專利名稱：鋼包精煉爐煉鋼方法
技術領域：
本發明涉及鋼包精煉爐(鋼包精煉爐)多效精煉劑(輔助造渣材料)應用于精煉 渣還原性(或稱弱氧化性)氣氛下造泡沫化白渣的鋼水精煉工藝技術，是一種低成本冶煉 高品質鋼種的煉鋼方法，屬鋼水爐外精煉領域。
背景技術：
鋼包精煉爐，即LF爐(LADLE FURNACE)，是鋼鐵生產中主要的爐外精煉設備，它的 主要任務是①脫硫②溫度調節③精確的成分微調④改善鋼水純凈度⑤造渣。隨著用戶對 高級別鋼特別是低氮、氫、磷、硫、氧和低夾雜物潔凈鋼的需求大大增加，如X65抗H2S海底 管線管鋼、X52QS抗強酸性超低硫管線管鋼、CS-110SS抗腐蝕石油套管鋼、WB36CN1核電用 管鋼等，這些高品質產品對鋼中氮、氫的質量分數有很高的要求，常規鋼包精煉爐精煉工藝 技術難以實現。為此，國內外相繼實施了 “電石+鋁粉+硅鐵粉+螢石”、“合成渣+渣洗還 原劑”、“合成渣+熔融鋁酸鈣+渣洗還原劑”等造精煉爐渣工藝技術，上述控氮、氫和夾雜物 技術雖然可以達到一定的冶金效果，但均存在不足之處，尤其難以達到鋼包精煉爐最佳的 冶金效果。采用傳統的“電石+鋁粉+硅鐵粉+螢石”輔助造渣工藝，存在發泡劑發泡過快、 泡沫保持時間短、穩定性差的弊端，而且存在消耗高、環境污染嚴重、勞動強度大等問題。采用渣洗還原劑作為精煉劑存在兩個方面的缺點一是，因為渣洗還原劑主要功 效組分受資源制約而不穩定，如Al含量波動大，Al203、Si02含量普遍偏高；所以導致其對精 煉爐渣的脫氧能力難以與精煉爐造白渣工藝相匹配。當初煉鋼水轉爐終點[C]低和帶渣量 大時，需要加入大量的渣洗還原劑進行脫氧，但隨之而來是渣中(Al2O3) (SiO2)等酸性氧化 物的增加，爐渣堿度和表面張力的降低，不利于白渣的形成、保持以及穩定的泡沫化，嚴重 時會形成“玻璃渣”。采用該材料輔助造渣，難以穩定實現鋼水的深脫硫和去夾雜物等冶金 功能。二是，因為渣洗還原劑發泡組分極少，精煉爐渣難以形成長時間穩定的泡沫化并實現 電極的埋弧加熱，鋼水極易吸收N、H ；所以使用渣洗還原劑輔助造渣工藝，不利于鋼水[N]、 [H]含量的有效控制。目前，國際上在造泡沫時普遍采用碳酸鹽(如&0)3、1%0)3等)作為發泡劑，其優 勢是可以持續地為精煉爐提供造泡沫渣所需的氣源，可以實現爐渣的全程泡沫化。但采用 碳酸鹽(如CaC03、MgCO3等)作為發泡劑存在兩方面的弊端一是，發泡劑發泡過快、泡沫 穩定性差，而且發泡劑消耗高、環境污染嚴重。二是，碳酸鹽(如&0)3、1%0)3等)在高溫下 分解(分解溫度約為800°C )產生的CO2屬氧化性氣體，對鋼水有二次氧化的危害。發明的內容本發明為了解決上述鋼包精煉爐造渣方法的不足，其目的是提供一種在精煉渣還 原性(或稱弱氧化性)氣氛下造泡沫化白渣的鋼水精煉工藝技術，是一種低成本冶煉高品 質鋼種的煉鋼方法，屬鋼水爐外精煉領域。本發明可以減少鋼水[N]、[H]含量，提高精煉爐 渣脫硫、去夾雜物能力，提高電能的熱效率(降低電耗)。
本發明是這樣實現的鋼包精煉爐煉鋼方法，包括如下步驟1、將轉爐初煉鋼水輸送到鋼包精煉爐內，在精煉工位開始送電加熱并加完合成渣 后約3 5分鐘，根據鋼種、轉爐終點[C]和帶渣量的情況，按照每噸鋼水加入0. 25 0. 5kg 的比例，一次性加入多效精煉劑；所述的多效精煉劑，由含有下述重量百分比的組分制備而成CaC2--45 70%、 SiC-5 20%、Α1—5 15% 和緩釋劑 10 20% ；2、在精煉過程，根據爐渣變化情況進行調渣；若爐渣泡沫厚度不能完全埋弧或脫 氧不良，則加入多效精煉劑進行調渣，每次按照每噸鋼水加入0. 05 0. 20kg的比例加入， 進行調渣。當爐渣泡沫厚度不能完全埋弧現象時，空氣中的N2和H2O經電弧離解成極易溶 解于鋼水的N、H原子，從而造成鋼水[N]、[H]含量極劇增加，直接導致鋼的內在質量和使 用性能下降或惡化。當爐渣出現脫氧不良現象時，就難以實現爐渣通過擴散脫氧降低鋼水
含量的冶金功能，同樣導致鋼的內在質量和使用性能下降。3、在鋼包精煉爐精煉結束前的5 10分鐘，加入5 15kg/爐的鋁釩土或硅鐵粉 或硅鈣粉破渣，以消除爐渣中的CaC2顆粒，以增大爐渣表面張力促進鋼一渣的分離；同時 能防止鋼水夾渣和促進精煉渣對鋼水中夾雜物的吸收，并避免VD爐等真空處理時鋼水增碳。在精煉過程，若爐渣出現由白色變為灰黑色的電石渣現象，則加入5 15kg/爐的 鋁釩土或硅鐵粉或硅鈣粉進行調渣，并加強鋼包底吹Ar攪拌，以保持爐渣完全埋弧的泡沫 化和白渣的穩定性。多效精煉劑化學成份為Ca—28 55%、Α1—5 15%、C—15 30%、Si—3 15%和緩釋劑10 20%。緩釋劑為顯著提高爐渣粘度和表面張力抑制氣體逃逸的氧化物。如活性BaO、 CaO、MgO 等。具體操作時，首先根據初渣的氧含量(FeO+MnO等)、脫氧元素的脫氧能力、CaC2和 SiC的發氣量，對形成白渣的礦相組分要求、對爐渣粘度和表面張力的影響程度，計算配入 各脫氧元素及相應組分的用量，即確定多效精煉劑的各組分的具體重量百分比。為了有效控制各發泡元素的反應速度，使其產生的氣源C02、C0(主要為CO)被較 長時間地密封在粘度和表面張力較大的爐渣內，具體方法一是，通過控制其材料粒度可以 達到一定功效；二是，通過配入抑制發泡速度及氣體逃逸的緩釋劑，可以穩定(其功效隨溫 度變化不大)提高爐渣粘度和表面張力。最佳的塊度或粒度范圍是鋼包精煉爐多效精煉劑組分配制，首先將各組分按如 下塊度或粒度要求進行加工=CaC2為5 20mm、SiC為彡3mm、Al為1 5mm、緩釋劑彡5mm, 然后按設計比例混勻并采用內塑外編雙層防潮包裝，重量以5 IOkg/袋為宜。保質期不 超過15天。本發明與現有的鋼包精煉爐造渣工藝技術相比，有以下效果1.鋼包精煉爐多效精煉劑功效組分中Ca、Al、Si、C元素均具有較強的脫氧能力， 能滿足爐渣快速深度脫氧以及對鋼水擴散脫氧的要求。精煉渣(FeO+MnO) ^ 1%，鋼水
( 16ppm。2.脫氧元素產物能與合成渣組分形成白渣礦相，有利于鋼水脫硫和去除夾雜物。在合成渣中主要組分石灰活性度為280mol/ml(40 士 rC，10min)的條件下，精煉爐渣 Ls彡140，脫硫率彡81. 6%，比現有工藝提高15%;精煉終點鋼水夾雜物總量< 65ppm，比現 有工藝降低25ppm以上。3.鋼包精煉爐多效精煉劑功效組分有較強的發泡功能，并配入抑制發泡速度及氣 體逃逸的緩釋劑。國內外通常采用碳酸鹽(如&0)33冗03等)作為發泡劑，鑒于該類發泡 劑穩定性差和所產生CO2對鋼渣有二次氧化的弊端。本設計棄用了該類發泡劑，僅借助于 爐渣的弱氧化性(還原性)和功效組分中C產生的co2、co(在精煉爐渣還原性與高溫條件 下主要為CO)作為造泡沫渣的氣源。再通過配入抑制發泡速度及氣體逃逸的緩釋劑，該緩 釋劑可以穩定(其功效隨溫度變化不大)提高爐渣粘度和表面張力，將發泡劑產生的co2、 C0(主要為CO)被較長時間地密封在粘度和表面張力較大的爐渣內。實踐證明，在鋼包精煉爐多效精煉劑加入量為0. 5 0. 6kg/t (鋼水)時，泡沫化 白渣的保持時間在60min以上。確保了精煉爐的完全埋弧精煉，由此產生了兩個方面的效 果3. 1減少鋼水在LF精煉過程中增加[N]、[H]含量。因為空氣中的N2和H2O經電 弧離解成N、H原子后極易溶解于鋼水中，所以采用完全埋弧泡沫渣的工藝技術可以大幅度 降低鋼中N、H含量。在空氣濕度大于95以上的條件下，鋼包精煉爐終點鋼水[N] <45ppm， 比現有工藝降低25ppm以上；[H] ( 3. 8ppm,比現有工藝降低Ippm以上。3. 2降低消耗及成本。提高電能的熱效率，節約電耗20%以上；減少電極的氧化燒 損，節約電極消耗15%以上；同時還減少電弧對鋼包渣線耐火材料的侵蝕。對精煉硫要求 不是很高的鋼種，可以減少合成渣消耗約40%。5、本發明的核心是采用鋼包精煉爐多效精煉劑(輔助造渣材料)在精煉渣還原性 (或稱弱氧化性)氣氛下造泡沫化白渣的鋼水精煉技術，包括鋼包精煉爐多效精煉劑成份 設計、組分配制、加入量、加入方法等工藝技術。
具體實施例方式鋼包精煉爐煉鋼方法，包括如下步驟1、將轉爐初煉鋼水輸送到鋼包精煉爐內，在精煉工位開始送電加熱并加完合成渣 后一段時間，約3 5分鐘，根據鋼種、轉爐終點[C]和帶渣量的情況，按照每噸鋼水加入 0. 25 0. 5kg的比例，一次性加入多效精煉劑；合成渣是現有技術的物料，按照現有的工藝 要求加入；所述的多效精煉劑，由含有下述重量百分比的組分制備而成CaC2-45 70%、 SiC-5 20%、Al—5 15%和緩釋劑10 20% ；多效精煉劑組分中配有強脫氧元素 (Ca、Al、Si)、強發泡元素(C)和抑制氣體逃逸的緩釋劑；2、在精煉過程中，根據爐渣變化情況進行調渣；若爐渣泡沫厚度不能完全埋弧或 脫氧不良，則加入多效精煉劑進行調渣，每次按照每噸鋼水加入0. 05 0. 20kg的比例加 入，進行調渣；3、在鋼包精煉爐精煉結束前的5 10分鐘，加入4 15kg/爐的鋁釩土或硅鐵粉 或硅鈣粉破渣，以消除爐渣中的CaC2顆粒，以增大爐渣表面張力促進鋼一渣的分離。在精煉過程中，若爐渣出現由白色變為灰黑色的電石渣現象，則加入5 15kg/爐的鋁釩土或硅鐵粉或硅鈣粉進行調渣，并加強鋼包底吹Ar攪拌，以保持爐渣完全埋弧的泡 沫化和白渣的穩定性。多效精煉劑化學成份為Ca—28 55%、Α1—5 15%、C—15 30%、Si—3 15%和緩釋劑10 20%。緩釋劑為顯著提高爐渣粘度和表面張力抑制氣體逃逸的氧化物。如活性BaO、 CaO、MgO 等。實施例1 某廠80噸鋼包精煉爐采用該技術生產4爐抗H2S海底管線管X65鋼(用于海底 石油輸送)1.無縫管鋼生產工藝流程13001混鐵爐一脫硫、扒渣一SOt轉爐一LF鋼包精煉爐一(VD)—連鑄機2. SOt鋼包精煉爐設備主要參數表ISOt鋼包精煉爐設備主要參數
序號項目單位數值備注1鋼包精煉爐型式-交流爐，雙鋼包臺車，三臂單獨升降2鋼包精煉爐公稱容量t803鋼包精煉爐平均處理 鋼水量t/爐804鋼包精煉爐變壓器額 定容量MVA155一次電壓kV386二次電壓V102 22710級有載調壓7二次額定電流kA 39. 338平均升溫速度°C/mim4. 59電極直徑mm40010電極分布圓直徑mm70011平均精煉周期mim/爐363.主要原輔料技術條件3. 1渣洗還原劑(原工藝用)表2渣洗還原劑的物化性能
裝3. 2鋼包精煉爐多效精煉劑(新工藝用)表3鋼包精煉爐多效精煉劑的理化指標 將按照上述塊度或粒度進行加工的各組分制備好，然后按照上述比例混勻并采用 內塑外編雙層防潮包裝，重量以5 IOkg/袋為宜。3. 3合成渣(下表是現有技術的合成渣的配比和性能指標)
表4合成渣的理化指標 4.鋼包精煉爐工藝技術4. 1抗H2S海底管線管X65鋼的化學成份及相關性能要求4. 2鋼包精煉爐終渣主要理化性能控制要求(I)LF鋼包精煉爐還原性泡沫化白渣成份表5LF鋼包精煉爐渣成份(％ ) (2)物理性能
密度1· 8 2. Og/cm3，粘度合適，表面張力合適。(3)礦相組成采用高堿度低熔點的CaO-Al2O3-SiO2渣系，選擇穩定的礦相組成為 CA-C12A7-C2S (熔點為 13350C )。4. 3鋼包精煉爐造還原性泡沫化白渣初煉鋼水進入精煉工位——打開鋼包底吹Ar (氬氣)—送電、加合成渣，5分鐘初 渣形成后加20kg多效精煉劑，取初樣、微調合金、取2樣，20分鐘后加20kg多效精煉劑，出 鋼前8分鐘加IOkg鋁釩土和5kg硅鈣粉破渣，全程泡沫化白渣直到出鋼。4. 4鋼包精煉爐終點鋼水成份表6鋼包精煉爐終點鋼水成份 4. 5鋼包精煉爐終渣性能表7鋼包精煉爐終渣主要成分和堿度 5.實施效果5. 1主要冶金效果(1)鋼包精煉爐終點鋼水氣體含量表8鋼包精煉爐終點鋼水氣體含量
8 注在83-03347和83-03348試驗當日空氣濕度為95，在83-03421和83-03422試 驗當日空氣濕度為105。(2)鋼包精煉爐終點鋼水和VD鋼水夾雜物含量表9鋼包精煉爐終點鋼水和VD鋼水夾雜物含量 (3) LF精煉渣脫硫效果
表IOLF精煉渣脫硫效果
5. 2主要技術經濟指標表11鋼包精煉爐主要技術經濟指標 實施例二本發明的多效精煉劑，其各組分的重量百分比還可以如下表所示，能達到相同的 技術效果，實現本發明的目的。
權利要求
鋼包精煉爐煉鋼方法，其特征在于包括如下步驟(1)將轉爐初煉鋼水輸送到鋼包精煉爐內，在精煉工位開始送電加熱并加完合成渣后一段時間，按照每噸鋼水加入0.25～0.5kg的比例，一次性加入多效精煉劑；所述的多效精煉劑，由含有下述重量百分比的組分制備而成CaC2--45～70％、SiC--5～20％、Al--5～15％和抑制氣體逃逸的緩釋劑10～20％；(2)在精煉過程中，根據爐渣變化情況進行調渣；每次按照每噸鋼水加入0.05～0.20kg的比例加入，進行調渣；(3)在鋼包精煉爐精煉結束前的5～10分鐘，加入4～15kg/爐的鋁釩土或硅鐵粉或硅鈣粉破渣，消除爐渣中的CaC2顆粒，以增大爐渣表面張力促進鋼---渣的分離。
2.根據權利要求1所述的鋼包精煉爐煉鋼方法，其特征在于在精煉過程中，若爐渣出 現由白色變為灰黑色的電石渣現象，則加入5 15kg/爐的鋁釩土或硅鐵粉或硅鈣粉進行 調渣，并加強鋼包底吹Ar攪拌。
3.根據權利要求1或2所述的鋼包精煉爐煉鋼方法，其特征在于所述的多效精煉劑 化學成份為Ca—28 55%、A1—5 15%、C—15 30%、Si—3 15%和緩釋劑10 20%。
4.根據權利要求1或2所述的鋼包精煉爐煉鋼方法，其特征在于所述多效精煉劑各 組分的塊度或粒度為CaC2為5 20謹、SiC為彡3mm、A1為1 5mm、緩釋劑彡5謹。
5.根據權利要求1或2所述的鋼包精煉爐煉鋼方法，其特征在于所述的緩釋劑是活 性 BaO 或 CaO 或 MgO。
全文摘要
本發明公開了鋼包精煉爐煉鋼方法，步驟為(1)將轉爐初煉鋼水輸送到鋼包精煉爐內，在精煉工位開始送電加熱并加完合成渣后一段時間，按照每噸鋼水加入0.25～0.5kg的比例，一次性加入多效精煉劑；多效精煉劑由含有下述重量百分比的組分制備而成CaC2-45～70％、SiC-5～20％、Al-5～15％和緩釋劑10～20％；(2)根據爐渣變化情況進行調渣；每次按照每噸鋼水加入0.05～0.20kg的比例加入；(3)在鋼包精煉爐精煉結束前的5～10分鐘，加入4～15kg/爐的鋁釩土或CaSi粉破渣。本發明的方法，其組分中Ca、Al、Si、C元素均具有較強的脫氧能力，能滿足爐渣快速深度脫氧以及對鋼水擴散脫氧的要求；脫氧元素產物能與合成渣組分形成白渣礦相，有利于鋼水脫硫和去除夾雜物；減少鋼水在精煉過程中增加[N]、[H]含量，降低消耗及成本。
文檔編號C21C7/00GK101886156SQ20101023555
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月23日 優先權日2010年7月23日
發明者李恒瑞, 李琨, 梁東, 肖龍全, 陳坤, 黃正全 申請人:重慶科健冶金材料有限公司