熔融废钢铁水改质剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及铁合金技术领域，具体地指一种熔融废钢铁水改质剂及其制备方法与应用。

背景技术

对于钢铁联合企业，如何降低转炉铁水比、提高废钢比成为企业低碳绿色发展的迫切需求。由于转炉单工序废钢加入量受废钢槽容积的限制以及转炉热平衡和生产节奏的制约，导致转炉单一工序废钢加入量受限，阻碍了转炉冶炼废钢比的有效提升，为此，铁水加废钢技术应运而生，并成为钢铁企业提高转炉炼钢废钢比和生产经营效益的重要途径，通过向倒罐后铁水罐和鱼雷罐内加入废钢，利用空罐余热或废钢烘烤装置进行废钢预热，通过高炉受铁后的铁水加热与渗碳熔化，实现废钢在铁水中的熔化，降低铁水传搁热损失。然而，铁水传搁温降大、铁水温度低，导致废钢渗碳熔化速度慢，制约了铁水废钢量和规格大小，虽然废钢烘烤预热提高了受铁时废钢温度、缩短了废钢铁水加热和渗碳熔化时间，但实际生产中稍大规格废钢熔化不彻底现象时常发生，严重影响了铁水脱硫预处理的正常生产，为此，细小规格废钢破碎料和加入量控制成为铁水加废钢的主要方式。然而，在实际生产中发现铁水罐或鱼雷罐空罐加入废钢破碎料后引起铁水顶渣粘稠、铁水脱硫扒渣困难，严重影响了入炉铁水质量、转炉出钢回硫量、品种钢冶炼生产计划的实施和全流程生产组织等，因而，如何克服铁水加废钢引起的系列问题成为当下转炉大废钢比冶炼急需突破的关键技术之一。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种熔融废钢铁水改质剂及其制备方法与应用，其中，熔融废钢铁水改质剂有害元素含量少、成本低、制备简单、使用方便，具有提升熔融废钢铁水易氧化合金含量、降低顶渣氧化性、增加顶渣碱度、改善熔融废钢铁水脱硫反应热力学条件等优点，达到提高熔融废钢铁水脱硫反应效率与深脱硫稳定性、稳定入炉铁水质量、改善转炉冶炼操作与钢水质量等综合目的。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种熔融废钢铁水改质剂，所述改质剂包括以下重量百分比的原料：低成本硅铝钙碳合金55～75％、烧结铝酸钙10～20％、工业纯碱5～15％、萤石5～15％。

优选的是，所述低成本硅铝钙碳合金主要由Si、Al、Ca、C合金元素和金属Fe组成，主要杂质元素为P和S。

进一步优选的是，Si、Al、Ca、C合金元素的重量百分比含量范围为：Si:35～45％，Al:5～10％，Ca:9～19％，C:4～12％；金属Fe 的重量百分比含量范围为1.5～2.5％；杂质元素P、S的重量百分比含量范围为P≤0.05％，S≤0.1％。

优选的是，所述烧结铝酸钙的主要成分12CaO·7Al2O3含量≥ 85％，所述萤石的主要成分CaF2含量≥85％。

第二方面，本发明提供一种制备熔融废钢铁水改质剂的方法，包括如下步骤：

1)、按照熔融废钢铁水改质剂的原料组成进行备料；

2)、将低成本硅铝钙碳合金进行破碎，筛选后获得粒径≤5mm 自然级配的颗粒料；将烧结铝酸钙、萤石分别进行球磨，筛选后获得粒径小于150目的粉料；将工业纯碱碾压，筛选后获得粒径小于100目的粉料；

3)、按照重量百分比称取低成本硅铝钙碳合金、烧结铝酸钙、工业纯碱和萤石，加入立式搅拌机中，搅拌混合10～15分钟，获得熔融废钢铁水改质剂混合料；

4)、将上述获得的辊碾混合料加入到大强度对辊压球机，进行干压成球状体，球状体直径为25～50mm，并采取密封包装方式进行包装入库，获得本发明的熔融废钢铁水改质剂成品。

第三方面，本发明提供一种应用熔融废钢铁水改质剂的方法，包括如下步骤：

a、根据生产要求，确认单罐熔融废钢铁水的废钢加入量；

b、进行熔融废钢铁水顶渣扒渣；

c、根据单罐熔融废钢铁水的废钢加入量与铁水脱硫目标硫含量，按照单吨废钢加入量计算熔融废钢铁水改质剂的投加量范围为 4～10Kg；

d、根据计算获得的单罐熔融废钢铁水改质剂加入量，向扒渣后转入铁水脱硫工位的铁水罐液面投加计算量的改质剂，并按照不加废钢铁水脱硫工艺，进行铁水喷吹脱硫或KR搅拌脱硫操作，脱硫结束后，进行铁水扒渣和测温取样分析。

优选的是，步骤b中，要求扒渣后铁水裸露面比例≥50％。

优选的是，步骤c中，熔融废钢铁水改质剂的投加量计算方法为：目标硫≥100ppm，单吨废钢改质剂加入量为4～6Kg，10ppm≤目标硫＜100ppm时，单吨废钢改质剂加入量为6～8Kg，目标硫＜ 10ppm时，单吨废钢改质剂加入量为9～10Kg。

在实际操作和试验中，我们发现：通过系统的现场取样分析与理论研究认为，细小规格废钢破碎料表面氧化严重、泥土杂物夹带量大，按照废钢中氧化铁含量和泥土杂物夹带量分别为3％、铁水废钢加入量3％以及高炉出铁带渣量为0.6％计算，单吨铁水废钢带入的氧化铁量、废钢泥土杂物带入量和铁水渣量分别为0.9Kg、0.9Kg和6Kg，铁水总渣量增加1.8Kg，渣中氧化铁含量升高11％以上，同时，常规的泥土夹杂物主要为二氧化硅含量加高的酸性杂质，从而使废钢夹带的渣中碱度急剧下降，形成高氧化性粘稠性酸性铁水渣，不仅使铁水扒渣过程中扒渣板粘渣严重，导致扒渣效率低、铁水残渣量大，而且高氧化性低碱度铁水残渣还严重恶化了铁水脱硫预处理反应热力学条件，导致铁水脱硫困难、脱硫生产周期长、脱硫命中率低等，同时，高氧化性低碱度粘稠性铁水渣还将导致铁水罐或鱼雷罐渣线粘渣严重，导致铁水罐或鱼雷罐粘渣时效性长，严重影响了铁水质量与铁水渣成分性能的判别准确性和铁水脱硫扒渣的高效生产。此外，由于高炉受铁过程中的铁水与废钢表面的冲刷接触、铁水传搁过程中液面半浸废钢与铁水的界面接触以及倒罐过程中的废钢与铁水的混合接触，引起废钢表面氧化铁皮与铁水中易氧化合金间的氧化反应，导致铁水易氧化合金元素含量较低，尤其是金属硅的氧化，不仅降低了入炉铁水化学热，同时也降低了铁水顶渣碱度和铁水脱硫剂的反应活性，恶化了铁水脱硫反应热力学条件，增大了熔融废钢铁水的脱硫难度。

综上所述可见，在现有的铁水罐或鱼雷罐空罐加废钢的工艺条件下，虽然达到了铁水罐或鱼雷罐倒罐后空罐的余热预热废钢、提高铁钢界面效能、降低转炉冶炼废钢比的预期目的，但因废钢表面氧化铁皮的存在，导致罐内氧化铁的带入；虽然空罐内废钢的煤氧枪预热，提高了废钢温度，降低了废钢吸热引起的铁水温降，并促进了废钢的渗碳熔化，但废钢的煤氧枪预热过程也使废钢进一步氧化，增加了废钢带入的氧化铁量。由于破碎料废钢酸性杂物的带入以及废钢氧化铁皮对铁水中易氧化合金元素的氧化，降低了铁水顶渣碱度与铁水脱硫剂反应活性，导致铁水脱硫困难，制约了铁水加废钢工艺技术的推广应用。虽然对于这一问题的解决十分迫切，但由于铁水罐或鱼雷罐空罐加废钢工艺技术刚刚起始应用，目前还未开展系统的研究，形成有效的技术解决方案。

本发明与现有技术相比，具有如下优点及有益效果：

基于研究发现的主要原因，通过理论研究，提出了熔融废钢铁水在线合金调控与顶渣还原碱化改质技术途径，通过改质剂配方设计、中试试验与工业性试验等，形成了本发明技术，即：一种熔融废钢铁水改质剂及其制备方法与应用。通过熔融废钢铁水改质剂中低成本硅铝钙碳合金的引入及其高含量的Si、Al、Ca、C合金元素，不仅实现了铁水中合金元素的补充与铁水的深度脱氧，同时完成铁水顶渣的还原改质，改善铁水脱硫反应热力学条件，此外，还实现了Ca合金元素的铁水高效脱硫，并使脱硫渣中MgS转化为CaS，提高脱硫渣中硫化物的稳定性；通过以主要成分为12CaO·7Al

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。当然，本发明的保护范围并不限于下述实施例。

实施例1：

本实施例提供一种熔融废钢铁水改质剂，主要由低成本硅铝钙碳合金、烧结铝酸钙、工业级纯碱、萤石组成，各组分的重量百分比组成为：低成本硅铝钙碳合金65％、烧结铝酸钙15％、工业纯碱 10％、萤石10％。所述的低成本硅铝钙碳合金主要由Si、Al、Ca、C合金元素和金属Fe组成，主要杂质元素为P和S，其中，Si、 Al、Ca、C合金元素的重量百分比含量范围为：Si，35～45％，Al， 5～10％，Ca，9～19％，C，4～12％；金属Fe的重量百分比含量范围为：1.5～2.5％；杂质元素P、S的重量百分比含量范围为：P≤0.05％， S≤0.1％。

所述的烧结铝酸钙主要成分为12CaO·7Al

本实施例提供一种熔融废钢铁水改质剂制备方法，其具体步骤如下：

(1)按照本发明的熔融废钢铁水改质剂的原料组成，进行低成本硅铝钙碳合金、烧结铝酸钙、工业级纯碱、萤石等原材料的备料；

(2)将低成本硅铝钙碳合金进行破碎，选取5mm网孔筛网筛分筛下料，获得粒径≤5mm自然级配的颗粒料；将烧结铝酸钙、萤石分别进行球磨，选取150目筛网筛分筛下料，获得粒径小于150 目的粉料；将工业级纯碱碾压，选取100目筛网筛分筛下料，获得粒径小于100目的粉料。

(3)按照本发明的熔融废钢铁水改质剂中低成本硅铝钙碳合金、烧结铝酸钙、工业级纯碱、萤石的质量百分比，称取各组份，加入立式搅拌机中，搅拌混合10～15分钟，获得熔融废钢铁水改质剂混合料。

(4)将上述获得的辊碾混合料加入到大强度对辊压球机，进行干压成球状体，球状体直径为25～50mm，并采取密封包装方式进行包装入库，获得本发明的熔融废钢铁水改质剂成品。

本实施例提供一种熔融废钢铁水改质剂应用方法，其具体步骤如下：

(1)根据生产要求，确认单罐熔融废钢铁水的废钢加入量；

(2)进行熔融废钢铁水顶渣扒渣；要求扒渣后铁水裸露面比例≥50％；

(3)根据单罐熔融废钢铁水废钢加入量与铁水脱硫目标硫含量，按照单吨废钢加入量投加本发明的一种熔融废钢铁水改质剂，其中，目标硫为≥100ppm，单吨废钢改质剂加入量为4～6Kg；

(4)根据计算获得的单罐熔融废钢铁水改质剂加入量，向扒渣后转入铁水脱硫工位的铁水罐液面投加计算量的改质剂，并按照不加废钢铁水脱硫工艺，进行铁水喷吹脱硫或KR搅拌脱硫操作，脱硫结束后，进行铁水扒渣和测温取样分析，实现了熔融废钢铁水成分在线调控、顶渣在线改质与高效脱硫，达到稳定转炉入炉铁水质量、降低转炉出钢回硫的综合目标。

经工业性试验数据采集分析，在应用方法的步骤3中，对于目标硫为100ppm的罐次，单吨废钢改质剂加入量为6Kg，脱硫后终点硫含量均≤100ppm；对于目标硫为150ppm的罐次，按照单吨废钢改质剂加入量4Kg投加，脱硫后终点硫含量均≤150ppm；达到了脱硫目标要求。

实施例2：一种熔融废钢铁水改质剂，与实施例1的区别在于：低成本硅铝钙碳合金、烧结铝酸钙、工业级纯碱、萤石的重量百分比不同，具体各组分的重量百分比组成为：低成本硅铝钙碳合金 55％、烧结铝酸钙20％、工业级纯碱15％、萤石10％。

在应用方法的步骤3中，10ppm≤目标硫＜100ppm时，单吨废钢改质剂加入量为6～8Kg；其它与实施例1相同。

经工业性试验数据采集分析，在应用方法的步骤3中，对于目标硫为＜100ppm的罐次，单吨废钢改质剂加入量为6.2Kg，脱硫后终点硫含量均＜100ppm；对于目标硫为10ppm的罐次，按照单吨废钢改质剂加入量8Kg投加，脱硫后终点硫含量均≤10ppm；达到了脱硫目标要求。

实施例3：一种熔融废钢铁水改质剂，与实施例1的区别在于：低成本硅铝钙碳合金、烧结铝酸钙、工业级纯碱、萤石的重量百分比不同，具体各组分的重量百分比组成为：低成本硅铝钙碳合金 75％、烧结铝酸钙15％、工业级纯碱5％、萤石5％。

在应用方法的步骤3中，目标硫＜10ppm时，单吨废钢改质剂加入量为9～10Kg；其它与实施例1相同。

经工业性试验数据采集分析，在应用方法的步骤3中，按照单吨废钢改质剂加入量为9Kg的脱硫罐次，脱硫后终点硫含量均＜ 10ppm，按照单吨废钢改质剂加入量10Kg投加，脱硫后终点硫含量均≤5ppm，部分脱硫后终点硫为0ppm(小于检测设备的计量精度，即为痕迹硫)，达到了脱硫目标要求。

采用本发明的熔融废钢铁水改质剂进行了不同废钢加入量与铁水目标硫条件下熔融废钢铁水的在线改质工业性试验，按照单吨废钢加入量投加本发明的一种熔融废钢铁水改质剂4～10Kg，其中，目标硫≥100ppm，单吨废钢改质剂加入量为4～6Kg，10ppm≤目标硫＜100ppm时，单吨废钢改质剂加入量为6～8Kg，目标硫＜10ppm 时，单吨废钢改质剂加入量为9～10Kg，完成了废钢加入量和目标硫要求不同的数十罐熔融废钢铁水的脱硫扒渣与转炉冶炼工业性试验，取得了入炉铁水质量和转炉出钢硫含量按要求稳定控制的试验效果。满足了多工序加废钢的转炉大废钢比优质高效低成本冶炼要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修饰、等同替换、改进等等，均应包含在本发明的保护范围之内。