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真空还原法生产金属钙残渣(钙渣)冶金特性研究进展

 北京科技大学钢铁冶金国家重点实验室 博导 成国光


 
     1、 真空还原法生产金属钙基本原理
        33CaO(s) +14 Al(s) =12CaO·7Al2O3 + 33Ca(g)
 
    2、研究背景
   (1炉渣在高质量钢精炼过程中的精确控制越来越苛刻。三份炼钢、七份造渣的理念越来越得到大家的认可。
   (2传统的炼钢造渣法已经很难适合当今冶金技术的进步和对钢质量的要求。如何最大限度地满足热力学条件下的炉渣特性已经变得非常紧迫。
   (3在真空下用Al还原CaO生产出金属Ca后所残留的钙渣的冶金特性缺乏研究,尤其对钙渣在炼钢生产中的合理利用几乎没有详细报道。
 
    3、研究目的
   (1查明真空还原法所获得的残留钙渣其成分特点和冶金特性,为进一步在高质量钢精炼过程中更高效地发挥作用。
   (2进一步优化钙生产工艺,提高钙产品的稳定性和出钙率。同时优质高产生产出钙和钙渣。
   
    4、研究方法
    (1)铝热还原CaO进行热力学计算,得出不同条件(不同真空度和产物)下还原反应的开始温度;
    (2)在不同生产工况条件下取样,送往国家钢铁材料测试中心进行化学成分检测;
    (3)利用北京科技大学从日本进口的M21超大功率X射线衍射仪进行物相结构分析,并用Search-Match软件对其中的物相进行确定;
    (4)用北京科技大学BCT1700型仪物性测量;
    (5)利用北科大钢铁冶金新技术国家重点实验室MLA250矿相解离分析仪进行SEM-EDS分析。
 
    5、研究结果
    5.1 成分特点
   (1)产品为高温真空下通过化学反应自然形成,生产工艺稳定,产品成分稳定。
   (2CaOAl2O3含量接近于理想的12CaO·7Al2O3低熔点渣系,炼钢过程添加后成渣速度明显加快。
   (3)杂质组元成分含量极低。 SiO2≤1.0%TiO2≤0.05%Fe2O3≤0.8%S≤0.01%P≤0.01%对钢液的精炼过程中杂质元素(SOTiP)的去除和控制非常有利。
   (4)产品中含有一定量的残余金属铝,有利于钢液精炼过程形成低氧化性炉渣和对钢液脱氧。
    5.2 还原过程动力学
    8Al(s) +12CaO·7Al2O3 =11Al2O3 +12Ca(g)
    33CaO(s) +14 Al(s) =12CaO·7Al2O3 + 33Ca(g)
    3CaO(s) +2Al(s) =Al2O3 + 3Ca(g)
    在还原过程会有多种不同的反应产物,其还原温度有很大差异
    5.3 不同使用时间的罐体对渣的成分的影响
    新罐和旧罐对钙渣成分有很大影响,新罐效果较好
    5.4 XRD炉渣结构分析基本组元均为:
    CaO+ 12CaO·7Al2O3
    5.5 SEM‐EDS 电镜检验
    发现许多没有被还原的CaO颗粒同样发现许多没有被还原的CaO颗粒,组成也不均匀
    6、应用领域
    (1)高端特殊钢。要求低钛、低硅。如:轴承钢、弹簧钢等
    (2)铁水预处理高效精炼剂,取代目前的CaO-CaF2
    (3)RH真空添加高效脱硫和夹杂物吸附
    (4)超纯铁素体不锈钢VOD还原渣
    (5)LF炉造渣剂
    (6)各种新工艺渣系开发
 
    结束语:真空Al还原CaO生产金属钙法所获得的CaO-Al2O3渣系是一种优良的炼钢用精炼渣造渣剂,具有广泛的应用前景。

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