專利名稱：對(duì)金屬浴的冶金處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種對(duì)熔融金屬浴的冶金處理方法。更特別地涉及這樣一種方法，其包括包含一種在熔融金屬浴表面存在或形成一種酸性爐渣的第一處理，和包含一種在這種熔融金屬浴表面存在或形成一種堿性爐渣的第二處理。
現(xiàn)有技術(shù)這種類型的方法是，例如一種在鋼水罐中處理原鋼的方法。其中，在進(jìn)行脫硫處理(即處理到較低含硫量)和/或脫磷處理(即處理到較低含磷量)之前，首先通過鋁熱法加熱熔融鋼浴。在鋁熱法加熱期間，鋁與氧反應(yīng)，在熔融鋼浴表面形成酸性Al2O3爐渣。實(shí)際上，在熔融鋼浴表面分別需要堿性爐渣的脫硫處理、脫磷處理被熔融鋼浴表面存在的酸性Al2O3爐渣所抑制。因此，酸性Al2O3爐渣必須在開始脫硫和/或脫磷處理之前首先要撇渣(渣化)。實(shí)際上，這種中間成渣極大地延長了處理的總時(shí)間，并且不是在每次冶金處理情況下都可行。
為了增加鋁熱法加熱鋼水罐中熔融金屬浴的效率，公知的是如何在料蓋下進(jìn)行加熱(參見US 4518422A中的例)。通過注入惰性氣體，首先在覆蓋熔融金屬浴的初始爐渣層中形成一個(gè)“窗口”。將料蓋降低到這個(gè)“窗口”上方直到其底部邊緣浸入熔融金屬浴中。在這個(gè)料蓋下加入鋁熱法反應(yīng)物，也就是鋁和氧。通過注入惰性氣體，同時(shí)攪拌熔融金屬浴。優(yōu)選的料蓋可使鋁熱法在保護(hù)氣氛下加熱，并對(duì)環(huán)境損失最小。當(dāng)鋁熱法加熱結(jié)束時(shí)，去除料蓋。料蓋周圍的爐渣與在料蓋下形成的Al2O3爐渣混合，產(chǎn)生一種爐渣，其Al2O3含量(＞40％)抑制隨后的脫硫和/或脫磷處理。
在序言中所述類型的另一方法是一種其中熔融原鑄鐵浴或熔融鐵合金浴必須通過氧注射的脫硅(即處理到較低含硅量)及脫硫和/或脫磷的方法。通過氧注射的脫硅在熔融金屬浴表面產(chǎn)生一種酸性SiO2爐渣。實(shí)際上，隨后的脫硫處理需要在熔融鋼浴表面存在堿性爐渣，并被多于10％的SiO2含量所抑制。從而在脫硅期間形成的酸性爐渣必須在開始脫硫處理之前被撇去(渣化)。正如已解釋的，這種中間成渣極大地延長了方法的時(shí)間，并且不是在每次冶金處理情況下都可行。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是優(yōu)化冶金方法，其中第一處理包括在熔融金屬浴表面存在或形成酸性爐渣，及第二處理包括在這種熔融金屬浴表面存在或形成堿性爐渣。
發(fā)明描述根據(jù)本發(fā)明，通過無中間成渣、同時(shí)或連續(xù)地在二個(gè)分離區(qū)進(jìn)行二個(gè)處理，并通過在酸性爐渣區(qū)和堿性爐渣區(qū)之間的熔融金屬浴表面提供一種物理分離而達(dá)到這個(gè)目的。為了節(jié)省最多的時(shí)間，優(yōu)選二個(gè)處理同時(shí)進(jìn)行。在某些情況下，可能在開始第二處理之前首先終止或開始第一處理是有利的，反之亦然。在任何情況下，節(jié)省用于中間成渣的時(shí)間都是有利的，并可在單獨(dú)的冶金處理臺(tái)中進(jìn)行二個(gè)處理，這種處理臺(tái)對(duì)進(jìn)行成渣操作(成渣可以在任何地方完成)是不必要的。
在優(yōu)選的實(shí)施中二個(gè)處理中的一個(gè)是在其底部邊緣浸入熔融金屬浴的厚料蓋下進(jìn)行，而另一個(gè)處理是在這厚料蓋周圍進(jìn)行。這個(gè)厚料蓋在浴表面的二個(gè)爐渣區(qū)之間提供物理分離，同時(shí)允許二個(gè)處理之一在保護(hù)氣氛下，對(duì)環(huán)境的損失最小。如果開發(fā)厚料蓋的其它優(yōu)點(diǎn)是不必要的，但也可以使用單獨(dú)的隔墻以在酸性爐渣區(qū)和堿性爐渣區(qū)之間的熔融金屬浴表面提供物理分離。這種隔墻或者與冶金容器的邊緣結(jié)合以將熔融金屬浴表面分為二個(gè)并列的區(qū)，或者形成一種環(huán)以在熔融金屬浴表面的內(nèi)部界定一個(gè)“島”。
第一處理是，例如在保護(hù)氣氛下的厚料蓋下進(jìn)行并在料蓋下產(chǎn)生酸性爐渣的化學(xué)加熱。這里的化學(xué)加熱是指普通金屬元素，如鋁(鋁熱法)或硅(硅熱法)的高放熱氧化。
第一處理還可以是通過氧注射的脫硅處理，特別地作為鑄鐵或鐵合金(如鎳鐵)與高含硅量的處理的部分。通過氧注射的脫硅處理也有利地在其底部邊緣浸入熔融金屬浴的厚料蓋下進(jìn)行。
第二處理是，例如包括通過加入如石灰、碳酸鈉、碳酸鎂等形成堿性爐渣的脫硫和/或脫磷處理。這個(gè)處理可以在進(jìn)行第一處理的厚料蓋周圍進(jìn)行。
作為通過氧注射的脫硅處理的部分，脫硫和/或脫磷處理有利地包括向熔融金屬浴中加入石灰石，特別是牡荊堿。這是一種便宜而且非常有效的脫硫劑，但是在熔融金屬浴中其分解引起高的吸熱反應(yīng)，這導(dǎo)致冷卻熔融金屬浴。實(shí)際上，結(jié)合通過氧注射的脫硅，這種冷卻效應(yīng)難以引發(fā)任何問題，因?yàn)樵谌魏吻闆r下高放熱的脫硅反應(yīng)都產(chǎn)生過多的熱量。
如果使用厚料蓋以在酸性爐渣區(qū)和堿性爐渣區(qū)之間的熔融金屬浴表面提供物理分離，方法有利地如下進(jìn)行首先注入惰性氣體，以在覆蓋熔融金屬浴表面的初始爐渣層中形成一個(gè)“窗口”；這“窗口”使用其底部邊緣浸入熔融金屬浴的厚料蓋蓋??；在厚料蓋下進(jìn)行二個(gè)處理中的一個(gè)，并在厚料蓋周圍進(jìn)行另一個(gè)，同時(shí)通過注入惰性氣體而攪拌熔融金屬??；并在這二個(gè)處理結(jié)束時(shí)停止攪拌，去除厚料蓋，再立即撇去二種爐渣(渣化)。在去除厚料蓋之前停止攪拌以阻止二種爐渣過多地混合，這對(duì)方法的結(jié)果不利。
根據(jù)本發(fā)明，本方法的其它特征和性質(zhì)將從下面描述的幾個(gè)實(shí)施例中展現(xiàn)，并參照附

圖1，它是實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明方法的示意圖。
本發(fā)明一些有利的實(shí)施方案的詳述為了說明本發(fā)明，圖1是用于更詳細(xì)地描述一種冶金方法，其包括在熔融鋼浴的鋼水罐的化學(xué)加熱之前的熔融原鋼浴的鋼水罐脫硫處理。
圖1顯示在實(shí)施前述方法期間在冶金處理臺(tái)中的冶金鋼水罐10。在原始狀態(tài)下，鋼水罐10包含從轉(zhuǎn)爐或電爐中的原鋼的熔融浴12，和覆蓋熔融鋼浴的殘余的堿性爐渣層。在冶金處理臺(tái)中，首先在殘余爐渣層上注入惰性氣體以形成窗口14，即熔融鋼浴12表面的一區(qū)域，從覆蓋其上的殘余爐渣中至少部分地析出熔融鋼浴。在窗口14上面，安置有厚料蓋16，以便其底部邊緣18浸入熔融金屬浴12到至少20cm(熔融金屬浴12飛濺越多，料蓋16的底部邊緣浸入越深)?？梢杂^察到一種可能實(shí)施這種厚料蓋16的是例如專利申請(qǐng)WO 98/31841中所述的，雖然本方法中使用的料蓋并不需要是旋轉(zhuǎn)料蓋。
在料蓋16下面，通過鋁熱法加熱熔融鋼浴。為了這個(gè)目的，在料蓋16下加入鋁并吹入氧氣，如箭頭18和20所示。同時(shí)，通過惰性氣體攪拌熔融金屬浴12，惰性氣體優(yōu)選使用側(cè)噴管22注入熔融金屬浴12中。鋁和氧以高放熱反應(yīng)進(jìn)行反應(yīng)。這反應(yīng)導(dǎo)致在料蓋16下形成酸性Al2O3爐渣。在圖1中，通過數(shù)字24確定酸性Al2O3爐渣。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在化學(xué)加熱結(jié)束時(shí)提升料蓋16以撇去殘留的、被料蓋16下形成的Al2O3爐渣高度污染的爐渣。再在析出爐渣的熔融鋼浴中進(jìn)行脫硫處理。實(shí)際上，眾所周知，為了使用堿性爐渣進(jìn)行脫硫和/或脫磷處理，爐渣的Al2O3含量必須低于40％。
根據(jù)本發(fā)明，在無中間成渣操作下，在料蓋16周圍進(jìn)行脫硫和/或脫磷處理。為了這個(gè)目的，使用噴管26以注入用于在熔融金屬浴12中料蓋16周圍形成堿性爐渣28的制劑。堿性爐渣28的形成劑可以，是例如，石灰、石灰石、牡荊堿、碳酸鈉、碳酸鎂等。料蓋16阻止在料蓋16下形成的酸性Al2O3爐渣與鋼水罐16周圍的堿性爐渣相混合，使得其可以無中間成渣地同時(shí)或連續(xù)地進(jìn)行二個(gè)處理。優(yōu)選地首先開始鋁熱法加熱，然后，當(dāng)熔融鋼浴已達(dá)到足夠的溫度時(shí)再開始脫硫和/或脫磷處理。
在脫硫和/或脫磷處理結(jié)束時(shí)，在提升料蓋16之前停止熔融金屬浴的所有攪拌。然后一起撇去二種爐渣。
應(yīng)當(dāng)注意在料蓋下進(jìn)行處理也可以，例如，是鑄鐵或鐵合金，特別是鎳鐵的通過氧注射而脫硅處理。在這種情況下，硅與料蓋下吹入的氧氣反應(yīng)在料蓋下形成酸性SiO2爐渣。然后在料蓋周圍進(jìn)行上述的脫硫和/或脫磷處理。料蓋阻止料蓋16下形成的酸性SiO2爐渣與鋼水罐16周圍的堿性爐渣混合，使其可以無中間成渣地同時(shí)或連續(xù)地進(jìn)行二個(gè)處理。實(shí)際上，為了有效的脫硫和/或脫磷處理，堿性爐渣的SiO2含量不能超過10％。
實(shí)施例1這個(gè)實(shí)施例涉及一種目的為鋼80％脫硫的原轉(zhuǎn)爐鋼的鋼水罐處理。
初始狀態(tài)冶金鋼水罐包含160噸原轉(zhuǎn)爐鋼和600kg殘留精煉爐渣。分析結(jié)果如下0.04％的C，600ppm的O，0.010％的S。熔融鋼浴的溫度是1600℃。在灌注時(shí)加入200kg脫氧Al和600kg的CaO。
鋁熱法加熱第一處理是鋁熱法加熱，如圖1所示，其發(fā)生在位于預(yù)先析出殘余爐渣層的熔融鋼浴區(qū)上方的厚料蓋下。通過在7分鐘內(nèi)注入530kg的鋁和350m3的氧(以50m3/minO2的速率)，熔融鋼浴的溫度增加約90℃。通過使用側(cè)噴管以0.2m3/min的注射速率注入氬而引發(fā)在料蓋下的攪拌。
脫硫第二處理是發(fā)生在料蓋周圍的強(qiáng)烈的80％脫硫。使用的脫硫劑是由60％的CaO和35％的Al2O3組成的粉末，剩余為雜質(zhì)。Al2O3的加入是為了調(diào)整獲得的爐渣的流動(dòng)性。也可以加入其它的滬渣劑。
使用氬作為載氣，借助于頭浸沒的噴管注入脫硫劑。在開始注入脫硫劑之前，使用注射噴管對(duì)熔融鋼浴進(jìn)行在先攪拌。為了這目的，注射噴管以大約0.5m3/min的速率供應(yīng)氬氣5分鐘，并停止脫硫劑的供應(yīng)。這個(gè)初步攪拌特別使其在脫硫之前尤其可以均勻熔融鋼浴的溫度。接著，在大約12分鐘的時(shí)間間隔內(nèi)，將960kg上述的脫硫劑與作為載氣的以約1m3/min流速的氬(固體進(jìn)料速率為大約80kg/min)一起注入。通過以同樣的噴管，以大約1m3/min速率的氬進(jìn)行激烈攪拌5分鐘，并停止脫硫劑的供應(yīng)而終止處理。然后停止攪拌并提升料蓋。
最終狀態(tài)鋼0.04％的C，0.002％的S，溫度大約1600℃。
爐渣在料蓋下形成的大約1000kg的Al2O3和在料蓋周圍大約2500kg的脫硫爐渣。
評(píng)論如果僅僅需要達(dá)到中等的鋼脫硫，可以不需要使用噴管向浴中注入脫硫劑。實(shí)際上，料蓋周圍的殘余爐渣已經(jīng)包含足夠量的脫硫劑，以達(dá)到中等的鋼脫硫。然后在料蓋周圍足以攪拌熔融鋼浴，以使其與漂浮在其表面上的殘余爐渣反應(yīng)并且，如果必要，進(jìn)一步加入爐渣劑以特別調(diào)整爐渣的稠度。
實(shí)施例2這例子涉及一種目的為鑄鐵的脫硅和脫硫的原鑄鐵的鋼水罐處理。
原始狀態(tài)冶金鋼水罐包含100噸原鑄鐵，其分析結(jié)果如下4.5％的C、0.8％的Si、0.10％的S。熔融鑄鐵浴的溫度為1350℃。鑄鐵被殘余堿性爐渣層所覆蓋。
脫硅處理如上所述，在通過氧注射的脫硅處理是在位于從其殘余爐渣層預(yù)先析出的浴區(qū)上方的厚料蓋下進(jìn)行。在料蓋下在10分鐘內(nèi)注入450m3的氧(以45m3/minO2的速率)。使用側(cè)噴管以0.2m3/min的速率通過氬注射在料蓋下進(jìn)行攪拌。
脫硫脫硫是在料蓋周圍發(fā)生。使用的脫硫劑是由70％的CaCO3和30％的Na2CO2組成的粉末。也可以加入其它的爐渣劑。
使用氬作為載氣，借助于浸沒式噴管注入脫硫劑。用約1m3/min的氬作為載氣在約20分鐘的時(shí)間內(nèi)，注入約1000kg上述的脫硫劑(固體流速為大約50kg/min)。在停止所有攪拌之后，提升料蓋并一起撇去二種爐渣。
最終狀態(tài)予處理鑄鐵4.3％的C，0.4％的Si，0.02％的S，溫度約1400℃。
爐渣在料蓋下形成的約860kg的SiO2，加上在料蓋周圍的約700kg的脫硫爐渣。
對(duì)鑄鐵處理的評(píng)論在傳統(tǒng)的直流(once-through)鑄鐵脫硫中，通常使用Mg-CaC2或Mg-CaO的混合物作為脫硫劑。這些是高效脫硫劑，但也是非常昂貴的。使用它們主要是因?yàn)樗鼈兪谷廴诮饘僭∮邢薜睦鋮s。實(shí)際上，脫硫與高放熱脫硅相結(jié)合使其可能使用更冷卻的但更便宜的脫硫劑如石灰石(CaCO3)或牡荊堿。在熔融金屬浴中CaCO3或Na2CO3的分解也產(chǎn)生氧，這有利于鑄鐵的脫硅(1kg的CaCO3或Na2CO3減少約0.1m3的脫硅的氧的要求)。而且，優(yōu)選使用CaCO3+Na2CO3的混合物，以獲得更流動(dòng)的爐渣，并從而限制在成渣過程中因鐵夾帶的損失。然而，使用Na2CO3也需要限制溫度到1400℃，以防止通過蒸發(fā)而損失Na2CO3。
對(duì)鐵合金處理的評(píng)論對(duì)于熔融鐵合金浴，特別是熔融鎳鐵浴是有利的，也進(jìn)行如對(duì)鑄鐵的實(shí)施例2中的脫硅和脫硫的相結(jié)合。
然而，在鎳鐵例子中，以實(shí)施例的方式進(jìn)行，目的通常是達(dá)到更加強(qiáng)烈的脫硅(以降低Si含量1％以上)。通過氧氣注射的脫硅，在缺乏有效的冷卻劑時(shí)，可以引起溫度升高300℃或更高。
如在某些鑄鐵脫硅過程中所進(jìn)行的，鐵礦石或氧化物可以作為冷卻劑使用，它是由鋼制造業(yè)的副產(chǎn)物而獲得的。然而，使用結(jié)合脫硅和脫硫的所建議的方法，特別有利使用牡荊堿(CaCO3)和/或碳酸鈉(Na2CO3)作為脫硫劑，因?yàn)檫@些產(chǎn)品都是強(qiáng)冷卻劑和有效的脫硫劑，只要它們不通過加入二氧化硅(SiO2)而稀釋。
除了定量方面(降低1-2％的Si含量而不是對(duì)鼓風(fēng)爐鑄鐵的0.2-0.4％)以外，對(duì)鑄鐵的所提議的方法通過調(diào)整氧和所需的冷卻/脫硫劑的比例，可類似地應(yīng)用于鐵合金。
權(quán)利要求
1.一種用于熔融金屬浴的冶金處理的方法包括第一處理，其包括在所述的熔融金屬浴表面上存在或形成酸性爐渣；和第二處理，其包括在所述的熔融金屬浴表面上存在或形成堿性爐渣；其特征在于通過在酸性爐渣區(qū)和堿性爐渣區(qū)之間的所述熔融金屬浴表面上提供物理分離而進(jìn)行無中間成渣的二個(gè)處理。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中二個(gè)處理中的一個(gè)是在其底部邊緣浸入所述的熔融金屬浴的厚料蓋下進(jìn)行的，另一個(gè)處理是在所述的厚料蓋周圍進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一處理是在所述的厚料蓋下進(jìn)行的化學(xué)加熱處理。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述化學(xué)加熱處理是鋁熱或硅熱法。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的方法，其中所述第二處理是基于堿性爐渣的脫硫和/或脫磷處理。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一處理是對(duì)鑄鐵或鐵合金，特別是鎳鐵，通過氧注射的脫硅處理。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述的通過氧注射的脫硅處理是在其底部邊緣浸入所述的熔融金屬浴的厚料蓋下進(jìn)行，及所述的第二處理是在所述的厚料蓋周圍進(jìn)行脫硫和/或脫磷處理。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中所述的第二處理是基于石灰的脫硫和/或脫磷處理。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中所述的第二處理包括向所述的熔融金屬浴中加入石灰石，特別是牡荊堿。
10.如權(quán)利要求1-9中任一所述的方法，其中在所述方法的開始時(shí)，所述熔融金屬浴的表面被一層殘余爐渣所覆蓋；通過注入惰性氣體，在所述的殘余爐渣層中形成一個(gè)窗口；所述的窗口被其底部邊緣浸入所述的熔融金屬浴的厚料蓋所覆蓋；在所述的厚料蓋下進(jìn)行二個(gè)處理中的一個(gè)，在厚料蓋周圍進(jìn)行另一個(gè)，同時(shí)通過注入惰性氣體攪拌熔融金屬浴；和在二個(gè)處理結(jié)束時(shí)，停止所述的攪拌，去除所述的厚料蓋，然后立即撇去二種爐渣。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)熔融金屬浴的冶金處理方法。本發(fā)明方法包括包含在熔融金屬浴表面存在或形成酸性爐渣的第一處理和包含在熔融金屬浴表面存在或形成堿性爐渣的第二處理。根據(jù)本發(fā)明無中間成渣地進(jìn)行二個(gè)處理從而得證在熔融金屬表面上的在酸性爐渣區(qū)和堿性爐渣區(qū)之間有物理分離。
文檔編號(hào)C21C7/072GK1665942SQ03815328
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者讓-盧克·羅思, 埃米爾·洛納迪, 保羅·伯格 申請(qǐng)人:保爾·沃特公司