工业铝灰 (AD粉)在炼钢生产中应用与分析

王文虎 李冰 孟显祖 许军民

(河南济源钢铁集团有限公司)

工业铝灰 (AD粉)在炼钢生产中应用与分析

王文虎 李冰 孟显祖 许军民

(河南济源钢铁集团有限公司)

介绍了工业铝灰(AD粉)在LF炉中代替萤石分别在硅锰镇静钢和铝镇静钢上的应用情况。通过对工业铝灰(AD粉)进行无害化处理,在改善渣况,强化了脱氧、去夹杂的同时,有效的解决了钢中增氮问题,降低了生产成本。

工业铝灰 脱氧 去夹杂 无害化处理

0 前言

传统上萤石一直是炼钢造渣的主要化渣剂,随着环保意识的增强,随着资源衰竭与价格攀升,随着循环经济的发展,使用含 Al2O3物料代替萤石,正成为趋势:一是铁矾土代替萤石在转炉、电炉中使用[1]。二是含Al2O3的预熔渣和渣洗剂、铝矾土代替萤石在 LF、VD、RH中使用[2]。三是使用工业Al2O3粉代替萤石在 LF、VD、RH中使用。四是使用工业铝灰 (又称 AD粉,活性铝)代替萤石在 LF、VD、RH炉中使用。这四种趋势中,各有利弊,但第四种趋势符合循环经济的要求,有利于降低成本,河南济钢经过分析对比后采用了第四种趋势。下面笔者就工业铝灰 (AD粉)在 LF炉中代替萤石分别在硅锰镇静钢和铝镇静钢上的应用情况作一介绍。

1 工业铝灰介绍

工业铝灰是电解铝工业中的除尘灰及电解槽下的飞溅物质,其成分较为复杂,含有大量的 Al2O3、AlN、金属铝和氟化物。其应用在上世纪 50年代国内就已有报道,但当时由于化验装备落后,不能正确评价其脱氧原理和脱氧效果。90年代后日本向中国出口一种名叫 AD粉的物质,用于脱氧造渣,反应速度快,效果较好。经研究雷同于国内铝灰,但某些指标尚有差别,据相关报道日本、韩国将工业铝灰作了相关处理 (如去 N,活性化)后,产生 AD粉,效果更好。

由于工业铝灰中富含 Al2O3、Al、氟化物,正好符合现在 LF炉造渣要求,因此逐步得到青睐。但由于其成分复杂 (如含 N等),也给其推广带来不利,济钢为推进铝灰应用工作,进行了大量试验,趋利避害,逐步掌握了其使用方法。

2 工业铝灰应用状况

2.1 解决入厂成分检测问题

由于工业铝灰成分复杂,济钢与洛阳、郑州多个研究所合作,采用氟盐置换 EDTA法进行化验分析,解决了化验分析问题,并制定出工业铝灰入厂检验标准 (见表 1)。

表1 工业铝灰入厂检验标准 w%

2.2 生产工艺

2.2.1 济钢炼钢工艺路线

济钢炼钢工艺路线:600 t混铁炉→60 t转炉→60 tLF炉→150 mm ×150 mm方坯连铸机 (过程全自动保护浇注、液面自动控制、结晶器 +末端电磁搅拌)→切割→自动打号→热轧。

2.2.2 济钢 LF工艺介绍

济钢主要生产高端线材 (如 70#、30MnSi)及中、高端棒材 (如 GCr15、20C rMnTi、45UC)等 ,由于线材与棒材对钢特性要求不同,因此采用两种造渣工艺:

1)硅锰镇静钢线材将碱度控制在 2.8左右,Al2O3<10%。故采用石灰、预熔渣、萤石造渣。

2)铝镇静钢棒材将碱度控制在 4.0左右,Al2O3在 18%左右。故采用铝脱氧产物、石灰、预熔渣、含Al2O3物质造渣。济钢在两种工艺均进行了 AD粉试验跟踪。

3 生产实践

3.1 铝镇静钢

在 45UC钢上进行使用,在精炼炉使用 AD粉100 kg/炉,与同等条件下未使用 AD粉的炉次进行对比 ,见表 2。

表2 精炼炉使用 AD粉 (100 kg/炉)前后对比

由表 2可以看出,精炼炉使用 AD粉 100 kg/炉代替萤石后,渣中 Al2O3平均含量为 18.02%,升高0.78%。渣碱度平均在 3.98。

由于渣中 Al2O3的提高,渣子熔点得到降低,化渣时间降低,渣子流动性良好,一般送电 3 min后电流稳定,能够更好的发泡、埋弧、改善渣况,进一步强化了脱氧、去夹杂。

使用 AD粉后,精炼炉升温速度提高 0.6℃/min,脱硫率提高 1.3%,但出站 N含量明显增高,平均为 79 ×10-6,较不使用 AD粉增加 38 ×10-6。

3.2 硅锰镇静钢

在 65#钢上进行使用,在精炼炉使用 AD粉 100 kg/炉～120 kg/炉,与同等条件下未使用 AD粉的炉次进行对比见表 3。

表3 精炼炉使用 AD粉 (100～120 kg/炉)前后对比

由表 3可以看出,精炼炉使用AD粉 100 kg～120 kg代替萤石后,精炼渣中 Al2O3可达到 11%左右,渣碱度平均在 2.93,能够起到改善渣况的作用。使用AD粉后,没有造成钢中 Als的增加,未发现对钢水流动性产生不良影响,但出站N含量明显增高。平均为55.7 ×10-6,较不使用 AD粉增加 18.7 ×10-6。

3.3 AD粉过程增氮控制

使用 AD粉后,起到了降低成本、稳定渣系、降低钢中夹杂的作用,但钢中氮含量明显增加。而钢中N含量高,影响钢基体的连续性和塑韧性,同时氮化物的析出为结瘤产物的形成提供了动力学条件,因此减少过程增氮是炼钢控制的关键因素。

3.3.1 AD粉无害化处理后,成分中氮含量变化情况

AD粉中A lN是原子晶体,属类金刚石氮化物。室温下与水缓慢反应,可由铝粉在氨或氮气氛中 800℃～1000℃合成,产物为白色到灰蓝色粉末。或由Al2O3-C-N2体系在 1600℃～1750℃反应合成,产物为灰白色粉末。或氯化铝与氨经气相反应制得.涂层可由AlCl3-NH3体系通过气相沉积法合成。

为解决使用 AD粉后钢中增 N现象,根据式(1)和式 (2)反应原理做试验:将 AD粉加水混合后进行烘烤 (将 AD粉用水混合成干泥状,然后装入合金罐,将合金罐吊入钢包内,在烤包位用煤气烘烤24 h,然后分装成 10 kg的小袋备用),与使用原 AD粉进行对比,分析 AD粉中 N含量 (见表 4)。

表4 AD粉无害化处理前后指标对比 w%

从表 4可以看出,AD粉加水混合进行烘烤,改变了 AD粉的组分,成分中 N含量明显降低。3.3.2 AD粉无害化处理后的使用情况

将无害化处理后的 AD粉与无害化处理前的AD粉,在同等条件下分别添加到 45UC钢钢水内,渣系及钢中 N含量数据采集见表 5。

从表 5可以看出,加水进行烘烤处理后的 AD粉,在 45UC钢上进行使用,渣系没有明显变化。但钢水中的N含量明显降低。解决了大量使用AD粉的增 N问题。

表5 渣系及钢中N含量数据

3.3.3 重新制定 AD粉标准

根据AD粉无害化处理后的使用情况,重新制定出工业铝灰 (AD粉)入厂检验标准 (见表 6)。

表6 工业铝灰入厂检验标准 w%

4 结语

1)工业铝灰 (AD粉)在 LF炉中代替萤石,生产Al镇静钢时,精炼渣中 Al2O3可达到 18%左右,渣子熔点降低,化渣时间缩短,渣子流动性良好,一般送电 3 min后电流稳定,能够更好的发泡、埋弧、改善渣况、脱氧、去夹杂。但出站N含量明显增高。

2)工业铝灰 (AD粉)在 LF炉中代替萤石,生产Si-Mn镇静钢时,精炼渣中 Al2O3可达到 11%左右,渣碱度平均在 2.8左右。没有造成钢中 Als的增加,未对钢水流动性产生不良影响。

3)加水进行烘烤处理后的工业铝灰 (AD粉),与未经过加水烘烤处理工业铝灰 (AD粉),在同等条件下分别添加到钢水中,钢中的N含量明显降低。

[1] 孟劲松,蒋茂发,朱英雄.复吹转炉应用无氟造渣剂——铁矾土的生产实践.炼钢,2005,21(2):1-3.

[2] 马春生,林东.新型合成渣精炼技术的开发与应用.炼钢,2010,26(5):8-10,24.

INDUSTRIAL ALUM INUM ASH(AD POWDER)IN STEELMAKING PRODUCTION APPL ICATION AND ANALYSIS

WangWenhu LiBing Meng Xianzu Xu Junmin

(Henan Jiyuan Steel(Group)Co.,Ltd)

Industrial aluminum ash(AD powder)in LF furnace instead of fluorite respectively in silicon manganese steel and aluminum calm steel sedation application.Based on industrial aluminum ash(AD powder)free-pollution disposal,in improving slag smicer,strengthened the deoxidizing and to inclusion and effectively solve the problems in steel increased nitrogen,to reduce the production cost.

industrial aluminum ash deoxidizing to inclusion free-pollution disposal

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联系人:王文虎,副厂长,工程师,河南.济源 (454650),河南济源钢铁集团有限公司炼钢厂;

2010—11—16