钢水炉外精炼剂及其生产方法

摘要

钢水炉外精炼剂属于钢水炉外处理，尤其涉及钢水炉外精炼用脱硫、脱磷、改变夹杂物形态、提高钢的纯净度的添加剂及生产方法。该精炼剂按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 8～18，Al2O3 30～45，SrO 10～50，CaF2 5～10，MAl 1～4，金属Mg 0～2，C 2～6，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS 60-80％，平均脱磷率ηP 9-20％；钢中Al2O3夹杂90-120ppm，CaO夹杂1.0-1.7ppm；生产该精炼剂的方法按选料-磨粉-配料-混匀-制粒-焙烧-冷却-称量包装步骤进行，制成粒状料球。其优点是配加SrO脱硫、脱磷效果显著，能够很好的去除钢水中夹杂物；配加少量金属Mg、MAl、C等，能强化产品动力学及热力学的性能；设备简单、流程简约，生产方便，可以大批量生产。

权利要求

1.钢水炉外精炼剂，其特征在于按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 8～18，Al2O3 30～45，SrO 10～50，CaF2 5～10，MA1 1～4，金属Mg 0～2，C 2～6，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS60-80％，平均脱磷率ηP9-20％；钢中Al2O3夹杂90-120ppm，CaO夹杂1.0-1.7ppm。

2.根据权利要求1所述钢水炉外精炼剂，其特征在于各组分按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 8～12，Al2O3 30～38，SrO 30～50，CaF2 5～8，MA1 1～2，金属Mg 0～1，C 2～4，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS70～80％，平均脱磷率ηP15～20％；钢中Al2O3夹杂90～110ppm，CaO夹杂1.0～1.5ppm。

3.根据权利要求1所述钢水炉外精炼剂，其特征在于各组分按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 12～18，Al2O3 38～45，SrO 10～30，CaF2 8～10，MA1 3～4，金属Mg 1～2，C 4～6，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS 65～75％，平均脱磷率ηP 9～15％；钢中Al2O3夹杂110～120ppm，CaO夹杂1.0～1.7ppm。

4.生产权利要求1所述的钢水炉外精炼剂的方法，其特征在于按以下步骤进行：

1)选料在常温常压下将混入的杂物挑选干净；

2)磨粉将各种原料磨粉，粒度-100目以下；

3)配料将各种原料按规定的含量进行配料，加入搅拌机中；

4)混匀搅拌时间不少于10分钟，充分混匀；

5)制粒混匀物料加入造粒机中，加入2～7％的粘结剂，料球为扁椭圆形，长径×短径×厚度为40×20×10mm；

6)焙烧料球加入焙烧炉，在600～650℃温度下焙烧30分钟以上，将产品中的内在水蒸发掉，并且保证产品各项组分在规定范围内；

7)冷却进行自然冷却，至室温；

8)称量包装两层包装，防潮处理，每袋12～15kg。

说明书

技术领域

本发明属于钢水炉外处理，尤其涉及钢水炉外精炼用脱硫、脱磷、改变夹杂物形态、提高钢的纯净度的添加剂。

技术背景

随着经济建设和科学技术的飞速发展，对钢材的品种和质量提出了越来越严格的要求；作为提高钢水质量的有效措施之一的钢水炉外精炼技术得到了迅速发展，成为钢铁生产流程中的重要的组成部分。

目前国内炉外精炼生产时主要采用铝酸钙系精炼渣，如中国知识产权局公开的钢水净化剂(申请号：02146152.X)化学成分(Wt％)为：CaO 45～75，Al2O310～30，金属Al、Ca、Si、Ba中任一种或者两种以上之和为5～18，SiO2≤8、P≤0.05、S≤0.1。而在实际生产中由于钢水过氧化、挡渣处理不够理想等因素的影响，大大降低了该渣系在实际生产操作中的应用。因此研究出一种新型的适合实际生产操作的产品来代替该渣系，提高钢水炉外精炼的效果显得格外重要。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种钢水炉外精炼剂，能够在钢水过氧化、挡渣不够理想等情况下，对钢水进行脱硫、脱磷、有效改变夹杂物形态，进而提高钢水纯净度；还提供该精炼剂的生产方法。
钢水炉外精炼剂，按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 8～18，Al2O330～45，SrO 10～50，CaF2 5～10，MAl 1～4，金属Mg 0～2，C 2～6，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS60-80％，平均脱磷率ηP9-20％；钢中Al2O3夹杂90-120ppm，CaO夹杂1.0-1.7ppm。
钢水炉外精炼剂组分含量优化，按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 8～12，Al2O3 30～38，SrO 30～50，CaF2 5～8，MAl 1～2，金属Mg 0～1，C 2～4，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS70～80％，平均脱磷率ηP15～20％；钢中Al2O3夹杂90～110ppm，CaO夹杂1.0～1.5ppm。
钢水炉外精炼剂组分含量进一步优化，按重量百分比(wt％)由下列组分组成：CaO 12～18，Al2O3 38～45，SrO 10～30，CaF2 8～10，MAl 3～4，金属Mg 1～2，C 4～6，粘接剂2～7，其余为杂质；其平均脱硫率ηS65～75％，平均脱磷率ηP 9～15％；钢中Al2O3夹杂110～120ppm，CaO夹杂1.0～1.7ppm。
上述成分中可以通过调整渣中CaO、Al2O3的组成比例来改变n CaO·mAl2O3夹杂的形态。SrO和CaO是基本成分，Al2O3用于调整钢水炉外精炼剂的熔点和粘度，以满足钢水精炼过程中对精炼剂的流动性的要求。
MAl可以对钢水进行深脱氧，钢水中的氧位降低后有利于钢水脱硫，提高脱硫率。
金属Mg少量配加可以提高钢水流动性，为脱硫、脱磷以及去除夹杂提供必要的动力学条件。
C：进行辅助脱氧，确保将钢水中的氧位降到脱硫所必须的数值。SrO具有很强脱硫、脱磷的能力，机理详述如下：
SrO脱硫反应自由能负值的绝对值比CaO的大。
碳较高、铝较低时：
SrO(S)+[S]+[C]＝SrS(S)+CO(g)
ΔG°＝76460-73.12T  J/mol    …………………(1)
CaO(S)+[S]+[C]＝CaS(S)+CO(g)
ΔG°＝90210-71.66T  J/mol    …………………(2)
碳较低、铝较高时
3SrO(S)+3[S]+2[Al]＝3SrS(S)+Al2O3(S)
ΔG°＝-51470-96.52T  J/mol   …………………(3)
3CaO(S)+3[S]+2[Al]＝3CaS(S)+Al2O3(S)
ΔG°＝-10220-92.14T  J/mol   …………………(4)
[％S]SrO与[％S]CaO的关系
无论是[C]参与脱硫反应还是[Al]参与脱硫反应，也即根据式(1)与式(2)或者式(3)与式(4)推导结果完全一致。
${[\%S]}_{\mathrm{SrO}}={[\%S]}_{\mathrm{CaO}}·\exp (-0.076-\frac{718}{T})...\left(5\right)$
式中：ΔG°：反应标准吉布斯自由能变化值
exp：数学符号。Exp{f(x)}表示ef(x)
[％S]SrO：SrO脱硫反应平衡时，钢中硫的重量百分含量。
[％S]CaO：CaO脱硫反应平衡时，钢中硫的重量百分含量。
T：绝对温度
从上式可知，SrO脱硫反应不仅反应自由能负值的绝对值比CaO的大，即SrO脱硫能力比CaO强，并且在炉外精炼温度下，SrO脱硫平衡的[％S]SrO，仅仅是0.33～0.36[％S]CaO
SrO脱硫的[％O]含量的临界值比CaO的高
众所周知，只有降低[％O]含量，才能有利脱硫反应的进行。有关资料表明，在同一精炼温度下，SrS-SrO平衡的ao/as比值比CaS-CaO的高一个数量级以上。在同样的钢水硫含量的情况下与CaO相比，SrO脱硫的[％O]含量的临界值比CaO的高，SrO可在钢水含氧量较高时就能脱硫。比如，当精炼温度1580℃，钢液[S]＝0.010％，[O]＝0.001％时，即[％O]/[％S]＝0.1，从图3可知，此值低于SrS-SrO平衡值，而高于CaS-CaO平衡值。因此SrO能脱硫，而CaO不能脱硫。
SrO脱磷能力比CaO强
随(SrO)增加，下降，平衡的[P]相应降低。
根据有关研究，随(SrO)含量的增加，炉渣不断减小。
为了进行热力学计算的简便，脱磷反应可写成2[P]+5[O]＝(P2O5)，则平衡的因此当减小，钢中[P]相应降低。
随(SrO)增加，磷容量增大，磷分配系数提高。
炉渣磷容量Cp与关系是：
磷分配系数Lp与磷容量关系是
所以随(SrO)含量的增加，减小，则磷容量Cp与磷分配系数Lp相应提高，脱磷能力不断提高。
钢水炉外精炼剂的生产方法，按以下步骤进行：
1、选料在常温常压下将混入的杂物挑选干净；
2、磨粉将各种原料磨粉，粒度-100目以下；
3、配料将各种原料按规定的含量进行配料，加入搅拌机中；
4、混匀搅拌时间不少于10分钟，充分混匀；
5、制粒混匀物料加入造粒机中，加入2～7％的粘结剂，料球为扁椭圆形，长径×短径×厚度为40×20×10mm；
6、焙烧料球加入焙烧炉，在600～650℃温度下焙烧30分钟以上，将产品中的内在水蒸发掉，并且保证产品各项组分在规定范围内；
7、冷却进行自然冷却，至室温；
8、称量包装两层包装，防潮处理，每袋12～15kg。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、脱硫、脱磷效果显著，能够很好的去除钢水中夹杂物。
2、配加少量金属Mg、MAl及C等元素能强化产品动力学及热力学的性能。
3、设备简单，，流程简约，生产方便，可大批量生产。

附图说明

图1是脱硫反应ΔG°与温度关系。
图2是SrO与CaO脱硫反应平衡硫含量比值与温度的关系。
图3是不同碱土金属的硫化物一氧化物平衡时[％O]/[％S]与温度的关系。

具体实施方式

研究数据表明，SrO脱硫、脱磷性能优于CaO。
由图1可以看出，随着温度升高，ΔG°绝对值增大。由图2可以看出，随着温度升高，[％S]SrO与[％S]CaO的比值增大。由图3可以看出，随着碱土金属原子量的增加，ao/as的比值数量级增大，并且随温度升高而增大。
下面用实施例进一步说明本发明，用平均脱硫率ηS、平均脱磷率ηP及夹杂物含量来表示脱硫、脱磷及去夹杂物能力。
实施例1
按照规定的物质组成比例进行选料-磨料-配料-混匀-制粒-焙烧-冷却制成粒度(40×20×10mm)料球。在出钢过程随钢流加入精炼剂6～8kg。精炼后取钢样分析。用平均脱硫率(ηS)表示其脱硫效率，这数值越高，脱硫能力越强，用平均脱磷率(ηP)表示其脱磷效率能力，该数值越高，脱磷能力越强，用ppm表示CaO、Al2O3的夹杂物含量，该数值越低，去夹杂能力越好。其组分含量配比(Wt％)列于表1中，其ηS、ηP及夹杂物含量列于表2中。
实施例2
同实施例1方法进行试验，其组分含量配比(Wt％)列于表1中，其ηS、ηP及夹杂物含量列于表2中。
实施例3
同实施例1方法进行试验，其组分含量配比(Wt％)列于表1中，其ηS、ηP及夹杂物含量列于表2中。
实施例4
同实施例1方法进行试验，其组分含量配比(Wt％)列于表1中，其ηS、ηP及夹杂物含量列于表2中。
实施例5
同实施例1方法进行试验，其组分含量配比(Wt％)列于表1中，其ηS、ηP及夹杂物含量列于表2中。
表1钢水炉外精炼剂成分一览表

表2钢水炉外精炼剂冶金效果一览表

对比例：
其组分含量配比(Wt％)列于表1中，其ηS、ηP及夹杂物含量(ppm)列于表2中。
从表2可以看出本精炼剂优于对比例。