合成渣

合成渣是最新研制开发的新一代炼钢辅助材料。它适用于钢包精炼作精炼净化剂。具有很强的脱氧、脱硫效果，可减少钢中气体、降低钢中夹杂。采用出钢过程中加入合成渣，利用出钢过程强大的动能和势能优势，使钢渣充分混合，不但能使合成渣提前熔化，同时高碱度、低熔点的合成渣与钢水混合起到了渣洗精炼的作用，提高了钢水的纯净度。精炼进站炉渣碱度高，氧势低，有利于进一步利用钢渣的界面反应脱除钢中的氧和硫。

简介

合成渣是最新研制开发的新一代炼钢辅助材料。它适用于钢包精炼作精炼净化剂。具有很强的脱氧、脱硫效果，可减少钢中气体、降低钢中夹杂。该产品是用各种精料通过熔融，生成以12CaO、7Al2O3为主的矿物，其含量大于90%，大量的钙化成份能与钢中的氧、硫反应生成低熔点易于上浮的产物，达到净化钢液的目的。从目前投入使用的厂家实例证明：在原始硫0.027%较低的情况下，能实现脱硫到0.0052%的效果，脱硫率达到80%以上，达到预期目的。

转炉冶炼终点炉渣的氧化性高，通常渣中TFe含量可达到12%～18%，成为钢水的污染源。而LF精炼过程中主要是靠钢渣界面反应进一步脱除钢中氧、硫等杂质元素，达到净化钢水的目的。这种高氧化性炉渣本身氧势高，要想脱除钢中氧必须先脱除渣中氧，同时出钢过程中采用的硅脱氧降低了炉渣的碱度，低碱度的炉渣对于脱硫几乎没有作用，势必造成精炼加入大量石灰造渣，但单纯加入石灰很难熔化，通常加入萤石化渣，这样不但增加造渣时间，同时大量萤石的加入造成了环境污染。

现有合成渣存在的问题

随着品种结构的不断优化以及钢水质量的稳定提高，炼钢精炼工序的负荷加大，将精炼合成渣提前加入钢包底部，起到提前造渣的目的，有利于生产组织和各工序功能分配的优化，但受成本的压力，合成渣仅仅是石灰与萤石及少量其他材料的简单配比。主要问题有：

1）配比不合理，生产工艺落后，容易造成合成渣各组分的偏析，使用效果不稳定。

2）易吸水、易粉化，降低了合成渣中各组分的反应活性。

3）需人工加入，劳动强度大，工作环境恶劣。

新型高效精炼合成渣的设计开发

碱度

采用合成渣进行炉渣精炼的目的旨在进一步脱除钢水中的氧和硫，净化钢水，减少钢中的夹杂物。合成渣中有效CaO 组分的含量是决定合成渣脱硫效果的重要因素，即：

CaO+[S]+[M]=CaS+（MO）（1）

但转炉下渣带入大量的FeO、MnO 及脱氧过程产物SiO2，其他冶金原料也不可避免地会带入FeO、SiO2等氧化物以及硫、磷等杂质，这些氧化物一方面降低了炉渣碱度，同时高氧化性的炉渣在钢渣界面发生置换反应：

（FeO）+[M]=（MO）+[Fe]， （2）

3（SiO2）+4[Al]=2（Al2O3）+3[Si]， （3）

不但降低了合金的收得率，也使钢中夹杂物增加，污染钢液，对钢水的纯净度极为不利。

随着碱度的增加，FeO 的活度系数降低，因此提高合成渣的碱度会抑制反应（2）的进行，对提高钢水纯净度有利。由反应（3）可见，渣中SiO2含量高时，对于铝脱氧钢就会与钢中铝产生反应，从而增加钢水中硅含量，改变低碳铝镇静钢的化学成分。因此，对于铝脱氧钢，要尽量选用含硅低的材料，提高合成渣的碱度。

渣系确定

研究表明，冶金功能优良的高碱度合成渣一般碱度>4.0，熔点1 200～1 400 ℃，黏度0.2～2.0 Pa·s。从成分来看，可基于CaO-SiO2-Al2O3 和MgO-SiO2-Al2O3两种渣系进行成分设计。

MgO-SiO2-Al2O3渣系，当MgO 含量超过40%后，渣系熔点均会超过1 400 ℃，合成渣不易熔化。CaO 系渣更有利于脱硫，炉渣也更稳定。

预熔料的加入

预熔料是将石灰、铝矾土等原料经预熔后形成低熔点的12CaO·7Al2O3。预熔料的熔点低（1 100～1 200 ℃），一方面有利于合成渣的熔化，减少萤石的加入量；另一方面出钢过程中液态熔渣与钢水充分混合，促进了钢水脱硫和夹杂物的吸附排出，提高了钢水洁净度。

另外，合成渣中Al2O3组分的增加，一方面降低炉渣黏度，促进渣钢反应，有利于脱硫；另一方面Al2O3属于表面活性物质，有利于泡沫渣的维持。

还原剂的加入

新型高效精炼合成渣特点

成分均匀

原合成渣的生产工艺落后，各种块状和粉状原料按配比称量后人工搅拌混料，由于原料比重不同，造成配料过程各组分偏析严重。新的生产技术将所有原材料分别经破碎、制粉、按配比称量后，机械搅拌混匀，不添加黏结剂直接压制成球。单个合成渣球内部和各个合成渣球之间成分均匀，保证了合成渣实际成分与配比成分偏差的最小化。对生产的合成渣进行随机取样，成分偏差在5%以内。

强度高

我国粉体造粒技术的研究自20 世纪80 年代开始，分为搅拌法、压力成型法、热熔融成型法、喷雾和分散弥雾法，其中压力成型法是唯一不添加任何黏结剂、最大限度保存了物质本身物性的成型方法。由于合成渣的使用要求必须尽量减少成分中的水分、灰分等杂质，同时保持合成渣的反应活性，因此干法压力成型技术是最适宜的方法。新型高效精炼合成渣采用高压力成型机，压制的合成渣球体强度高、粒度均匀、成球率高。

可实现机械化、自动化作业

1）合成渣生产过程机械化、自动化。新设计的合成渣生产工艺流程，从原料的破碎、制粉、混匀、压球、包装成品，可全部实现机械化、连续化生产，不但提高了生产效率，同时减轻了操作人员的劳动强度，改善了工作环境。

2）炼钢生产中合成渣加入机械化、自动化。合成渣造球后，可在炉前炉顶料仓、精炼料仓或炉后料斗中直接加入，减少搬运、不占用场地，有利于现场管理以及数据的自动采集，便于炼钢标准化操作和管理，减少人为因素的影响，同时减少人员配置，降低成本。

不易吸潮

工业应用

将生产的高碱度合成渣应用于炼钢（钢种55C、SM490YB），吨钢加入量5～8 kg。根据条件采用随钢流手动加入、出钢前加入包底、炉顶料仓或加料漏斗等加入方式均取得了良好效果。

1）精炼渣碱度高。应用表明，进站碱度平均2.35，满足精炼要求，有利于进一步脱氧、脱硫。

2）渣中TFe 含量低。转炉渣渣中TFe 含量通常在12%～18%，这部分渣进入钢包成为钢水的污染源，LF 精炼是利用钢渣的界面反应来净化钢液，必须通过精炼造白渣将渣中氧降低到一定程度，钢中的氧、硫等杂质才会通过界面进入渣中。因此炉渣的氧化性，即渣中TFe 含量是衡量炉渣精炼效果的一个重要指标。通常白渣条件下，渣中TFe 含量<2%。加入合成渣后，炉渣中TFe 含量平均由14.24%降至2.1%，说明加入该合成渣后进站炉渣的氧化性基本消除，呈黄白渣，使精炼的白渣保持时间延长，提高了精炼效果。

3）脱硫效果好。合成渣的脱硫效果可以通过钢中硫含量的降低来反应，也可以从炉渣中硫含量的增加即硫容量来反应。转炉渣的硫容量平均为0.07%，加入合成渣后，渣量增大，但渣中硫含量由0.07%增加到0.33%，脱硫效果显著，同时也反应出该合成渣设计合理，炉渣的硫容量大，对于冶炼低硫钢和超低硫钢具有良好的脱硫效果。

总结

1）本项目根据冶金学原理，选择CaO-Al2O3-SiO2渣系，设计出高碱度、低熔点合成渣，加入后，炉渣碱度高，渣硫容量高，合成渣中的还原剂降低了顶渣的氧势，成渣速度快，精炼效果好。

2） 采用该合成渣，精炼进站炉渣基本化好，精炼化渣时间缩短3 min，精炼过程不加萤石或根据添加石灰量加入少量萤石，对环境污染小。

3） 采用均质成型技术配合高效制粉、混匀生产工艺生产的合成渣，成分、粒度均匀，无任何添加剂，最大限度地保证了各种原料的物性。