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铝矾土化渣工艺的试验研究及应用
铝矾土化渣工艺的试验研究及应用
萤石作为传统的转炉化渣用助熔剂, 因其化渣迅速而得到广泛应用。但是萤石在快速化渣的同时, 会加剧对炉衬的侵蚀, 影响炉龄。而且在高温和炉渣的作用下,萤石中的部分变成挥发物, 它不仅对设备、人身有腐蚀作用, 还会造成水体污染。探索一种无污染的环保型化渣剂是冶金工作者长期以来的难点之一。安钢第二炼钢厂于2007年7月份转炉使用铝矾土替代萤石化渣进行了工业性试验, 取得了良好效果。 铝矾土主要成分是AL2O3、SiO2、Fe2O3, 其理化指标见表1:
加入方式:试验中铝矾土随散装料从高位料仓加入炉内。转炉冶炼按正常工艺控制, 试验期间铁水成分及转炉工艺参数见表2、表3:
根据铁水、废钢条件, 在不影响炉渣碱度基础上, 铝矾土加入量按2～5kg/t钢控制, 在吹炼过程中分两批加入, 第一批在吹炼至5min时加入, 约占总加入量的1/2～2/3, 余下在吹炼至7min时加入。尽量避免一次性大量加入。 萤石的主要成分是CaF2。吹炼至中期时, 熔池温度上升, C—O反应激烈, 炉渣中 (FeO) 和 (MnO) 被大量消耗, 随着石灰进一步渣化, 形成大量高熔点的2CaO·SiO2, 导致炉渣粘稠, 出现“返干”现象。炉渣一旦发生“返干”, 会导致氧枪粘钢、金属喷溅, 炉渣脱P、脱S能力下降等一系列问题, 影响冶金效果。在炉渣出现“返干”时加入萤石, 其中的CaF2能够降低炉渣熔点, 加速炉渣快速熔化。但控制不当会造成剧烈喷溅, 而且会加剧对炉衬的侵蚀。 铝矾土主要是以Al2O3·SiO2形式结合的矿物存在, 在950℃左右受热分解为γ-Al2O3以及其他物质。其中γ-Al2O3是一种表面疏松、多细孔结构的比表面大的活性氧化铝。SiO2具有一定的化渣作用。铝矾土中另一个主要成分是Fe2O3, 具有很强的化渣能力, 并且增加了炉渣的氧化性。向炉渣中加入一定数量的铝矾土后, 炉渣组成 (CaO) - (Al2O3) - (SiO2) 和 (CaO) - (SiO2) - (Fe2O3) 两个主要的三元渣系。根据文献[1]介绍, 在1500℃时,一个三元渣系中ω (CaO) 约55%, ω (SiO2) 38%, 当ω (Al2O3) 5%～12%范围, 炉渣粘度最低, 约0.3Pa·s, 此处三元渣系的熔点在1310℃～1400℃范围。后一个三元渣系, 在保证与前者渣系的碱度不变, ω (TFe) 在15%～20%左右时炉渣熔点在1300℃～1400℃范围。该处三元渣系的粘度在0.2～0.25Pa·s程度。 萤石中的CaF2可使渣中 (CaO) 熔点降低, 最低可达1360℃, 而铝矾土中的Al2O3可使炉渣中 (CaO) 熔点降低至1395℃, 不如萤石中CaF2降低熔点幅度大。但是, 铝矾土中的 (Fe2O3) 对炉渣中 (CaO) 熔点降低幅度就大多了, 最低可降至1155℃～1205℃。比较而言, 铝矾土对熔点降低作用更强。 铝矾土基本在吹炼至5min时开始加入, 此时炉内C—O反应激烈, 炉口火焰强劲有力, 炉口有渣片飞出, 表明炉渣出现返干迹象。加入铝矾土后约20s～30s可以明显缓解, 火焰重新变得柔和、稳定, 倒炉后炉渣泡沫化和流动性良好, 炉口和氧枪均无粘钢现象, 表明化渣效果良好。 使用铝矾土化渣可以避免萤石中的CaF2对炉衬的严重侵蚀作用。在使用高压氮气溅渣时, 起渣迅速, 持续时间约1′30″～1′50″, 倒炉后炉壁上可见明显溅渣层, 厚度约10mm～15mm, 与使用萤石化渣时溅渣效果相当。 由表6可以看出, 在其他散装料结构不变的基础上, 采用铝矾土造渣比采用萤石造渣吨钢成本可降低1.25元。 通过对转炉用新型化渣剂——铝矾土化渣工艺的试验研究及在转炉炼钢生产中的应用实践得出以下几点结论:
1) 以铝矾土作为助熔剂化渣, 可以替代萤石, 其化渣效果完全能够满足转炉过程造渣的工艺需要; 2) 使用铝矾土化渣, 改善了熔池反应的动力学条件, 转炉“三粘”事故减少, 炉渣脱磷、脱硫能力与使用萤石化渣时相当; 3) 使用铝矾土化渣, 溅渣护炉效果与使用萤石化渣时效果相当; 4) 造渣剂吨钢成本可降低1.25元, 以年产230万t计算, 每年可节约288万元。
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