工業鋁灰 (AD粉)在煉鋼生產中應用與分析

王文虎 李冰 孟顯祖 許軍民

(河南濟源鋼鐵集團有限公司)

工業鋁灰 (AD粉)在煉鋼生產中應用與分析

王文虎 李冰 孟顯祖 許軍民

(河南濟源鋼鐵集團有限公司)

介紹了工業鋁灰(AD粉)在LF爐中代替螢石分別在硅錳鎮靜鋼和鋁鎮靜鋼上的應用情況。通過對工業鋁灰(AD粉)進行無害化處理,在改善渣況,強化了脫氧、去夾雜的同時,有效的解決了鋼中增氮問題,降低了生產成本。

工業鋁灰 脫氧 去夾雜 無害化處理

0 前言

傳統上螢石一直是煉鋼造渣的主要化渣劑,隨著環保意識的增強,隨著資源衰竭與價格攀升,隨著循環經濟的發展,使用含 Al2O3物料代替螢石,正成為趨勢:一是鐵礬土代替螢石在轉爐、電爐中使用[1]。二是含Al2O3的預熔渣和渣洗劑、鋁礬土代替螢石在 LF、VD、RH中使用[2]。三是使用工業Al2O3粉代替螢石在 LF、VD、RH中使用。四是使用工業鋁灰 (又稱 AD粉,活性鋁)代替螢石在 LF、VD、RH爐中使用。這四種趨勢中,各有利弊,但第四種趨勢符合循環經濟的要求,有利于降低成本,河南濟鋼經過分析對比后采用了第四種趨勢。下面筆者就工業鋁灰 (AD粉)在 LF爐中代替螢石分別在硅錳鎮靜鋼和鋁鎮靜鋼上的應用情況作一介紹。

1 工業鋁灰介紹

工業鋁灰是電解鋁工業中的除塵灰及電解槽下的飛濺物質,其成分較為復雜,含有大量的 Al2O3、AlN、金屬鋁和氟化物。其應用在上世紀 50年代國內就已有報道,但當時由于化驗裝備落后,不能正確評價其脫氧原理和脫氧效果。90年代后日本向中國出口一種名叫 AD粉的物質,用于脫氧造渣,反應速度快,效果較好。經研究雷同于國內鋁灰,但某些指標尚有差別,據相關報道日本、韓國將工業鋁灰作了相關處理 (如去 N,活性化)后,產生 AD粉,效果更好。

由于工業鋁灰中富含 Al2O3、Al、氟化物,正好符合現在 LF爐造渣要求,因此逐步得到青睞。但由于其成分復雜 (如含 N等),也給其推廣帶來不利,濟鋼為推進鋁灰應用工作,進行了大量試驗,趨利避害,逐步掌握了其使用方法。

2 工業鋁灰應用狀況

2.1 解決入廠成分檢測問題

由于工業鋁灰成分復雜,濟鋼與洛陽、鄭州多個研究所合作,采用氟鹽置換 EDTA法進行化驗分析,解決了化驗分析問題,并制定出工業鋁灰入廠檢驗標準 (見表 1)。

表1 工業鋁灰入廠檢驗標準 w%

2.2 生產工藝

2.2.1 濟鋼煉鋼工藝路線

濟鋼煉鋼工藝路線:600 t混鐵爐→60 t轉爐→60 tLF爐→150 mm ×150 mm方坯連鑄機 (過程全自動保護澆注、液面自動控制、結晶器 +末端電磁攪拌)→切割→自動打號→熱軋。

2.2.2 濟鋼 LF工藝介紹

濟鋼主要生產高端線材 (如 70#、30MnSi)及中、高端棒材 (如 GCr15、20C rMnTi、45UC)等 ,由于線材與棒材對鋼特性要求不同,因此采用兩種造渣工藝:

1)硅錳鎮靜鋼線材將堿度控制在 2.8左右,Al2O3<10%。故采用石灰、預熔渣、螢石造渣。

2)鋁鎮靜鋼棒材將堿度控制在 4.0左右,Al2O3在 18%左右。故采用鋁脫氧產物、石灰、預熔渣、含Al2O3物質造渣。濟鋼在兩種工藝均進行了 AD粉試驗跟蹤。

3 生產實踐

3.1 鋁鎮靜鋼

在 45UC鋼上進行使用,在精煉爐使用 AD粉100 kg/爐,與同等條件下未使用 AD粉的爐次進行對比 ,見表 2。

表2 精煉爐使用 AD粉 (100 kg/爐)前后對比

由表 2可以看出,精煉爐使用 AD粉 100 kg/爐代替螢石后,渣中 Al2O3平均含量為 18.02%,升高0.78%。渣堿度平均在 3.98。

由于渣中 Al2O3的提高,渣子熔點得到降低,化渣時間降低,渣子流動性良好,一般送電 3 min后電流穩定,能夠更好的發泡、埋弧、改善渣況,進一步強化了脫氧、去夾雜。

使用 AD粉后,精煉爐升溫速度提高 0.6℃/min,脫硫率提高 1.3%,但出站 N含量明顯增高,平均為 79 ×10-6,較不使用 AD粉增加 38 ×10-6。

3.2 硅錳鎮靜鋼

在 65#鋼上進行使用,在精煉爐使用 AD粉 100 kg/爐～120 kg/爐,與同等條件下未使用 AD粉的爐次進行對比見表 3。

表3 精煉爐使用 AD粉 (100～120 kg/爐)前后對比

由表 3可以看出,精煉爐使用AD粉 100 kg～120 kg代替螢石后,精煉渣中 Al2O3可達到 11%左右,渣堿度平均在 2.93,能夠起到改善渣況的作用。使用AD粉后,沒有造成鋼中 Als的增加,未發現對鋼水流動性產生不良影響,但出站N含量明顯增高。平均為55.7 ×10-6,較不使用 AD粉增加 18.7 ×10-6。

3.3 AD粉過程增氮控制

使用 AD粉后,起到了降低成本、穩定渣系、降低鋼中夾雜的作用,但鋼中氮含量明顯增加。而鋼中N含量高,影響鋼基體的連續性和塑韌性,同時氮化物的析出為結瘤產物的形成提供了動力學條件,因此減少過程增氮是煉鋼控制的關鍵因素。

3.3.1 AD粉無害化處理后,成分中氮含量變化情況

AD粉中A lN是原子晶體,屬類金剛石氮化物。室溫下與水緩慢反應,可由鋁粉在氨或氮氣氛中 800℃～1000℃合成,產物為白色到灰藍色粉末?；蛴葾l2O3-C-N2體系在 1600℃～1750℃反應合成,產物為灰白色粉末。或氯化鋁與氨經氣相反應制得.涂層可由AlCl3-NH3體系通過氣相沉積法合成。

為解決使用 AD粉后鋼中增 N現象,根據式(1)和式 (2)反應原理做試驗:將 AD粉加水混合后進行烘烤 (將 AD粉用水混合成干泥狀,然后裝入合金罐,將合金罐吊入鋼包內,在烤包位用煤氣烘烤24 h,然后分裝成 10 kg的小袋備用),與使用原 AD粉進行對比,分析 AD粉中 N含量 (見表 4)。

表4 AD粉無害化處理前后指標對比 w%

從表 4可以看出,AD粉加水混合進行烘烤,改變了 AD粉的組分,成分中 N含量明顯降低。3.3.2 AD粉無害化處理后的使用情況

將無害化處理后的 AD粉與無害化處理前的AD粉,在同等條件下分別添加到 45UC鋼鋼水內,渣系及鋼中 N含量數據采集見表 5。

從表 5可以看出,加水進行烘烤處理后的 AD粉,在 45UC鋼上進行使用,渣系沒有明顯變化。但鋼水中的N含量明顯降低。解決了大量使用AD粉的增 N問題。

表5 渣系及鋼中N含量數據

3.3.3 重新制定 AD粉標準

根據AD粉無害化處理后的使用情況,重新制定出工業鋁灰 (AD粉)入廠檢驗標準 (見表 6)。

表6 工業鋁灰入廠檢驗標準 w%

4 結語

1)工業鋁灰 (AD粉)在 LF爐中代替螢石,生產Al鎮靜鋼時,精煉渣中 Al2O3可達到 18%左右,渣子熔點降低,化渣時間縮短,渣子流動性良好,一般送電 3 min后電流穩定,能夠更好的發泡、埋弧、改善渣況、脫氧、去夾雜。但出站N含量明顯增高。

2)工業鋁灰 (AD粉)在 LF爐中代替螢石,生產Si-Mn鎮靜鋼時,精煉渣中 Al2O3可達到 11%左右,渣堿度平均在 2.8左右。沒有造成鋼中 Als的增加,未對鋼水流動性產生不良影響。

3)加水進行烘烤處理后的工業鋁灰 (AD粉),與未經過加水烘烤處理工業鋁灰 (AD粉),在同等條件下分別添加到鋼水中,鋼中的N含量明顯降低。

[1] 孟勁松,蔣茂發,朱英雄.復吹轉爐應用無氟造渣劑——鐵礬土的生產實踐.煉鋼,2005,21(2):1-3.

[2] 馬春生,林東.新型合成渣精煉技術的開發與應用.煉鋼,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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聯系人:王文虎,副廠長,工程師,河南.濟源 (454650),河南濟源鋼鐵集團有限公司煉鋼廠;

2010—11—16