Al2O3－Al基钢包改质剂在180 t转炉－LF炉的应用研究*

李道明 王竞东

(山西太钢不锈钢股份有限公司)

Al2O3－Al基钢包改质剂在180 t转炉－LF炉的应用研究*

李道明 王竞东

(山西太钢不锈钢股份有限公司)

对Al2O3－Al基钢水改质剂的冶金特性进行了研究。Al2O3－Al基渣系能够在形成形成低熔点、流动性好的12 CaO·7Al2O3化合物，具有较强的脱硫能力及硫容量，并有良好的吸附B类夹杂物能力，能够提高钢质纯净度，形成无氟渣或低氟渣，具有良好的社会效益和经济效益。

Al2O3－Al基钢包改质剂 脱硫 夹杂

0 前言

炼钢常用的精炼渣有CaO－CaF2、CaO－SiO2、CaO－Al2O3等渣系，各种渣系都不同的适用性和特点。CaO－Al2O3渣系由于其碱度高、脱硫能力强、氧势低、熔点低、成渣速度快、吸收夹杂物能力强等一系列优点，已被广泛应用于各种精炼工艺。

1 Al2O3－Al基钢包改质剂

Al2O3－Al基钢包改质剂(又称铝灰基钢包改质剂)，是由电解铝时铝液面上的熔渣或铝铸造铝液面上的粉渣，加工成粉状或压制成块状［1］。其化学成分一般含有20%以上的较细颗粒的金属铝，50%左右的Al2O3及较少量的SiO2和CaO。早在20世纪70年代后期，日本钢铁行业开始将铝灰用于普通电炉还原期冶炼，有较的缩短了还原时间。近年来，国内钢厂也应用了该类精炼渣系用于钢水的精炼，并取得了良好的效果。

Al2O3－Al基钢包改质剂与其它CaO－Al2O3渣系相比，Al2O3－Al钢包改质剂含有较高的细颗粒的金属铝。在转炉出钢过程中，按照一定比例加入Al2O3－Al钢包改质剂和石灰，经钢水混冲后完成炉渣改质并进行脱氧、脱硫反应，最终形成CaO－Al2O3渣系。

使用过程中充分利用出钢过程的动力学条件，还

原渣中的(FeO)，便于提前形成“白渣”;能够在精炼初期即形成高(Al2O3)系，降低了钢渣熔点，改善了流动性，可以减少萤石的使用量;可以减少脱氧铝的使用量。此外，资料显示，电解铝灰中的铝及Al2O3与普通产品的晶格结构不同，具有更高的化学活性。

2 CaO－Al2O3基精炼渣的冶金性能

2.1 Al2O3/CaO比值对精炼渣熔点和粘度的影响

精炼渣的粘度对钢渣界面反应的动力学条件具有很大的影响。冶炼炉顶渣组分、温度同时又是冶炼炉顶渣渣粘度控制的主要因素。顶渣组分与顶渣粘度的关系如图1所示。

图1 Al2O3/CaO对精炼渣粘度的影响

由图1可以看出，Al2O3/CaO 处于0.8～1.0区间时，熔渣的粘度存在最低值，二者较易形成低熔点、流动性好的12 CaO ·7Al2O3化合物［2］，同时渣中的CaO离解产生的O2－，促使复杂的硅氧离子裂解为简单的硅氧离子，使得渣粘度降低。随着CaO含量的持续增加，则会产生一定量的3CaO·3Al2O3高熔点化合物，使粘度提高。

当Al2O3/CaO＜1.1时，随 Al2O3/CaO增加，精炼渣熔化温度升高;当Al2O3/CaO=1.1～1.2 时，精炼渣温度下降。这是由于随着Al2O3/CaO增加，渣中形成的高熔点的铝镁尖晶石向低熔点的化合物转变，使渣的熔化温度呈下降趋势，如图2所示。

图2 Al2O3/CaO对精炼渣熔化温度的影响

由图2可以看出，Al2O3/CaO值控制在0.6～0.9时，可以保证精炼渣具有较低的熔点和较高的流动性，为脱氧、脱硫提供良好的动力学条件。

2.2 CaO－Al2O3基精炼渣的脱硫性能

在精炼脱硫渣系中，对脱硫起主要作用的组元是CaO，其含量的高低直接影响脱硫效果。Al2O3的作用比较复杂，其本身呈酸性，没有脱硫作用，而且在一定程度上降低熔渣的碱度，然而从另一角度，Al2O3在一定成分范围内，可以降低熔渣熔点并提高流动性，促进脱硫反应进行，提高熔渣的硫容量(Ls)。CaO－Al2O3－SiO2三元渣系各组元成分与Ls的关系如图3所示。

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

由图3可以看出，当 w(CaO)=50～55%，w(Al2O3)=25～30%，w(Al2O3)/w(CaO)=0.5－0.6时，渣系具有较高的硫容量。

东北大学孟劲松等人试验证明［3］，当熔渣碱度控制在9～12，w(Al2O3)≈30%时，具有最高的脱硫率。

图4w(CaO)/w(SiO2)和w(Al2O3)含量对脱硫率的影响

曼内斯曼指数 MI=［w(CaO)/w(SiO2)］/w(Al2O3)，反映了“保证一定渣碱度的情况下，使炉渣具有一定的流动性”。研究表明，随着MI的降低，硫的分配比越高，当 MI=0.2～0.4时，熔渣具有较大的硫分配比。

2.3 CaO－Al2O3基精炼渣吸附氧化物夹杂的能力

颜根发等人研究表明［4］，CaO－Al2O3渣系吸附氧化物夹杂的能力，与Al2O3/CaO具有密切的关系。从热力学角度看，CaO/Al2O3比值低(0.5～0.62)，则 αAl2O3低(≤0.02)，有利于钢液中氧化物夹杂的降低;从动力学角度看，CaO/Al2O3比值高(0.8～0.91)，则有利于夹杂物的排出。结合上述两点，适宜吸附夹杂物的熔渣CaO/Al2O3比值应控制在(0.58～0.71)。

2.4 熔渣的氧化性

熔渣中(FeO)和(MnO)含量的高低是炉渣氧化性的重要标志，不仅影响钢液脱硫效率，也是钢液中T［O］有严重影响。冶炼高品质钢则应严格控制(FeO+MnO)≤1%。

3 Al2O3－Al基钢包改质剂工业性试验

3.1 试验过程

从太钢180 t－LF炉进行了Al2O3－Al基钢包改质剂工业性试验，试验钢种为Q235、X80等品种。并与铝酸钙精炼渣效果进行了对比。试验用钢包精炼渣的化学成分见表1。

表1 钢包精炼渣的化学成分

Al2O3－Al基钢包改质剂的加入方式是随钢流加入，同时加入一定量的石灰;铝酸钙精炼渣的的加入方式是随钢流加入，并加入一定量的石灰及萤石。

3.2 试验结果分析

3.2.1 熔渣化学成分

两种精炼渣的熔渣化学成分见表2。

表2 熔渣化学成分%

1)两种渣系Al2O3/w(CaO)初始及终渣均控制在0.6～0.7之间，MI指数说明两种渣系具有较低的熔点及较好的流动性，为脱氧、脱硫、吸附B类夹杂物提供了良好的动力学条件。

2)Al2O3－Al基渣系的初始渣碱度高于铝酸钙精炼渣，终渣碱度大致相当，成渣速度较快。根据孟庆松理论，Al2O3－Al基渣系，在精炼初始阶段应有较高的脱硫率。

3)Al2O3－Al基渣系终渣的(TFe+MnO)低于铝酸钙精炼渣，具有较强的脱氧能力。

4)Al2O3－Al基渣含有少量F－，是由于转炉下渣所致。因此Al2O3－Al基渣系可以形成无氟渣或低氟渣，无需配入CaF助熔剂。

3.2.2 熔渣脱硫能力

使用两种渣系在LF炉的［S］变化趋势如图5所示。

图5 LF炉［S］的变化

由图5可以看出，Al2O3－Al基渣系的初始渣碱度R高于铝酸钙精炼渣，终渣碱度大致相当，成渣速度较快，钢包在吹氩站搅拌3 min时，即呈现“黄白渣”。在LF精炼前10 min Al2O3－Al基渣系具有较高脱硫速率。随着时间的延长，产品［S］接近一致。根据不同的炉次，两种渣系的LS在220～830之间，具有很高的硫容量。

3.2.3 钢包改质剂脱氧

钢包改质剂对钢液脱氧的作用，主要是通过改质剂中铝的强还原性将渣中的MnO、FeO、SiO2等不稳定氧化物，从而降低炉渣的氧化性来实现的。从脱氧的方式来讲，更接近于扩散脱氧。根据钢渣氧的分配原理，渣中MnO、FeO不稳定氧化物的降低，钢中［O］也会随着降低。

与采用铝沉淀脱氧相比，在钢液中生成的Al2O3夹杂物含量较少，上浮时间短，有利于减少钢中的夹杂物，提高钢质纯净度，金属铝的有效率更高。

3.2.4 B 类夹杂物的吸附

与CaO－SiO2－Al2O3渣系相比，Al2O3－Al基钢包改质剂具有良好的B类夹杂物吸附能力。所有炉次X80成材后经金相检测，B类夹杂物粗细为0级，细系0.5级，远优于产品标准要求。

表3 两类渣系对应X80钢中夹杂物评定结果(金相评级法)

3.2.5 成本比较

采用Al2O3－Al基渣系由于含有一定量金属铝，及较高的Al2O3，与铝酸钙精炼渣相比，减少了铝及萤石的加入量，同时主要成份是比较贵重的金属铝和炼钢渣系中含量较少的Al2O3，渣系中必须的主要成份CaO由造渣过程中加入较廉价石灰来完成，与其它含较高的CaO的精炼渣更物有所值，成本优势更加明显。

表4 两种渣系冶炼成本对比 元/t

4 结论

1)采用Al2O3－Al基渣系含有一定量金属铝，及较高的Al2O3，能够在形成形成低熔点、流动性好的12 CaO·7Al2O3化合物，为扩散脱氧、脱硫提供了良好的动力学条件。

2)Al2O3－Al基渣系 Al2O3/w(CaO)控制在0.6～0.7之间，具有较强的脱硫能力及硫容量，并有良好的吸附B类夹杂物能力。

3)采用钢包改制剂脱氧，与采用铝沉淀脱氧相比，能够减少钢中夹杂物，提高钢质纯净度。

4)Al2O3－Al基渣系可以形成无氟渣或低氟渣，无需配入CaF助熔剂，有利于环保。

5)与铝酸钙精炼渣相比，具有较低的原料成本。

［1］王世俊，张峰，刘晓晨，等.钢包顶渣改质剂生产16MnR钢的应用研究.钢铁，2008，43(4):27 －30

［2］陈跃峰，王雨.CaO－SiO2－MgO－Al2O3熔渣与钢液间硫分配比的研究.钢铁:2007年中国钢铁年会论文集，2007:371－374

［3］孟劲松.LF炉精炼渣的开发和应用(博士学位论文).东北大学.2006.

［4］颜根发，黄志勇，刘洪波，等.CaO －Al2O3基钢液优化剂的组成.山东冶金.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

*联系人:李道明，高级工程师，山西.太原(030003)，山西太钢不锈钢股份有限公司品质部;

2012—8—16