一種含硼球體添加劑及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵冶金原料領域，特別涉及一種可精確控制含硼鋼中微量硼加入量的含硼球體添加劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]鋼中加入微量硼(一般控制在0.0005%?0.0030% )，其目的主要是提高鋼的淬透性。由于硼的化學性質極為活潑，很容易與鋼中的氧、氮結合，使硼失去作用，而且鋼中的硼含量又極少，所以在硼鋼的冶煉中如何保證穩(wěn)定地獲得適量的酸溶硼而且均勻地分布在鋼中是非常重要的。
[0003]傳統(tǒng)冶煉含硼鋼的工藝通常是在煉鋼爐外精煉(LF爐、VD爐、RH爐)的中后期，通過加入鋁、鋯等合金充分脫氧，加鈦合金充分固氮，之后再進行硼合金化，硼的加入方式有兩種:一是以鐵硼合金形式加入；另一種是以含硼包芯線形式加入。專利CN1309856C公開的“小方坯連鑄低碳含硼鋼的生產方法”中采用喂入含硼包芯線方式進行硼合金化，所不同的是在喂入含硼包芯線前先喂入Ca-Si包芯線，進行夾雜物變性處理，凈化鋼液，但經過該工序處理后硼的回收率僅為40%?50%，并沒有得到提高，而且需嚴格限制鋼液中的Mn/S不低于13。專利CN101445855A公開了 “一種硼鐵和鈦鐵的復合包芯線及其應用”，介紹了含硼鐵和鈦鐵包芯線的制備方法，所述的包芯線粉劑為硼鐵和鈦鐵的混合物，其中硼鐵的含硼量不小于9%,鈦鐵的含鈦量不小于25%,并破碎為不大于3_的粒度，制成包芯線，在鋼液脫氧結束后喂入鋼液中，其效果可使硼回收率達到90%以上，爐與爐之間的硼含量偏差小于0.0003%，該發(fā)明所述方法以消耗鈦鐵為代價來提高硼的回收率，制作包芯線要求包芯線粉劑必須具有一定的粒度，否則無法包線，因此，該包芯線中硼鐵不能完全被鈦鐵所包圍，于是加入鋼液中必定會造成硼元素的燒損，影響其收得率。該發(fā)明專利所述的包芯線雖能提高硼的回收率，但同樣存在鋼液喂線的共性問題，即喂入鋼液的深度、收得率、均勻性等不穩(wěn)定問題。另外，制作包芯線的工藝較復雜，成本較高。有關文獻介紹了冶煉含硼鋼硼的回收率情況:文獻《特殊鋼》1992年第5期“冶金因素對硼鋼中B回收率的影響”中介紹了應用傳統(tǒng)工藝冶煉含硼鋼，采用脫氧固氮的合金加入方式，其最佳含量應控制在Al:0.02%?0.05%，T1:0.03%?0.05%，加入順序為Al-T1-B，此種工藝可使硼的回收率達到10%?65%。文獻《特殊鋼》1997年第2期“60t鋼包爐喂線工藝的開發(fā)應用”中采用在LF爐精煉后期喂入含硼包芯線方式加入硼，可使硼回收率達到85%。采用喂線方式雖能提高硼在鋼中的回收率，但對包芯線的質量要求比較嚴格，同樣其成本也較大。因此，傳統(tǒng)的冶煉方法對各工位工藝要求控制非常嚴格，而且硼的收得率低、硼在鋼中的分布并不穩(wěn)定。
[0004]不同于上述傳統(tǒng)冶煉工藝方法，“一種真空冶煉含硼鋼提高和穩(wěn)定硼回收率的方法”(CN100580117C)公開了在鋼水真空處理前進行硼合金化，真空處理后分析，硼回收率在90%以上，各爐之間硼含量偏差小于0.0002% 0此工藝雖能穩(wěn)定和提高硼的收得率，但對爐渣成分進行了嚴格的限制:(% FeO)+ (% MnO)〈1.50%，(% S12) <15.00%，另外，同樣消耗大量的鈦、鋯等鐵合金，以降低鋼液中的氧、氮含量，防止硼過度氧化。“用含硼生鐵直接冶煉硼鋼的方法”(CN1296504C)則提供了以含硼鐵水為原料直接冶煉硼鋼的方法，含硼鐵水是采用高爐分離硼鐵礦提取B2O3時得到的一種自然含硼金屬產物。但是，由于含硼鐵水中硅和硫含量很高，分別為2.0%?2.5%和0.06%?0.1 %，所以導致煉鋼過程中產生的渣量大，使生產成本增加。另外，硼以B2O3形式存在，在煉鋼過程中，將上浮至渣中去除，降低了硼的收得率?！稗D爐冶煉生產硼鋼的方法” (CN100519769)介紹的轉爐冶煉含硼鋼的方法中可使硼的回收率達到69.4%?91.8%，同樣是使用硼鐵進行硼合金化，所不同的是在轉爐出鋼過程中加入預脫氧劑進行預脫氧，對脫氧劑的理化指標進行了嚴格要求。
[0005]綜上所述，無論采用硼鐵或含硼包芯線進行鋼液硼合金化都存在硼收得率不穩(wěn)定、分布不均勻等問題，因此，急需研究出一種新的硼合金化添加劑來提高硼收得率和穩(wěn)定性問題。從而，既提高硼的收得率又可降低生產成本。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明旨在解決目前生產含硼鋼存在的硼收得率低且不穩(wěn)定、不均勻等問題，進而提供一種原料易得，制作簡單，可使鋼中硼具有較高的穩(wěn)定性和收得率，且可降低冶煉成本的含硼球體添加劑及其制備方法。
[0007]為此，本發(fā)明所采取的解決方案是:
[0008]一種含硼球體添加劑，其特征在于，所述含硼球體添加劑由外殼和芯部兩部分所組成，其外殼組成wt%為:B4C90%?95%、粘結劑5%?10%;芯部組成被％為:B4C20%?60%、赤鐵礦 10%?40% ;CaC0310%?40%、粘結劑 3%?5% ；
[0009]所述B4C純度彡90 %，CaCO3純度彡90 % ;赤鐵礦中Fe2O3彡85 %、FeO彡I % ;并且B4C、赤鐵礦、CaCO3三種粉劑粒度彡75 μ m ;
[0010]所述粘結劑為粘土、皂土、高鋁水泥、膨潤土、水玻璃中的一種或多種混合物，粒度< 100 μ m0
[0011]—種含硼球體添加劑的制備方法，其具體制備步驟為:
[0012]1、混料
[0013]按照B4C90 %?95 %、粘結劑5 %?10 %的比例將外殼原料粉劑混合均勻；再按照B4C20%?60%、赤鐵礦10%?40% ;CaC0310%?40%、粘結劑3%?5%的比例將芯部原料粉劑混合均勻。
[0014]2、造球
[0015]先將混勻的芯部原料粉劑進行造球，制成直徑為20?25mm的芯球；然后在球體外層包裹3?5mm厚的外殼原料粉劑,形成直徑為26?35mm的球體。
[0016]將造好的球體在空氣中放置12?24h進行風干。
[0017]3、焙燒
[0018]將風干后的球體送入焙燒爐進行焙燒，球體隨爐升溫，其焙燒溫度、升溫速率及保溫時間為:
[0019]焙燒溫度< 200°C，升溫速率為I?:TC /min ；
[0020]焙燒溫度200°C?600°C，升溫速率為3?5°C /min ；
[0021]焙燒溫度達到600°C后進行恒溫保溫處理，保溫時間為Ih?2h，之后進行降溫過程，當溫度降至< 100°C時，取出球體，冷卻至室溫，即制得含硼球體添加劑。
[0022]本發(fā)明的有益效果為:
[0023]本發(fā)明含硼球體添加劑原料易生產，價格低，制備方法簡單易行，便于控制；使用本發(fā)明添加劑生產含硼鋼，可使鋼中硼具有較高的穩(wěn)定性和收得率，硼收得率為70?90%，各罐次之間硼含量偏差小于0.0003%，不僅可節(jié)省硼合金資源，而且能降低冶煉成本。因此，本發(fā)明無論從生產成本上，還是硼收得率和穩(wěn)定性上都要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)硼冶煉工藝方法，具有很好的應用前景。
【具體實施方式】
[0024]實施例所用原料中，B4C純度彡90%, CaCO3純度彡90% ;赤鐵礦中Fe2O3彡85%,FeO ( 1% ;并且B4C、赤鐵礦、CaCO3三種粉劑粒度彡75 μ m ;粘結劑粒度彡100 μ m。實施例所涉及的原料配比均為wt%。
[0025]實施例1:
[0026]1.配、混料:將B4C20%、赤鐵礦40%、CaC0335%以及5%粘土粘結劑混合均勻，形成芯部原料粉劑。同時，將B4C90%與10%粘土粘結劑混合均勻，制成外殼原料粉劑。備用。
[0027]2.造球:先將芯部原料粉劑制成直徑為20_的球芯，然后再在球芯外裹一層厚度為4mm的外殼原料粉劑，制成直徑為28mm的球體。將造好的球體在空氣中放置15h風干。
[0028]3.焙燒:將風干后的球體送入焙燒爐進行焙燒，具體焙燒溫度、升溫速率及保溫時間為:
[0029]焙燒溫度< 200°C，升溫速率為1°C /min。
[0030]焙燒溫度在200?600 V，升溫速率為3 V /min。
[0031]焙燒溫度達到600°C后進行恒溫保溫處理，保溫時間為lh，之后進行降溫，當溫度降至100°C時，取出球體，冷卻至室溫，即制得含硼球體添加劑。
[0032]將實施例1制得的含硼球體添加劑應用于冶煉含硼量為0.0005%?0.0035%的機械用鋼,本澆次共生產3罐含硼鋼。鋼包運到精煉工位(LF爐、VD爐、RH爐)，采用常規(guī)脫氧、脫氣、合金化技術進行冶煉，當鋼液中的NS 0.0020%時，從合金料倉中加入20kg含硼球體添加劑后，鋼水凈循環(huán)I分鐘后取樣進行分析。冶煉鋼水重量102t，加入前鋼水硼含量0.0004%，加入后硼含量0.0026%，經計算得硼收得率78.8%，其余2罐鋼硼收得率分別為 77.3%和 80.4%。
[0033]實施例2
[0034]1.配、混料:將B4C30%、赤鐵礦30%、CaC0335 %以及5%高鋁水泥粘結劑混合均勻，形成芯部原料粉劑。同時，將B4C92%與8%高鋁水泥粘結劑