一种用于造渣的组合物及其制备和使用方法 【技术领域】
本发明涉及一种用于造渣的组合物及其制备和使用方法。
背景技术
低磷钢作为一种优质的钢材应用领域越来越广，需求量也越来越大。在现有技术中，低磷钢主要是从普通铁水中通过脱磷获得的。可以采用以下的脱磷剂进行脱磷，例如，脱磷剂的组成为：以脱磷剂的总重量为基准，石灰60-75重量％、萤石10-25重量％和铁氧化物0-20重量％；脱磷剂的组成还可以为：以脱磷剂的总重量为基准，BaO 35-70重量％、BaF2 10-35重量％、MnO 5-13重量％、CaO 4-10重量％、Al2O3 2-10重量％，余为杂质及粘结剂。
普通铁水中含有有益的钒，许多炼钢厂在炼钢时通常提取铁水中的钒，提钒后的铁水被称为半钢。半钢与普通铁水差别在于：普通铁水含有钒，并含有一定量的有利于炼钢的元素C、Si和Mn；通常普通铁水含有的C为约4.4重量％，Si约为0.15-0.8重量％，Mn约为0.15-0.8重量％。由于在提钒时使铁水中的部分C和大部分Si、Mn氧化，使半钢中的C的含量约为3.2-3.9重量％，Si的含量为痕量，Mn的含量为0.02-0.04重量％。转炉炼钢主要是通过发热元素如碳、硅、锰和铁的氧化放热进行。因此采用半钢炼钢炼时，热源比较紧张，造渣比较困难，容易出现“返干”，化渣不良，脱磷效果受到显著的影响。因此，由半钢炼低磷钢在工艺上存在较大的困难。在CN1275625A中公开了一种脱除半钢中的磷和硫的方法，该方法的流程是：高炉铁水经脱硫处理后得到半钢，半钢进入转炉吹炼获得成品钢，其特征是，在转炉炼钢前增加对半钢脱磷脱硫的过程，高炉铁水经过脱硫处理，再经提钒之后得到半钢，半钢经脱磷脱硫处理，进入转炉炼钢，最后获得低磷成品钢，其脱磷脱硫的组成为：以氧化钙-氧化铁-氟化钙为基础的三元素及苏打、锰矿为添加剂，其中，氧化钙≥38％，氟化钙≥15％、氧化铁≥20％、氧化镁≤6％、硫＜0.15％、磷＜0.1、苏打或者锰矿为2-6％；半钢脱磷脱硫的温度为1330-1410℃；脱磷脱硫剂的加入量为半钢总重量的0.3-3.0％。这种方法是在半钢进入转炉之前先预脱除磷、硫，然后将半钢脱磷后的熔渣连同半钢一起加入炼钢转炉使熔渣参与炼钢反应，促进初期化渣以提高脱磷、硫的效率。该方法通过增加脱磷脱硫的过程以促进转炉炼钢初期的化渣，使工艺复杂化，能耗高。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服现有技术中由半钢冶炼低磷钢时工艺复杂、能耗高的技术缺陷，提供一种造渣剂，并使采用该造渣剂由半钢冶炼低磷钢时工艺简单、能耗低。
本发明提供了一种用于造渣的组合物，其中，以组合物总重量为基准，该组合物含有45-65重量％的CaO、10-20重量％的SiO2、1-5重量％的MnO、9-25重量％的MgO和1.5-5重量％的Al2O3。
本发明还提供了一种所述组合物的制备方法，其中，该方法包括将CaO、SiO2、MnO、MgO和Al2O3的混合均匀，CaO、SiO2、MnO、MgO和Al2O3的加入量使所形成的混合物中含有，以混合物的总重量为基准，45-65重量％的CaO、10-20重量％的SiO2、1-5重量％的MnO、9-25重量％的MgO和1.5-5重量％的Al2O3。
本发明还提供了所述组合物在炼钢中的使用方法，该方法包括在吹炼开始后将半钢水、污泥球和用于造渣的组合物混合，形成炉渣，其中，所述用于造渣的组合物为本发明提供的用于造渣地组合物。
本发明提供的用于造渣的组合物能促进冶炼半钢时初期的化渣，缩短成渣时间，并显著脱除磷元素。采用本发明提供的用于造渣的组合物冶炼半钢时，不仅工艺简单，而且能耗低，降磷效果显著，使钢水中的磷含量低于0.007重量％，并且使冶炼获得相同量的钢时，半钢耗量小。
【具体实施方式】
本发明提供了一种用于造渣的组合物，其中，以组合物总重量为基准，该组合物含有45-65重量％的CaO、10-20重量％的SiO2、1-5重量％的MnO、9-25重量％的MgO和1.5-5重量％的Al2O3。
作为一种优选的实施方式，其中，以所述组合物总重量为基准，该组合物含有48-58重量％的CaO、10-17重量％的SiO2、2-3重量％的MnO、9-16重量％的MgO和1.7-3重量％的Al2O3。当以这种比例组合时，初期化渣时间更短，脱磷效果也更明显。
本发明还提供了所述的组合物的制备方法，其中，该方法包括将CaO、SiO2、MnO、MgO和Al2O3的混合均匀，CaO、SiO2、MnO、MgO和Al2O3的加入量使所形成的混合物中含有，以混合物的总重量为基准，45-65重量％的CaO、10-20重量％的SiO2、1-5重量％的MnO、9-25重量％的MgO和1.5-5重量％的Al2O3。
所述CaO可以来源于各种含有氧化钙的物质，例如可以来源于锰矿、石灰、轻烧白云石和复合造渣剂中的一种或几种，优选来源于石灰、轻烧白云石和复合造渣剂；所述SiO2可以来源于污泥球、和复合造渣剂，优选来源于复合造渣剂；所述氧化镁可以来源于废镁砖、轻烧白云石、菱镁矿和轻烧镁球中的一种或几种，优选来源于轻烧白云石。氧化锰可以来源于各种锰矿和复合造渣剂，优选来源于复合造渣剂；Al2O3可以来源于污泥球和复合造渣剂，优选来源于复合造渣剂。所述复合造渣剂含有，以复合造渣剂的总重量为基准，5-15重量％CaO、50-65重量％SiO2、5-10重量％MnO、3-8重量％Al2O3。当优选的原料为石灰、轻烧白云石和复合造渣剂时，它们的用量重量比可以为1∶0.6-1.5∶0.4-0.9；为了进一步提高化渣速度以及提高降磷效果，石灰、轻烧白云石和复合造渣剂的重量比优选为1∶0.7-1∶0.5-0.7。复合造渣剂可以通过购买获得或者按照所述各成分的含量直接混合即可。
可以将本发明提供的用于造渣的组合物制成各种形状的颗粒，如立方体形、椭球形和球形，优选为球形和椭球形。所述颗粒的平均直径可以为常规尺寸，例如，所述球形颗粒的平均直径可以为20-50毫米，优选为20-30毫米。
本发明还提供了一种用于造渣的组合物在炼钢中的使用方法，该方法包括在吹炼开始后将半钢水、污泥球和用于造渣的组合物混合，形成炉渣，其中，所述用于造渣的组合物本发明提供的用于造渣的组合物。所述污泥球含有的TFe(FeO和Fe2O3，且FeO/Fe2O3的比值为2∶1)为污泥球总重量的40-60重量％。
所述用于造渣的组合物的用量和污泥球的用量没有特别限制，只要能形成炉渣即可；作为一种优选的实施方式，相对于每吨半钢水，所述用于造渣的组合物的用量为80-120千克，所述污泥球的用量为10-25千克。这样加入后能使终渣中，CaO/SiO2的重量百分比(碱度)为3-5，TFe的含量为总渣重量的18-23％，能非常显著地脱除半钢中的磷。
所述污泥球和用于造渣的组合物各自可以一次或多次加入。为了使石灰和轻烧白云石更好地在渣中溶解，优选将污泥球和用于造渣的组合物分别分多次加入，例如可以分成2-5次加入。即优选情况下，将铁水、污泥球和用于造渣的组合物混合的方法包括先将铁水与所有的污泥球和一部分的所述用于造渣的组合物混合，再将所得混合物与剩余部分的所述用于造渣的组合物混合，所述一部分所述用于造渣的组合物和所述剩余部分的所述用于造渣的组合物重量比为1/2-3/4，优选为2/3-3/4。所述先将半钢水与所有的污泥球和一部分的所述用于造渣的组合物混合的方法可以是将所有的污泥球和一部分的所述用于造渣的组合物分一次或多次加入，如在吹氧开始时加入第一批，然后每3分钟加入一批。在加入所有的污泥球和一部分的所述用于造渣的组合物后使CaO/SiO2的重量百分比为2.3-2.8；在此过程中，优选使所述混合物的温度(前期)为1350-1550℃；将碱度和温度控制在该范围内时，有利于化透渣，避免返干，因而有利于脱磷。然后加入剩余部分的所述用于造渣的组合物，使加入所有的用于造渣的组合物后，CaO/SiO2的重量百分比为3-5，并且优选控制吹炼终点时混合物的温度为1620-1680℃。
作为一种优选的实施方式，所述吹炼的条件包括先采用1.55-1.65米的枪位吹炼1-2，以有利于搅拌；然后采用1.8-2.5米的枪位吹炼2-6分钟，以有利于化渣；接着采用1.7-1.8米的枪位吹炼8-10分钟，以有利于防止炉渣返干；在吹炼终点时采用1.4-1.6米的枪位吹炼2-4分钟。
作为一种优选的实施方式，在本发明提供的使用所述用于造渣的组合物的方法中，该方法还包括在形成炉渣后出钢，在所述出钢过程中，使炉渣在钢包中的高度低于80毫米，优选低于60毫米，以尽可能减少炉渣的回磷。控制钢包中的炉渣量的方法可以为本领域技术人员所公知的方法，例如，采用挡渣标挡渣。
作为一种优选的实施方式，在本发明提供的使用所述用于造渣的组合物的方法中，该方法还包括在在所述出钢过程中，加入脱氧剂，所述脱氧剂可以为常规脱氧剂，但为了获得磷含量更低的钢水，优选脱氧剂为含磷量低的脱氧剂，例如AlMnFe合金、Al-Fe合金、SiCaBa合金和Al中的一种或几种。所述脱氧剂的加入量可以为常规含量，优选为，以一吨钢水为基准，所述脱氧剂的加入量为300-700千克。
作为一种优选的实施方式，在本发明提供的使用所述用于造渣的组合物的方法中，该方法还包括在在所述出钢过程中，还加入CaO和CaF2，CaO和CaF2的重量比为3.8-4.2∶1，以1吨钢水为基准，加入的CaO和CaF2总量为5-8千克。在此阶段加入CaO和CaF2可以进一步抑制回磷并去除夹杂。所述CaO可以来源于石灰；CaF2可以来源于萤石。
采用本发明提供的用于造渣的组合物并结合本发明提供的冶炼半钢的方法不仅能获得低磷钢，而且工艺简单；冶炼半钢时初期的化渣时间短，为3.16-4.08分钟之间，而采用半钢炼钢时，初期的化渣时间通常为4.5-5.5分钟；此外，当获得相同量的钢时，采用本发明的方法进行冶炼半钢耗量小，产生1吨钢需要消耗半钢约为1040千克，而采用普通铁水炼钢时，产生1吨钢需要消耗半钢约为1100千克左右。
实施例中所采用的石灰(攀钢冶金辅料公司)、轻烧白云石(攀钢冶金辅料公司)、复合造渣剂(攀钢冶金辅料公司)的主要成分如表1所示。
表1
品名 CaO (重量％) SiO2 (重量％) Al2O3 (重量％) MgO (重量％) MnO (重量％) P (重量％) S (重量％) 石灰 88 / / / / ≤0.025 ≤0.025 轻烧白云石 35 / / 35 / ≤0.025 ≤0.025 复合造渣剂 8 55 9 / 8 ≤0.08 ≤0.08
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的用于造渣的组合物。
将43重量份的石灰、26重量份的轻烧白云石和19重量份的复合造渣剂混合均匀制得用于造渣的组合物G1。石灰、轻烧白云石和复合造渣剂的重量比1∶0.6∶0.44。用于造渣的组合物G1中CaO、SiO2、Al2O3、MgO和MnO在用于造渣的组合物中的含量如表2所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的用于造渣的组合物。
将42重量份的石灰、33重量份的轻烧白云石和25重量份的复合造渣剂混合均匀制得用于造渣的组合物G2。石灰、轻烧白云石和复合造渣剂的重量比1∶0.8∶0.6。用于造渣的组合物G2中CaO、SiO2、Al2O3、MgO和MnO在用于造渣的组合物中的含量如表2所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的用于造渣的组合物。
将45重量份的石灰、63重量份的轻烧白云石和36.5重量份的复合造渣剂混合均匀制得用于造渣的组合物G3。石灰、轻烧白云石和复合造渣剂的重量比1∶1.4∶0.81。用于造渣的组合物G3中CaO、SiO2、Al2O3、MgO和MnO在用于造渣的组合物中的含量如表2所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的用于造渣的组合物。
将44重量份的石灰、44重量份的轻烧白云石和30.8重量份的复合造渣剂混合均匀制得用于造渣的组合物G4。石灰、轻烧白云石和复合造渣剂的重量比1∶1∶0.7。用于造渣的组合物G4中CaO、SiO2、Al2O3、MgO和MnO在用于造渣的组合物中的含量如表2所示。
表2
品名 CaO (重量％) SiO2 (重量％) Al2O3 (重量％) MgO (重量％) MnO (重量％) P (重量％) S (重量％) G1 48.4 10.4 1.7 9.1 1.5 ≤0.025 ≤0.025 G2 50.6 13.7 2.3 11.6 2.0 ≤0.025 ≤0.025 G3 64.5 20.0 3.3 22.0 2.9 ≤0.08 ≤0.08 G4 56.5 16.7 2.8 15.4 2.5 ≤0.08 ≤0.150
实施例5-8
这些实施例用于说明本发明提供的用于造渣的组合物在炼钢中的应用。
这些实施例使用的半钢的成分及装入量如表3所示(30炉的平均值)，其中将实施例1-4获得的用于造渣的组合物分别用于1#炉、2#炉、3#炉、4#炉(各炉是完全相同的)中，各试验了30炉。
(1)吹炼：吹氧开始时加入第一批本发明提供的用于造渣的组合物，然后每3分钟加入一批，在加入所有的污泥球(攀钢冶金辅料公司)和一部分的所述用于造渣的组合物后使CaO/SiO2的重量百分比为2.3-2.8，也即前期加入本发明提供的用于造渣的组合物的重量为其总加入量的1/2-3/4；在此过程中，使所述混合物的温度(前期)为1350-1550℃。然后加入剩余部分的所述用于造渣的组合物，使加入所有的用于造渣的组合物后，CaO/SiO2的重量百分比为3-5，并且控制吹炼终点时混合物的温度为1620-1680℃。所述吹炼的条件还包括在开吹后的第1-2分钟内采用1.55-1.65米的枪位，然后采用1.8-2.5米的枪位吹炼2-6分钟接着采用1.7-1.8米的枪位吹炼8-10分钟，在吹炼终点时采用1.4-1.6米的枪位吹炼2-4分钟。吹炼过程中工艺参数如表4(A)所示。
(2)出钢：在述出钢过程中，采用挡渣标挡渣，使钢包中的炉渣量在钢包中的厚度低于80毫米。并且在出钢过程中，加入脱氧剂AlMnFe(攀钢企业总公司合金分公司，Al含量为22重量％，Mn含量为26重量％)、Al-Fe合金(攀钢研究院产业公司，Al含量为40.5重量％)、SiCaBa合金(白色广大锰业有限责任公司，Si含量为55.6重量％，Ca含量为12.4重量％，Ba含量为15.4重量％)和Al线(攀钢企业总公司合金分公司)中的一种或几种。脱氧剂的加入量如表4(B)所示。在所述出钢过程中，还加入CaO和萤石(攀钢冶金辅料公司，CaF2含量为85重量％)，CaO和CaF2的重量比为3.8-4.2∶1，以1吨钢水为基准，加入的CaO和CaF2总量为5-8千克。
(3)精炼：将钢水用LF炉加热调整温度，并对各成分进行微调后，加热钢水到1590-1625℃，立即用RH真空处理装置进行处理，补加适量Al丸；钢水处理时间12-15分，钢水温度为1590-1625℃。检测精炼后钢水中的磷含量，并将脱磷效果和每吨钢所消耗的铁水的量的结果列在表5中。
表3
表5
实施例 编号 编 号 磷在半钢中的重量％ 磷在钢水中的重量％ 脱磷效率(％) 半钢消耗(千克/吨钢) 实施例5 G1 0.078 0.006 92 1040.46 实施例6 G2 0.072 0.007 90 1039.93 实施例7 G3 0.08 0.006 93 1041.58 实施例8 G4 0.082 0.005 94 1038.83
从表5可以看出：由本发明提供的用于造渣的组合物从半钢中可以获得低磷钢，除磷效果显著，形成初渣时间较短，并且冶炼相同量的钢时，消耗的半钢量少。