CN107419056A - 不锈钢电炉发泡剂及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了不锈钢电炉发泡剂及其使用方法，属于不锈钢电炉冶炼技术领域。本发明解决的技术问题是提供发泡效果好、密度大的不锈钢电炉发泡剂及其使用方法。不锈钢电炉发泡剂，由以下重量份的组分组成：碳粉6份、碳酸钙40～60份、碳酸镁10～20份、碳酸钡5～10份、三氧化二铝10～20份、氧化锰5～10份；将各组分按照配比混匀后装入钢管内。本发明的不锈钢电炉发泡剂制备简单、使用方便，密度大可下沉到炉渣底部，使气泡可从渣层底部推动渣长时间持续发泡，发泡效果优异，极大提高了不锈钢冶炼生产效率，降低冶炼生产成本。
Description
技术领域
本发明属于不锈钢电炉冶炼技术领域，具体涉及不锈钢电炉发泡剂及其使用方法。
背景技术
目前电炉冶炼碳钢过程中造泡沫渣是一项广泛采用的技术，其通过制造的泡沫渣能大大提高电弧加热的热效率，并显著降低电弧对电炉炉衬的辐射热侵蚀，以及电极的损耗等均具有重要作用。然而，在不锈钢冶炼过程中，要造出良好的泡沫渣难度非常大，原因在于不锈钢电炉冶炼过程中吹氧主要会生成三氧化二铬而非氧化铁，三氧化二铬的存在不仅会有恶化炉渣流动性的风险，并且三氧化二铬与钢液中碳反应的速率大大低于氧化铁与钢液中碳的反应速率，这样导致推动炉渣发泡的气体非常少。
电炉冶炼不锈钢的泡沫渣技术主要包含了喷吹法、直接加入法，其目的是采用额外的技术手段创造更多的用来推动渣发泡的气源并改善渣的发泡性能。
喷吹法主要是在吹氧的同时喷吹氧化铁皮、碳粉、硅粉或发泡剂粉。喷吹氧化铁皮可起到一定的快速溶解石灰作用，渣中含一定量的氧化铁可改善渣的流动性以提高其发泡性能；喷吹碳粉到渣层可促使其与氧化物反应以释放渣发泡需要的气体；喷吹硅粉可促进渣中氧化铬的预还原，避免渣中三氧化二铬过高而导致渣过黏。喷吹法的缺点是喷吹的物料很难均匀弥散在渣层中，同时生成的CO气泡过多集中在渣层的上部，不能整体推动渣发泡，另外，喷吹的射流有一定的熄泡效应，不利于泡沫的稳定。
直接加入法是通过料仓或专有的加入设备向冶炼熔池加入发泡剂或发泡球。现有技术中主要是以石灰石、白云石、焦炭、氧化铁皮为主要原料的两种或多种原料组合而成发泡剂或发泡球。直接加入法的缺点是石灰石或白云石受热分解温度低，发泡速度快不能持续发泡；发泡剂或发泡球加入熔池后会停留在钢渣表面，产生的气体从钢渣表面逸出，发泡效果不好；发泡剂或发泡球的制备复杂。
专利CN104726636公开了一种电炉冶炼不锈钢发泡剂及其发泡方法。其发泡剂采用下述方法制备：Ⅰ、将石灰石、氧化铁皮、焦粉及水泥搅拌成混匀料：质量份石灰石40±5；氧化铁皮30±3；焦粉10；水泥15±1；Ⅱ、混匀料中加入质量份20±2的水成混和料；Ⅲ、混和料加入模型制砖，脱模成发泡剂块；Ⅳ、发泡剂块20℃±10℃养护不少于3天。发泡方法是电炉熔炼中加的造渣料熔化后，加入第一批发泡剂块，加入量为钢水质量的0.5％～0.6％，炉渣发泡后提高送电功率10％～30％送电；再加入第二批发泡剂块，加入量为钢水质量的0.5％～0.6％。该方法发泡剂制备方法复杂，且石灰石受热分解温度低，发泡速度快不能持续发泡；发泡剂加入熔池后会停留在钢渣表面，产生的气体从钢渣表面逸出，发泡效果不好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供密度大、发泡效果更好的不锈钢电炉发泡剂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了不锈钢电炉发泡剂，该不锈钢电炉发泡剂由以下重量份的组分组成：碳粉6份、碳酸钙40～60份、碳酸镁10～20份、碳酸钡5～10份、三氧化二铝10～20份、氧化锰5～10份。
其中，上述不锈钢电炉发泡剂中，所述的碳粉、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、三氧化二铝和氧化锰的粒度皆≤100mm。
其中，上述不锈钢电炉发泡剂中，将各组分按照配比混匀后装入钢管内。
其中，上述不锈钢电炉发泡剂中，将各组分按照配比混合后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭。
本发明还提供了上述不锈钢电炉发泡剂的使用方法，包括如下步骤：
从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，保证炉渣持续发泡；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作。
其中，上述方法中，当电炉冶炼不锈钢熔池基本形成且炉渣碱度1.8～2.0、氧化亚铁含量20～25％的液态炉渣形成后，从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂。
其中，上述方法中，不锈钢电炉发泡剂的用量为5～10kg/t钢水。
本发明的有益效果：
本发明提供的不锈钢电炉发泡剂，其制备方法和使用方法简单，通过加入合适份数的碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡，控制发泡剂的气体产生速度，保证了持续长时间发泡；将碳粉加入量限定为6份，在提供气源同时避免了碳粉增碳导致冶炼再进行吹氧脱碳；三氧化二铝和氧化锰可降低炉渣熔点，提高炉渣流动性；采用钢管包装，可使发泡剂密度介于钢液和渣之间，保证加入发泡剂可下沉到炉渣底部，使气泡可从渣层底部推动渣持续发泡，同时避免粉末原料的损失，发泡效果优异。
电炉使用本发明的不锈钢电炉发泡剂进行冶炼，可增加泡沫渣寿命，实现埋弧操作，提高了电弧加热热效率，降低冶炼电耗，缩短了冶炼时间，减小了电弧对耐材的辐射，提高了耐材寿命，提高电炉炉龄，降低冶炼生产成本，具有广阔的推广前景。
具体实施方式
具体的，不锈钢电炉发泡剂，由以下重量份的组分组成：碳粉6份、碳酸钙40～60份、碳酸镁10～20份、碳酸钡5～10份、三氧化二铝10～20份、氧化锰5～10份。
碳酸盐是影响发泡剂性能的关键因素，其分解出CO2，作为气源造成渣料的起泡。本发明采用碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡三种碳酸盐，利用其受热分解产生的气体作为主要炉渣发泡的气源，根据各种碳酸盐受热分解的温度不同，控制发泡剂的气体产生速度，保证持续长时间发泡。另外加入碳粉，利用炭粉脱氧产生CO气体来提供气源，为避免碳粉增碳导致冶炼再进行吹氧脱碳，发泡剂中限定碳粉加入量为6份。
本发明加入三氧化二铝和氧化锰可降低炉渣熔点，提高炉渣流动性；三氧化二铝能够与高熔点物质反应生成低熔点物质，氧化锰能使氧化钙、氧化镁、氧化钡等高熔点物质的溶解速度增加。由于本发明发泡剂中碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡三种碳酸盐含量较高，且会分解生成三种不同高熔点氧化物，因此本发明对三氧化二铝和氧化锰的份数进行了大量尝试，当三氧化二铝10～20份、氧化锰5～10份时，发泡剂发泡效果优异。
本发明控制发泡剂原料粒度≤100mm，如果粒度过大，发泡剂难以溶解，会使得起泡时间推迟。
为了使发泡剂密度介于钢液和渣之间，保证加入发泡剂可下沉到炉渣底部，气泡可从渣层底部推动渣持续发泡，本发明将各组分按照配比混合后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭，封闭方式一般采用一端焊接将钢筋焊接到钢管的断面上，另一端将铁皮塞入钢管内；本发明使用的钢管无特别要求，只要能够装入一定量的物料即可，可以根据实际冶炼生产规模对钢管型号进行调整；本发明不限于使用钢管包装，只要包装后能保证发泡剂可下沉到炉渣底部，气泡可从渣层底部推动渣持续发泡，同时包装不影响不锈钢冶炼即可。
为了节约成本，同时便于发泡剂从电炉炉门加入和控制加入速度，保证炉内得到持续稳定的泡沫化效果，可以根据实际冶炼生产规模、钢管的容量，对发泡剂装入量进行调整，一般每根钢管装入量为15～25kg。
本发明还提供了上述不锈钢电炉发泡剂的使用方法，包括如下步骤：
从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，保证炉渣持续发泡；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作；冶炼结束出钢。
在电炉冶炼过程中控制炉渣碱度1.8～2.0，从而提高炉渣的粘度；控制炉渣中氧化亚铁含量20～25％，可使泡沫渣寿命增加。因此，当电炉冶炼不锈钢熔池基本形成且炉渣碱度1.8～2.0、氧化亚铁含量20～25％的液态炉渣形成后，加入不锈钢电炉发泡剂的发泡效果更好。
不锈钢电炉发泡剂的用量为5～10kg/t钢水，可以保证冶炼过程持续产生充足的气体保证持续长时间发泡。
为了便于发泡剂从电炉炉门加入，同时保证炉内得到持续稳定的泡沫化效果，本发明基于40吨电炉冶炼实践情况，控制发泡剂的加入速度8～16kg/min；根据不同电炉冶炼量，可灵活调整发泡剂加入速度，以保证炉渣持续发泡。
优化的，本发明可以通过以下技术方案实施：
不锈钢电炉发泡剂，由以下重量份的组分组成：碳粉6份、碳酸钙40～60份、碳酸镁10～20份、碳酸钡5～10份、三氧化二铝10～20份、氧化锰5～10份；将各组分按照配比混合后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭。
上述不锈钢电炉发泡剂的使用方法，包括如下步骤：
当电炉冶炼不锈钢熔池基本形成且炉渣碱度1.8～2.0、氧化亚铁含量20～25％的液态炉渣形成后，从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，不锈钢电炉发泡剂的用量为5～10kg/t钢水，保证炉渣持续发泡；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作；冶炼结束出钢。
实施例1
不锈钢电炉发泡剂：
将碳粉6kg、碳酸钙40kg、碳酸镁19kg、碳酸钡10kg、三氧化二铝20kg、氧化锰5kg混匀后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭，装入量15kg/份，得到不锈钢电炉发泡剂。
采用上述不锈钢电炉发泡剂在不锈钢的冶炼过程中造泡沫渣：
当电炉冶炼不锈钢熔池基本形成且炉渣碱度1.8、FeO含量20％的液态炉渣形成后，从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，发泡剂加入量5kg/t钢水，发泡剂加入速度为8kg/min；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作；冶炼结束出钢。
采用该不锈钢电炉发泡剂及其使用方法冶炼不锈钢，发泡剂持续发泡时间28min，吨钢降低电耗50KWh/t钢，缩短冶炼时间50min/炉，提高电炉炉龄30炉/次。
实施例2
不锈钢电炉发泡剂：
将碳粉6kg、碳酸钙50kg、碳酸镁14kg、碳酸钡7kg、三氧化二铝15kg、氧化锰8kg混匀后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭，装入量20kg/份，得到不锈钢电炉发泡剂。
采用上述不锈钢电炉发泡剂在不锈钢的冶炼过程中造泡沫渣：
当电炉冶炼不锈钢熔池基本形成且炉渣碱度1.9、FeO含量23％的液态炉渣形成后，从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，发泡剂加入量8kg/t钢水，发泡剂加入速度为10kg/min；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作；冶炼结束出钢。
采用该不锈钢电炉发泡剂及其使用方法冶炼不锈钢，发泡剂持续发泡时间32min，吨钢降低电耗53KWh/t钢，缩短冶炼时间55min/炉，提高电炉炉龄40炉/次。
实施例3
不锈钢电炉发泡剂：
将碳粉6kg、碳酸钙60kg、碳酸镁10kg、碳酸钡5kg、三氧化二铝10kg、氧化锰9kg混匀后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭，装入量25kg/份，得到不锈钢电炉发泡剂。
采用上述不锈钢电炉发泡剂在不锈钢的冶炼过程中造泡沫渣：
当电炉冶炼不锈钢熔池基本形成且炉渣碱度2.0、FeO含量25％的液态炉渣形成后，从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，发泡剂加入量10kg/t钢水，发泡剂加入速度为16kg/min；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作；冶炼结束出钢。
采用该不锈钢电炉发泡剂及其使用方法冶炼不锈钢，发泡剂持续发泡时间36min，吨钢降低电耗58KWh/t钢，缩短冶炼时间58min/炉，提高电炉炉龄45炉/次。
由实施例1-3可知，本发明提供的不锈钢电炉发泡剂根据各种碳酸盐受热分解的温度不同，控制发泡剂的气体产生速度，保证持续长时间发泡；解决了发泡剂密度低的问题，使用该不锈钢电炉发泡剂可下沉到炉渣底部，气泡可从渣层底部推动渣持续发泡，同时避免粉末原料的损失，发泡效果优异，炉渣流动性好；电炉使用本发明的不锈钢电炉发泡剂进行冶炼，实现了埋弧操作，提高了电弧加热热效率，降低冶炼电耗，缩短了冶炼时间，减小了电弧对耐材的辐射，提高了耐材寿命，提高电炉炉龄，降低冶炼生产成本，具有广阔的推广前景。
Claims (7)
1.不锈钢电炉发泡剂，其特征在于：由以下重量份的组分组成：碳粉6份、碳酸钙40～60份、碳酸镁10～20份、碳酸钡5～10份、三氧化二铝10～20份、氧化锰5～10份。
2.根据权利要求1所述的不锈钢电炉发泡剂，其特征在于：所述的碳粉、碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、三氧化二铝和氧化锰的粒度皆≤100mm。
3.根据权利要求1或2所述的不锈钢电炉发泡剂，其特征在于：将各组分按照配比混匀后装入钢管内。
4.根据权利要求3所述的不锈钢电炉发泡剂，其特征在于：将各组分按照配比混合后装入一端用钢筋封闭的钢管内，然后另一端用铁皮封闭。
5.权利要求3或4所述的不锈钢电炉发泡剂在不锈钢的冶炼过程中的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂，保证炉渣持续发泡；在不锈钢电炉发泡剂加入后的炉渣发泡过程保持吹氧操作。
6.根据权利要求5所述的不锈钢电炉发泡剂在不锈钢的冶炼过程中的使用方法，其特征在于：当电炉冶炼不锈钢熔池形成且炉渣碱度1.8～2.0、FeO含量20～25％的液态炉渣形成后，从电炉炉门分批持续加入不锈钢电炉发泡剂。
7.根据权利要求5或6所述的不锈钢电炉发泡剂在不锈钢的冶炼过程中的使用方法，其特征在于：所述不锈钢电炉发泡剂的用量为5～10kg/t钢水。
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