CN100371105C

CN100371105C - 一种钢水覆盖剂及其制备方法

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Publication number: CN100371105C
Application number: CNB200610095064XA
Authority: CN
Inventors: 王谦; 杨颖�; 何生平
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: LIAONING TIANHE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: CN1911558A

Abstract

一种钢水覆盖剂及其制备方法。该钢水覆盖剂的组分(重量%)为：1～8的Na₂O、0～7的F^-、3～40的Al₂O₃、5～40的CaO、0～2的Fe₂O₃、0.5～10的发泡剂、1～20的粘结剂和为余量的MgO和SiO₂；其中，(CaO+MgO)/SiO₂为2～10。覆盖剂为多孔颗粒，其粒度为0.1～15mm。制备本发明覆盖剂的方法包括如下步骤：①在搅拌釜内将发泡剂和粘结剂加水搅拌制得液体，②采用机械搅拌方式将该液体和所述覆盖剂的其它组分一起搅拌混匀制得料浆，③该料浆成形→干燥→破碎→筛分。本发明在供炼钢厂覆盖钢包和中间包内的钢水时，可对钢水实现良好的保温、吸收夹杂、避免钢水增碳等冶金功能。其制备方法工艺简单、能节约制备成本。

Description

一种钢水覆盖剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及在钢包和中间包中的钢水表面所加入的覆盖剂。

背景技术

钢水从炼钢炉向连铸机输运过程中，在钢包和中间包内要经过一系列冶金反应，为实现不同的冶金功能，往往需要使用相应的反应渣剂。例如，为了提高钢液洁净度(如降低[S]，[P]和夹杂物含量)，常向钢包中加入精炼渣；在钢包内采用电弧加热(LF炉)时，使用泡沫渣减少电弧对包衬和包盖的辐射，所有这些渣剂的主要功能在于强化精炼过程。而对于防止钢水输运过程和浇铸过程中的严重温降，则必须在钢包和中间包钢水表面加入具有保温功能的覆盖剂。因此，保温——是钢水覆盖剂最基本的功能。通过覆盖剂的保温作用，减少钢水输运过程中的热量损失，降低出钢温度，延长炉衬寿命，减小温度波动，保证炼钢和连铸的正常衔接节奏和全连铸流程的顺畅。

除保温功能外，钢水覆盖剂还应起到防止钢水二次氧化、吸收钢水中上浮夹杂物的作用，并且不污染钢水和炼钢厂生产环境。中间包内用的覆盖剂，除满足上述要求外，还应对塞棒、包衬侵蚀作用弱，避免渣线部位侵蚀严重而缩短连浇炉数，具有良好的操作性，加入时在钢液面上铺展覆盖良好，浇注过程中不易结壳，浇注结束后便于清理和不影响解包操作。

为实现钢水覆盖剂的上述冶金功能，人们在覆盖剂组成和生产工艺方面主要进行了以下研究：

(1)使用经碳化处理的水稻或玉米或小麦等农作物的果粒包壳(统称为碳化稻壳)作钢水保温剂。农作物果粒包壳来源广泛，价格低廉，在隔绝空气的条件下对其进行高温蒸馏处理，将其中的水和含氢有机物蒸发，可得到碳含量约(重量％)40～60的碳化稻壳，其堆比重小(约0.3～0.5g/cm³)，将其直接加到钢水面上，可对钢水起到良好的保温作用。但使用碳化稻壳作覆盖剂有许多缺点，如：碳化稻壳生产过程中产生的大量烟气污染空气；碳化稻壳在钢水面上不熔化，无法形成液渣层，不具备吸收钢水中上浮夹杂物的冶金功能，也不能隔断空气对钢水的二次氧化；碳化稻壳含碳量高，与钢水接触容易对低碳钢和超低碳钢增碳；使用碳化稻壳在解包时易产生飞扬粉尘，由于其含碳量高，导电性强，常引起行车电缆短路，烧毁有关设施，且飞扬粉尘不利于工厂的清洁运作。因此，碳化稻壳无法满足品种质量不断提高的现代化炼钢生产工艺的需求。

(2)采用碳化稻壳、焦碳等碳质材料和覆盖渣相组合的方式实现对钢水的覆盖功能。通常，配加一定含量碳质材料的覆盖渣，在钢水面上熔化后形成液渣，可吸收钢水中上浮的夹杂物，液态覆盖渣也可隔绝空气对钢水的二次氧化；碳化稻壳或焦碳颗粒位于覆盖渣上面，可减少渣面散热，对钢水起到保温的作用。这种覆盖剂方式基本能满足大多数中、高碳钢的需求，但由碳化稻壳粉尘飞扬引起的污染问题仍未得到解决，这种覆盖剂中碳质材料仍易对低碳钢和超低碳钢增碳。

(3)采用粉末状无碳覆盖剂，可消除覆盖剂对低碳钢和超低碳钢增碳的危害，为保证覆盖剂的保温功能，通常添加蛭石、珍珠岩等轻质材料降低覆盖剂的堆比重，或将上述轻质材料加在覆盖剂表面。此种模式使覆盖剂的冶金功能得到较充分的发挥。但因覆盖剂为粉末状，在添加过程中易产生粉尘，仍不利于工厂的清洁化生产。

(4)为减少粉尘的污染，采用旋转、振动、雾化等方法将覆盖剂制成颗粒，如用圆盘造粒机制得实心颗粒，用雾化干燥塔制取空心颗粒。其中含有碳质材料的中性或酸性颗粒覆盖剂使用效果较好，但随着对吸收夹杂功能要求的不断提高，酸性覆盖剂逐渐被淘汰，生产中需要使用碱性覆盖剂。而碱性覆盖剂，特别是不含碳质材料的碱性覆盖剂容易烧结而在钢水面上结硬壳，硬壳残留在钢包内使钢包残渣不易被清理干净而转入下一包钢水中，硬壳在中间包内则易被卷入钢水并随注流进入结晶器，直接形成铸坯夹杂。因此，用上述工艺生产的碱性无碳覆盖剂不仅不能实现预期的冶金功能，反而还有恶化钢质的危险。

发明内容

本发明的第一目的是，提供一种不会对低碳钢和超低碳钢增碳、不会对钢水预期的冶金功能带来不利影响；

本发明的第二目的是，提供一种制备上述钢水覆盖剂的方法。

为达第一发明目的，提供这样一种钢水覆盖剂。该覆盖剂的组份重量百分比为：1～8的Na₂O、0～7的F^-、3～40的Al₂O₃、5～40的CaO、0～2的Fe₂O₃、0.5～10的发泡剂、1～20的粘结剂和为余量的MgO和SiO₂；其中，(CaO+MgO)/SiO₂为2～10。

进一步的特征是，本发明的覆盖剂为多孔颗粒，其粒度为0.1～15mm。

为达第二发明目的，制备上述钢水覆盖剂的方法包括如下步骤：①在搅拌釜内将发泡剂和粘结剂加水搅拌制得液体，②采用机械搅拌方式将该液体和所述覆盖剂的其它组份一起搅拌混匀制得料浆，③该料浆成形→干燥→破碎→筛分。

与现有技术相比较，本发明的优越性如下：

由于本发明的覆盖剂含碳量极少(碳化钙、糖浆中有可忽略不计的少许)，因此，对低碳钢和超低碳钢就没有不应有的、或对预期冶金功能带来不利影响的增碳后果；又由于在本发明的覆盖剂中加入了适量的MgO，除能与CaO和SiO₂一道使本覆盖剂呈碱性、并调节其碱度外，该MgO还有削弱覆盖剂与包衬、塞棒的粘结作用，有利于钢包清渣和中间包解包操作。因此，本发明在保持碱性覆盖剂的优点的同时，又消除了恶化钢质的危险。

从进一步的特征中还可以看到，由于本发明的覆盖剂为多孔颗粒、并且有一定的粒度、而非某些现有技术中的粉末状，因此，在添加过程中不会产生粉尘污染，有利于工厂的清洁化生产。

显然，制备本发明钢水覆盖剂的方法，不但能确保制造出这种颗粒状的钢水覆盖剂，而且制造工艺简单。也即该方法既能确保本钢水覆盖剂的实现、又能节约制备成本。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是多炉连浇过程中，中间包内液渣熔化温度(实施例1与比较例1比较图)

图2是多炉连浇过程中，中间包内钢水温度变化情况图

具体实施方式

一种钢水覆盖剂。该覆盖剂的组份重量百分比为：1～8的Na₂O、0～7的F^-、3～40的Al₂O₃、5～40的CaO、0～2的Fe₂O₃、0.5～10的发泡剂、1～20的粘结剂和为余量的MgO和SiO₂；其中，(CaO+MgO)/SiO₂为2～10。

进一步讲，该钢水覆盖剂为多孔颗粒，其粒度为0.1～15mm。

一种制备上述钢水覆盖剂的方法。该方法包括如下步骤：称量配料→制取母液→制浆→成形→干燥→破碎→筛分。即：

(1)根据覆盖剂配比称量各种材料；

(2)将其中的发泡剂和粘结剂加入搅拌釜内加水搅拌得到混合液体(母液)；

(3)将除发泡剂和粘结剂之外的其它覆盖剂组份混合在一起且采用机械搅拌方式混匀得到混合料；

(4)将上述母液加入混合料中并搅拌混匀制得料浆；

(5)将料浆注入模具内固化成形；

(6)将固化后的料浆烘烤干燥后，再经破碎和筛分，取粒度为0.1～15mm部分为成品覆盖剂——其余部分返回制浆工序。

在本发明的钢水覆盖剂中，CaO、MgO、SiO₂为基料，通过它们[(CaO+MgO)/SiO₂]的比值来控制该覆盖剂的碱度，其目的仍然是使其呈碱性，以利于吸收钢水中上浮的夹杂物，净化钢水，并减少对碱性包衬的浸蚀。其中，MgO的加入起到削弱覆盖剂与包衬、塞棒的粘结作用，有利于钢包清渣和中间包解包操作。

在本发明的覆盖剂中的Al₂O₃，与CaO、MgO等成分形成有利于吸收氧化物和硫化物夹杂的共熔物，提高覆盖剂净化钢水的功能。当覆盖的钢水为铝镇静钢时，在钢包覆盖剂中Al₂O₃含量取中上限；对于中间包内和非铝镇静钢钢包内的钢水，覆盖剂中Al₂O₃含量取中下限。

在本发明的覆盖剂中，Fe₂O₃(重量％)0～2，主要由原材料带入，控制覆盖剂中较低的Fe₂O₃含量，可增强覆盖剂防止钢水二次氧化的作用。

在本发明的覆盖剂中，Na₂O用于与CaO、MgO和SiO₂共同作用控制覆盖剂的熔化温度为1300～1500℃，保证覆盖剂在钢液面上形成液渣层，以隔离空气与钢水面接触，防止钢水二次氧化，并通过液渣层吸收和同化钢水中上浮的非金属夹杂物。因为Na₂O自身熔点(920℃)较低，在覆盖剂中与CaO、MgO和SiO₂可形成低熔点共熔物，从而降低覆盖剂的熔化温度，当钢种液相线温度较低，或钢中合金元素含量较高时，覆盖剂熔化温度在上述范围内取中下限，Na₂O含量在本发明规定的中限和上限之间取值，反之Na₂O含量在本发明规定的中限和下限之间取值。

在本发明覆盖剂中，F^-用于调节覆盖剂液渣的粘度，使其具有较好的流动性。因为F^-通过取代桥氧位而打断复杂阴离子团结构，使熔渣微元体尺寸变小易于迁移，由此降低覆盖剂液渣粘度。当碱度(CaO+MgO)/SiO₂≤3，覆盖剂中F^-含量可在本发明规定的中限和上限之间取值；当(CaO+MgO)/SiO₂＞3，覆盖剂中F^-含量可在本发明规定的中限和下限之间取值，甚至含量为0，即得到无氟覆盖剂，非常有利于减少炼钢厂氟对环境的污染。

在本发明的覆盖剂中，发泡剂目的是通过发泡剂增加覆盖剂中空心孔洞，由此减小覆盖剂的堆比重，提高覆盖剂对钢水的绝热保温作用效果。在本具体实施方式中，其发泡剂是松香酸钠、碳化钙、硅钙、铝、糖浆中任意一种、或任两种之和；并且，当发泡剂为两种材料时，各材料的体积份数相等。发泡剂起到发泡作用的基本原理是：发泡剂在形成液态过程中产生气体，如下式：

CaC₂+H₂O＝CaO+C₂H₂↑

反应所产生的气体以许多小气泡的形式分散在覆盖剂料浆中，使料浆膨胀，当料浆成形后，其外形被固化下来，气泡位置则留下空心孔洞，成形后的料浆通过进一步干燥，即成为具有许多微孔的覆盖剂。由于大量微孔的作用，尽管CaO、MgO、SiO₂等成分比重大，但经发泡后的覆盖剂堆比重小(0.4～0.7g/cm³)，一定条件下与碳化稻壳的堆比重(0.3～0.5g/cm³)相当，因此，这种发泡覆盖剂具有良好的绝热保温性能。

在本发明的覆盖剂中，粘结剂是促进覆盖剂各粉末成分结合成具有一定强度颗粒的材料。该粘结剂是水玻璃、淀粉、纤维素、糖浆中任意一种、或任两种之和、或任三种之和；并且，当粘结剂由两种或两种以上材料组成时，各材料的体积份数相等。

以下是本发明覆盖剂加入中间包和钢包中，进行验证(与比较例1、比较例2、比较例3进行比较)的两个实施例。其中的比较例为现有的三种覆盖剂。

实施例1：

在容量为30吨的中间包内进行了本发明钢水覆盖剂与比较例1、比较例2进行比较验证。浇铸碳含量小于等于50ppm的超低碳钢，中间包内衬使用MgO质涂料，塞棒材质为MgO-Cr₂O₃质，各覆盖剂的化学成分及性能见表1。各覆盖剂的制备工艺是：

实施例1覆盖剂的制备工艺为：本发明的无碳碱性发泡钢水覆盖剂制备工艺，即：称量配料→制取母液→制浆→成形→干燥→破碎→筛分→检验包装和使用。

比较例1覆盖剂的制备工艺为：称量配料→搅拌混合→干燥→检验包装和使用，该覆盖剂为粉末状。

比较例2覆盖剂的制备工艺为：称量配料→制浆→喷雾造粒→干燥→筛分→检验包装和使用。

本实施例钢水覆盖剂用量为0.25Kg/T钢，在第一炉中间包开浇时，将总加入量的2/3加到中间包钢水面上，第四炉开浇后再加余下的1/3。该覆盖剂加入中间包后，与钢水接触部分迅速熔化形成液渣层，在多炉连浇过程中取液渣样测试其熔化温度，基本稳定1195～1250℃之间(见图1)；除液渣层外，与大气接触的部分为固体状未熔层，无烧结结块、结团、结壳现象，未出现覆盖剂粘结包衬和塞棒的现象；中间包钢水温度稳定，满足连铸工艺控制目标要求(见图2)；因该覆盖剂基本不含碳质材料，对钢水无增碳危害；浇铸结束后检查包衬和塞棒渣线部位，几乎无侵蚀，解包容易，翻包过程中残渣自行脱落。

比较例1覆盖剂用量为0.3Kg/T钢，加入方法和加入时间与实施例1覆盖剂相同。该覆盖剂与钢水接触的部分为液渣层，与大气接触的部分为固体状未熔层，无烧结结块、结团、结壳现象；但随浇铸时间延长，连浇炉数增多，液渣熔化温度不断升高(见图1)，不利于吸收钢水中上浮的夹杂物；由于该覆盖剂中碳含量高，导致钢水增碳10～20ppm；浇铸结束后检查包衬和塞棒渣线部位，侵蚀严重；在解包时，粉尘飞扬严重。

比较例2覆盖剂用量为0.35Kg/T钢，加入方法和加入时间与实施例1覆盖剂相同。由于该覆盖剂熔化温度高，直到第三炉才开始出现液渣，到第四炉时覆盖剂中已出现大量烧结团、块，当中间包钢液面下降时渣壳悬挂在包衬壁和塞棒上，当钢液面上升后部分渣壳被淹没在钢水中，造成钢水夹杂和夹渣增加。

实施例2：

在容量为50吨的钢包中进行了本发明钢水覆盖剂与比较例3进行比较验证(组份及性能见表1)。

钢水碳含量为(重量％)0.02～0.06。实施例2覆盖剂的制备工艺与实施例1覆盖剂的制备工艺相同，比较例3覆盖剂的制备工艺与比较例2覆盖剂的制备工艺相同。各覆盖剂用量为0.15Kg/T钢，在钢水精炼完毕后，分别一次性加到钢包钢水面上。使用实施例2覆盖剂钢水无增碳现象，使用比较例3覆盖剂钢水碳含量增加(重量％)0.015。

表1

	实施例1	比较例1	比较例2	实施例2	比较例3
	实施例1	比较例1	比较例2	实施例2	比较例3	CaO(重量％)	18.60	29.64	5.52	37.25	36.51
SiO<sub>2</sub>(重量％)	15.26	37.44	14.36	13.74	14.84	CaO(重量％)	18.60	29.64	5.52	37.25	36.51
SiO<sub>2</sub>(重量％)	15.26	37.44	14.36	13.74	14.84	MgO(重量％)	余量	余量	余量	余量	余量
(CaO+MgO)/SiO<sub>2</sub>	5.04	0.94	5.49	3.91	3.04	MgO(重量％)	余量	余量	余量	余量	余量
(CaO+MgO)/SiO<sub>2</sub>	5.04	0.94	5.49	3.91	3.04	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(重量％)	3.10	3.85	3.52	27.61	23.07
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(重量％)	1.65	2.31	1.87	0.65	1.97	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(重量％)	3.10	3.85	3.52	27.61	23.07
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(重量％)	1.65	2.31	1.87	0.65	1.97	Na<sub>2</sub>O(重量％)	3.58	4.87	1.48	2.86	2.19
F<sup>-</sup>(重量％)		3.62		1.35	2.34	Na<sub>2</sub>O(重量％)	3.58	4.87	1.48	2.86	2.19
F<sup>-</sup>(重量％)		3.62		1.35	2.34	C(重量％)		12.65			10.43
熔化温度，℃	1370	1225	1600	1460	1420	C(重量％)		12.65			10.43
熔化温度，℃	1370	1225	1600	1460	1420	堆比重，g/cm<sup>3</sup>	0.47	0.73	0.78	0.54	0.76
应用工位	中间包	中间包	中间包	钢包	钢包	堆比重，g/cm<sup>3</sup>	0.47	0.73	0.78	0.54	0.76

Claims

1.一种钢水覆盖剂，其特征在于，该覆盖剂的组份重量百分比为：1～8的Na₂O、0～7的F^-、3～40的Al₂O₃、5～40的CaO、0～2的Fe₂O₃、0.5～10的发泡剂、1～20的粘结剂和为余量的MgO和SiO₂；其中，(CaO+MgO)/SiO₂为2～10。

2.根据权利要求1所述的钢水覆盖剂，其特征在于：所述的发泡剂是松香酸钠、碳化钙、硅钙、铝、糖浆中任意一种、或任两种之和；当发泡剂为两种材料时，各材料的体积份数相等。

3.根据权利要求1或2中所述的钢水覆盖剂，其特征在于：所述的粘结剂是水玻璃、淀粉、纤维素、糖浆中任意一种、或任两种之、或任三种之和；当粘结剂由两种或两种以上材料组成时，各材料的体积份数相等。

4.根据权利要求1或2中所述的钢水覆盖剂，其特征在于该覆盖剂为多孔颗粒，其粒度为0.1～15mm。

5.根据权利要求3中所述的钢水覆盖剂，其特征在于该覆盖剂为多孔颗粒，其粒度为0.1～15mm。

6.一种制备权利要求1或2所述钢水覆盖剂的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

①在搅拌釜内将发泡剂和粘结剂加水搅拌制得液体，②采用机械搅拌方式将该液体和所述覆盖剂的其它组份一起搅拌混匀制得料浆，③该料浆成形→干燥→破碎→筛分。

7.根据权利要求6所述的制备权利要求1或2所述钢水覆盖剂的方法，其特征在于该方法中所用的粘结剂是水玻璃、淀粉、纤维素、糖浆中任意一种、或任两种之、或任三种之和；当粘结剂由两种或两种以上材料组成时，各材料的体积份数相等。

8.根据权利要求6所述的制备权利要求1或2所述钢水覆盖剂的方法，其特征在于用该方法破碎、筛分后的所述钢水覆盖剂的粒度为0.1～15mm。

9.根据权利要求7所述的制备权利要求1或2所述钢水覆盖剂的方法，其特征在于用该方法破碎、筛分后的所述钢水覆盖剂的粒度为0.1～15mm。