專利名稱：純凈鋼用中間包覆蓋劑及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煉鋼連續(xù)鑄造用輔助材料及其制造方法，尤其涉及純凈鋼用預(yù)熔型高堿度無碳中間包覆蓋劑及其制造方法。
隨著人們對鋼水質(zhì)量的要求越來越高，中間包作為鋼水進(jìn)入結(jié)晶器之前的最后一個(gè)耐火材料容器，它對鋼水質(zhì)量的影響越來越受到重視，有關(guān)中間包冶金領(lǐng)域的研究工作異?；钴S；其中之一就是中間包覆蓋劑對鋼水質(zhì)量的影響，如避免與鋼水反應(yīng)，防止污染鋼液；防止鋼液增氧；防止鋼液回硫，甚至脫硫等等。
目前的中間包覆蓋劑大都是由含CaO、SiO2、Al2O3、MgO等組份的礦物類原料再添加一定量的助熔劑和控制熔化速度的碳質(zhì)材料直接經(jīng)機(jī)械破碎、磨粉、混合、制粒、包裝等工序加工而成；其堿度R(R＝CaO/SiO2，下同)通常都小于2.0，含碳量在2～5％之間。
中間包覆蓋劑是在連鑄開澆時(shí)就加入到中間包內(nèi)的，通常都是一次性加入所需的量，由于剛開澆，中間包是冷包，吸收從大包注入其內(nèi)鋼水的熱量，是無法避免的，非預(yù)熔型的覆蓋劑都含有一定量的碳酸鹽和結(jié)晶水，剛加入到中間包內(nèi)鋼水表面上會(huì)吸收大量的熱，易引起中間包內(nèi)鋼水溫降過大，甚至?xí)谥虚g包內(nèi)鋼水表面產(chǎn)生浮鋼，嚴(yán)重惡化鋼水質(zhì)量。
通常的中間包覆蓋劑都是機(jī)械混合型的，其堿度R≤2.0。近年來的研究表明，提高中間包覆蓋劑的堿度，降低SiO2的含量對提高鋼水的清潔度，抑制鋼水回硫等都有明顯的作用。如德國B.Bergmann、英國H.Wdtkinson等人的研究都表明了這一點(diǎn)；專利US6174347B1、US6179895B1雖也是一種高堿度的中間包覆蓋劑，但它不是預(yù)熔型中空顆粒的，而是利用了鋼包冶金爐(Ladle Metallgy Furnace)精煉完畢的渣料，加工成覆蓋劑的；另外，在使用等同礦物原料的條件下，精煉完畢的渣料含硫、氧化鐵等雜質(zhì)含量比直接使用礦物原料進(jìn)行預(yù)熔處理獲得的渣料要高，不利于生產(chǎn)高品質(zhì)的鋼種，如高級超低硫鋼等。專利CN1280892A雖也是一種中空顆粒的覆蓋劑，但其不是預(yù)熔型的，也不是高堿度的，而是氧化鎂質(zhì)的；此類覆蓋劑的熔點(diǎn)高，加入到鋼水表面難以形成有效的熔渣層，隔絕空氣的效果差，不利于的純凈鋼的生產(chǎn)。
鋼中[C]的含量也是純凈鋼生產(chǎn)過程中必須控制的元素之一，要有效防止中間包內(nèi)鋼水的增碳，則最好使用無碳或微碳的中間包覆蓋劑。正如專利CN1065281C指出使用無碳覆蓋劑對生產(chǎn)超低碳類鋼是有利的，可以有效防止中間包內(nèi)鋼水的增碳。
對于高純凈鋼而言，除了嚴(yán)格控制鋼中氮、硫、氧、磷等元素的含量以外，碳的含量也有著嚴(yán)格的要求(一般要求小于30ppm)，因此，防止中間包覆蓋劑對鋼水的增碳也是生產(chǎn)此類產(chǎn)品的關(guān)鍵之一。這就要求中間包覆蓋劑中碳質(zhì)材料的含量盡可能低，最好是沒有。生產(chǎn)高純凈鋼的重要工藝技術(shù)之一就是采用高堿度無碳(微碳)中間包覆蓋劑。
依照Lee和Suito的計(jì)算表明，對于組成屬于CaO-SiO2-Al2O3三元系，還有少量的其它氧化物如MgO等體系的中間包覆蓋劑，隨著堿度的增加，F(xiàn)eO的活度系數(shù)降低。堿度增加，SiO2的活度也降低。因此，高堿度的中間包覆蓋劑有利于抑制渣鋼界面處反應(yīng)(1)、(2)的進(jìn)行，避免覆蓋劑與鋼水反應(yīng)，污染鋼液。由下面反應(yīng)(3)可知提高堿度，增加渣中CaO的含量，有利于反應(yīng)(3)的進(jìn)行，可以有效抑制中間包內(nèi)鋼水的回硫，提高鋼水脫硫效率。
總之，為了使覆蓋劑在中間包內(nèi)快速成渣，減少中間包內(nèi)鋼水的溫降；防止覆蓋劑與鋼水反應(yīng)，污染鋼液；抑制鋼水在中間包內(nèi)回硫，提高脫硫效率；防止鋼水在中間包增碳等是發(fā)明預(yù)熔型高堿度無碳(微碳)中間包覆蓋劑的根本目的。
本發(fā)明的基本思路是以熟石灰作為堿性物質(zhì)(CaO)的主要來源；以煉鋁行業(yè)的廢料——鋁灰或AD-粉中的金屬鋁為發(fā)熱劑，反應(yīng)后的生成物Al2O3為助熔劑；以螢石和蘇打?yàn)楦男詣┖椭蹌?；以碳酸鈣、鋁礬土、鎂砂、石英砂等進(jìn)行成分調(diào)整，來制造本發(fā)明的預(yù)熔型高堿度中間包覆蓋劑。
(4)(5)(6)制造預(yù)熔型高堿度的中間包覆蓋劑其堿性物質(zhì)(CaO)的來源有限，主要是碳酸鈣、熟石灰、生石灰。由方程式(4)、(5)可知，在獲得等量CaO的情況下，用碳酸鈣進(jìn)行預(yù)熔處理時(shí)，其吸熱量和產(chǎn)生的氣體量，都大于用熟石灰。這正是使用熟石灰，不用碳酸鈣的原因。另外，在預(yù)熔處理時(shí)，各種原料都必須先破碎、磨粉、混勻后，再造塊(或制粒)進(jìn)行預(yù)熔。若直接使用生石灰作為CaO的來源，由于生石灰極易潮解，吸收空氣中的水分變成熟石灰，體積膨脹，使造好塊(或制好粒)的料重新粉化，會(huì)使得預(yù)熔處理工序無法進(jìn)行。故在制造預(yù)熔型高堿度的中間包覆蓋劑時(shí)也不適宜使用生石灰作為CaO的來源。
由方程式(6)可知，金屬鋁和氧的反應(yīng)會(huì)放出大量的熱，而煉鋁行業(yè)的廢料鋁灰或AD-粉都含有一定量的金屬鋁，利用其作為制造預(yù)熔型高堿度中間包覆蓋劑的原料，可大大降低預(yù)熔處理時(shí)的能耗，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明所公開的純凈鋼用中間包覆蓋劑，包括經(jīng)過預(yù)熔處理的熟料，未經(jīng)預(yù)熔處理的生料和粘結(jié)劑，按重量百分配比，熟料占69～98.8％，生料占0.1～30％；粘結(jié)劑占1.0～5.0％，其堿度R≥5.0。
加工所述熟料所需的原料組份和原料配比(按重量百分比)為熟石灰32.0～66.0％，碳酸鈣0～18.0％，螢石0.2～7.0％，鋁礬土0～35.0％，鎂砂0～10.0％，蘇打0～5.0％，AD-粉0～15.0％，石英砂0～10.0％，鋁灰2.0～38.0％。
所述生料的配比(按重量百分比)為碳酸鈣0.1～15％，鋁礬土0～14％，鎂砂0～12％，石英砂0～4％；生料的總量為0.1～30％。
其形狀為顆粒狀或中空球狀顆粒狀。
本發(fā)明公開的純凈鋼用中間包覆蓋劑的制造方法，首先將熟石灰、碳酸鈣、螢石、鋁礬土、鎂砂、蘇打、AD-粉、石英砂、鋁灰按以上的配比經(jīng)磨粉、混勻、造塊后用電爐進(jìn)行預(yù)熔處理制成熟料，或?qū)⒃靿K后的料按每噸料配入200～400kg焦炭的焦比，用沖天爐進(jìn)行預(yù)熔處理制成熟料；然后將碳酸鈣、鋁礬土、鎂砂、石英砂按以上的配比組合制成生料；熟料加入生料經(jīng)過磨粉、混勻后，加入重量百分比為1.0～5％的粘結(jié)劑(水玻璃、CMC、面粉等其中的一種或幾種)等制漿后經(jīng)高壓噴霧、熱風(fēng)烘烤后制成中空球狀顆粒覆蓋劑，或制漿后經(jīng)圓盤滾動(dòng)或經(jīng)擠壓造粒、烘干后制成顆粒狀覆蓋劑。
本發(fā)明的中間包覆蓋劑是以預(yù)熔、高堿度(R≥5.0)為其基本特征的。預(yù)熔型的中間包覆蓋劑由于經(jīng)過預(yù)熔處理，加入到中間包內(nèi)以后，與非預(yù)熔型的相比，成渣快，吸熱少，引起的鋼水溫降小。
具體實(shí)施例方式
(1)本發(fā)明是一種預(yù)熔型高堿度無(微)碳顆粒狀中間包覆蓋劑。是由經(jīng)過預(yù)熔處理的渣料(熟料)再配入部分未經(jīng)預(yù)熔處理的料(生料)組成，其堿度R≥5.0。熟料是本發(fā)明覆蓋劑的主要組成部分，生料主要是用于成分調(diào)整。按重量百分比計(jì)，熟料占69～98.8％，生料占0.1～30％；粘結(jié)劑占1.0～5.0％，其堿度R≥5.0。
熟料(預(yù)熔處理的基本渣料)制造方法為將熟石灰、碳酸鈣、螢石、鋁礬土、鎂砂、蘇打、AD-粉、石英砂、鋁灰等原料中的幾種或全部經(jīng)磨粉、混勻、造塊后用電爐進(jìn)行預(yù)熔處理；或?qū)⒃靿K后的料按200～400的焦比(即每噸料配入200～400kg焦炭)，用沖天爐(豎爐)進(jìn)行預(yù)熔處理。預(yù)熔處理的基本渣料其配比(重量百分比)為

配入的生料主要為碳酸鈣、鋁礬土、鎂砂、石英砂這四種的全部或其中一種或數(shù)種的組合。不同種類的生料的用量分別為(按占中間包覆蓋劑總重量百分比)碳酸鈣0.1～15％，鋁礬土0～14％，鎂砂0～12％，石英砂0～4％；生料的總量為0.1～30％。
預(yù)熔處理的基本渣料加入生料經(jīng)過磨粉、混勻后，加入粘結(jié)劑(水玻璃、CMC、面粉等其中的一種或幾種)等制漿后經(jīng)圓盤滾動(dòng)或經(jīng)擠壓造粒、烘干后制成顆粒狀覆蓋劑。(2)本發(fā)明是一種預(yù)熔型高堿度無(微)碳中空球型中間包覆蓋劑。是由經(jīng)過預(yù)熔處理的渣料(熟料)再配入部分未經(jīng)預(yù)熔處理的料(生料)組成，其堿度R≤5.0。熟料是本發(fā)明覆蓋劑的主要組成部分，生料主要是用于成分調(diào)整。按重量百分比計(jì)，熟料占69～98.8％，生料占0.1～30％，粘結(jié)劑占1.0～5.0％，其堿度R≥5.0。
熟料(預(yù)熔處理的基本渣料)制造方法為將熟石灰、碳酸鈣、螢石、鋁礬土、鎂砂、蘇打、AD-粉、石英砂、鋁灰等原料中的幾種或全部經(jīng)磨粉、混勻、造塊后用電爐進(jìn)行預(yù)熔處理；或?qū)⒃靿K后的料按200～400的焦比(即每噸料配入200～400kg焦炭)，用沖天爐(豎爐)進(jìn)行預(yù)熔處理。預(yù)熔處理的基本渣料其配比(重量百分比)為

配入的生料主要為碳酸鈣、鋁礬土、鎂砂、石英砂這四種的全部或其中一種或數(shù)種的組合。不同種類的生料的用量分別為(按占中間包覆蓋劑總重量百分比)碳酸鈣0.1～15％，鋁礬土0～14％，鎂砂0～12％，石英砂0～4％；生料的總量為0.1～30％。
預(yù)熔基本渣料加入生料經(jīng)過磨粉、混勻后，加入粘結(jié)劑(水玻璃、CMC、面粉等其中的一種或幾種)等制漿后經(jīng)高壓噴霧、熱風(fēng)烘烤后制成中空球狀顆粒覆蓋劑。
本發(fā)明的中間包覆蓋劑堿度高、Al2O3也高，在進(jìn)行噴霧造粒時(shí)易水化結(jié)塊，堵塞噴孔。因此在預(yù)熔處理時(shí)加入螢石、蘇打一方面作為助熔劑，另一方面對渣料進(jìn)行改性，降低渣料和水的反應(yīng)性。
將本發(fā)明的預(yù)熔型高堿度中間包覆蓋劑與原有低堿度的中間包覆蓋劑(比較例1、2、3)在100公斤感應(yīng)爐上進(jìn)行使用試驗(yàn)。在相同的條件下分別使用發(fā)明例1～10和比較例1、2、3。發(fā)明例成渣速度快，不侵蝕爐襯，對鋼水的污染程度小，引起鋼水的增碳量小，并具有明顯地脫硫、抑制鋼水回硫的作用。
表1是發(fā)明例所用熟料的配料比及發(fā)明例的組成情況，表2是發(fā)明例和比較例的主要化學(xué)成分及使用效果。
由表2可知，發(fā)明例成渣速度快，不侵蝕爐襯，對鋼水污染的程度小，引起鋼水的增碳量小，抑制鋼水回硫的效果好。
表1.發(fā)明例熟料的配比及發(fā)明例的組成％(重量百分比)

表2.發(fā)明例與比較例的主要化學(xué)成分和使用效果

權(quán)利要求
1.一種純凈鋼用中間包覆蓋劑，其特征在于其組份和重量百分比為熟料占69～98.8％，生料占0.1～30％，粘結(jié)劑占1.0～5.0％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的純凈鋼用中間包覆蓋劑，其特征在于其堿度R≥5.0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的純凈鋼用中間包覆蓋劑，其特征在于加工所述熟料所需的原料組份和各原料的百分配比為熟石灰32.0～66.0％，碳酸鈣0～18.0％，螢石0.2～7.0％，鋁礬土0～35.0％，鎂砂0～10.0％，蘇打0～5.0％，AD-粉0～15.0％，石英砂0～10.0％，鋁灰2.0～38.0％；所述生料組份和其占中間包覆蓋劑的總重量的百分配比為碳酸鈣0.1～15％，鋁礬土0～14％，鎂砂0～12％，石英砂0～4％；生料的總量為0.1～30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的純凈鋼用中間包覆蓋劑，其特征在于其形狀為顆粒狀或中空球狀顆粒覆蓋劑。
5.一種純凈鋼用中間包覆蓋劑的制造方法，首先將熟石灰、碳酸鈣、螢石、鋁礬土、鎂砂、蘇打、AD-粉、石英砂、鋁灰按照以下的重量百分配比磨粉、混勻、造塊后用電爐進(jìn)行預(yù)熔處理制成熟料熟石灰32.0～66.0％，碳酸鈣0～18.0％，螢石0.2～7.0％，鋁礬土0～35.0％，鎂砂0～10.0％，蘇打0～5.0％，AD-粉0～15.0％，石英砂0～10.0％，鋁灰2.0～38.0％；然后將碳酸鈣、鋁礬土、鎂砂、石英砂按照以下的重量百分配比制成生料碳酸鈣0.1～15％，鋁礬土0～14％，鎂砂0～12％，石英砂0～4％；生料的總量為0.1～30％；熟料加入生料經(jīng)過磨粉、混勻后，加入重量百分比為1.0～5.0％的粘結(jié)劑制漿后經(jīng)高壓噴霧、熱風(fēng)烘烤后制成中空球狀顆粒覆蓋劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的純凈鋼用中間包覆蓋劑的制造方法，其特征在于所述的預(yù)熔處理方法為將造塊后的料按每噸料配入200～400kg焦炭的焦比，用沖天爐進(jìn)行預(yù)熔處理制成熟料。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的純凈鋼用中間包覆蓋劑的制造方法，其特征在于將熟料加入生料經(jīng)過磨粉、混勻后，加入重量百分比為1.0～5.0％的粘結(jié)劑制漿后經(jīng)圓盤滾動(dòng)或經(jīng)擠壓造粒、烘干后制成顆粒狀覆蓋劑。
全文摘要
純凈鋼用中間包覆蓋劑，包括經(jīng)過預(yù)熔處理的熟料，未經(jīng)預(yù)熔的生料和粘結(jié)劑，其中熟料占69～98.8％，生料占0.1～30％，粘結(jié)劑占1～5％，堿度R≥5.0。熟料用熟石灰、碳酸鈣、螢石、鋁礬土、石英砂、鋁灰等中的幾種或全部加工而成；生料包括碳酸鈣、鋁礬土、石英砂等。其制造方法是先將熟石灰、碳酸鈣、螢石、鋁礬土、石英砂、鋁灰等原料磨粉、混勻、造塊，用電爐預(yù)熔，或?qū)⒃靿K后的料按200～400的焦比，用沖天爐預(yù)熔制成熟料；熟料加入生料經(jīng)磨粉、混勻，加入粘結(jié)劑等制漿，制成中空球狀或顆粒狀覆蓋劑。該覆蓋劑能有效抑制中間包鋼水回硫，防止鋼水增碳，防止覆蓋劑和鋼液反應(yīng)污染鋼液，提高鑄坯質(zhì)量有明顯效果。
文檔編號B22D11/11GK1461680SQ02111900
公開日2003年12月17日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月31日
發(fā)明者陳榮歡, 王妍, 朱祖民, 朱立新 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司