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真空還原法生產金屬鈣殘渣(鈣渣)冶金特性研究進展

 北京科技大學鋼鐵冶金國家重點實驗室 博導 成國光


 
     1、 真空還原法生產金屬鈣基本原理
        33CaO(s) +14 Al(s) =12CaO·7Al2O3 + 33Ca(g)
 
    2、研究背景
   (1爐渣在高質量鋼精煉過程中的精確控制越來越苛刻。三份煉鋼、七份造渣的理念越來越得到大家的認可。
   (2傳統的煉鋼造渣法已經很難適合當今冶金技術的進步和對鋼質量的要求。如何最大限度地滿足熱力學條件下的爐渣特性已經變得非常緊迫。
   (3在真空下用Al還原CaO生產出金屬Ca后所殘留的鈣渣的冶金特性缺乏研究,尤其對鈣渣在煉鋼生產中的合理利用幾乎沒有詳細報道。
 
    3、研究目的
   (1查明真空還原法所獲得的殘留鈣渣其成分特點和冶金特性,為進一步在高質量鋼精煉過程中更高效地發揮作用。
   (2進一步優化鈣生產工藝,提高鈣產品的穩定性和出鈣率。同時優質高產生產出鈣和鈣渣。
   
    4、研究方法
    (1)鋁熱還原CaO進行熱力學計算,得出不同條件(不同真空度和產物)下還原反應的開始溫度;
    (2)在不同生產工況條件下取樣,送往國家鋼鐵材料測試中心進行化學成分檢測;
    (3)利用北京科技大學從日本進口的M21超大功率X射線衍射儀進行物相結構分析,并用Search-Match軟件對其中的物相進行確定;
    (4)用北京科技大學BCT1700型儀物性測量;
    (5)利用北科大鋼鐵冶金新技術國家重點實驗室MLA250礦相解離分析儀進行SEM-EDS分析。
 
    5、研究結果
    5.1 成分特點
   (1)產品為高溫真空下通過化學反應自然形成,生產工藝穩定,產品成分穩定。
   (2CaOAl2O3含量接近于理想的12CaO·7Al2O3低熔點渣系,煉鋼過程添加后成渣速度明顯加快。
   (3)雜質組元成分含量極低。 SiO2≤1.0%TiO2≤0.05%Fe2O3≤0.8%S≤0.01%P≤0.01%對鋼液的精煉過程中雜質元素(SOTiP)的去除和控制非常有利。
   (4)產品中含有一定量的殘余金屬鋁,有利于鋼液精煉過程形成低氧化性爐渣和對鋼液脫氧。
    5.2 還原過程動力學
    8Al(s) +12CaO·7Al2O3 =11Al2O3 +12Ca(g)
    33CaO(s) +14 Al(s) =12CaO·7Al2O3 + 33Ca(g)
    3CaO(s) +2Al(s) =Al2O3 + 3Ca(g)
    在還原過程會有多種不同的反應產物,其還原溫度有很大差異
    5.3 不同使用時間的罐體對渣的成分的影響
    新罐和舊罐對鈣渣成分有很大影響,新罐效果較好
    5.4 XRD爐渣結構分析基本組元均為:
    CaO+ 12CaO·7Al2O3
    5.5 SEM‐EDS 電鏡檢驗
    發現許多沒有被還原的CaO顆粒同樣發現許多沒有被還原的CaO顆粒,組成也不均勻
    6、應用領域
    (1)高端特殊鋼。要求低鈦、低硅。如:軸承鋼、彈簧鋼等
    (2)鐵水預處理高效精煉劑,取代目前的CaO-CaF2
    (3)RH真空添加高效脫硫和夾雜物吸附
    (4)超純鐵素體不銹鋼VOD還原渣
    (5)LF爐造渣劑
    (6)各種新工藝渣系開發
 
    結束語:真空Al還原CaO生產金屬鈣法所獲得的CaO-Al2O3渣系是一種優良的煉鋼用精煉渣造渣劑,具有廣泛的應用前景。

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