專(zhuān)利名稱(chēng)：高鋁渣球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼水爐外處理及精煉、合金化技術(shù)，具體涉及一種對(duì)鋼水進(jìn)行合金化處理的鋼水表面保溫兼鋼水精煉的添加劑，特別是用于冶煉純凈鋼和超純凈鋼，且在初煉出鋼投加后，能很快覆蓋鋼水表面作保溫劑，當(dāng)其隨鋼水轉(zhuǎn)移至精煉爐后，具有強(qiáng)烈脫氧作用和合成為性能良好的精煉劑。
背景技術(shù)：
眾所周知，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)鋼種及其質(zhì)量要求的日趨提高，鋼的冶煉技術(shù)由原來(lái)的一步法煉鋼發(fā)展成為二步法煉鋼，即分初煉和精煉兩個(gè)步驟進(jìn)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(yù)期品種和質(zhì)量的鋼種。
在煉鋼中，初煉鋼水進(jìn)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(jìn)入精煉爐后需進(jìn)行脫氧與合金化處理，并造成一定成分的精煉渣以吸附脫氧產(chǎn)物及鋼中的有害雜質(zhì)，達(dá)到凈化鋼水的目的。
鋼水表面的保溫措施現(xiàn)有技術(shù)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(duì)鋼水進(jìn)行隔離保溫，這種方法使鋼水在精煉期間由于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(zhì)保溫劑(如碳化稻殼)對(duì)鋼水進(jìn)行隔離保溫，但碳質(zhì)保溫劑對(duì)鋼水造成的增碳作用對(duì)冶煉低碳鋼種極為不利。三是采用以煤粉灰為主的低碳保護(hù)劑，這種保護(hù)劑雖然避免了鋼水的過(guò)分增碳作用，但煤粉灰中的主要成分Al2O3和SiO2，一方面在精煉期間由于還原作用發(fā)生鋼水“回硅”現(xiàn)象，對(duì)于冶煉某些低碳鋼種(如深沖薄板鋼)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(duì)降低鋼中的Al2O3夾雜也很不利。
鋼水(特別是純凈鋼和超純凈鋼)的脫氧最終都要采用金屬鋁，而脫氧產(chǎn)物Al2O3的熔點(diǎn)為2050℃，在鋼水中以枝狀或針狀存在，在鋼水冷凝時(shí)造成鋼中枝狀或針狀氧化物夾雜，影響了鋼材的質(zhì)量。在現(xiàn)有技術(shù)中，一方面采用復(fù)合脫氧劑(如鋁硅鐵合金、鋁錳鐵合金)，以形成Al2O3，SiO2或MnO，Al2O3低熔點(diǎn)共熔體，便于成渣上浮，但這種方法使用范圍有限，因?yàn)樵谟写罅拷饘黉X存在的情況下很難形成硅或錳的氧化物。在鐵合金領(lǐng)域研究的鋁鈣鐵合金和鋁鋇鐵合金，以此來(lái)取代鋁硅鐵合金和鋁錳鐵合金，解決冶煉純凈鋼或超純凈鋼脫氧產(chǎn)物的復(fù)合成渣問(wèn)題，但目前尚未見(jiàn)有成功的報(bào)道。另一方面是在精煉期間向鋼水中加入氧化鈣，以形成CaO.Al2O3(偏鋁酸鈣)低熔點(diǎn)共熔體成渣上浮，但這種方法是脫氧在前，脫氧產(chǎn)物的復(fù)合成渣在后，彌散在鋼中的Al2O3需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能與CaO結(jié)合成渣上浮，脫除Al2O3的動(dòng)力學(xué)條件很不理想。
為使鋼水達(dá)到純凈，必須使鋼水深度脫雜，但是脫雜的條件必須對(duì)鋼水進(jìn)行強(qiáng)烈吹氧，使鋼水中的雜質(zhì)氧化成渣上浮，但同時(shí)鋼水中的含氧量會(huì)上升，必須對(duì)鋼水進(jìn)行脫氧處理，脫氧物質(zhì)有鋁、鈣、鎂、硅、錳等，如果采用鈣脫氧則成本太高，如果采用鎂脫氧則存在安全性隱患，硅、錳等物質(zhì)的脫氧效果又達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，原先采用的純鋁、鋁鐵合金能達(dá)到純凈鋼脫氧目標(biāo)，但不能生成鋼水表面保溫劑，不利于脫氧產(chǎn)物與雜質(zhì)的吸附。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于冶煉純凈和超純凈鋼的，有害雜質(zhì)含量極低的高鋁渣球及其制備方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種高鋁渣球，它含有金屬鋁(Al)、三氧化二鋁(Al2O3)、碳酸鈣(CaCO3)、螢石粉(CaF2)、添加劑和不可避免的雜質(zhì)如二氧化硅(SiO2)、水份(H2O)、硫(S)、磷(P)，添加劑為堿金屬或堿土金屬的碳酸化合物、合金化元素及其氧化物，主要成分為二氧化鈦(TiO2)或三氧化二硼(B2O3)，其組份含量是(重量％)鋁45～75；三氧化二鋁10～40；二氧化鈦3～12(或三氧化二硼1～5)；碳酸鈣2～15；螢石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.5及其它雜質(zhì)。
為了適應(yīng)不同鋼種的需要，進(jìn)一步地，它的組份含量是(重量％)鋁45～55；三氧化二鋁10～15；二氧化鈦3～12(或三氧化二硼1～5)；碳酸鈣2～15；螢石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物質(zhì)余量，此組份在鋼水表面能形成液態(tài)渣。
進(jìn)一步地，它的組份含量是(重量％)鋁45～55；三氧化二鋁30～40；二氧化鈦3～12(或三氧化二硼1～5)；碳酸鈣2～15；螢石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物質(zhì)余量，此組份在鋼水表面能形成泡沫渣。
一種高鋁渣球的制備方法，具有如下工藝流程將取樣分析合格后的金屬鋁粉、鋁渣粉、鈦渣粉、螢石粉、石灰石粉、硼酸粉和玻璃水采購(gòu)到位并分倉(cāng)儲(chǔ)存，將化驗(yàn)合格的原材料稱(chēng)重配比，然后投入轉(zhuǎn)鼓式混料機(jī)中混合均勻，再加入婆美度為37-42的玻璃水9-12％，在雙攪龍攪拌機(jī)中連續(xù)攪拌混合均勻，然后立即將物料投入對(duì)輥式壓球機(jī)內(nèi)滾壓成球，篩分合格粒級(jí)進(jìn)入熱風(fēng)烘烤設(shè)備中用150℃-200℃的熱風(fēng)烘烤20-24小時(shí)，成品水份≤0.5％后自然冷卻10-12小時(shí)，篩分、包裝、入庫(kù)。
進(jìn)一步地，所述各原材料的化學(xué)成分的組份含量(重量％)分別為鋁粒Al≥95％、Cu≤1％、Si≤3％；鋁渣粉Al≥25％、Al2O3≤65％、SiO2≤5％；鈦渣粉TiO2≥85％；螢石粉CaF2≥98％、SiO2≤1％；石灰石粉CaCO3≥95％、SiO2≤1％；硼酸粉B2O3(工業(yè)級(jí)含量)≥98％。
當(dāng)這種高鋁渣球在出鋼后加入鋼包中，由于球狀物料具有很好的流動(dòng)性，因而能迅速在鋼水表面形成覆蓋層；由于鋼水的加熱作用，物料中的碳酸鈣在1000℃左右分解產(chǎn)生CO2氣體使球體崩裂離散，形成松散粉狀物對(duì)鋼水表面起保溫作用。逸出的CO2氣體排出鋼水表面空氣，以防止鋼水的氧化，由于粉狀物料的保溫作用，CaCO3升溫分解并不激烈而延續(xù)一段時(shí)間，以滿(mǎn)足出鋼至精煉的時(shí)間要求。在精煉期中，在精煉期中，粉狀物在攪拌條件下熔融并參與鋼水的脫氧反應(yīng)。
如上所述的高鋁渣球，可在其中添加合金化劑，最典型的成分是Al、Ti，Al可以鋁粒的形式加入，其它成分可以鐵合金的粉劑的形式加入，加入量可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，最高可達(dá)20(重量％)，以適應(yīng)鋼種合金化的需要。由于在基料中有大量的金屬鋁作保護(hù)，因此所加入的合金化元素氧化損失很少且收得率穩(wěn)定。
如上所述的高鋁渣球，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(shí)不會(huì)對(duì)使用造成不良影響，這些堿金屬或堿土金屬的氧化物對(duì)以CaAl2O4(偏鋁酸鈣)為主的渣相能起到改性、變質(zhì)和改變表面張力的作用，從而更有利于鋼水的純凈。
如上所述的高鋁渣球，可在其中添加釩、鈮的氧化物，利用鋁的還原作用完成對(duì)鋼中添加合金成分的過(guò)程，以降低合金化的成本。
本發(fā)明的有益效果是，一、硅、硫、磷等有害雜質(zhì)含量極低，特別適用于冶煉純凈鋼和超純凈鋼；水分含量的控制，避免了物料進(jìn)入鋼水中的爆騰現(xiàn)象。二、可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)改變脫氧和合金化元素的成分含量，適應(yīng)多鋼種變化的需要。三、在一定含量的范圍內(nèi)可任意選擇堿金屬或堿土金屬氧化物(以碳酸鹽化合物的形式加入)完成對(duì)精煉合成渣的改性、變質(zhì)等特殊要求。四、原料普通、易得，成球工藝簡(jiǎn)單、可靠，不存在成分偏析波動(dòng)，投加工藝簡(jiǎn)單，鋼水表面鋪展保溫性能優(yōu)良。五、脫氧與精煉同步進(jìn)行，鋼水中氧化物夾雜大大減少。
具體實(shí)施例方式
原材料的準(zhǔn)備按各原材料的化學(xué)成份的組份含量(重量％)分別為鋁粉Al≥95％，Cu≤0.5％，Si≤0.5％；鋁渣粉Al≥25％，Al2O3≤65％，SiO2≤5％；鈦渣粉TiO2≥85％；螢石粉CaF2≥98％，SiO2≤1％；石灰石粉CaCO3≥95％，SiO2≤1％；硼酸粉B2O3(工業(yè)級(jí)含量)≥98％。的要求，將金屬鋁粉、鋁渣粉、鈦渣粉、螢石精礦、石灰石粉、硼酸粉、玻璃水分別采購(gòu)到位并分倉(cāng)儲(chǔ)存，對(duì)原材料取樣分析，各原材料的化學(xué)組份分別是鋁粉Al 98.5％、Cu 0.3％、Si 0.42％；鋁渣粉Al 25.3％、Al2O364.5％、SiO23.1％；鈦渣粉TiO286.2％；螢石粉CaF298.26％、SiO20.68％；
石灰石粉CaCO396.3％、SiO20.52％；硼酸粉B2O398.32％。
鋁渣球的制備，實(shí)施例一將化驗(yàn)合格的原料稱(chēng)重鋁粉385Kg、鋁渣粉500Kg、鈦渣粉35Kg、螢石粉25Kg、石灰石粉40Kg，將上述稱(chēng)重的原料投入轉(zhuǎn)鼓式混料機(jī)中混合均勻(15分鐘)，在混合均勻的物料中投入婆美度為37的玻璃水50Kg并在雙攪龍攪拌機(jī)中拌和均勻，將拌和均勻的物料在對(duì)輥式壓球機(jī)內(nèi)滾壓成10～20mm的球狀顆粒，將球狀顆粒投入以焦碳為燃料的干燥設(shè)備內(nèi)，以200℃左右溫度的熱風(fēng)，經(jīng)過(guò)20～24小時(shí)烘干，待成品水分小于0.2％后，自然冷卻10-12小時(shí)，再次進(jìn)行篩選、包裝、入庫(kù)。
以上實(shí)施例成品的化學(xué)成分的組份含量(重量％)為Al50.57；Al2O332.25；TiO23.02；CaF22.45；CaCO33.85；SiO23.27；H2O0.16；P0.008；S0.079。
實(shí)施例二將化驗(yàn)合格的原料稱(chēng)重鋁粉460Kg、鋁渣粉200Kg、鈦渣粉135Kg、螢石粉75Kg、石灰石粉115Kg，將上述稱(chēng)重的原料投入轉(zhuǎn)鼓式混料機(jī)中混合均勻(15分鐘)，在混合均勻的物料中投入婆美度為37的玻璃水50Kg并在雙攪龍攪拌機(jī)中拌和均勻，將拌和均勻的物料在對(duì)輥式壓球機(jī)內(nèi)滾壓成10～20mm的球狀顆粒，將球狀顆粒投入以焦碳為燃料的干燥設(shè)備內(nèi)，以150-200℃左右溫度的熱風(fēng)，經(jīng)過(guò)20～24小時(shí)烘干，待成品水分小于0.2％后，自然冷卻10-12小時(shí)，再次進(jìn)行篩選、包裝、入庫(kù)。
以上實(shí)施例成品的化學(xué)成分為(重量％)Al50.37；Al2O312.90；TiO211.63；CaF27.36；CaCO311.07；SiO23.30；H2O0.16；P0.008；S0.079。
試驗(yàn)應(yīng)用例本發(fā)明方法制備的高鋁渣球，在上海寶鋼公司進(jìn)行了批量應(yīng)用，其結(jié)果表明本發(fā)明具有良好的應(yīng)用工藝性，做到“一料到底，全程處理”，操作簡(jiǎn)便，特別是其在鋼水表面爆裂成渣，由于TiO2與B2O3的適量存在，容易吸收Al2O3成渣上浮，且鋪展覆蓋良好，具有嚴(yán)密的保溫和隔離空氣的作用。在精煉爐內(nèi)，加上攪拌，表現(xiàn)出很理想的洗渣能力，除渣效果顯著。當(dāng)需要合金化處理時(shí)，投加含有需要的合金化元素配制的本發(fā)明作合金化處理，合金化元素收得率大大提高，效果十分顯著。
權(quán)利要求
1.一種高鋁渣球，它含有金屬鋁(Al)、三氧化二鋁(Al2O3)、碳酸鈣(CaCO3)、螢石粉(CaF2)、添加劑和不可避免的雜質(zhì)如二氧化硅(SiO2)、以及少量的水份(H2O)、硫(S)、磷(P)，添加劑為堿金屬或堿土金屬的碳酸化合物、合金化元素及其氧化物，主要成分為二氧化鈦(TiO2)或三氧化二硼(B2O3)，其特征在于它的組份含量是(重量％)鋁45～75；三氧化二鋁10～40；二氧化鈦3～12(或三氧化二硼1～5)；碳酸鈣2～15；螢石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.5及其它雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁渣球，其特征在于它的組份含量是(重量％)鋁45～55；三氧化二鋁10～15；二氧化鈦3～12(或三氧化二硼1～5)；碳酸鈣2～15；螢石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物質(zhì)余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鋁渣球，其特征在于它的組份含量是(重量％)鋁45～55；三氧化二鋁30～40；二氧化鈦3～12(或三氧化二硼1～5)；碳酸鈣2～15；螢石粉1～10；二氧化硅≤7.0；磷≤0.02；硫≤0.15；水份≤0.2；其它物質(zhì)余量。
4.一種高鋁渣球的制備方法，其特征是具有如下工藝流程將取樣分析合格后的金屬鋁粉、鋁渣粉、鈦渣粉、螢石粉、石灰石粉、硼酸粉和玻璃水采購(gòu)到位并分倉(cāng)儲(chǔ)存，將化驗(yàn)合格的原材料稱(chēng)重配比，然后投入轉(zhuǎn)鼓式混料機(jī)中混合均勻，再加入婆美度為37-42的玻璃水9-12％，在雙攪龍攪拌機(jī)中連續(xù)攪拌混合均勻，然后立即將物料投入對(duì)輥式壓球機(jī)內(nèi)滾壓成球，篩分合格粒級(jí)進(jìn)入熱風(fēng)烘烤設(shè)備中用150℃-200℃的熱風(fēng)烘烤20-24小時(shí)，成品水份≤0.5％后自然冷卻10-12小時(shí)，篩分、包裝、入庫(kù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高鋁渣球的制備方法，其特征在于各原材料的化學(xué)成份的組分含量(重量％)分別為鋁粒Al≥95％、Cu≤1％、Si≤3％；鋁渣粉Al≥25％、Al2O3≤65％、SiO2≤5％；鈦渣粉TiO2≥85％；螢石粉CaF2≥98％、SiO2≤1％；石灰石粉CaCO3≥95％、SiO2≤1％；硼酸粉B2O3(工業(yè)級(jí)含量)≥98％。
全文摘要
一種適用于冶煉純凈鋼或超純凈鋼的鋼水表面保溫兼精煉劑的高鋁渣球及其制備方法，它含有金屬鋁、三氧化二鋁、二氧化鈦、三氧化二硼、碳酸鈣、螢石粉以及不可避免的其它雜質(zhì)，二氧化硅、碳、硫、磷含量的控制，特別適用于低碳、低硅純凈鋼和其他超純凈鋼；水分含量的控制，避免了物料進(jìn)入鋼水中的爆騰現(xiàn)象；可在很大范圍內(nèi)改變脫氧和合金化元素的成分含量，適應(yīng)多鋼種變化的需要；原料普通、易得，成球工藝簡(jiǎn)單、可靠，不存在成分偏析波動(dòng)，投加工藝簡(jiǎn)單，鋼水表面鋪展保溫性能優(yōu)良；脫氧與精煉同步進(jìn)行，鋼水中氧化物夾雜將大大減少。
文檔編號(hào)C21C7/06GK1521279SQ0311279
公開(kāi)日2004年8月18日 申請(qǐng)日期2003年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月27日
發(fā)明者梅一峰, 顧小月 申請(qǐng)人:梅一峰