法包括包含在熔融金属浴表面存在或形成酸性炉渣的第一处理和包含在熔融金属浴表面存在或形成碱性炉渣的第二处理。根据本发明无中间成渣地进行二个处理从而得证在熔融金属表面上的在酸性炉渣区和碱性炉渣区之间有物理分离。
文档编号C21C7/072GK1665942SQ03815328
公开日2005年9月7日 申请日期2003年5月21日 优先权日2002年5月24日
发明者让-卢克·罗思, 埃米尔·洛纳迪, 保罗·伯格 申请人:保尔·沃特公司