Al2O3－Al基鋼包改質劑在180 t轉爐－LF爐的應用研究*

李道明 王競東

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司)

Al2O3－Al基鋼包改質劑在180 t轉爐－LF爐的應用研究*

李道明 王競東

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司)

對Al2O3－Al基鋼水改質劑的冶金特性進行了研究。Al2O3－Al基渣系能夠在形成形成低熔點、流動性好的12 CaO·7Al2O3化合物，具有較強的脫硫能力及硫容量，并有良好的吸附B類夾雜物能力，能夠提高鋼質純凈度，形成無氟渣或低氟渣，具有良好的社會效益和經濟效益。

Al2O3－Al基鋼包改質劑 脫硫 夾雜

0 前言

煉鋼常用的精煉渣有CaO－CaF2、CaO－SiO2、CaO－Al2O3等渣系，各種渣系都不同的適用性和特點。CaO－Al2O3渣系由于其堿度高、脫硫能力強、氧勢低、熔點低、成渣速度快、吸收夾雜物能力強等一系列優點，已被廣泛應用于各種精煉工藝。

1 Al2O3－Al基鋼包改質劑

Al2O3－Al基鋼包改質劑(又稱鋁灰基鋼包改質劑)，是由電解鋁時鋁液面上的熔渣或鋁鑄造鋁液面上的粉渣，加工成粉狀或壓制成塊狀［1］。其化學成分一般含有20%以上的較細顆粒的金屬鋁，50%左右的Al2O3及較少量的SiO2和CaO。早在20世紀70年代后期，日本鋼鐵行業開始將鋁灰用于普通電爐還原期冶煉，有較的縮短了還原時間。近年來，國內鋼廠也應用了該類精煉渣系用于鋼水的精煉，并取得了良好的效果。

Al2O3－Al基鋼包改質劑與其它CaO－Al2O3渣系相比，Al2O3－Al鋼包改質劑含有較高的細顆粒的金屬鋁。在轉爐出鋼過程中，按照一定比例加入Al2O3－Al鋼包改質劑和石灰，經鋼水混沖后完成爐渣改質并進行脫氧、脫硫反應，最終形成CaO－Al2O3渣系。

使用過程中充分利用出鋼過程的動力學條件，還

原渣中的(FeO)，便于提前形成“白渣”;能夠在精煉初期即形成高(Al2O3)系，降低了鋼渣熔點，改善了流動性，可以減少螢石的使用量;可以減少脫氧鋁的使用量。此外，資料顯示，電解鋁灰中的鋁及Al2O3與普通產品的晶格結構不同，具有更高的化學活性。

2 CaO－Al2O3基精煉渣的冶金性能

2.1 Al2O3/CaO比值對精煉渣熔點和粘度的影響

精煉渣的粘度對鋼渣界面反應的動力學條件具有很大的影響。冶煉爐頂渣組分、溫度同時又是冶煉爐頂渣渣粘度控制的主要因素。頂渣組分與頂渣粘度的關系如圖1所示。

圖1 Al2O3/CaO對精煉渣粘度的影響

由圖1可以看出，Al2O3/CaO 處于0.8～1.0區間時，熔渣的粘度存在最低值，二者較易形成低熔點、流動性好的12 CaO ·7Al2O3化合物［2］，同時渣中的CaO離解產生的O2－，促使復雜的硅氧離子裂解為簡單的硅氧離子，使得渣粘度降低。隨著CaO含量的持續增加，則會產生一定量的3CaO·3Al2O3高熔點化合物，使粘度提高。

當Al2O3/CaO＜1.1時，隨 Al2O3/CaO增加，精煉渣熔化溫度升高;當Al2O3/CaO=1.1～1.2 時，精煉渣溫度下降。這是由于隨著Al2O3/CaO增加，渣中形成的高熔點的鋁鎂尖晶石向低熔點的化合物轉變，使渣的熔化溫度呈下降趨勢，如圖2所示。

圖2 Al2O3/CaO對精煉渣熔化溫度的影響

由圖2可以看出，Al2O3/CaO值控制在0.6～0.9時，可以保證精煉渣具有較低的熔點和較高的流動性，為脫氧、脫硫提供良好的動力學條件。

2.2 CaO－Al2O3基精煉渣的脫硫性能

在精煉脫硫渣系中，對脫硫起主要作用的組元是CaO，其含量的高低直接影響脫硫效果。Al2O3的作用比較復雜，其本身呈酸性，沒有脫硫作用，而且在一定程度上降低熔渣的堿度，然而從另一角度，Al2O3在一定成分范圍內，可以降低熔渣熔點并提高流動性，促進脫硫反應進行，提高熔渣的硫容量(Ls)。CaO－Al2O3－SiO2三元渣系各組元成分與Ls的關系如圖3所示。

圖3 CaO－Al2O3－SiO2三元渣系硫分配比(1600℃，(MgO)=5%)

由圖3可以看出，當 w(CaO)=50～55%，w(Al2O3)=25～30%，w(Al2O3)/w(CaO)=0.5－0.6時，渣系具有較高的硫容量。

東北大學孟勁松等人試驗證明［3］，當熔渣堿度控制在9～12，w(Al2O3)≈30%時，具有最高的脫硫率。

圖4w(CaO)/w(SiO2)和w(Al2O3)含量對脫硫率的影響

曼內斯曼指數 MI=［w(CaO)/w(SiO2)］/w(Al2O3)，反映了“保證一定渣堿度的情況下，使爐渣具有一定的流動性”。研究表明，隨著MI的降低，硫的分配比越高，當 MI=0.2～0.4時，熔渣具有較大的硫分配比。

2.3 CaO－Al2O3基精煉渣吸附氧化物夾雜的能力

顏根發等人研究表明［4］，CaO－Al2O3渣系吸附氧化物夾雜的能力，與Al2O3/CaO具有密切的關系。從熱力學角度看，CaO/Al2O3比值低(0.5～0.62)，則 αAl2O3低(≤0.02)，有利于鋼液中氧化物夾雜的降低;從動力學角度看，CaO/Al2O3比值高(0.8～0.91)，則有利于夾雜物的排出。結合上述兩點，適宜吸附夾雜物的熔渣CaO/Al2O3比值應控制在(0.58～0.71)。

2.4 熔渣的氧化性

熔渣中(FeO)和(MnO)含量的高低是爐渣氧化性的重要標志，不僅影響鋼液脫硫效率，也是鋼液中T［O］有嚴重影響。冶煉高品質鋼則應嚴格控制(FeO+MnO)≤1%。

3 Al2O3－Al基鋼包改質劑工業性試驗

3.1 試驗過程

從太鋼180 t－LF爐進行了Al2O3－Al基鋼包改質劑工業性試驗，試驗鋼種為Q235、X80等品種。并與鋁酸鈣精煉渣效果進行了對比。試驗用鋼包精煉渣的化學成分見表1。

表1 鋼包精煉渣的化學成分

Al2O3－Al基鋼包改質劑的加入方式是隨鋼流加入，同時加入一定量的石灰;鋁酸鈣精煉渣的的加入方式是隨鋼流加入，并加入一定量的石灰及螢石。

3.2 試驗結果分析

3.2.1 熔渣化學成分

兩種精煉渣的熔渣化學成分見表2。

表2 熔渣化學成分%

1)兩種渣系Al2O3/w(CaO)初始及終渣均控制在0.6～0.7之間，MI指數說明兩種渣系具有較低的熔點及較好的流動性，為脫氧、脫硫、吸附B類夾雜物提供了良好的動力學條件。

2)Al2O3－Al基渣系的初始渣堿度高于鋁酸鈣精煉渣，終渣堿度大致相當，成渣速度較快。根據孟慶松理論，Al2O3－Al基渣系，在精煉初始階段應有較高的脫硫率。

3)Al2O3－Al基渣系終渣的(TFe+MnO)低于鋁酸鈣精煉渣，具有較強的脫氧能力。

4)Al2O3－Al基渣含有少量F－，是由于轉爐下渣所致。因此Al2O3－Al基渣系可以形成無氟渣或低氟渣，無需配入CaF助熔劑。

3.2.2 熔渣脫硫能力

使用兩種渣系在LF爐的［S］變化趨勢如圖5所示。

圖5 LF爐［S］的變化

由圖5可以看出，Al2O3－Al基渣系的初始渣堿度R高于鋁酸鈣精煉渣，終渣堿度大致相當，成渣速度較快，鋼包在吹氬站攪拌3 min時，即呈現“黃白渣”。在LF精煉前10 min Al2O3－Al基渣系具有較高脫硫速率。隨著時間的延長，產品［S］接近一致。根據不同的爐次，兩種渣系的LS在220～830之間，具有很高的硫容量。

3.2.3 鋼包改質劑脫氧

鋼包改質劑對鋼液脫氧的作用，主要是通過改質劑中鋁的強還原性將渣中的MnO、FeO、SiO2等不穩定氧化物，從而降低爐渣的氧化性來實現的。從脫氧的方式來講，更接近于擴散脫氧。根據鋼渣氧的分配原理，渣中MnO、FeO不穩定氧化物的降低，鋼中［O］也會隨著降低。

與采用鋁沉淀脫氧相比，在鋼液中生成的Al2O3夾雜物含量較少，上浮時間短，有利于減少鋼中的夾雜物，提高鋼質純凈度，金屬鋁的有效率更高。

3.2.4 B 類夾雜物的吸附

與CaO－SiO2－Al2O3渣系相比，Al2O3－Al基鋼包改質劑具有良好的B類夾雜物吸附能力。所有爐次X80成材后經金相檢測，B類夾雜物粗細為0級，細系0.5級，遠優于產品標準要求。

表3 兩類渣系對應X80鋼中夾雜物評定結果(金相評級法)

3.2.5 成本比較

采用Al2O3－Al基渣系由于含有一定量金屬鋁，及較高的Al2O3，與鋁酸鈣精煉渣相比，減少了鋁及螢石的加入量，同時主要成份是比較貴重的金屬鋁和煉鋼渣系中含量較少的Al2O3，渣系中必須的主要成份CaO由造渣過程中加入較廉價石灰來完成，與其它含較高的CaO的精煉渣更物有所值，成本優勢更加明顯。

表4 兩種渣系冶煉成本對比 元/t

4 結論

1)采用Al2O3－Al基渣系含有一定量金屬鋁，及較高的Al2O3，能夠在形成形成低熔點、流動性好的12 CaO·7Al2O3化合物，為擴散脫氧、脫硫提供了良好的動力學條件。

2)Al2O3－Al基渣系 Al2O3/w(CaO)控制在0.6～0.7之間，具有較強的脫硫能力及硫容量，并有良好的吸附B類夾雜物能力。

3)采用鋼包改制劑脫氧，與采用鋁沉淀脫氧相比，能夠減少鋼中夾雜物，提高鋼質純凈度。

4)Al2O3－Al基渣系可以形成無氟渣或低氟渣，無需配入CaF助熔劑，有利于環保。

5)與鋁酸鈣精煉渣相比，具有較低的原料成本。

［1］王世俊，張峰，劉曉晨，等.鋼包頂渣改質劑生產16MnR鋼的應用研究.鋼鐵，2008，43(4):27 －30

［2］陳躍峰，王雨.CaO－SiO2－MgO－Al2O3熔渣與鋼液間硫分配比的研究.鋼鐵:2007年中國鋼鐵年會論文集，2007:371－374

［3］孟勁松.LF爐精煉渣的開發和應用(博士學位論文).東北大學.2006.

［4］顏根發，黃志勇，劉洪波，等.CaO －Al2O3基鋼液優化劑的組成.山東冶金.2010，32(3):48 －50.

APPLICATION RESEARCH ON AL2O3－AL PROPERTY－OPTIMIZED MATERIAL IN 180 t CONVERTER－LF FURNACE

Li Daoming Wang Jingdong
(Sanxi Taigang Stainless Steel Stock Co.，Ltd)

It studies the metallurgical property of Al2O3－Al property－optimized material.The Al2O3－Al propertyoptimized material can form 12 CaO·7Al2O3compound with lower fusion point and better flowability.The compound shows good desulphurizing ability and sulphur capacity，better abosorbing B type inclusions power，It can improve cleanliness and form non－fluorine slag or lower －fluorine slag which has good society and economy efficiency.

Al2O3－Al property－optimized material desulphuration inclusions

*聯系人:李道明，高級工程師，山西.太原(030003)，山西太鋼不銹鋼股份有限公司品質部;

2012—8—16