專利名稱：含鋁預熔渣及其制備方法以及含有該渣的鋼水脫硫劑和凈化劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及含鋁渣、其制備方法以及含有該渣的鋼水脫硫劑和凈化劑。
目前在煉鋼過程中經常使用主要由金屬Al和Al2O3及其它雜質組成的鋁渣脫硫脫氧。但由于鋁渣為粉劑，使用不方便且易被煙塵帶走，造成鋁渣利用率低。為此，US5385601給出一種預熔鋁渣制造用作脫硫劑鋁酸鈣的方法。但該方法得到的產品適于脫硫而不適于鋼水脫氧和凈化，且成本較高。
本發明的目的是給出一種含鋁預熔渣及其制備方法，該含鋁預熔渣的化學成分為金屬Al，Al2O3，SiO2，MgO，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上。所述含鋁預熔渣的制備方法是以電解鋁、鋁制品加工熔煉過程產生的鋁渣為原料，將上述鋁渣回收一部分鋁后，剩余部分為組分為Al 15～18％，Al2O360～70％，SiO25～8％，MgO 3～5％，及其它少量氧化物雜質的含鋁渣，再將所述含鋁渣熔化后加入少量氯化物、氟化物活性劑及SiO2、MgO等調渣劑，得到易成渣的含鋁預熔渣。
本發明的另一個目的是給出一種用含鋁預熔渣配制的脫硫劑，通過在含鋁預熔渣中加入其他冶金輔料，如CaO、CaC2、CaCO3、C，混勻后制成不同類型的含鋁預熔渣脫硫劑，使用時可進一步加強含鋁預熔渣的冶金性能，提高脫硫效果。
本發明的又一個目的是給出一種用含鋁預熔渣配制的鋼水凈化劑，通過在上述的含鋁預熔渣再加入其他冶金輔料，如Si-Fe、BaO或混合稀土氧化物，得到不同類型的含鋁預熔渣渣鋼水凈化劑。使用時可進一步加強含鋁預熔渣的冶金性能，提高成渣速度，并增強捕捉鋼水中氧化夾雜物的能力。
另外，本發明的的含鋁預熔渣也可直接用作鋼水凈化劑。
本發明的目的是這樣實現的本發明的含鋁預熔渣的化學成分為(重量％)金屬Al 12～15％，Al2O365～75％，SiO22～10％，MgO 2～6％，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上3～10％。
所述含鋁預熔渣的制備方法為以電解鋁、鋁制品加工熔煉過程產生的鋁渣為原料，將上述鋁渣回收一部分鋁后，剩余部分為組分為Al15～18％，Al2O360～70％，SiO25～8％，MgO 3～5％，及其它少量氧化物雜質的含鋁渣，再將所述含鋁渣放人冶金熔爐中，加熱到1350℃～1430℃，在含鋁渣熔化后，根據熔化渣樣加入AlF3、CaF2、CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上，繼續加熱，當熔液溫度超過1450℃時，加入SiO2和MgO調渣劑，根據終渣成分進行調渣；保持液渣30分鐘以上，使其充分均勻后出渣，得到如上所述的含鋁預熔渣。
出渣后采用風冷或自然冷卻，然后用破碎機加工成粒度小于0.1mm的粉狀含鋁預熔渣。
用上述的粉狀含鋁預熔渣配制成石灰基和CaC2型兩種脫硫劑1、含鋁預熔渣石灰基脫硫劑將上述粉狀含鋁預熔渣與粉狀CaO、CaCO3和C充分混勻，制成含鋁預熔渣石灰基脫硫劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣8～22％，CaO 55～70％，CaCO36～20％，C 1～3％。
所述粉狀CaO、CaCO3和C的粒度≤0.6mm。
2、含鋁預熔渣CaC2型脫硫劑將上述粉狀含鋁預熔渣與粉狀CaC2、CaO、CaCO3和C充分混勻，制成含鋁預熔渣CaC2型脫硫劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣8～22％，CaC220～35％，CaO 40～58％，CaCO36～20％，C 1～3％。
所述粉狀CaC2、CaO、CaCO3和C的粒度≤0.6mm。
上述脫硫劑制作過程中加入的CaC2、CaO不能受潮或水解。所述的所有原料的含水量均應小于0.05％，必要時，可在加工前進行干燥烘烤。
用上述的粉狀含鋁預熔渣配制成下述四種鋼水凈化劑1、上述的含鋁預熔渣可直接用作鋼水凈化劑。
2、含鋁預熔渣Si-Fe鋼水凈化劑將上述粉狀含鋁預熔渣與75％Si-Fe混合，使其成分為(重量％)含鋁預熔渣40～48％，75％Si-Fe 52～60％。
所述的75％Si-Fe的粒度≤1mm。
3、含鋁預熔渣BaO鋼水凈化劑將上述粉狀含鋁預熔渣與粉狀的BaO混合，使其成分為(重量％)含鋁預熔渣80～85％，BaO 15～20％。
4、含鋁預熔渣混合稀土氧化物鋼水凈化劑將上述粉狀含鋁預熔渣與粉狀的混合稀土氧化物混合，使其成分為(重量％)含鋁預熔渣95～97％，混合稀土氧化物3～5％。
下面對所述的含鋁預熔渣、脫硫劑和鋼水凈化劑分別加以說明一、由金屬Al 12～15％，Al2O365～75％，SiO22～10％，MgO 2～6％，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上3～10％組成的含鋁預熔渣。
在CaO-Al2O3相圖上，所述含鋁預熔渣中的主要結構12CaO·7Al2O3是低熔點固溶體，再加入AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3后其熔點進一步降低。
二、含鋁預熔渣脫硫劑1、所述的含鋁預熔渣石灰基脫硫劑由含鋁預熔渣，CaO、CaCO3和C組成，主要用于高爐類型的鐵水和鋼水的脫硫。含鋁預熔渣脫硫劑噴入鐵水或鋼水后，經過預熔后的含鋁預熔渣中的Al和Al2O3，SiO2和MgO等有效組分在氯化物或氟化物的催化作用下，迅速與CaO等元素形成以12CaO·7Al2O3為主的多元渣系，非常有利于渣中S離子的擴散；同時金屬Al與CaO迅速反應，其化學方程式為熔體中的Ca++與S＝能迅速結合，生成穩定的CaS，在低熔點多元渣系的帶動下上浮進入鐵渣或鋼渣中，達到去硫的目的。少量的CaCO3在880℃即能完全分解，其化學反應式為并對局部熔池起到攪拌作用，有利脫硫的動力學條件，其中CaO也易于同金屬中的硫生成CaS。C除了對渣料的流動性起作用外，還可以增加硫的活度系數，促進脫硫反應。
2、所述的含鋁預熔渣CaC2型脫硫劑除含鋁預熔渣、CaC2、CaO、CaCO3和C外，還含有CaC2，主要用于高爐類型的鐵水和鋼水的脫硫。加入的CaC2為強脫硫物，其化學反應式為
由于所述的含鋁預熔渣脫硫劑可以滿足較高的堿度、低的氧化性及低的熔點，因此其熱力學條件優于普通的脫硫劑，在冶金脫硫過程中的成渣速度及CaC2、CaO的利用率均高于普通脫硫劑，一般為普通脫硫劑的2倍，而處理溫度又低于普通脫硫劑，極大地改善了脫硫反應的熱力學和動力學條件，對冶金過程十分有利。
本發明的含鋁預熔渣脫硫劑使用時用噴射機械以N2為載體(N2壓力6～8Mpa/cm2)噴射到鐵水包中進行脫硫。噴槍要插到鐵水中，插入深度為鐵液高度的1/3～1/2處。所述的脫硫劑用量根據鐵水原始硫含量及鐵水溫度不同而異，一般用量為8～12kg/噸鐵。根據對冶煉鋼種，不同硫含量的要求選擇含鋁預熔渣石灰基或CaC2型脫硫劑。一般情況下，當要求鐵水脫硫后的[S]≤0.005時使用CaC2型脫硫劑，當要求鐵水脫硫后的[S]≤0.01時使用含鋁預熔渣石灰基型脫硫劑，脫硫率可以達到80～95％。
三、含鋁預熔渣鋼水凈化劑1、所述的含鋁預熔渣可直接用作鋼水凈化劑所述的含鋁預熔渣由金屬Al，Al2O3，SiO2，MgO，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上組成。
在鋼水凈化過程中，鋼水的脫氧深度十分重要，而脫氧產物的排除是該過程的限制性環節。由于采用所述的含鋁預熔渣作鋼水凈化劑，該預熔渣熔點低、活性好，成渣速度快，而且渣中具有脫氧能力較強的Al，可極大地提高鋼渣的脫氧能力。通過低熔點活性渣對鋼水中氧化物的捕捉及快速上浮，有利于排除鋼水中的脫氧產物，使鋼水潔凈度提高。另外由于含鋁預熔渣中含有鹵族化合物等化合物質，其鋪展性好，利于鋼水表面覆蓋，降低鋼水與空氣的接觸面，減少空氣中氧對鋼水表面的氧化，對鋼水起到保護作用。少量的SiO2、MgO可降低整體渣相的熔點，形成多元化合物。
2、所述的含鋁預熔渣Si-Fe鋼水凈化劑，由含鋁預熔渣和Si-Fe組成。
該凈化劑中含鋁預熔渣的作用如上所述，在含鋁預熔渣中混入的Si-Fe與含鋁預熔渣中的Al相配合，可加強對鋼水的脫氧能力，同時加入的Si-Fe可降低凈化劑的成本。
3、含鋁預熔渣BaO鋼水凈化劑，由含鋁預熔渣和BaO組成。
該凈化劑中含鋁預熔渣的作用如上所述，在含鋁預熔渣中混入粉狀BaO后可使鋼中的條狀硅鋁氧化物夾雜物球化、均勻，利于改善鋼的機械性能，提高鋼的質量和鋼材的加工性能，使之達到鋼水凈化的目的。
4、含鋁預熔渣混合稀土氧化物鋼水凈化劑，由含鋁預熔渣和混合稀土氧化物組成。
該凈化劑中含鋁預熔渣的作用如上所述，在含鋁預熔渣中混入稀土氧化物后可使鋼中的條狀硅鋁氧化物夾雜物球化、均勻，并使夾雜物分散，利于改善鋼的機械性能，提高鋼的質量和鋼材的加工性能，使之達到鋼水凈化的目的。
上述四種含鋁預熔渣鋼水凈化劑適用于所有的鋼液。
上述幾種含鋁預熔渣鋼水凈化劑可用于轉爐煉鋼、電爐煉鋼或爐外精煉(LF、LF-VD、RH等)鋼包中。如使用第1種含鋁預熔渣鋼水凈化劑，在轉爐煉鋼時，則在鋼水倒入鋼包過程中，鋼水量約倒入1/5時，從鋼包側上方將其投入，根據鋼種的不同，加入量為2～4kg/t鋼；如用于電爐煉鋼工藝，在使用該鋼水凈化劑時，根據出鋼方式的不同，有兩種加入方法①EBT出鋼方式，在出鋼前先將其加入鋼包中，加入量為3～5kg/t鋼；②對于非EBT出鋼方式，在還原期將其加入爐中，加入量為3～5kg/t鋼，出鋼時鋼、渣混出，倒入鋼包中。對于爐外精煉(LF、LF-VD、RH等)過程中，把鋼水凈化劑加入鋼渣表面造還原渣，對鋼水進行精煉，加入量為1～2kg/t鋼。
所述的含鋁預熔渣、脫硫劑和鋼水凈化劑具有如下效果一、所述的含鋁預熔渣與現有的鋁渣或預熔鋁渣相比，其成本低且用途廣。
二、所述的兩種含鋁預熔渣脫硫劑的脫硫效果為所述的含鋁預熔渣石灰基脫硫劑的脫硫率可達75～95％。脫硫時間為15分鐘左右，所述的脫硫劑用量根據鐵水原始硫含量及鐵水溫度不同而異，一般用量為8～12kg/噸鐵；所述的含鋁預熔渣CaC2型脫硫劑脫硫劑的脫硫率可達75～95％。，脫硫時間為15分鐘左右，所述的脫硫劑用量根據鐵水原始硫含量及鐵水溫度不同而異，一般用量為8～12kg/噸鐵。
三、所述的四種含鋁預熔渣鋼水凈化劑的使用效果如下1、轉爐煉鋼過程中，鋼水氧含量達到〔0〕≤30～40ppm，鋼中全氧含量小于60ppm，鋼坯中氧化物夾雜評級等級小于0.5級。
2、電爐煉鋼過程中，鋼中氧含量達到〔0〕≤20ppm，鋼中全氧含量小于50ppm。
3、在爐外精煉過程中加入鋼水凈化劑，取代脫氧劑，達到更進一步的脫氧作用，鋼中氧含量達到〔0〕≤20ppm，鋼中全氧含量小于50ppm。
實施例1、含鋁預熔渣的實施例將33kg含有金屬Al和Al2O3的渣料先在中頻感應爐中熔化，溫度為1380℃，在鋁渣熔化后，根據熔化渣樣加入AlF3和AlCl3各1.1kg，繼續加熱，當熔液溫度超過1450℃時，加入3kgSiO2和2kgMgO調渣劑，使其全部熔化，根據終渣成分進行調渣；保持液渣40分鐘，使其充分均勻后出渣；其終渣成分為(重量％)金屬Al 12％，Al2O370％，SiO27％，MgO 5％，AlE33％，AlCl33％。
出渣后采用風冷冷卻，然后用破碎機加工成粒度小于0.1mm的粉狀含鋁預熔渣。
2、含鋁預熔渣脫硫劑實施例(1)、含鋁預熔渣石灰基脫硫劑將上述含鋁預熔渣加入粒度≤0.6mm的粉劑CaO、CaCO3和C，將其充分混勻后包裝，制成含鋁預熔渣石灰基脫硫劑，其配比為(重量％)含鋁預熔渣12％，CaO 65％，CaCO320％，C 3％用上述含鋁預熔渣石灰基脫硫劑對高爐鐵水進行脫硫，鐵水量300噸，硫劑加入量為3000kg，原始鐵水含硫量為0.025％，鐵水溫度為1350℃。將由耐火材料制成的噴槍插入到鐵水罐車中，插入深度為1.6m，以7MPa/cm2壓力的N2為載體把粒度≤0.6mm的上述脫硫劑噴吹到鐵水中去，噴吹時間均為15分鐘，噴吹后鐵水中硫含量為0.004，脫硫率為84％，脫硫時間為15分鐘。
(2)、含鋁預熔渣CaC2型脫硫劑將上述含鋁預熔渣加入粒度≤0.6mm的粉劑CaC2、CaO、CaCO3和C，將其充分混勻后包裝，制成含鋁預熔渣CaC2型脫硫劑，其配比為(重量％)含鋁預熔渣12％，CaC225％，CaO 50％，CaCO310％，C 3％。
用上述含鋁預熔渣石灰基脫硫劑對高爐鐵水進行脫硫，鐵水量300噸，硫劑加入量為3000kg，原始鐵水含硫量為0.025％，鐵水溫度為1350℃。將由耐火材料制成的噴槍插入到鐵水罐車中，插入深度為1.6m，以7MPa/cm2壓力的N2為載體把粒度≤0.6mm的上述脫硫劑噴吹到鐵水中去，噴吹時間為15分鐘，噴吹后鐵水中硫含量為0.0035，脫硫率為86％，脫硫時間為15分鐘。
3、含鋁預熔渣鋼水凈化劑實施例(1)、將上述粉狀含鋁預熔渣與粒度＜1mm的硅酸鹽水泥混勻后沖壓成塊狀鋼水凈化劑，壓塊的塊度為50mm。其重量份比為含鋁預熔渣∶硅酸鹽水泥＝1∶5％在轉爐煉鋼時，把冶煉合格的30噸鋼水注入鋼水包中，當注入約1/5鋼水量時，從鋼包側上方向鋼包中投入90kg的所述塊狀鋼水凈化劑，同時取消按常規方法加入的預脫氧劑，結果鋼水氧含量降低到35ppm，鋼中全氧含量為55ppm，鋼坯中氧化物夾雜評級等級為0.4級。
(2)、將上述粉劑含鋁預熔渣與粒度≤1mm的75％Si-Fe混合，使其配比為(重量％)含鋁預熔渣45％，75％Si-Fe 55％然后與粒度＜1mm的硅酸鹽水泥粘結劑混勻后沖壓成塊狀的鋼水凈化劑，壓塊的塊度為50mm。
上述配比得到的含鋁預熔渣和75％Si-Fe的混合物與硅酸鹽水泥的重量份比為(含鋁預熔渣+75％Si-Fe)∶硅酸鹽水泥＝1∶6％在電爐煉鋼時，在使用所述的塊狀鋼水凈化劑時，根據出鋼方式的不同，采用兩種加入方法①EBT出鋼方式，在出鋼前先將其加入鋼包中，加入量為4kg/t鋼，然后把冶煉合格的30噸鋼水注入鋼水包中，結果鋼中氧含量達到〔0〕＝18ppm，鋼中全氧含量為45ppm。
②對于非EBT出鋼方式，在還原期將其加入爐中，加入量為4kg/t鋼，出鋼時鋼、渣混出，倒入鋼水包中。結果鋼中氧含量達到〔0〕＝17ppm，鋼中全氧含量為47ppm。
(3)、將上述粉劑含鋁預熔渣與粉狀的BaO混合，使其配比為(重量％)含鋁預熔渣83％，BaO 17％然后與粒度＜1mm的硅酸鹽水泥粘結劑混勻后沖壓成塊狀的鋼水凈化劑，壓塊的塊度為50mm。
上述配比得到的含鋁預熔渣和BaO的混合物與硅酸鹽水泥的重量份比為(含鋁預熔渣+BaO)∶硅酸鹽水泥＝1∶5％在爐外精煉(LF)過程中，把冶煉合格的30噸鋼水注入鋼水包中，把所述的塊狀鋼水凈化劑加入鋼渣表面造還原渣，取代脫氧劑，對鋼水進行精煉，加入量為1.5kg/t鋼。結果鋼水氧含量達到〔0〕＝18ppm，鋼中全氧含量為48ppm。
4、將上述粉劑含鋁預熔渣與粉狀的混合稀土氧化物混合，使其配比為(重量％)含鋁預熔渣96％，混合稀土氧化物4％然后與粒度＜1mm的硅酸鹽水泥粘結劑混勻后輥壓成塊狀的鋼水凈化劑，壓塊的塊度為50mm。
上述配比得到的含鋁預熔渣和混合稀土氧化物的混合物與硅酸鹽水泥的重量份比為(含鋁預熔渣+BaO)∶硅酸鹽水泥＝1∶5％在爐外精煉(LF)過程中，把冶煉合格的30噸鋼水注入鋼水包中，把所述的塊狀鋼水凈化劑加入鋼渣表面造還原渣，取代脫氧劑，對鋼水進行精煉，加入量為1.5kg/t鋼。結果鋼水氧含量達到〔0〕＝17ppm，鋼中全氧含量為47ppm。
權利要求
1.一種含鋁預熔渣，其組成為(重量％)金屬Al 12～15％，Al2O365～75％，SiO24～10％，MgO 2～6％，AlF3或CaF2或CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上3～10％。
2.一種權利要求1中所述含鋁預熔渣的制備方法，其特征在于以電解鋁、鋁制品加工熔煉過程產生的鋁渣為原料，將上述鋁渣回收一部分鋁后，剩余部分為組分為金屬Al 15～18％，Al2O360～70％，SiO25～8％，MgO 3～5％，及其它少量氧化物雜質的含鋁渣，再將所述含鋁渣放入熔爐中，加熱到1350℃～1450℃，在含鋁渣熔清后，根據熔清渣樣加入AlF3、CaF2、CaCl2或AlCl3中的任一種或一種以上，繼續加熱，當熔液溫度超過1450℃時，加入SiO2和MgO調渣劑，根據終渣成分進行調渣，保持液渣30分鐘以上，使其充分均勻后出渣，其終渣成分為權利要求1中所述含鋁預熔渣。
3.一種含權利要求1中所述的含鋁預熔渣脫硫劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣8～22％，CaO 55～70％，CaCO36～20％，C 1～3％。
4.一種含權利要求1中所述的含鋁預熔渣脫硫劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣8～22％，CaC220～35％，CaO 40～58％，CaCO36～20％，C 1～3％。
5.一種含權利要求1中所述的含鋁預熔渣鋼水凈化劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣40～48％，75％Si-Fe 52～60％。
6.一種含權利要求1中所述的含鋁預熔渣鋼水凈化劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣80～85％，BaO 15～20％。
7.一種含權利要求1中所述的含鋁預熔渣鋼水凈化劑，其組成為(重量％)含鋁預熔渣95～97％，混合稀土氧化物3～5％。
8.如權利要求中所述的含鋁預熔渣，其特征在于所述的含鋁預熔渣的粒度小于0.1mm。
9.如權利要求3或4所述的含鋁預熔渣脫硫劑，其特征在于所述的CaO、CaCO3、CaC2和C的粒度≤0.6mm。
10.如權利要求5所述的含鋁預熔渣鋼水凈化劑，其特征在于所述的75％Si-Fe的粒度≤1mm。
全文摘要
本發明為一種含鋁預熔渣及其制備方法以及含有該渣的鋼水脫硫劑和凈化劑,屬于煉鋼技術領域。本發明將含鋁渣放入冶金熔爐中,加熱使含鋁渣熔清后,加入AlF
文檔編號C21C7/064GK1201072SQ98101510
公開日1998年12月9日 申請日期1998年4月7日 優先權日1998年4月7日
發明者幸超, 李繼宗, 蔣有用 申請人:幸超, 李繼宗, 蔣有用