CN1238533C - 高铝渣球及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于冶炼纯净钢或超纯净钢的钢水表面保温兼精炼剂的高铝渣球及其制备方法，它含有金属铝、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二硼、碳酸钙、萤石粉以及不可避免的其它杂质，二氧化硅、碳、硫、磷含量的控制，特别适用于低碳、低硅纯净钢和其他超纯净钢；水分含量的控制，避免了物料进入钢水中的爆腾现象；可在很大范围内改变脱氧和合金化元素的成分含量，适应多钢种变化的需要；原料普通、易得，成球工艺简单、可靠，不存在成分偏析波动，投加工艺简单，钢水表面铺展保温性能优良；脱氧与精炼同步进行，钢水中氧化物夹杂将大大减少。

Description

高铝渣球及其制备方法

技术领域

本发明属于钢水炉外处理及精炼、合金化技术，具体涉及一种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，特别是用于冶炼纯净钢和超纯净钢，且在初炼出钢投加后，能很快覆盖钢水表面作保温剂，当其随钢水转移至精炼炉后，具有强烈脱氧作用和合成为性能良好的精炼剂。

背景技术

众所周知，随着国民经济的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，并造成一定成分的精炼渣以吸附脱氧产物及钢中的有害杂质，达到净化钢水的目的。

钢水表面的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。三是采用以煤粉灰为主的低碳保护剂，这种保护剂虽然避免了钢水的过分增碳作用，但煤粉灰中的主要成分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，对于冶炼某些低碳钢种(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，否则对降低钢中的Al₂O₃夹杂也很不利。

钢水(特别是纯净钢和超纯净钢)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。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，解决冶炼纯净钢或超纯净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间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。

为使钢水达到纯净，必须使钢水深度脱杂，但是脱杂的条件必须对钢水进行强烈吹氧，使钢水中的杂质氧化成渣上浮，但同时钢水中的含氧量会上升，必须对钢水进行脱氧处理，脱氧物质有铝、钙、镁、硅、锰等，如果采用钙脱氧则成本太高，如果采用镁脱氧则存在安全性隐患，硅、锰等物质的脱氧效果又达不到预期目标，原先采用的纯铝、铝铁合金能达到纯净钢脱氧目标，但不能生成钢水表面保温剂，不利于脱氧产物与杂质的吸附。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于冶炼纯净和超纯净钢的，有害杂质含量极低的高铝渣球及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高铝渣球，它含有金属铝(Al)、三氧化二铝(Al₂O₃)、碳酸钙(CaCO₃)、萤石粉(CaF₂)、添加剂和不可避免的杂质二氧化硅(SiO₂)、水份(H₂O)、硫(S)、磷(P)，添加剂为碱金属碳酸化合物或碱土金属的碳酸化合物、合金化元素及其氧化物，添加剂的主要成分为二氧化钛(TiO₂)或三氧化二硼(B₂O₃)，其组份含量按重量％是：铝45～75；三氧化二铝10～40；二氧化钛3～12或三氧化二硼1～5；碳酸钙2～15；萤石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.5及其它杂质。

为了适应不同钢种的需要，进一步地，它的组份含量按重量％是：铝45～55；三氧化二铝10～15；二氧化钛3～12或三氧化二硼1～5；碳酸钙2～15；萤石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物质余量，此组份在钢水表面能形成液态渣。

进一步地，它的组份含量按重量％是：铝45～55；三氧化二铝30～40；二氧化钛3～12或三氧化二硼1～5；碳酸钙2～15；萤石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物质余量，此组份在钢水表面能形成泡沫渣。

上述高铝渣球的制备方法，具有如下工艺流程：将取样分析合格后的金属铝粉、铝渣粉、钛渣粉、萤石粉、石灰石粉、硼酸粉和玻璃水采购到位并分仓储存，将化验合格的原材料称重配比，然后投入转鼓式混料机中混合均匀，再加入婆美度为37-42的玻璃水9-12％，在双搅龙搅拌机中连续搅拌混合均匀，然后立即将物料投入对辊式压球机内滚压成球，筛分合格粒级进入热风烘烤设备中用150℃-200℃的热风烘烤20-24小时，成品水份≤0.5％后自然冷却10-12小时，筛分、包装、入库。

进一步地，所述各原材料的化学成分的组份含量按重量％分别为：

铝粒：Al≥95％、Cu≤1％、Si≤3％；

铝渣粉：Al≥25％、Al₂O₃≤65％、SiO₂≤5％；

钛渣粉：TiO₂≥85％；

萤石粉：CaF₂≥98％、SiO₂≤1％；

石灰石粉：CaCO₃≥95％、SiO₂≤1％；

硼酸粉：B₂O₃≥98％。

当这种高铝渣球在出钢后加入钢包中，由于球状物料具有很好的流动性，因而能迅速在钢水表面形成覆盖层；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气体排出钢水表面空气，以防止钢水的氧化，由于粉状物料的保温作用，CaCO₃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。在精炼期中，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。

如上所述的高铝渣球，可在其中添加合金化剂，最典型的成分是Al、Ti，Al可以铝粒的形式加入，其它成分可以铁合金的粉剂的形式加入，加入量可在相当大的范围内变化，最高可达重量百分比20％，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，因此所加入的合金化元素氧化损失很少且收得率稳定。

如上所述的高铝渣球，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。

如上所述的高铝渣球，可在其中添加钒、铌的氧化物，利用铝的还原作用完成对钢中添加合金成分的过程，以降低合金化的成本。

本发明的有益效果是，一、硅、硫、磷等有害杂质含量极低，特别适用于冶炼纯净钢和超纯净钢；水分含量的控制，避免了物料进入钢水中的爆腾现象。二、可在相当大的范围内改变脱氧和合金化元素的成分含量，适应多钢种变化的需要。三、在一定含量的范围内可任意选择碱金属或碱土金属氧化物(以碳酸盐化合物的形式加入)完成对精炼合成渣的改性、变质等特殊要求。四、原料普通、易得，成球工艺简单、可靠，不存在成分偏析波动，投加工艺简单，钢水表面铺展保温性能优良。五、脱氧与精炼同步进行，钢水中氧化物夹杂大大减少。

具体实施方式

原材料的准备：

按各原材料的化学成份的组份含量按重量％分别为：

铝粉：Al≥95％，Cu≤0.5％，Si≤0.5％；

铝渣粉：Al≥25％，Al₂O₃≤65％，SiO₂≤5％；

钛渣粉：TiO₂≥85％；

萤石粉：CaF₂≥98％，SiO₂≤1％；

石灰石粉：CaCO₃≥95％，SiO₂≤1％；

硼酸粉：B₂O₃≥98％。的要求，将金属铝粉、铝渣粉、钛渣粉、萤石精矿、石灰石粉、硼酸粉、玻璃水分别采购到位并分仓储存，对原材料取样分析，各原材料的化学组份分别是：

铝粉：Al 98.5％、Cu 0.3％、Si 0.42％；

铝渣粉：Al 25.3％、Al₂O₃ 64.5％、SiO₂ 3.1％；

钛渣粉：TiO₂ 86.2％；

萤石粉：CaF₂ 98.26％、SiO₂ 0.68％；

石灰石粉：CaCO₃ 96.3％、SiO₂ 0.52％；

硼酸粉：B₂O₃ 98.32％。

铝渣球的制备，实施例一

将化验合格的原料称重：铝粉385Kg、铝渣粉500Kg、钛渣粉35Kg、萤石粉25Kg、石灰石粉40Kg，将上述称重的原料投入转鼓式混料机中混合均匀(15分钟)，在混合均匀的物料中投入婆美度为37的玻璃水50Kg并在双搅龙搅拌机中拌和均匀，将拌和均匀的物料在对辊式压球机内滚压成10～20mm的球状颗粒，将球状颗粒投入以焦碳为燃料的干燥设备内，以200℃左右温度的热风，经过20～24小时烘干，待成品水分小于0.2％后，自然冷却10-12小时，再次进行筛选、包装、入库。

以上实施例成品的化学成分的组份含量按重量％为：

Al：50.57；

Al₂O₃：32.25；

TiO₂：3.02；

CaF₂：2.45；

CaCO₃：3.85；

SiO₂：3.27；

H₂O：0.16；

P：0.008；

S：0.079。

实施例二

将化验合格的原料称重：铝粉460Kg、铝渣粉200Kg、钛渣粉135Kg、萤石粉75Kg、石灰石粉115Kg，将上述称重的原料投入转鼓式混料机中混合均匀(15分钟)，在混合均匀的物料中投入婆美度为37的玻璃水50Kg并在双搅龙搅拌机中拌和均匀，将拌和均匀的物料在对辊式压球机内滚压成10～20mm的球状颗粒，将球状颗粒投入以焦碳为燃料的干燥设备内，以150-200℃左右温度的热风，经过20～24小时烘干，待成品水分小于0.2％后，自然冷却10-12小时，再次进行筛选、包装、入库。

以上实施例成品的化学成分按重量％为：

Al：50.37；

Al₂O₃：12.90；

TiO₂：11.63；

CaF₂：7.36；

CaCO₃：11.07；

SiO₂：3.30；

H₂O：0.16；

P：0.008；

S：0.079。

试验应用例：本发明方法制备的高铝渣球，在上海宝钢公司进行了批量应用，其结果表明：本发明具有良好的应用工艺性，做到“一料到底，全程处理”，操作简便，特别是其在钢水表面爆裂成渣，由于TiO₂与B₂O₃的适量存在，容易吸收Al₂O₃成渣上浮，且铺展覆盖良好，具有严密的保温和隔离空气的作用。在精炼炉内，加上搅拌，表现出很理想的洗渣能力，除渣效果显著。当需要合金化处理时，投加含有需要的合金化元素配制的本发明作合金化处理，合金化元素收得率大大提高，效果十分显著。

Claims (5)

1.一种高铝渣球，它含有金属铝、三氧化二铝、碳酸钙、萤石粉、添加剂和不可避免的杂质二氧化硅、以及少量的水份、硫、磷，添加剂为碱金属碳酸化合物或碱土金属的碳酸化合物、合金化元素或合金化元素的氧化物，添加剂的主要成分为二氧化钛或三氧化二硼，其特征在于它的组份含量按重量％是：铝45～75；三氧化二铝10～40；二氧化钛3～12或三氧化二硼1～5；碳酸钙2～15；萤石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.5及其它杂质。

2.根据权利要求1所述的高铝渣球，其特征在于它的组份含量按重量％是：铝45～55；三氧化二铝10～15；二氧化钛3～12或三氧化二硼1～5；碳酸钙2～15；萤石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物质余量。

3.根据权利要求1所述的高铝渣球，其特征在于它的组份含量按重量％是：铝45～55；三氧化二铝30～40；二氧化钛3～12或三氧化二硼1～5；碳酸钙2～15；萤石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物质余量。

4.根据权利要求1所述的高铝渣球的制备方法，其特征是具有如下工艺流程：将取样分析合格后的金属铝粉、铝渣粉、钛渣粉、萤石粉、石灰石粉、硼酸粉和玻璃水采购到位并分仓储存，将化验合格的原材料称重配比，然后投入转鼓式混料机中混合均匀，再加入婆美度为37-42的玻璃水9-12％，在双搅龙搅拌机中连续搅拌混合均匀，然后立即将物料投入对辊式压球机内滚压成球，筛分合格粒级进入热风烘烤设备中用150℃-200℃的热风烘烤20-24小时，成品水份≤0.5％后自然冷却10-12小时，筛分、包装、入库。

5.根据权利要求4所述的高铝渣球的制备方法，其特征在于各原材料的化学成份的组分含量按重量％分别为：

铝粒：Al≥95％、Cu≤1％、Si≤3％；

铝渣粉：Al≥25％、Al₂O₃≤65％、SiO₂≤5％；

钛渣粉：TiO₂≥85％；

萤石粉：CaF₂≥98％、SiO₂≤1％；

石灰石粉：CaCO₃≥95％、SiO₂≤1％；

硼酸粉：B₂O₃≥98％。