專利名稱：用硝酸鈣使煉鋼渣起泡的方法及硝酸鈣的這種應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使煉鋼渣起泡的方法以及把硝酸鈣用作煉鋼中的渣起泡劑。
在煉鋼中使用電弧爐、轉(zhuǎn)爐、盛鋼桶是煉鋼專業(yè)的技術(shù)人員眾所周知的技術(shù)，參見T.Abel.Engh；“Principles of Metal Refining”，Oxford Science Publications，ISBN 0-19-856337-X，(1992)。
電弧冶煉工藝與其它煉鋼工藝的區(qū)別在于其把廢鋼鐵用作主要爐料。在冶煉周期初始階段內(nèi)，把廢鋼鐵加入爐中并且通過使電流經(jīng)過爐子的石墨電極來熔化廢鋼鐵。在熔化過程中加入造渣劑，以防止熔融物被氧化。在初始熔化階段內(nèi)，在爐料表面上形成了渣，這些渣在整個(gè)冶煉過程中始終存在，直到開口放熱。渣層成分取決于熔融物中的雜質(zhì)并且還取決于熔融物的添加材料。在熔化后，鋼水被轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)爐和盛鋼桶中。
最近幾年，鋼廠曾試圖獲得產(chǎn)生泡沫渣的好方法，因?yàn)檫@樣的方法帶來了幾個(gè)工藝優(yōu)點(diǎn)。泡沫渣將產(chǎn)生更好的絕熱性能，這意味著電弧爐的熱損失更小。防止耐火磚和電極受到電弧輻射，這意味著使用壽命的延長并且減弱了聲音。電弧得到穩(wěn)定并且可以提高功率輸入，這帶來了更高的生產(chǎn)率。因此，在文獻(xiàn)中記載了不同的渣起泡法和渣起泡劑。
從US4528035中知道了一種使在熔化了煉鋼原材料后產(chǎn)生于煉鋼電弧爐中的渣起泡的方法，即當(dāng)在鋼水表面上的渣量至少為4英寸厚時(shí)，通過加入這樣的起泡劑來使渣起泡，即所述起泡劑主要包含氧化鈣(CaO)和游離碳(C)顆粒。
US4447265描述了一種用在電弧爐煉鋼中的渣起泡合成物和方法。這種合成物約占15wt％-80wt％(重量百分比)地含有碳源，余量基本上由鈣氧化物構(gòu)成，或者，合成物約占15wt％-30wt％地含有碳源，余量基本上由白云石石灰構(gòu)成。該方法包括在采用電弧爐煉鋼的過程中在初次熔化廢鋼鐵后在爐料中加入該發(fā)明的煉鋼添加成分。
從FR2634787中知道了一種通過靠近金屬-渣界面地吹氧并在與碳酸鹽物質(zhì)如石灰石或白云石混合前把碳化材料加入渣中來產(chǎn)生泡沫渣的方法。
從JP08041521中知道了如此在盛鋼桶中使渣起泡，即從熔融物上方加入含碳源的氮化鈣(CaCN)，由此如此造成渣體積增大，即盛鋼桶撇渣更有效。
不銹鋼渣很難起泡并且只是最近才研究出在電弧爐中產(chǎn)生泡沫渣的可靠方法。在Masucci，P.，Capodilupo，D.，Brascugli，G.(1993)的“用于在電弧爐中熔融的不銹鋼的泡沫渣”(Electric FurnaceProceedings，P289-24)中描述了這樣的方法。加入石灰石(碳酸鈣)和煤來產(chǎn)生泡沫。它們是由石灰石和冶金煤(碳含量為87％)的混合物構(gòu)成的，顆粒尺寸為0.5毫米-1毫米并且與淀粉粘結(jié)。石墨和石灰石之比為50/50。通過吹送大量氧氣并添加石灰石-煤內(nèi)核獲得了渣起泡。
對(duì)于目前的不銹鋼冶煉渣起泡法來說，為了獲得適當(dāng)?shù)呐菽?，渣的成分范圍不得不很窄。另一個(gè)缺點(diǎn)就是，數(shù)量不允許的合金元素Cr被氧化成Cr2O3并隨渣損失掉，參見M.Gornerup，Doctoral Thesis“Studies of Slag Metallurgy in stainless Steelmaking”，ISBN91-7170-205-9(1997)。
本發(fā)明的目的是要找到其它有效的起泡劑且尤其是在不銹鋼渣中產(chǎn)生泡沫的起泡劑。另一個(gè)目的是要避免與以前知道的起泡劑有關(guān)的缺陷。
通過權(quán)利要求書所限定的方法獲得本發(fā)明的這些和其它目的。
因此，本發(fā)明涉及一種使煉鋼渣起泡的方法，其中和碳一起把硝酸鈣加入渣中。可以用噴射氣體如空氣、二氧化碳或惰性氣體把硝酸鈣和碳送入渣中?？梢詥为?dú)噴入固態(tài)成分，或者用同一支噴槍噴入或作為預(yù)熔顆粒地噴入。對(duì)于盛鋼桶來說，從熔融物的上方加入硝酸鈣和碳。最好采用4∶1-2∶1的硝酸鈣與碳之比。為了形成不銹鋼渣，最好在通過噴射氣體把硝酸鈣和碳加入或噴入渣之前加入FeSi、Al或Mg?？梢园芽諝?、二氧化碳或惰性氣體用作噴射氣體。本發(fā)明還涉及把碳酸鈣用作煉鋼渣的起泡劑。本發(fā)明可以被用于在電弧爐和盛鋼桶中使渣起泡。
我們發(fā)現(xiàn)，硝酸鈣是有效的煉鋼渣起泡劑，尤其是用于不銹鋼的煉鋼渣起泡劑。
當(dāng)氣體被噴入渣中時(shí)，形成了氣泡。在泡沫頂面上的氣泡破裂消失。在穩(wěn)定狀態(tài)下，作為分隔氣泡的薄膜而被向上帶走的液體通過按上開裂過程而釋放出的液體的向下流動(dòng)而得到補(bǔ)償。如果氣體流動(dòng)停止，則薄膜隨著枯竭而變薄。隨后，當(dāng)達(dá)到臨界膜厚度時(shí)，氣泡破裂。
低合金鋼渣起泡對(duì)于低合金鋼冶煉渣來說，目前通過兩條主要路線來產(chǎn)生泡沫，這兩條路線都需要碳和氧氣反應(yīng)生成一氧化碳a)鋼中噴入的氧氣與結(jié)束于渣中的氧化鐵反應(yīng)，在以下步驟中，通過噴入碳減少了氧化鐵并且形成一氧化碳?xì)怏w。溶解于鋼中的碳也可有助于形成氣體。
b)碳(噴入渣中或溶于鋼中)和噴入氧氣直徑反應(yīng)而生成一氧化碳。
確定無疑的是，除一氧化碳外的其它氣體可以產(chǎn)生泡沫。因此，硝酸鈣和碳一起在煉鋼溫度下如此反應(yīng)
由于氧氣分壓力高并且由于存在鐵和氧化鈣，所以，產(chǎn)生了Fe2O3-CaO。
在電弧中把硝酸鈣用作產(chǎn)生泡沫渣的起泡劑將完成以下三重任務(wù)，即加入石灰石以提高渣的堿性(以便除去P、S)，輸入氣態(tài)成分N2、H2O以便促進(jìn)起泡并輸入氧氣以便與噴入碳反應(yīng)，產(chǎn)生也促進(jìn)起泡的一氧化碳?；煊刑嫉南跛徕}可以通過溜槽被加入或通過氣體或空氣并經(jīng)過噴槍被噴入渣中?？梢院谢虿缓鞣N結(jié)晶水成分Ca(NO3)2(H2O)x(x＝0-3)地使用硝酸鈣。也可以有各種其它的少量元素如銨等。
硝酸鈣尤其是在這樣的情況下是有意義的，即鋼中的氮當(dāng)在奧氏體不銹鋼中時(shí)是有益的，它改善了耐疤痕性能和強(qiáng)度。在一些非合金/低合金鋼中，氮將提高強(qiáng)度和淬透性。
不銹鋼渣的起泡通常，不銹鋼含有12％-30％的Cr和其它元素，Ni、Mo是其中最重要的元素。在含Cr的情況下必須降低碳含量決定了不銹鋼冶煉的特殊性。
目前，最常見的不銹鋼冶煉生產(chǎn)路線是在電弧爐中熔融低合金或不銹鋼廢料和鐵合金。在轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行脫碳、通過還原從表面渣中重新獲得Cr、除硫并調(diào)節(jié)鋼成分。
對(duì)于不銹鋼來說，直到最近才有人研究出了在電弧爐中產(chǎn)生適當(dāng)?shù)呐菽目煽糠椒?。其原因看起來是由渣中的Cr2O3造成的某些微妙作用。Cr2O3在電弧爐渣中具有低溶解性并且其中一部分作為固態(tài)第二相保留下來。這種鉻氧化物與碳很緩慢地反應(yīng)并生成一氧化碳并重新獲得Cr。
由于在泡沫渣中不需要Cr2O3，所以建議，與金屬相有關(guān)地盡可能少的造成不銹鋼渣中的一氧化碳起泡。首先，應(yīng)該加入FeSi、Al或Mg以防止鉻氧化并減少渣中的Cr2O3含量，隨后，應(yīng)該小心地把硝酸鈣和碳噴入渣中。單獨(dú)地或用相同的噴槍噴入固態(tài)成分，或者作為預(yù)熔顆粒地噴入。
通過以下例子來描述本發(fā)明。
可在市場上買到的工業(yè)級(jí)硝酸鈣(如Norsk Hydro ASA的Nitcal)具有接近Ca(NO3)2(NH4NO3)0.2(H2O)2并成直接約為2毫米～4毫米的顆粒狀。硝酸鈣與碳的混合比應(yīng)該為4∶1-2∶1。
各種工藝都是可行的1)單獨(dú)添加硝酸鈣或通過將攪動(dòng)渣的氣體(惰性氣體、空氣或二氧化碳)噴入，硝酸鈣將主要分解成氧化鈣渣和氧氣、氮?dú)狻⑺羝?，?.5摩爾氣體1公斤硝酸鈣(約5摩爾)可以產(chǎn)生約27.5摩爾氣體＝0.616Nm32)通過二氧化碳噴入硝酸鈣和碳，這將產(chǎn)生氧化鈣渣和氮?dú)?、一氧化碳和水蒸汽，?0摩爾氣體1公斤硝酸鈣+0.48公斤碳+0.22公斤二氧化碳→50摩爾氣體＝1.16Nm33)通過空氣噴入硝酸鈣和碳將產(chǎn)生氮?dú)狻⑺羝鸵谎趸細(xì)怏w，即15摩爾氣體1公斤硝酸鈣+0.3公斤碳+0.72公斤空氣→約75摩爾氣體＝1.7Nm34)通過氮?dú)饣蚨栊詺怏w噴入硝酸鈣和碳將產(chǎn)生氧化鈣渣和氮?dú)?、水蒸汽和一氧化碳?xì)怏w；，即8摩爾氣體作為噴入氣體，需要約0.05公斤(0.04Nm3)氮?dú)?每公斤硝酸鈣例子已經(jīng)進(jìn)行了示范實(shí)驗(yàn)。約1.5公斤的不銹鋼型AISI 302在坩堝中通過氣體火焰被熔化。在熔化后，約0.3公斤的硝酸鈣Nitcal被澆到熔融物頂面上。熔融物和坩堝的高溫造成硝酸鈣熔化、分解并放氣反應(yīng)，放出的氣體鼓泡沖出熔融的硝酸鈣并產(chǎn)生泡沫。在加入硝酸鈣后，分解周期約有2分鐘，并且硝酸鈣體積增大了約2到3倍地被轉(zhuǎn)換成泡沫狀物質(zhì)。
已經(jīng)在EAF中進(jìn)行了工業(yè)規(guī)模的Nitcal實(shí)驗(yàn)，其目的是要觀察Nitcal的起泡潛力和性能。在近300公斤的Nitcal/次熔煉(3.5公斤Nitcal/噸鋼)借助空氣被噴入熔融物中的同時(shí)，還單獨(dú)噴入了碳。盡管Nitcal含有結(jié)晶水成分，但沒有出現(xiàn)劇烈反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，Nitcal容易操作并容易通過簡單標(biāo)準(zhǔn)的噴射裝置被噴入EAF的熔融物中。觀察放出氣體和與碳的反應(yīng)。借助空氣的噴入將產(chǎn)生氧化環(huán)境，這將提高渣中的Cr2O3含量。如此和碳一起噴入Nitcal，即Nitcal中的氧與碳反應(yīng)而生成一氧化碳，這沒有提高EAF的NOx的水平。在EAF中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)該通過氮?dú)獠⒑妥懔康奶?1公斤Nitcal需要0.3公斤碳)一起噴入Nitcal，以便獲得還原環(huán)境和鉻更少地?fù)p失于渣中。
可以通過添加不同數(shù)量的硝酸鈣來獲得所需要的總泡沫高度。與目前的做法相比，必須添加約10公斤的硝酸鈣/噸鋼，以便獲得與目前做法的典型氣體放出量一致的氣體放出量。
權(quán)利要求
1.一種使煉鋼渣起泡的方法，其中只把硝酸鈣加入渣中，或和碳一起加入硝酸鈣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中用噴射氣體如空氣、氮?dú)?、一氧化碳或惰性氣體只把硝酸鈣噴入渣中，或噴入混有碳的硝酸鈣。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中單獨(dú)噴入固態(tài)成分或者用同一支噴槍噴入固態(tài)成分，或者作為預(yù)熔顆粒地噴入固態(tài)成分。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中只從熔融物的上方加入硝酸鈣或者加入混有碳的硝酸鈣。
5.如權(quán)利要求1-4所述的方法，其中硝酸鈣和碳之間的比例為4∶1-2∶1。
6.一種使不銹鋼渣起泡的方法，其中在通過噴射氣體把硝酸鈣和碳加入或噴入渣之前，加入FeSi、Al或Mg。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中空氣、氮?dú)?、二氧化碳或惰性氣體被用作噴射氣體。
8.把硝酸鈣用作煉鋼渣的起泡劑。
全文摘要
本發(fā)明涉及使煉鋼渣起泡的方法,其中單獨(dú)或和碳一起地把硝酸鈣加入渣中?？梢酝ㄟ^溜槽或噴槍而借助噴射氣體如空氣、二氧化碳或惰性氣體把硝酸鈣和碳送入渣中?？梢詥为?dú)噴入固態(tài)成分,或者用同一支噴槍噴入或作為預(yù)熔顆粒地噴入。對(duì)于盛鋼桶渣起泡來說,從熔融物上方加入硝酸鈣和碳。最好采用4∶1－2∶1的硝酸鈣與碳之比。為了使不銹鋼渣起泡,最好在通過噴射氣體把硝酸鈣和碳加入或噴入渣之前加入FeSi、Al或Mg?？梢园芽諝?、二氧化碳或惰性氣體用作噴射氣體。本發(fā)明還涉及把碳酸鈣用作煉鋼渣起泡劑。本發(fā)明可以被用于電弧爐和盛鋼桶中的渣起泡。
文檔編號(hào)C21C5/00GK1379825SQ00814517
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2000年10月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月18日
發(fā)明者P·圖夫尼斯, T·A·恩格 申請(qǐng)人:挪威海德羅公開有限公司