CN1215086A - 钢水表面保温兼精炼剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种特别适用于铝镇静钢冶炼纯净钢或超纯净钢且可兼作钢水脱氧与合金化处理的钢水表面保温兼精炼剂,它以Al、CaF₂为主要组分,并含有Al₂O₃、SiO₂和包括碱金属或碱土金属的碳酸化合物、合金化元素或其氧化物和P、S等不可避免的杂质。以玻璃水(Na₂SiO₃)为粘合剂,采用通常手段,轧压而成球状颗粒。本发明具有制备方法简易,成品实用性好,“一料到底,全程处理”,工艺操作简便,具有良好的钢水表面保温性能,脱氧精炼渣洗除杂效果好,合金化元素收得率高,现场环境不污染等特点。

Description

钢水表面保温兼精炼剂及其制备方法

本发明涉及钢水炉外处理及精炼、合金化技术，具体涉及一种特别适用于铝镇静钢冶炼纯净或超纯净钢，且在初炼出钢投加后能很快生成覆盖钢水表面的保温剂，当其随钢水转移至精炼炉后，又具有强烈脱氧作用和合成为性能良好的精炼剂，还可以对钢水进行合金化处理的钢水表面保温兼钢水精炼的添加剂。

众所周知，随着国民经济发展对钢种及其质量要求的日趋提高，钢的冶炼技术由原来的一步法炼钢发展成为二步法炼钢，即分初炼和精炼两个步骤进行。由初炼控制钢水温度和主要元素的含量，由精炼作脱氧除杂合金化处理，以取得预期品种和质量的钢种。

在炼钢中，初炼钢水进入精炼炉前需在钢水表面覆盖保温剂，以防止钢水降温和表面氧化，继而进入精炼炉后需进行脱氧与合金化处理，并造成一定成份的精炼渣以吸附脱氧产物及钢水中的其它杂质，达到净化钢水的目的。

钢水表面保温措施现有技术大致有以下三种：一是钢水带渣出炉，利用钢水表面的渣盖对钢水进行隔离保温，这种方法使钢水在精炼期间由于钢渣的还原而使钢水大量回杂。二是钢水不带渣出炉，钢水表面投加保温性能较好的碳质保温剂(如碳化稻壳)对钢水进行隔离保温，但碳质保温剂对钢水造成的增碳作用对冶炼低碳钢种极为不利。三是采用以粉煤灰为主的无碳保护剂，这种保护剂虽然避免了钢水的增碳作用，但粉煤灰中的主要成分Al₂O₃和SiO₂，一方面在精炼期间由于还原作用发生钢水“回硅”现象，对于冶炼某些对硅含量有严格控制的钢种(如深冲薄板钢)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(偏铝酸钙)成渣上浮，否则对降低钢中Al₂O₃夹杂也很不利。

钢水(特别是铝镇静钢)的脱氧最终都要采用金属铝，而脱氧产物AL₂O₃的熔点为2050℃，在钢水中以枝状或针状存在，在钢水冷凝时造成钢中枝状或针状氧化物夹杂，影响了钢材的质量。在现有技术中，一方面采用复合脱氧剂(如铝硅铁合金、铝锰铁合金)，以形成Al₂O₃.SiO₂或Mno.AL₂O₃低熔点共熔体，便于成渣上浮，但这种方法使用范围有限，因为在有大量金属铝存在的情况下很难形成硅或锰的氧化物，不适用于铝镇静钢的使用；在铁合金领域研究的铝钙铁合金和铝钡铁合金，以此来取代铝硅铁合金和铝锰铁合金，解决铝镇静钢脱氧产物的复合成渣问题，但目前尚未见有成功的报道。另一方面是在精炼期向钢水中加入氧化钙，以形成CaO.Al₂O₃(偏铝酸钙)低熔点共熔体成渣上浮，但这种方法是脱氧在前，脱氧产物的复合成渣在后，弥散在钢中的Al₂O₃需要相当长的时间才能与CaO结合成渣上浮，脱除Al₂O₃的动力学条件很不理想。

本发明的总体构思是针对已有技术作改进，而提供一种既能在初炼出钢后投入钢包钢水内形成疏松状且铺展良好的保温剂，以对钢水进行保温和隔离；且又能随钢水转移进入精炼炉后对钢水作脱氧处理并合成为性能良好的精炼渣，以达到简化工艺操作、改善工作环境，减少飞扬损失，降低炼钢成本，提高钢材质量的目的。

实现本发明目的所采取的技术方案(产品的组份含量)是，以金属铝粉、萤石粉为主要成份，采用滚压成球工艺制成的钢水表面保温兼精炼剂。这种保温兼精炼剂可采用炼铝厂熔铝产生的铝渣粉部分取代金属铝粉以降低生产成本，采用碳酸钙粉部分取代萤石粉以加快球状物松散速度而提高保温性能。当采用取代方案时，这种保温兼精炼剂的主要化学成分为：金属铝，氟化钙，碳酸钙，三氧化二铝，二氧化硅，和不可避免的杂质成分，其化学组份含量(重量％)为：

金 属 铝：       20～25；

氟 化 钙：       40～60；

碳 酸 钙：       8～12；

三氧化二铝       10～18；

二氧化硅：       2～5；

杂    质：       余 量。

当这种保温兼精炼剂在出钢后加入钢包，球状物料不会产生粉尘飞扬而污染环境和使物料损失；由于球状物料具有很好的流动性，因而能迅速在钢水表面铺展形成覆盖层；由于钢水的加热作用，物料中的碳酸钙在1000℃左右分解产生CO₂气体使球体崩裂离散，形成松散粉状物对钢水表面起保温作用；逸出的CO₂气体排斥了钢水表面的空气，以防止钢水的氧化；由于粉状物料的保温作用，碳酸钙的升温分解并不激烈而延续一段时间，以满足出钢至精炼的时间要求；该物料的熔点小于1500℃，在与1600℃以上钢水接触的界面上形成流动性很好的熔融体，更有效地隔离了钢水；由于密度差和表面张力的关系，物料中的铝在这一阶段基本上不进入钢水而发生脱氧反应。

在精炼期中，粉状物在搅拌条件下熔融并参与钢水的脱氧反应，

        

脱氧产物氧化铝与萤石粉中的氟化钙产生反应，

        

生成的三氟化铝成气体逸出，生成的氧化钙继续与脱氧产物三氧化二铝化合，

        

以上反应与化合过程同时进行，脱氧产物化合成渣的动力学条件非常有利，最终生成以CaAl₂O₄(偏铝酸钙)为主的渣相，该渣的理论熔点为1575℃，当有10％以上的氟化钙及少量二氧化硅存在时，其熔点可降至1400℃左右，与钢水具有较大的相间张力，能很好地上浮成渣而不会在钢中形成夹杂。

当采用部分铝渣粉代替金属铝粉，部分碳酸钙粉代替萤石粉时，该保温兼精炼剂的主要成份为金属铝、氟化钙、碳酸钙、三氧化二铝、二氧化硅，其脱氧及精炼反应可用下式表达：

上式左边反应物中的氧来自钢水，其余物质为保温兼精炼剂成份，其典型成分为(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结合0.25公斤左右的氧，CO₂气体在保温期间生成逸出，AlF₃气体在脱氧精炼期间生成除去。

如上所述成份的保温兼精炼剂，可在其中添加合金化剂、最典型的成份是Al、Ti,Al可以铝粒的形式加入，其它成份可以铁合金粉剂的形式加入，加入量可在相当大的范围内变化，最高可达20(重量％)，以适应钢种合金化的需要。由于在基料中有大量的金属铝作保护，因此所加入的合金元素氧化损失很少且收得率稳定。

如上所述成份的保温兼精炼剂，可在其中添加Ba、Mg、K、Na、Li的碳酸盐，以部分或全部取代碳酸钙，碳酸盐总量在15％以下时不会对使用造成不良影响。这些碱金属或碱土金属的氧化物对以CaAl₂O₄(偏铝酸钙)为主的渣相能起到改性、变质和改变表面张力的作用，从而更有利于钢水的纯净。

如上所述成份的保温兼精炼剂，可用Ti部分或全部取代Al，以满足用Ti脱氧与合金化的钢种(如不锈钢等)。

如上所述成份的保温兼精炼剂，可在其中添加钒、铌的氧化物，利用Al的还原作用完成对钢中添加合金成份的过程，以降低合金化的成本。

很显然，在本发明的组份中由于它不含C，可适用于冶炼低碳钢种；由于SiO₂含量很低，避免了以粉煤灰为主要成份的保温剂所产生的“回硅”问题；由于含有大量金属铝，具有很强的脱氧能力；由于脱氧与精炼同步进行，钢中产生氧化物夹杂的机会大大减少；由于采用机械混合压制成球工艺，可以很方便地在其中添加任意比例的合金化元素，而不带来复合合金的生产技术问题。

综上所述，本发明与已有技术相比较，具有实质性的特点和显著进步。具体说来有以下特点：

1、碳、硅、硫、磷等杂质含量很低，特别适用于低碳、低硅纯净钢和超纯净钢使用。

2、可在相当大的范围内改变脱氧和合金化元素的成份含量，适应多钢种变化的需要。

3、在一定含量范围内可任意选择碱金属或碱土金属氧化物(以碳酸化合物的形式加入)，完成对精炼合成渣的改性、变质等特殊要求。

4、原料普通、易得，成球工艺简单、可靠，不存在成份偏析波动。投加工艺简单，投加时无粉尘飞扬，在钢水表面铺展保温性能优良。

5、脱氧与精炼同步进行，钢中氧化物夹杂大大减少。

本发明的制备方法，采用通常的手段，顺序按以下六个步骤进行，即原料粉碎，配比称重，均匀拌和，添加粘结剂并均匀拌和，压制成球，烘干。

为了防免本发明产品的溃散，在所说的添加粘结剂步骤所添加的粘结剂，是水溶性无机粘结剂，本发明优选的是硅酸钠(Na₂SiO₃)。粘结剂(Na₂SiO₃)在烘干步骤它与CO₂反应生成Na₂CO₃和SiO₂，并存在于本发明的产品中。即：

本发明优选的萤石，其CaF₂含量≥95％。

本发明优选的碳酸钙粉，为重质碳酸钙粉(石灰石粉)，其CaCO₃含量≥95％。

本发明优选的金属铝的粒度为≤2mm；萤石粉、碳酸钙粉的粒度为≤0.2mm。

本发明优选的烘干温度为200±20℃，烘干时间为1.5～2小时，其水份控制含量≤0.5％。

本发明优选采用铝渣粉作为金属铝的部分代用品，且在铝渣粉供应受阻的情况下，还可以用钛铁渣粉作为金属铝的部分代用品，以节省铝资源和降低本发明的生产成本。优选的铝渣粉或钛铁渣粉的粒度为≤0.9mm。

本发明优选的产品形状为球状颗粒，其粒度为10～20mm。

本发明的制备方法实施例如下，顺序按以下六个步骤进行：

第一步，将金属铝、铝渣、萤石精矿和优质石灰石分别粉碎筛分。金属铝和铝渣采用滚刀切削法破碎，并用风力提取法提取，金属铝提取小于2mm的颗粒，铝渣提取小于0.9mm的颗粒；萤石精矿和优质石灰石可用通常的破碎筛分方法提取小于0.2mm的颗粒，分仓储存。

第二步，对上述原料取样分析，各原料的化学成分标准为：

铝粒：Al≥95％,Cu≤0.5％,Zn≤0.2％,Si≤3％；

萤石粉：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％；

铝渣粉：Al≥40％,Al₂O₃≤55％,SiO₂≤5％；

将化验合格的原料称重，其中：

铝粒：130Kg；

萤石粉：440Kg；

石灰石粉：120Kg；

铝渣粉：300Kg；

第三步，将上述称重的原料加入3M3转鼓式混料机中混合均匀。

第四步，向上述混合料中加入27Kg模数为3.5～3.7的玻璃水，并在双辊式拌和机中拌和均匀。

第五步，将上述拌和料在对辊式压球机内滚压成10～20mm的球状颗粒。

第六步，将上述球状颗粒置入以焦炭为燃料的热风回转圆筒烘干机内，经200±20℃,1.5～2h烘干，待成品水分小于0.5％后出炉空冷，包装入库。

以上实施例成品的化学成分为(重量％)：

Al:           24.5

CaF₂:        42.7

CaCO₃:       11.6

Al₂O₃:     17.1

SiO₂:        3.2

Na₂O+K₂O:   0.2

S:            0.04

P:            0.02

以上实施例成品可作为本发明的基料，可单独用作钢水的保温、脱氧、除杂精炼剂。若将该基料与其它物料复配，采用同样的制作工艺制得成品，加入钢水可获得另外的效果。如：

1、基料70～90份，铝粒或钛铁粉10～30份，可用于向钢中添加铝或钛元素。

2、基料80～90份，铝粒5～10份，钒或铌的氧化物5～10份，可用于向钢中添加钒或铌元素。

以上实施例，并不限制本发明。

试验应用例：本发明的产成品，在上海宝山钢铁公司进行了小批量工业性试验，其结果表明：本发明具有良好的应用工艺性，现场基本无污染，“一料到底，全程处理”，操作简便，特别是其在钢包钢水表面爆裂成渣、铺展覆盖良好，具有严密的保温和隔离空气的作用。其在精炼炉内，加上搅拌，表现出很理想的渣洗能力，除杂效果明显。当需要作合金化处理时，投加含有需要的合金化元素配制的本发明产品作合金化处理，合金化元素收得率达到90％以上，效果十分明显。为此得到了炉前技术人员和操作工的赞赏。

本发明同样适用于其它镇静钢的冶炼。

Claims (8)

1、一种特别适用于铝镇静钢冶炼纯净钢或超纯净钢的钢水表面保温兼精炼剂，其特征在于，它含有金属铝(Al)、萤石(CaF₂)、碳酸钙(CaCO₃)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)以及其它物质，而所说的其它物质包括碱金属或碱土金属的碳酸化合物、合金化元素及其氧化物，以及不可避免的磷(P)和硫(S)等杂质。

2、根据权利要求1所述的钢水表面保温兼精炼剂，其特征在于，它的组份含量是(重量％)：

   铝(Al)                 20～25；

   萤石(CaF₂)            40～60；

   碳酸钙(CaCO₃)         8～12；

   三氧化二铝(Al₂O₃)   10～18；

   二氧化硅(SiO₂)        2～5；

   其它物质：             余  量。

3、根据权利要求1所述的钢水表面保温兼精炼剂，其特征在于，在所说的其它物质中，含有钢水的合金化剂Al、Ti等金属粒或铁合金粒，含量最高可达20(重量％)。

4、根据权利要求1所述的钢水表面保温兼精炼剂，其特征在于，在所说的其它物质中，含有钢水的合金化剂铌(Nb)、钒(V)等元素的氧化物。

5、根据权利要求1所述的钢水表面保温兼精炼剂，其特征在于，它可以Ba、Mg、K、Na、Li等碱金属或碱土金属的碳酸盐部分或全部取代碳酸钙。

6、如权利要求1所述的钢水表面保温兼精炼剂的制备方法，它顺序包括六个步骤：粉碎筛分；配比称重；均匀拌和；添加粘结剂并均匀拌和；轧压成球；烘干，其特征在于，在所说的添加粘结剂拌和步骤，所添加的粘结剂是模数为3.5～3.7的硅酸钠(Na₂SiO₃)，而其配比称重是按铝粒130(重量份)、铝渣粉300(重量份)、萤石粉440(重量份)、石灰石粉120(重量份)配比称重，所加的粘结剂硅酸钠为27(重量份)。

7、根据权利要求6所述的钢水表面保温兼精炼剂的制备方法，其特征在于，所说的铝粒的粒度为≤2mm；铝渣粉的粒度为≤0.9mm；萤石粉和石灰石粉的粒度为≤0.2mm。

8、根据权利要求6所述的钢水表面保温兼精炼剂的制备方法，其特征在于，所说的烘干步骤的加热温度为200±20℃，烘干时间为1.5～2小时，水份控制含量为≤0.5％。