鋼水表面保溫兼精煉劑及其製備方法

2023-05-20 17:09:16 1

專利名稱：鋼水表面保溫兼精煉劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及鋼水爐外處理及精煉、合金化技術，具體涉及一種特別適用於鋁鎮靜鋼冶煉純淨或超純淨鋼，且在初煉出鋼投加後能很快生成覆蓋鋼水表面的保溫劑，當其隨鋼水轉移至精煉爐後，又具有強烈脫氧作用和合成為性能良好的精煉劑，還可以對鋼水進行合金化處理的鋼水表面保溫兼鋼水精煉的添加劑。
眾所周知，隨著國民經濟發展對鋼種及其質量要求的日趨提高，鋼的冶煉技術由原來的一步法煉鋼發展成為二步法煉鋼，即分初煉和精煉兩個步驟進行。由初煉控制鋼水溫度和主要元素的含量，由精煉作脫氧除雜合金化處理，以取得預期品種和質量的鋼種。
在煉鋼中，初煉鋼水進入精煉爐前需在鋼水表面覆蓋保溫劑，以防止鋼水降溫和表面氧化，繼而進入精煉爐後需進行脫氧與合金化處理，並造成一定成份的精煉渣以吸附脫氧產物及鋼水中的其它雜質，達到淨化鋼水的目的。
鋼水表面保溫措施現有技術大致有以下三種一是鋼水帶渣出爐，利用鋼水表面的渣蓋對鋼水進行隔離保溫，這種方法使鋼水在精煉期間由於鋼渣的還原而使鋼水大量回雜。二是鋼水不帶渣出爐，鋼水表面投加保溫性能較好的碳質保溫劑(如碳化稻殼)對鋼水進行隔離保溫，但碳質保溫劑對鋼水造成的增碳作用對冶煉低碳鋼種極為不利。三是採用以粉煤灰為主的無碳保護劑，這種保護劑雖然避免了鋼水的增碳作用，但粉煤灰中的主要成分Al2O3和SiO2，一方面在精煉期間由於還原作用發生鋼水「回矽」現象，對於冶煉某些對矽含量有嚴格控制的鋼種(如深衝薄板鋼)非常不利，另一方面大量的Al2O3需消耗大量的CaO(石灰粉)以形成CaAl2O4(偏鋁酸鈣)成渣上浮，否則對降低鋼中Al2O3夾雜也很不利。
鋼水(特別是鋁鎮靜鋼)的脫氧最終都要採用金屬鋁，而脫氧產物AL2O3的熔點為2050℃，在鋼水中以枝狀或針狀存在，在鋼水冷凝時造成鋼中枝狀或針狀氧化物夾雜，影響了鋼材的質量。在現有技術中，一方面採用複合脫氧劑(如鋁矽鐵合金、鋁錳鐵合金)，以形成Al2O3.SiO2或Mno.AL2O3低熔點共熔體，便於成渣上浮，但這種方法使用範圍有限，因為在有大量金屬鋁存在的情況下很難形成矽或錳的氧化物，不適用於鋁鎮靜鋼的使用；在鐵合金領域研究的鋁鈣鐵合金和鋁鋇鐵合金，以此來取代鋁矽鐵合金和鋁錳鐵合金，解決鋁鎮靜鋼脫氧產物的複合成渣問題，但目前尚未見有成功的報導。另一方面是在精煉期向鋼水中加入氧化鈣，以形成CaO.Al2O3(偏鋁酸鈣)低熔點共熔體成渣上浮，但這種方法是脫氧在前，脫氧產物的複合成渣在後，彌散在鋼中的Al2O3需要相當長的時間才能與CaO結合成渣上浮，脫除Al2O3的動力學條件很不理想。
本發明的總體構思是針對已有技術作改進，而提供一種既能在初煉出鋼後投入鋼包鋼水內形成疏鬆狀且鋪展良好的保溫劑，以對鋼水進行保溫和隔離；且又能隨鋼水轉移進入精煉爐後對鋼水作脫氧處理併合成為性能良好的精煉渣，以達到簡化工藝操作、改善工作環境，減少飛揚損失，降低煉鋼成本，提高鋼材質量的目的。
實現本發明目的所採取的技術方案(產品的組份含量)是，以金屬鋁粉、螢石粉為主要成份，採用滾壓成球工藝製成的鋼水表面保溫兼精煉劑。這種保溫兼精煉劑可採用煉鋁廠熔鋁產生的鋁渣粉部分取代金屬鋁粉以降低生產成本，採用碳酸鈣粉部分取代螢石粉以加快球狀物鬆散速度而提高保溫性能。當採用取代方案時，這種保溫兼精煉劑的主要化學成分為金屬鋁，氟化鈣，碳酸鈣，三氧化二鋁，二氧化矽，和不可避免的雜質成分，其化學組份含量(重量％)為金 屬 鋁 20～25；氟 化 鈣 40～60；碳 酸 鈣 8～12；三氧化二鋁 10～18；二氧化矽 2～5；雜質 餘 量。
當這種保溫兼精煉劑在出鋼後加入鋼包，球狀物料不會產生粉塵飛揚而汙染環境和使物料損失；由於球狀物料具有很好的流動性，因而能迅速在鋼水表面鋪展形成覆蓋層；由於鋼水的加熱作用，物料中的碳酸鈣在1000℃左右分解產生CO2氣體使球體崩裂離散，形成鬆散粉狀物對鋼水表面起保溫作用；逸出的CO2氣體排斥了鋼水表面的空氣，以防止鋼水的氧化；由於粉狀物料的保溫作用，碳酸鈣的升溫分解並不激烈而延續一段時間，以滿足出鋼至精煉的時間要求；該物料的熔點小於1500℃，在與1600℃以上鋼水接觸的界面上形成流動性很好的熔融體，更有效地隔離了鋼水；由於密度差和表面張力的關係，物料中的鋁在這一階段基本上不進入鋼水而發生脫氧反應。
在精煉期中，粉狀物在攪拌條件下熔融並參與鋼水的脫氧反應，
脫氧產物氧化鋁與螢石粉中的氟化鈣產生反應，
生成的三氟化鋁成氣體逸出，生成的氧化鈣繼續與脫氧產物三氧化二鋁化合，
以上反應與化合過程同時進行，脫氧產物化合成渣的動力學條件非常有利，最終生成以CaAl2O4(偏鋁酸鈣)為主的渣相，該渣的理論熔點為1575℃，當有10％以上的氟化鈣及少量二氧化矽存在時，其熔點可降至1400℃左右，與鋼水具有較大的相間張力，能很好地上浮成渣而不會在鋼中形成夾雜。
當採用部分鋁渣粉代替金屬鋁粉，部分碳酸鈣粉代替螢石粉時，該保溫兼精煉劑的主要成份為金屬鋁、氟化鈣、碳酸鈣、三氧化二鋁、二氧化矽，其脫氧及精煉反應可用下式表達
上式左邊反應物中的氧來自鋼水，其餘物質為保溫兼精煉劑成份，其典型成分為(重量％)Al:20～25；CaF2: 40～60；CaCO3:8～12；Al2O3: 10～18；SiO2: 3～5。
每公斤以上成份的物料能結合0.25公斤左右的氧，CO2氣體在保溫期間生成逸出，AlF3氣體在脫氧精煉期間生成除去。
如上所述成份的保溫兼精煉劑，可在其中添加合金化劑、最典型的成份是Al、Ti,Al可以鋁粒的形式加入，其它成份可以鐵合金粉劑的形式加入，加入量可在相當大的範圍內變化，最高可達20(重量％)，以適應鋼種合金化的需要。由於在基料中有大量的金屬鋁作保護，因此所加入的合金元素氧化損失很少且收得率穩定。
如上所述成份的保溫兼精煉劑，可在其中添加Ba、Mg、K、Na、Li的碳酸鹽，以部分或全部取代碳酸鈣，碳酸鹽總量在15％以下時不會對使用造成不良影響。這些鹼金屬或鹼土金屬的氧化物對以CaAl2O4(偏鋁酸鈣)為主的渣相能起到改性、變質和改變表面張力的作用，從而更有利於鋼水的純淨。
如上所述成份的保溫兼精煉劑，可用Ti部分或全部取代Al，以滿足用Ti脫氧與合金化的鋼種(如不鏽鋼等)。
如上所述成份的保溫兼精煉劑，可在其中添加釩、鈮的氧化物，利用Al的還原作用完成對鋼中添加合金成份的過程，以降低合金化的成本。
很顯然，在本發明的組份中由於它不含C，可適用於冶煉低碳鋼種；由於SiO2含量很低，避免了以粉煤灰為主要成份的保溫劑所產生的「回矽」問題；由於含有大量金屬鋁，具有很強的脫氧能力；由於脫氧與精煉同步進行，鋼中產生氧化物夾雜的機會大大減少；由於採用機械混合壓製成球工藝，可以很方便地在其中添加任意比例的合金化元素，而不帶來複合合金的生產技術問題。
綜上所述，本發明與已有技術相比較，具有實質性的特點和顯著進步。具體說來有以下特點1、碳、矽、硫、磷等雜質含量很低，特別適用於低碳、低矽純淨鋼和超純淨鋼使用。
2、可在相當大的範圍內改變脫氧和合金化元素的成份含量，適應多鋼種變化的需要。
3、在一定含量範圍內可任意選擇鹼金屬或鹼土金屬氧化物(以碳酸化合物的形式加入)，完成對精煉合成渣的改性、變質等特殊要求。
4、原料普通、易得，成球工藝簡單、可靠，不存在成份偏析波動。投加工藝簡單，投加時無粉塵飛揚，在鋼水表面鋪展保溫性能優良。
5、脫氧與精煉同步進行，鋼中氧化物夾雜大大減少。
本發明的製備方法，採用通常的手段，順序按以下六個步驟進行，即原料粉碎，配比稱重，均勻拌和，添加粘結劑並均勻拌和，壓製成球，烘乾。
為了防免本發明產品的潰散，在所說的添加粘結劑步驟所添加的粘結劑，是水溶性無機粘結劑，本發明優選的是矽酸鈉(Na2SiO3)。粘結劑(Na2SiO3)在烘乾步驟它與CO2反應生成Na2CO3和SiO2，並存在於本發明的產品中。即
本發明優選的螢石，其CaF2含量≥95％。
本發明優選的碳酸鈣粉，為重質碳酸鈣粉(石灰石粉)，其CaCO3含量≥95％。
本發明優選的金屬鋁的粒度為≤2mm；螢石粉、碳酸鈣粉的粒度為≤0.2mm。
本發明優選的烘乾溫度為200±20℃，烘乾時間為1.5～2小時，其水份控制含量≤0.5％。
本發明優選採用鋁渣粉作為金屬鋁的部分代用品，且在鋁渣粉供應受阻的情況下，還可以用鈦鐵渣粉作為金屬鋁的部分代用品，以節省鋁資源和降低本發明的生產成本。優選的鋁渣粉或鈦鐵渣粉的粒度為≤0.9mm。
本發明優選的產品形狀為球狀顆粒，其粒度為10～20mm。
本發明的製備方法實施例如下，順序按以下六個步驟進行第一步，將金屬鋁、鋁渣、螢石精礦和優質石灰石分別粉碎篩分。金屬鋁和鋁渣採用滾刀切削法破碎，並用風力提取法提取，金屬鋁提取小於2mm的顆粒，鋁渣提取小於0.9mm的顆粒；螢石精礦和優質石灰石可用通常的破碎篩分方法提取小於0.2mm的顆粒，分倉儲存。
第二步，對上述原料取樣分析，各原料的化學成分標準為鋁粒Al≥95％,Cu≤0.5％,Zn≤0.2％,Si≤3％；螢石粉CaF2≥95％,SiO2≤1.0％,S≤0.05％,P≤0.03％；石灰石粉CaCO3≥95％,SiO2≤2.0％,S≤0.05％,P≤0.01％；鋁渣粉Al≥40％,Al2O3≤55％,SiO2≤5％；將化驗合格的原料稱重，其中鋁粒130Kg；螢石粉440Kg；石灰石粉120Kg；鋁渣粉300Kg；第三步，將上述稱重的原料加入3M3轉鼓式混料機中混合均勻。
第四步，向上述混合料中加入27Kg模數為3.5～3.7的玻璃水，並在雙輥式拌和機中拌和均勻。
第五步，將上述拌和料在對輥式壓球機內滾壓成10～20mm的球狀顆粒。
第六步，將上述球狀顆粒置入以焦炭為燃料的熱風迴轉圓筒烘乾機內，經200±20℃,1.5～2h烘乾，待成品水分小於0.5％後出爐空冷，包裝入庫。
以上實施例成品的化學成分為(重量％)Al: 24.5
CaF2:42.7CaCO3: 11.6Al2O3: 17.1SiO2:3.2Na2O+K2O: 0.2S:0.04P:0.02以上實施例成品可作為本發明的基料，可單獨用作鋼水的保溫、脫氧、除雜精煉劑。若將該基料與其它物料復配，採用同樣的製作工藝製得成品，加入鋼水可獲得另外的效果。如1、基料70～90份，鋁粒或鈦鐵粉10～30份，可用於向鋼中添加鋁或鈦元素。
2、基料80～90份，鋁粒5～10份，釩或鈮的氧化物5～10份，可用於向鋼中添加釩或鈮元素。
以上實施例，並不限制本發明。
試驗應用例本發明的產成品，在上海寶山鋼鐵公司進行了小批量工業性試驗，其結果表明本發明具有良好的應用工藝性，現場基本無汙染，「一料到底，全程處理」，操作簡便，特別是其在鋼包鋼水表面爆裂成渣、鋪展覆蓋良好，具有嚴密的保溫和隔離空氣的作用。其在精煉爐內，加上攪拌，表現出很理想的渣洗能力，除雜效果明顯。當需要作合金化處理時，投加含有需要的合金化元素配製的本發明產品作合金化處理，合金化元素收得率達到90％以上，效果十分明顯。為此得到了爐前技術人員和操作工的讚賞。
本發明同樣適用於其它鎮靜鋼的冶煉。
權利要求
1.一種特別適用於鋁鎮靜鋼冶煉純淨鋼或超純淨鋼的鋼水表面保溫兼精煉劑，其特徵在於，它含有金屬鋁(Al)、螢石(CaF2)、碳酸鈣(CaCO3)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)以及其它物質，而所說的其它物質包括鹼金屬或鹼土金屬的碳酸化合物、合金化元素及其氧化物，以及不可避免的磷(P)和硫(S)等雜質。
2.根據權利要求1所述的鋼水表面保溫兼精煉劑，其特徵在於，它的組份含量是(重量％)鋁(Al) 20～25；螢石(CaF2)40～60；碳酸鈣(CaCO3) 8～12；三氧化二鋁(Al2O3) 10～18；二氧化矽(SiO2)2～5；其它物質 餘 量。
3.根據權利要求1所述的鋼水表面保溫兼精煉劑，其特徵在於，在所說的其它物質中，含有鋼水的合金化劑Al、Ti等金屬粒或鐵合金粒，含量最高可達20(重量％)。
4.根據權利要求1所述的鋼水表面保溫兼精煉劑，其特徵在於，在所說的其它物質中，含有鋼水的合金化劑鈮(Nb)、釩(V)等元素的氧化物。
5.根據權利要求1所述的鋼水表面保溫兼精煉劑，其特徵在於，它可以Ba、Mg、K、Na、Li等鹼金屬或鹼土金屬的碳酸鹽部分或全部取代碳酸鈣。
6.如權利要求1所述的鋼水表面保溫兼精煉劑的製備方法，它順序包括六個步驟粉碎篩分；配比稱重；均勻拌和；添加粘結劑並均勻拌和；軋壓成球；烘乾，其特徵在於，在所說的添加粘結劑拌和步驟，所添加的粘結劑是模數為3.5～3.7的矽酸鈉(Na2SiO3)，而其配比稱重是按鋁粒130(重量份)、鋁渣粉300(重量份)、螢石粉440(重量份)、石灰石粉120(重量份)配比稱重，所加的粘結劑矽酸鈉為27(重量份)。
7.根據權利要求6所述的鋼水表面保溫兼精煉劑的製備方法，其特徵在於，所說的鋁粒的粒度為≤2mm；鋁渣粉的粒度為≤0.9mm；螢石粉和石灰石粉的粒度為≤0.2mm。
8.根據權利要求6所述的鋼水表面保溫兼精煉劑的製備方法，其特徵在於，所說的烘乾步驟的加熱溫度為200±20℃，烘乾時間為1.5～2小時，水份控制含量為≤0.5％。
全文摘要
本發明提供了一種特別適用於鋁鎮靜鋼冶煉純淨鋼或超純淨鋼且可兼作鋼水脫氧與合金化處理的鋼水表面保溫兼精煉劑,它以Al、CaF
文檔編號C21C7/04GK1215086SQ9811141
公開日1999年4月28日 申請日期1998年7月16日 優先權日1998年7月16日
發明者章兼培, 黃永江 申請人:江蘇江南鐵合金廠