CN1056415C - 含铝预熔渣及其制备方法以及含有该渣的钢水脱硫剂和净化剂 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种含铝预熔渣及其制备方法以及含有该渣的钢水脱硫剂和净化剂，属于炼钢技术领域。本发明将含铝渣放入冶金熔炉中，加热使含铝渣溶清后，加入AlF3、CaF2、CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上，继续加热，当熔液温度超过1450℃时，加入SiO2和MgO调渣剂，根据终渣成分进行调渣；得到的含铝预熔渣的成分为(重量%)：金属Al12～15%，Al2O365～75%，SiO22～10%，MgO2～6%，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上3～10%。上述的含铝预熔渣与CaO、CaC2、CaCO3、C等混匀后可制成不同类型的含铝预熔渣脱硫剂。通过直接使用该含铝预熔渣或在上述的含铝预熔渣与Si-Fe、BaO或混合稀土氧化物混合，得到不同类型的含铝预熔渣渣钢水净化剂。
Description
本发明涉及含铝渣、其制备方法以及含有该渣的钢水脱硫剂和净化剂。
目前在炼钢过程中经常使用主要由金属Al和Al2O3及其它杂质组成的铝渣脱硫脱氧。但由于铝渣为粉剂，使用不方便且易被烟尘带走，造成铝渣利用率低。为此，US5385601给出一种预熔铝渣制造用作脱硫剂铝酸钙的方法。但该方法得到的产品适于脱硫而不适于钢水脱氧和净化，且成本较高。
本发明的目的是给出一种含铝预熔渣及其制备方法，该含铝预熔渣的化学成分为：金属Al，Al2O3，SiO2，MgO，AlF3或CaF2或CaCl2或AICl3中的任一种或一种以上。所述含铝预熔渣的制备方法是以电解铝、铝制品加工熔炼过程产生的铝渣为原料，将上述铝渣回收一部分铝后，剩余部分为组分为：Al 15～18％，Al2O3 60～70％，SiO2 5～8％，MgO 3～5％，及其它少量氧化物杂质的含铝渣，再将所述含铝渣熔化后加入少量氯化物、氟化物活性剂及SiO2、MgO等调渣剂，得到易成渣的含铝预熔渣。
本发明的另一个目的是给出一种用含铝预熔渣配制的脱硫剂，通过在含铝预熔渣中加入其他冶金辅料，如CaO、CaC2、CaCO3、C，混匀后制成不同类型的含铝预熔渣脱硫剂，使用时可进一步加强含铝预熔渣的冶金性能，提高脱硫效果。
本发明的又一个目的是给出一种用含铝预熔渣配制的钢水净化剂，通过在上述的含铝预熔渣再加入其他冶金辅料，如Si-Fe、BaO或混合稀土氧化物，得到不同类型的含铝预熔渣渣钢水净化剂。使用时可进一步加强含铝预熔渣的冶金性能，提高成渣速度，并增强捕捉钢水中氧化夹杂物的能力。
另外，本发明的的含铝预熔渣也可直接用作钢水净化剂。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的含铝预熔渣的化学成分为(重量％)：
金属Al 12～15％，Al2O3 65～75％，SiO2 2～10％，MgO 2～6％，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上3～10％。
所述含铝预熔渣的制备方法为：
以电解铝、铝制品加工熔炼过程产生的铝渣为原料，将上述铝渣回收一部分铝后，剩余部分为组分为：Al 15～18％，Al2O3 60～70％，SiO2 5～8％，MgO 3～5％，及其它少量氧化物杂质的含铝渣，再将所述含铝渣放入冶金熔炉中，加热到1350℃～1430℃，在含铝渣熔化后，根据熔化渣样加入AlF3、CaF2、CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上，继续加热，当熔液温度超过1450℃时，加入SiO2和MgO调渣剂，根据终渣成分进行调渣；保持液渣30分钟以上，使其充分均匀后出渣，得到如上所述的含铝预熔渣。
出渣后采用风冷或自然冷却，然后用破碎机加工成粒度小于0.1mm的粉状含铝预熔渣。
用上述的粉状含铝预熔渣配制成石灰基和CaC2型两种脱硫剂：
1、含铝预熔渣石灰基脱硫剂
将上述粉状含铝预熔渣与粉状CaO、CaCO3和C充分混匀，制成含铝预熔渣石灰基脱硫剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣8～22％，CaO 55～70％，CaCO3 6～20％，C 1～3％。
所述粉状CaO、CaCO3和C的粒度≤0.6mm。
2、含铝预熔渣CaC2型脱硫剂
将上述粉状含铝预熔渣与粉状CaC2、CaO、CaCO3和C充分混匀，制成含铝预熔渣CaC2型脱硫剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣8～22％，CaC2 20～35％，CaO 40～58％，CaCO3 6～20％，C 1～3％。
所述粉状CaC2、CaO、CaCO3和C的粒度≤0.6mm。
上述脱硫剂制作过程中加入的CaC2、CaO不能受潮或水解。所述的所有原料的含水量均应小于0.05％，必要时，可在加工前进行干燥烘烤。
用上述的粉状含铝预熔渣配制成下述四种钢水净化剂：
1、上述的含铝预熔渣可直接用作钢水净化剂。
2、含铝预熔渣Si-Fe钢水净化剂
将上述粉状含铝预熔渣与75％Si-Fe混合，使其成分为(重量％)：
含铝预熔渣 40～48％，75％Si-Fe 52～60％。
所述的75％Si-Fe的粒度≤1mm。
3、含铝预熔渣BaO钢水净化剂
将上述粉状含铝预熔渣与粉状的BaO混合，使其成分为(重量％)：
含铝预熔渣 80～85％，BaO 15～20％。
4、含铝预熔渣混合稀土氧化物钢水净化剂
将上述粉状含铝预熔渣与粉状的混合稀土氧化物混合，使其成分为(重量％)：
含铝预熔渣 95～97％，混合稀土氧化物 3～5％。
下面对所述的含铝预熔渣、脱硫剂和钢水净化剂分别加以说明：
一、由金属Al 12～15％，Al2O3 65～75％，SiO2 2～l0％，MgO 2～6％，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上3～10％组成的含铝预熔渣。
在CaO-Al2O3相图上，所述含铝预熔渣中的主要结构12CaO·7Al2O3是低熔点固溶体，再加入AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3后其熔点进一步降低。
二、含铝预熔渣脱硫剂
1、所述的含铝预熔渣石灰基脱硫剂由含铝预熔渣，CaO、CaCO3和C组成，主要用于高炉类型的铁水和钢水的脱硫。含铝预熔渣脱硫剂喷入铁水或钢水后，经过预熔后的含铝预熔渣中的Al和Al2O3，SiO2和MgO等有效组分在氯化物或氟化物的催化作用下，迅速与CaO等元素形成以12CaO·7Al2O3为主的多元渣系，非常有利于渣中S离子的扩散；同时金属Al与CaO迅速反应，其化学方程式为：
2、所述的含铝预熔渣CaC2型脱硫剂除含铝预熔渣、CaC2、CaO、CaCO3和C外，还含有CaC2，主要用于高炉类型的铁水和钢水的脱硫。加入的CaC2为强脱硫物，其化学反应式为：
由于所述的含铝预熔渣脱硫剂可以满足较高的碱度、低的氧化性及低的熔点，因此其热力学条件优于普通的脱硫剂，在冶金脱硫过程中的成渣速度及CaC2、CaO的利用率均高于普通脱硫剂，一般为普通脱硫剂的2倍，而处理温度又低于普通脱硫剂，极大地改善了脱硫反应的热力学和动力学条件，对冶金过程十分有利。
本发明的含铝预熔渣脱硫剂使用时用喷射机械以N2为载体(N2压力6～8Mpa/cm2)喷射到铁水包中进行脱硫。喷枪要插到铁水中，插入深度为铁液高度的1/3～1/2处。所述的脱硫剂用量根据铁水原始硫含量及铁水温度不同而异，一般用量为8～12kg/吨铁。根据对冶炼钢种，不同硫含量的要求选择含铝预熔渣石灰基或CaC2型脱硫剂。一般情况下，当要求铁水脱硫后的[S]≤0.005时使用CaC2型脱硫剂，当要求铁水脱硫后的[S]≤0.01时使用含铝预熔渣石灰基型脱硫剂，脱硫率可以达到80～95％。
三、含铝预熔渣钢水净化剂
1、所述的含铝预熔渣可直接用作钢水净化剂
所述的含铝预熔渣由金属Al，Al2O3，SiO2，MgO，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上组成。
在钢水净化过程中，钢水的脱氧深度十分重要，而脱氧产物的排除是该过程的限制性环节。由于采用所述的含铝预熔渣作钢水净化剂，该预熔渣熔点低、活性好，成渣速度快，而且渣中具有脱氧能力较强的Al，可极大地提高钢渣的脱氧能力。通过低熔点活性渣对钢水中氧化物的捕捉及快速上浮，有利于排除钢水中的脱氧产物，使钢水洁净度提高。另外由于含铝预熔渣中含有卤族化合物等化合物质，其铺展性好，利于钢水表面覆盖，降低钢水与空气的接触面，减少空气中氧对钢水表面的氧化，对钢水起到保护作用。少量的SiO2、MgO可降低整体渣相的熔点，形成多元化合物。
2、所述的含铝预熔渣Si-Fe钢水净化剂，由含铝预熔渣和Si-Fe组成。
该净化剂中含铝预熔渣的作用如上所述，在含铝预熔渣中混入的Si-Fe与含铝预熔渣中的Al相配合，可加强对钢水的脱氧能力，同时加入的Si-Fe可降低净化剂的成本。
3、含铝预熔渣BaO钢水净化剂，由含铝预熔渣和BaO组成。
该净化剂中含铝预熔渣的作用如上所述，在含铝预熔渣中混入粉状BaO后可使钢中的条状硅铝氧化物夹杂物球化、均匀，利于改善钢的机械性能，提高钢的质量和钢材的加工性能，使之达到钢水净化的目的。
4、含铝预熔渣混合稀土氧化物钢水净化剂，由含铝预熔渣和混合稀土氧化物组成。
该净化剂中含铝预熔渣的作用如上所述，在含铝预熔渣中混入稀土氧化物后可使钢中的条状硅铝氧化物夹杂物球化、均匀，并使夹杂物分散，利于改善钢的机械性能，提高钢的质量和钢材的加工性能，使之达到钢水净化的目的。
上述四种含铝预熔渣钢水净化剂适用于所有的钢液。
上述几种含铝预熔渣钢水净化剂可用于转炉炼钢、电炉炼钢或炉外精炼(LF、LF-VD、RH等)钢包中。如使用第1种含铝预熔渣钢水净化剂，在转炉炼钢时，则在钢水倒入钢包过程中，钢水量约倒入1/5时，从钢包侧上方将其投入，根据钢种的不同，加入量为2～4kg/t钢；如用于电炉炼钢工艺，在使用该钢水净化剂时，根据出钢方式的不同，有两种加入方法：①EBT出钢方式，在出钢前先将其加入钢包中，加入量为3～5kg/t钢；②对于非EBT出钢方式，在还原期将其加入炉中，加入量为3～5kg/t钢，出钢时钢、渣混出，倒入钢包中。对于炉外精炼(LF、LF-VD、RH等)过程中，把钢水净化剂加入钢渣表面造还原渣，对钢水进行精炼，加入量为1～2kg/t钢。
所述的含铝预熔渣、脱硫剂和钢水净化剂具有如下效果：
一、所述的含铝预熔渣与现有的铝渣或预熔铝渣相比，其成本低且用途广。
二、所述的两种含铝预熔渣脱硫剂的脱硫效果为：所述的含铝预熔渣石灰基脱硫剂的脱硫率可达75～95％。，脱硫时间为15分钟左右，所述的脱硫剂用量根据铁水原始硫含量及铁水温度不同而异，一般用量为8～12kg/吨铁；所述的含铝预熔渣CaC2型脱硫剂脱硫剂的脱硫率可达75～95％。，脱硫时间为15分钟左右，所述的脱硫剂用量根据铁水原始硫含量及铁水温度不同而异，一般用量为8～12kg/吨铁。
三、所述的四种含铝预熔渣钢水净化剂的使用效果如下：
1、转炉炼钢过程中，钢水氧含量达到〔O〕≤30～40ppm，钢中全氧含量小于60ppm，钢坯中氧化物夹杂评级等级小于0.5级。
2、电炉炼钢过程中，钢中氧含量达到〔O〕≤20ppm，钢中全氧含量小于50ppm。
3、在炉外精炼过程中加入钢水净化剂，取代脱氧剂，达到更进一步的脱氧作用，钢中氧含量达到〔O〕≤20ppm，钢中全氧含量小于50ppm。
实施例：
1、含铝预熔渣的实施例
将33kg含有金属Al和Al2O3的渣料先在中频感应炉中熔化，温度为1380℃，在铝渣熔化后，根据熔化渣样加入AlF3和AlCl3各1.1kg，继续加热，当熔液温度超过1450℃时，加入3kgSiO2和2kgMgO调渣剂，使其全部熔化，根据终渣成分进行调渣；保持液渣40分钟，使其充分均匀后出渣；其终渣成分为(重量％)：
金属Al 12％，Al2O3 70％，SiO2 7％，MgO 5％，AlF3 3％，AlCl33％。
出渣后采用风冷冷却，然后用破碎机加工成粒度小于0.1mm的粉状含铝预熔渣。
2、含铝预熔渣脱硫剂实施例
(1)、含铝预熔渣石灰基脱硫剂
将上述含铝预熔渣加入粒度≤0.6mm的粉剂CaO、CaCO3和C，将其充分混匀后包装，制成含铝预熔渣石灰基脱硫剂，其配比为(重量％)：
含铝预熔渣 12％，CaO 65％，CaCO3 20％，C 3％
用上述含铝预熔渣石灰基脱硫剂对高炉铁水进行脱硫，铁水量300吨，硫剂加入量为3000kg，原始铁水含硫量为0.025％，铁水温度为1350℃。将由耐火材料制成的喷枪插入到铁水罐车中，插入深度为1.6m，以7MPa/cm2压力的N2为载体把粒度≤0.6mm的上述脱硫剂喷吹到铁水中去，喷吹时间均为15分钟，喷吹后铁水中硫含量为0.004，脱硫率为84％，脱硫时间为15分钟。
(2)、含铝预熔渣CaC2型脱硫剂
将上述含铝预熔渣加入粒度≤0.6mm的粉剂CaC2、CaO、CaCO3和C，将其充分混匀后包装，制成含铝预熔渣CaC2型脱硫剂，其配比为(重量％)：
含铝预熔渣12％，CaC2 25％，CaO 50％，CaCO3 10％，C 3％。
用上述含铝预熔渣石灰基脱硫剂对高炉铁水进行脱硫，铁水量300吨，硫剂加入量为3000kg，原始铁水含硫量为0.025％，铁水温度为1350℃。将由耐火材料制成的喷枪插入到铁水罐车中，插入深度为1.6m，以7MPa/cm2压力的N2为载体把粒度≤0.6mm的上述脱硫剂喷吹到铁水中去，喷吹时间为15分钟，喷吹后铁水中硫含量为0.0035，脱硫率为86％，脱硫时间为15分钟。
3、含铝预熔渣钢水净化剂实施例
(1)、将上述粉状含铝预熔渣与粒度＜1mm的硅酸盐水泥混匀后冲压成块状钢水净化剂，压块的块度为50mm。其重量份比为：
含铝预熔渣：硅酸盐水泥＝1∶5％
在转炉炼钢时，把冶炼合格的30吨钢水注入钢水包中，当注入约1/5钢水量时，从钢包侧上方向钢包中投入90kg的所述块状钢水净化剂，同时取消按常规方法加入的预脱氧剂，结果钢水氧含量降低到35ppm，钢中全氧含量为55ppm，钢坯中氧化物夹杂评级等级为0.4级。
(2)、将上述粉剂含铝预熔渣与粒度≤1mm的75％Si-Fe混合，使其配比为(重量％)：
含铝预熔渣45％，75％Si-Fe 55％
然后与粒度＜1mm的硅酸盐水泥粘结剂混匀后冲压成块状的钢水净化剂，压块的块度为50mm。
上述配比得到的含铝预熔渣和75％Si-Fe的混合物与硅酸盐水泥的重量份比为：(含铝预熔渣+75％Si-Fe)∶硅酸盐水泥＝1∶6％
在电炉炼钢时，在使用所述的块状钢水净化剂时，根据出钢方式的不同，采用两种加入方法：
①EBT出钢方式，在出钢前先将其加入钢包中，加入量为4kg/t钢，然后把冶炼合格的30吨钢水注入钢水包中，结果钢中氧含量达到〔O〕＝18ppm，钢中全氧含量为45ppm。
②对于非EBT出钢方式，在还原期将其加入炉中，加入量为4kg/t钢，出钢时钢、渣混出，倒入钢水包中。结果钢中氧含量达到〔O〕＝17ppm，钢中全氧含量为47ppm。
(3)、将上述粉剂含铝预熔渣与粉状的BaO混合，使其配比为(重量％)：
含铝预熔渣83％，BaO 17％
然后与粒度＜1mm的硅酸盐水泥粘结剂混匀后冲压成块状的钢水净化剂，压块的块度为50mm。
上述配比得到的含铝预熔渣和BaO的混合物与硅酸盐水泥的重量份比为：
(含铝预熔渣+BaO)∶硅酸盐水泥＝1∶5％
在炉外精炼(LF)过程中，把冶炼合格的30吨钢水注入钢水包中，把所述的块状钢水净化剂加入钢渣表面造还原渣，取代脱氧剂，对钢水进行精炼，加入量为1.5kg/t钢。结果钢水氧含量达到〔O〕＝18ppm，钢中全氧含量为48ppm。
4、将上述粉剂含铝预熔渣与粉状的混合稀土氧化物混合，使其配比为(重量％)：
含铝预熔渣96％，混合稀土氧化物4％
然后与粒度＜1mm的硅酸盐水泥粘结剂混匀后辊压成块状的钢水净化剂，压块的块度为50mm。
上述配比得到的含铝预熔渣和混合稀土氧化物的混合物与硅酸盐水泥的重量份比为：
(含铝预熔渣+BaO)∶硅酸盐水泥＝1∶5％
在炉外精炼(LF)过程中，把冶炼合格的30吨钢水注入钢水包中，把所述的块状钢水净化剂加入钢渣表面造还原渣，取代脱氧剂，对钢水进行精炼，加入量为1.5kg/t钢。结果钢水氧含量达到〔O〕＝17ppm，钢中全氧含量为47ppm。
Claims (10)
1、一种含铝预熔渣，其组成为(重量％)：
金属Al 12～15％，Al2O3 65～75％，SiO2 2～10％，MgO 2～6％，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上3～10％。
2、如权利要求1中所述的含铝预熔渣，其特征在于所述的含铝预熔渣的粒度小于0.1mm。
3、一种权利要求1中所述含铝预熔渣的制备方法，其特征在于以电解铝、铝制品加工熔炼过程产生的铝渣为原料，将上述铝渣回收一部分铝后，剩余部分为组分为：金属Al 15～18％，Al2O3 60～70％，SiO2 5～8％，MgO 3～5％，及其它少量氧化物杂质的含铝渣，再将所述含铝渣放入熔炉中，加热到1350℃～1430℃，在含铝渣熔清后，根据熔清渣样加入AlF3、CaF2、CaCl2或AlCl3中的任一种或一种以上，继续加热，当熔液温度超过1450℃时，加入SiO2和MgO调渣剂，根据终渣成分进行调渣，保持液渣30分钟以上，使其充分均匀后出渣，其终渣成分为权利要求1中所述含铝预熔渣。
4、一种含权利要求1中所述的含铝预熔渣脱硫剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣8～22％，CaO 55～70％，CaCO3 6～20％，C 1～3％。
5、一种含权利要求1中所述的含铝预熔渣脱硫剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣8～22％，CaC2 20～35％，CaO 40～58％，CaCO3 6～20％，C 1～3％。
6、如权利要求4或5所述的含铝预熔渣脱硫剂，其特征在于所述的CaO、CaCO3、CaC2和C的粒度≤0.6mm。
7、一种含权利要求1中所述的含铝预熔渣钢水净化剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣40～48％，75％Si-Fe 52～60％。
8、如权利要求7所述的含铝预熔渣钢水净化剂，其特征在于所述的75％Si-Fe的粒度≤1mm。
9、一种含权利要求1中所述的含铝预熔渣钢水净化剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣80～85％，BaO 15～20％。
10、一种含权利要求1中所述的含铝预熔渣钢水净化剂，其组成为(重量％)：
含铝预熔渣95～97％，混合稀土氧化物3～5％。
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