一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的使用方法

本发明专利申请是针对申请号为：2013104509800的分案申请，原申请的申请日为：2013年9月25日，发明创造名称为：一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣及其制备方法和使用方法。

技术领域

本发明属于电渣重熔精炼渣技术领域，尤其涉及一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的使用方法。

背景技术

电渣冶金作为一种特种冶金新技术，在特殊钢行业占据举足轻重的作用。经过电渣冶炼的钢锭，纯度高、含硫量低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、结晶均匀致密、金相组织和化学成分均匀，该技术正在获得越来越广泛的应用。目前，电渣重熔用精炼渣主要还是以30％Al₂O₃+70％CaF₂为主，其中CaF₂选用高品位的萤石矿。但是目前国内高品质萤石矿日益枯竭，价格越来越高，这是电渣冶金行业目前所面临的迫切问题。

目前绝大部分企业在重熔完毕后直接将用过的渣丢弃。一些特钢企业曾经尝试使用电渣重熔返回渣，但是用量很少，或者由于担心电渣重熔返回渣使用不当影响钢锭质量，干脆就直接采用新渣冶炼，而将返回渣直接废弃。因此，如果能大规模的利用返回渣，对于降低特钢厂的生产成本，改善环境具有重要的意义。

经专利文献检索，查阅到两个涉及返回渣利用的专利，其公告号分别为CN101899579、CN100352955C。公开号为CN101899579的专利，其利用返回渣开发的渣系主要用于含钛钢的重熔，返回渣的利用比例为21.8～48.5％；公告号为CN100352955C的专利虽然返回渣的利用率达到0～30％，但是其制备过程繁琐，待液渣自然冷却后再破碎，导致渣的粒度不均匀，同时预熔渣中含有较高CaO，待完全冷却后渣会进一步吸潮，不利于电渣锭氢含量的控制。根据现有应用电渣重熔返回渣的技术来看，如何高效利用(利用比例达50％以上)现有的电渣重熔返回渣，且配制的新电渣重熔精炼渣能够符合电渣重熔的各项要求是资源化利用电渣重熔返回渣的关键难点，现有技术中均未给出合理的方案。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于现有技术中如何高效利用现有的电渣重熔返回渣，且配制的新电渣重熔精炼渣能够符合电渣重熔的各项要求这一关键难点，提供了一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的使用方法，采用本发明的技术方案制备得到的电渣重熔精炼渣可重熔冷作模具钢、热作模具钢、冷轧辊用钢及不锈钢，渣系成本低廉，重熔工艺过程稳定，钢锭表面质量良好，化学成分分布均匀。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的使用方法，其步骤为：

步骤一、将利用返回渣制备的电渣重熔精炼渣进行烘烤，烘烤温度200～400℃，保温时间2～3h，其中，该电渣重熔精炼渣是经过预熔处理后的，由如下质量百分比的组分组成：电渣重熔返回渣50～80％，萤石16～35％，氧化铝粉4～10％，石灰0～5％，且具有以下物理化学性质：熔点：1260～1350℃；电导率2.0～3.0S.cm^-1；粘度0.1～0.3Pa.s；表面张力250～400mN.m^-1；氮气增量小于0.0005％；氧气增量小于0.0020％；预熔过程如下：在1600～1800℃温度下预熔，预熔过程采用石墨电极，在化渣炉内进行，熔炼电压56～66V，熔炼电流2000～4500A，熔炼时间20min以上，预熔后的混合炉渣采用风淬的方法破碎为5～10mm颗粒，其中风淬过程如下：将高温液态熔渣由化渣炉倒入流渣槽，在流渣槽出口处由空气流喷吹液态熔渣使其粒化，空气流的工作压力为0.4～0.8Mpa，空气流的流量为8～16m³/min；

步骤二、石墨电极起弧化渣：采用焦炭作为引弧剂，在步骤一中烘烤后的电渣重熔精炼渣中掺入金属铝粒，金属铝粒占电渣重熔精炼渣质量的0.1～0.5％，金属铝粒直径为2～3mm；

步骤三、控制化渣时间为30min，待渣量完全化清并稳定后，送入另一夹好的金属自耗电极开始电渣重熔过程。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明中电渣重熔返回渣的利用比例达50～80％，且采用其它组分的配合使得配制的新电渣重熔精炼渣可重熔冷作模具钢、热作模具钢、冷轧辊用钢及不锈钢，采用本发明的技术方案，可以大规模利用电渣厂的返回渣，降低电渣钢的生产成本，且通过其它组分的配合使用，使得该渣系具有以下物理化学性质：熔点：1260～1350℃；电导率2.0～3.0S.cm^-1；粘度0.1～0.3Pa.s；表面张力250～400mN.m^-1；氮气增量小于0.0005％；氧气增量小于0.0020％，从而使得大比例利用返回渣得以实现，且不对电渣锭产生不良的影响；

(2)本发明采用本发明的化渣炉进行预熔处理，且通过风淬的方法将预熔后的渣系破碎为5～10mm颗粒，使得制备得到的电渣重熔精炼渣在重熔工艺过程中稳定，钢锭表面质量良好，化学成分分布均匀；且新的电渣重熔精炼渣采用了真空包装，降低了使用之前的烘烤费用，进一步降低了费用；

(3)本发明的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的使用方法，通过采用本发明制备的电渣重熔精炼渣，使得大比例高效利用现有的电渣重熔返回渣得以实现，且配制的新电渣重熔精炼渣能够符合电渣重熔的各项要求，实现了电渣重熔返回渣的资源化综合利用，解决了现有技术的重大难题。

附图说明

图1为采用实施例1～4的精炼渣重熔后的电渣锭中C元素的分布图；

图2为采用实施例1～4的精炼渣重熔后的电渣锭中Si元素的分布图；

图3为采用实施例1～4的精炼渣重熔后的电渣锭中Mn元素的分布图；

图4为采用实施例1～4的精炼渣重熔后的电渣锭中Cr元素的分布图；

图5为采用实施例1～4的精炼渣重熔后的电渣锭中Mo元素的分布图；

图6为采用实施例1～4的精炼渣重熔后的电渣锭中S元素的分布图；

图7为实施例1～4中各元素的取样位置图；

图8为实施例中采用的化渣炉结构示意图，图中：1、变压器；21、第一石墨电极；22、第二石墨电极；31、第一出水口；32、第二出水口；4、进水口；5、石墨内套；6、冷却水套；7、液态熔渣。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣，由如下质量百分比的组分组成：电渣重熔返回渣50％，萤石35％，氧化铝粉10％，石灰5％。其中，萤石中CaF₂的质量百分含量不低于85％，SiO₂的质量百分含量为5～10％，氧化铝粉中Al₂O₃的质量百分含量大于99％，石灰中CaO的质量百分含量大于99％。

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的制备方法，其具体步骤为：

步骤一、按质量百分比称取电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰，并将电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰分别破碎成粒径为10～30mm的颗粒，其中：各组分的质量百分比为：电渣重熔返回渣50％，萤石35％，氧化铝粉10％，石灰5％；

步骤二、将步骤一破碎后的电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰混匀，得混合炉渣；由电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰配制成的精炼渣成分的质量百分数应该控制为如下范围：CaF₂：55～62％、Al₂O₃：20～26％、CaO：4～10％、SiO₂：5～9％；

步骤三、将步骤二的混合炉渣在1600～1650℃温度下预熔，预熔过程采用石墨电极，在化渣炉内(如图8所示)进行，其中：熔炼电压56～60V，熔炼电流2000～3000A，熔炼时间35min；本实施例中的化渣炉包括变压器1、第一石墨电极21、第二石墨电极22、第一出水口31、第二出水口32、进水口4、石墨内套5和冷却水套6，化渣炉的内侧为石墨内套5，其外侧为冷却水套6，该冷却水套6的底部开设有进水口4，冷却水套6的上侧对称开设有第一出水口31和第二出水口32，第一石墨电极21、第二石墨电极22分别连接至变压器1，该第一石墨电极21和第二石墨电极22插入化渣炉内部的液态熔渣7内，其中进水口4的水温不高于30℃，水压为0.2～0.3MPa；

步骤四、将步骤三预熔后的混合炉渣采用风淬的方法破碎为5～10mm颗粒，其中风淬过程如下：将高温液态熔渣由化渣炉倒入流渣槽，该高温液态熔渣的温度为1600～1650℃，在流渣槽出口处由空气流喷吹液态熔渣使其粒化，空气流的工作压力为0.4Mpa，空气流的流量为8m³/min，待粒化炉渣冷却至40℃时采用真空包装，即得电渣重熔精炼渣。本发明中的风淬过程能够良好控制电渣重熔精炼渣的粒度及冷却效果，对于实现高比例的电渣重熔返回渣利用具有重要作用。

采用上述方法制备得到的电渣重熔精炼渣，该渣系具有以下物理化学性质：熔点：1260～1300℃；电导率2.0～2.3S.cm^-1；粘度0.1～0.2Pa.s；表面张力250～280mN.m^-1；氮气增量小于0.0005％；氧气增量小于0.0020％，其中：氮气增量指采用该渣系电渣重熔后电渣锭中的全氮增加量，氧气增量指采用该渣系电渣重熔后电渣锭中的全氧增加量。

采用本实施例制备的电渣重熔精炼渣，其使用方法的具体步骤如下：

步骤一、将上述利用返回渣制备的电渣重熔精炼渣进行烘烤，烘烤温度200～240℃，保温时间3h；

步骤二、石墨电极起弧化渣：采用焦炭作为引弧剂，在步骤一中烘烤后的电渣重熔精炼渣中掺入金属铝粒，金属铝粒占电渣重熔精炼渣质量的0.1％，金属铝粒直径为2～3mm；

步骤三、控制化渣时间为30min，待渣量完全化清并稳定后，送入另一夹好的金属自耗电极开始电渣重熔过程。

采用本实施例得到的新渣系重熔Φ320mm×1200mm的电渣锭，钢种为9Cr2Mo，电极中T[O]＝0.003％，N＝0.006％。其电渣重熔效果如表1所示，其中各元素的含量为平均含量。如图7所示，在电渣重熔后的钢锭的截面上取6个取样位置，其中：取样位置1、取样位置3、取样位置5位于截面的中轴线上，且分别为截面的下部、中部、上部，取样位置2、取样位置4、取样位置6位于截面的右侧面上，且分别为截面的下部、中部、上部，针对上述钢锭中6个取样点的C、Si、Mn、Cr、Mo、S元素的分布情况如图1～图6所示，根据图1～图6和表1可知，采用本实施例的技术方案，利用电渣重熔返回渣制备的新渣系重熔后钢锭表面质量光滑，钢锭表面质量良好，元素分布比较均匀，且均满足国标要求，氧、氮等杂质含量少。

表1 实施例1～4的电渣重熔后各元素的含量，％

采用本实施例的技术方案，能够大规模利用电渣厂的返回渣，降低电渣重熔精炼渣的生产成本。目前，市场上电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰的成本基本如下：电渣重熔返回渣100元/吨、萤石1500元/吨、氧化铝粉3500元/吨、石灰350元/吨，若采用现有技术普通使用的70％萤石+30％氧化铝粉的常用精炼渣，则1吨精炼渣的成本为：0.7×1500+0.3×3500＝2100元。而本实施例的精炼渣1吨的成本仅为：0.5×100+0.35×1500+0.10×3500+0.05×350＝942.5元，每吨精炼渣节省成本55％。

实施例2

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣，由如下质量百分比的组分组成：电渣重熔返回渣60％，萤石30％，氧化铝粉8％，石灰2％。其中，萤石中CaF₂的质量百分含量不低于85％，SiO₂的质量百分含量为5～10％，氧化铝粉中Al₂O₃的质量百分含量大于99％，石灰中CaO的质量百分含量大于99％。

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的制备方法，其具体步骤为：

步骤一、按质量百分比称取电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰，并将电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰分别破碎成粒径为10～30mm的颗粒，其中：各组分的质量百分比为：电渣重熔返回渣60％，萤石30％，氧化铝粉8％，石灰2％；

步骤二、将步骤一破碎后的电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰混匀，得混合炉渣；由电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰配制成的精炼渣成分的质量百分数应该控制为如下范围：CaF₂：55～62％、Al₂O₃：20～26％、CaO：4～10％、SiO₂：5～9％；

步骤三、将步骤二的混合炉渣在1750～1800℃温度下预熔，预熔过程采用石墨电极，在化渣炉内进行，其中：熔炼电压62～66V，熔炼电流3500～4500A，熔炼时间20min；化渣炉的结构与使用同实施例1；

步骤四、将步骤三预熔后的混合炉渣采用风淬的方法破碎为5～10mm颗粒，其中风淬过程如下：将高温液态熔渣由化渣炉倒入流渣槽，该高温液态熔渣的温度为1750～1800℃，在流渣槽出口处由空气流喷吹液态熔渣使其粒化，空气流的工作压力为0.8Mpa，空气流的流量为16m³/min，待粒化炉渣冷却至40℃时采用真空包装，即得电渣重熔精炼渣。

采用上述方法制备得到的电渣重熔精炼渣，该渣系具有以下物理化学性质：熔点：1280～1320℃；电导率2.7～3.0S.cm^-1；粘度0.2～0.3Pa.s；表面张力350～400mN.m^-1；氮气增量小于0.0005％；氧气增量小于0.0020％。

采用本实施例制备的电渣重熔精炼渣，其使用方法的具体步骤如下：

步骤一、将上述利用返回渣制备的电渣重熔精炼渣进行烘烤，烘烤温度360～400℃，保温时间2h；

步骤二、石墨电极起弧化渣：采用焦炭作为引弧剂，在步骤一中烘烤后的电渣重熔精炼渣中掺入金属铝粒，金属铝粒占电渣重熔精炼渣质量的0.5％，金属铝粒直径为2～3mm；

步骤三、控制化渣时间为30min，待渣量完全化清并稳定后，送入另一夹好的金属自耗电极开始电渣重熔过程。

采用本实施例得到的新渣系重熔Φ320mm×1200mm的电渣锭，钢种为9Cr2Mo，电极中T[O]＝0.003％，N＝0.006％。其电渣重熔效果如表1所示，其中各元素的含量为平均含量。取样位置说明同实施例1，根据图1～图6和表1可知，采用本实施例的技术方案，利用电渣重熔返回渣制备的新渣系重熔后钢锭表面质量光滑，钢锭表面质量良好，元素分布比较均匀，且均满足国标要求，氧、氮等杂质含量少。

采用本实施例的技术方案，能够大规模利用电渣厂的返回渣，降低电渣重熔精炼渣的生产成本。目前，市场上电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰的成本基本如下：电渣重熔返回渣100元/吨、萤石1500元/吨、氧化铝粉3500元/吨、石灰350元/吨，若采用现有技术普通使用的70％萤石+30％氧化铝粉的常用精炼渣，则1吨精炼渣的成本为：0.7×1500+0.3×3500＝2100元。而本实施例的精炼渣1吨的成本仅为：0.6×100+0.3×1500+0.08×3500+0.02×350＝797元，每吨精炼渣节省成本62％。

实施例3

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣，由如下质量百分比的组分组成：电渣重熔返回渣70％，萤石24％，氧化铝粉6％。其中，萤石中CaF₂的质量百分含量不低于85％，SiO₂的质量百分含量为5～10％，氧化铝粉中Al₂O₃的质量百分含量大于99％。

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的制备方法，其具体步骤为：

步骤一、按质量百分比称取电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉，并将电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉分别破碎成粒径为10～30mm的颗粒，其中：各组分的质量百分比为：电渣重熔返回渣70％，萤石24％，氧化铝粉6％；

步骤二、将步骤一破碎后的电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉混匀，得混合炉渣；由电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉配制成的精炼渣成分的质量百分数应该控制为如下范围：CaF₂：55～62％、Al₂O₃：20～26％、CaO：4～10％、SiO₂：5～9％；

步骤三、将步骤二的混合炉渣在1700～1760℃温度下预熔，预熔过程采用石墨电极，在化渣炉内进行，其中：熔炼电压60～64V，熔炼电流3000～4000A，熔炼时间25min；化渣炉的结构与使用同实施例1；

步骤四、将步骤三预熔后的混合炉渣采用风淬的方法破碎为5～10mm颗粒，其中风淬过程如下：将高温液态熔渣由化渣炉倒入流渣槽，该高温液态熔渣的温度为1700～1760℃，在流渣槽出口处由空气流喷吹液态熔渣使其粒化，空气流的工作压力为0.6Mpa，空气流的流量为12m³/min，待粒化炉渣冷却至40℃时采用真空包装，即得电渣重熔精炼渣。

采用上述方法制备得到的电渣重熔精炼渣，该渣系具有以下物理化学性质：熔点：1300～1350℃；电导率2.4～2.8S.cm^-1；粘度0.1～0.2Pa.s；表面张力280～320mN.m^-1；氮气增量小于0.0005％；氧气增量小于0.0020％。

采用本实施例制备的电渣重熔精炼渣，其使用方法的具体步骤如下：

步骤一、将上述利用返回渣制备的电渣重熔精炼渣进行烘烤，烘烤温度300～350℃，保温时间2.5h；

步骤二、石墨电极起弧化渣：采用焦炭作为引弧剂，在步骤一中烘烤后的电渣重熔精炼渣中掺入金属铝粒，金属铝粒占电渣重熔精炼渣质量的0.3％，金属铝粒直径为2～3mm；

步骤三、控制化渣时间为30min，待渣量完全化清并稳定后，送入另一夹好的金属自耗电极开始电渣重熔过程。

采用本实施例得到的新渣系重熔Φ320mm×1200mm的电渣锭，钢种为9Cr2Mo，电极中T[O]＝0.003％，N＝0.006％。其电渣重熔效果如表1所示，其中各元素的含量为平均含量。取样位置说明同实施例1，根据图1～图6和表1可知，采用本实施例的技术方案，利用电渣重熔返回渣制备的新渣系重熔后钢锭表面质量光滑，钢锭表面质量良好，元素分布比较均匀，且均满足国标要求，氧、氮等杂质含量少。

采用本实施例的技术方案，能够大规模利用电渣厂的返回渣，降低电渣重熔精炼渣的生产成本。目前，市场上电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰的成本基本如下：电渣重熔返回渣100元/吨、萤石1500元/吨、氧化铝粉3500元/吨、石灰350元/吨，若采用现有技术普通使用的70％萤石+30％氧化铝粉的常用精炼渣，则1吨精炼渣的成本为：0.7×1500+0.3×3500＝2100元。而本实施例的精炼渣1吨的成本仅为：0.7×100+0.24×1500+0.06×3500＝640元，每吨精炼渣节省成本69.5％。

实施例4

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣，由如下质量百分比的组分组成：电渣重熔返回渣80％，萤石16％，氧化铝粉4％。其中，萤石中CaF₂的质量百分含量不低于85％，SiO₂的质量百分含量为5～10％，氧化铝粉中Al₂O₃的质量百分含量大于99％。

本实施例的一种高效利用返回渣的电渣重熔精炼渣的制备方法，其具体步骤为：

步骤一、按质量百分比称取电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉，并将电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉分别破碎成粒径为10～30mm的颗粒，其中：各组分的质量百分比为：电渣重熔返回渣80％，萤石16％，氧化铝粉4％；

步骤二、将步骤一破碎后的电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉混匀，得混合炉渣；由电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉配制成的精炼渣成分的质量百分数应该控制为如下范围：CaF₂：55～62％、Al₂O₃：20～26％、CaO：4～10％、SiO₂：5～9％；

步骤三、将步骤二的混合炉渣在1650～1700℃温度下预熔，预熔过程采用石墨电极，在化渣炉内进行，其中：熔炼电压58～62V，熔炼电流2500～3500A，熔炼时间30min；化渣炉的结构与使用同实施例1；

步骤四、将步骤三预熔后的混合炉渣采用风淬的方法破碎为5～10mm颗粒，其中风淬过程如下：将高温液态熔渣由化渣炉倒入流渣槽，该高温液态熔渣的温度为1650～1700℃，在流渣槽出口处由空气流喷吹液态熔渣使其粒化，空气流的工作压力为0.5Mpa，空气流的流量为10m³/min，待粒化炉渣冷却至40℃时采用真空包装，即得电渣重熔精炼渣。

采用上述方法制备得到的电渣重熔精炼渣，该渣系具有以下物理化学性质：熔点：1290～1330℃；电导率2.3～2.7S.cm^-1；粘度0.15～0.23Pa.s；表面张力290～380mN.m^-1；氮气增量小于0.0005％；氧气增量小于0.0020％。

采用本实施例制备的电渣重熔精炼渣，其使用方法的具体步骤如下：

步骤一、将上述利用返回渣制备的电渣重熔精炼渣进行烘烤，烘烤温度250～300℃，保温时间2.6h；

步骤二、石墨电极起弧化渣：采用焦炭作为引弧剂，在步骤一中烘烤后的电渣重熔精炼渣中掺入金属铝粒，金属铝粒占电渣重熔精炼渣质量的0.4％，金属铝粒直径为2～3mm；

步骤三、控制化渣时间为30min，待渣量完全化清并稳定后，送入另一夹好的金属自耗电极开始电渣重熔过程。

采用本实施例得到的新渣系重熔Φ320mm×1200mm的电渣锭，钢种为9Cr2Mo，电极中T[O]＝0.003％，N＝0.006％。其电渣重熔效果如表1所示，其中各元素的含量为平均含量。取样位置说明同实施例1，根据图1～图6和表1可知，采用本实施例的技术方案，利用电渣重熔返回渣制备的新渣系重熔后钢锭表面质量光滑，钢锭表面质量良好，元素分布比较均匀，且均满足国标要求，氧、氮等杂质含量少。

采用本实施例的技术方案，能够大规模利用电渣厂的返回渣，降低电渣重熔精炼渣的生产成本。目前，市场上电渣重熔返回渣、萤石、氧化铝粉、石灰的成本基本如下：电渣重熔返回渣100元/吨、萤石1500元/吨、氧化铝粉3500元/吨、石灰350元/吨，若采用现有技术普通使用的70％萤石+30％氧化铝粉的常用精炼渣，则1吨精炼渣的成本为：0.7×1500+0.3×3500＝2100元。而本实施例的精炼渣1吨的成本仅为：0.8×100+0.16×1500+0.04×3500＝460元，每吨精炼渣节省成本78％。

实施例1～4的电渣重熔精炼渣，采用了50～80％的电渣重熔返回渣，采用其它组分的配合使得配制的新电渣重熔精炼渣可重熔冷作模具钢、热作模具钢、冷轧辊用钢及不锈钢，重熔工艺过程稳定，钢锭表面质量良好，化学成分分布均匀；电渣重熔精炼渣的渣系成本在460～942.5元/吨，成本降低55～78％，使得大比例高效利用现有的电渣重熔返回渣得以实现。