CN100535133C - 石灰系炼钢添加剂及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶金领域，主要涉及在电弧炉炼钢及铸钢工艺过程中用于增碳和脱氧的石灰系炼钢添加剂及其制造方法。它包括石灰系材料和含碳材料，在氧化气氛下使用，其中：它的化学成份按照重量百分比为：石灰系材料40-80%，其余为含碳材料；所述石灰系材料是选自CaO粉末、CaCO3粉末中的一种，CaO粉末经钝化处理、流动性低，所述含碳材料为焦碳、石墨、兰炭粉中的至少一种。当该添加剂为球团状时，其化学成份中还包括1-3%的粘结剂，该粘结剂为金属氧化物，微观形貌为长条形、微细条状或枝状。与现有技术相比，本添加剂成本低，可使钢水在增碳的同时对钢水进行脱氧，减少钢材或铸钢件中的非金属夹杂物，改善钢的力学性能。

Description

石灰系炼钢添加剂及其制造方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，主要涉及在用电弧炉炼钢或铸钢工艺过程中，在氧化气氛下添加的石灰系增碳添加剂及其制造方法。
背景技术
目前世界上的炼钢方法主要有二种，一种是长工艺流程的转炉法炼钢，约占60～70％；另一种是短流程的电炉也称电弧炉炼钢法，约占30％左右。电炉炼钢的主原料是废钢、通常工业或城市中产生的废钢多以轻薄料为主，其含碳量低(0.10～0.35％之间)，而且由于长期在露天放置，废钢表面都长满铁锈，用这种废钢在电炉里炼钢时，根据冶炼钢种对碳含量的要求，需要在炉料中配加碳素。在配备碳素时，由于需要考虑碳的烧损及一部分碳素还要参与对氧化铁的还原反应，故需配加较高的碳量。通常配碳的物料有生铁块、铁水、块状焦炭、废石墨电极或含碳球团，以及向钢水中喷吹粉状的含碳材料。
在现有技术中，电炉炼钢作为增碳的添加剂，除铁水或生铁块外，皆是含碳量大于80％的物料，包括普通的含碳球团等。例如日本专利第3750928号，(申请日：2001年12月8日，申请号：特愿2001-373378)公开了一种“增碳剂及其炼钢方法”，该增碳剂成分为石灰系材料20-80％，含碳材料为20-80％。但该添加剂在空气中放置能保持其固有性能不变的时间较短，一般少于7天。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的石灰系炼钢添加剂及其制造方法，用于电炉炼钢或铸钢生产增碳及具有脱氧功能的添加剂，可以得到在空气中不易吸潮的添加剂球团或粉状物料，可长期在空气中放置能保持其固有性能不变，其球团不开裂、破损，且成本低。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明的一个方面是提供了一种石灰系炼钢添加剂，它包括石灰系材料和含碳材料，在氧化气氛下使用，其中它的化学成份按照重量百分比为：石灰系材料40-80％，其余为含碳材料；其中：所述石灰系材料是选自CaO粉末、CaCO3粉末中的一种，且CaO粉末经钝化处理、流动性低，所述含碳材料为焦碳、石墨、兰炭粉中的至少一种。
本发明的第二方面是提供了一种石灰系炼钢添加剂的制造方法，当添加剂为粉状物料时，包括原料粉碎和混合均匀步骤，其中：
(1)化学成份按照重量百分比为：石灰系材料40-80％，其余为含碳材料；其中：所述石灰系材料是选自CaO粉末、CaCO3粉末中的一种，CaO粉末经钝化处理、流动性低，所述含碳材料为焦碳、石墨、兰炭粉中的至少一种；
(2)原料粉碎是将上述原料粉碎成有多个棱角的颗粒，粒度为0.0005-1.0mm。
本发明的第三方面是提供了另一种石灰系炼钢添加剂的制造方法，当添加剂为球团状时，包括原料粉碎、混合和压制步骤，其中：
(1)化学成份按照重量百分比为：石灰系材料40-80％，粘结剂1-3％，其余为含碳材料；其中：所述石灰系材料是选自CaO粉末、CaCO3粉末中的一种，CaO粉末经钝化处理的、流动性低的，所述含碳材料为焦碳、石墨、兰炭粉中的至少一种，所述粘结剂的微观形貌为长条形、微细条状或枝状；
(2)原料粉碎是将上述原料粉碎成有多个棱角的颗粒，粒度为0.0005-1.0mm；
(3)球团的粒径为10mm-60mm。
具体而言，本发明得到的添加剂化学成分可以制备粉末状或球团状添加剂，采用的主要技术手段包括以下几方面：
主原料中的CaO为经钝化处理、流动性低的粉末
经钝化处理的CaO粉末的表面附着一层很薄的防水膜，该防水膜的成分为矿物油、植物油和硅油中的一种，硅油是AF型表面改性剂中的一种。
本发明所用主要原料之一，CaO(石灰)是经物理方法钝化的石灰，石灰表面钝化之后，主要是与水和空气或其它原料中的水份不发生如下反应：CaO+H2O＝Ca(HO)2，因为产生氢氧化钙后，体积会膨胀，已制好的球团会开裂、破损，而且在炼钢工艺中使用会增加钢中的氢。因为在500多度(℃)上述反应式会发生逆反应，即分解反应。所述的石灰钝化是把粉碎后的石灰小颗粒表面均匀地附着一薄层防水膜，使水不直接接触石灰。它可以用憎水的无机或有机化合物，如各种矿物油、植物油等均匀地附着在石灰小颗粒表面上。这种经过钝化的石灰，表示其流动性差别的、与水平面自然堆放的夹角
Figure C20061015616600081
要小于120°，参见图1。经过钝化的石灰制作的球团不吸潮，可放置30-60天，而现有技术只能放置7天之内。
防水膜的重量为CaO粉末重量的0.05-0.15％，＜0.05％，起不到所需的钝化作用；＞0.15％，增加成本，且对炼钢产生不利影响。
另一种主原料CaCO3占石灰系材料的10-20％。
对于制备球团状添加剂，本发明进一步包括：
主原料的形貌为不规则形状的颗粒
原料粉碎是采用雷蒙粉碎机、气流破碎机、机械螺旋粉碎机中的至少一种将原料粉碎为不规则形状的颗粒，得到具有多个棱角、不规则的、微细条状或枝状的颗粒，以便于压制成所要求的球团。所述石灰系材料和/或含碳材料的粒径为0.0005-1.0mm。
添加少量的微观形貌为非球状的粘结剂
当该添加剂为球团状时，其化学成份中还包括1-3％的粘结剂。该粘结剂的微观形貌为非球状的，如长条形、微细条状或枝状，作为机械填充式粘结剂，粘结剂的长度为1-10μm，横截面粒径为0.1-1μm，其用于与主原料不同粒度和形状的小颗粒。该微观形貌有效的保证只使用少量的粘结剂(1-3％)即可达到所需的效果。粘结剂成分＞3％，则会增加加工工序(搅拌、混合均匀)，亦增加成本，而且减少了有用物料的含量；＜1％，则起不到粘结作用。粘结剂为金属氧化物或碳酸盐如MgO、Al2O3或CaCO3中的至少一种。
本发明的石灰系炼钢添加剂的制造方法如下：首先按照其化学成分进行配料，再把配好的物料均匀的混合即成为粉状石灰系炼钢添加剂。或者将含有粘结剂的、均匀混合后的物料送入高压对辊压球机压制成球团，即成为球团状石灰系炼钢添加剂。
在上述化学成分的物料中，石灰系物料可以造成高碱度渣相，提高并促进钢水对碳的吸收，碳酸钙在980℃按下式分解：
CaCO3＝CaO+CO2
碳酸钙分解时生成气体CO2，对钢水进行搅动，可以促进局部区域化学反应动力学条件的优化，也促进了钢水对碳的吸收和化学反应。
在通常的电炉炼钢过程中，为了脱硫，脱磷而加入石灰造渣，它与增碳剂是分别加入的，因此石灰中的CaO分子与碳原子接触点很少，而本发明的石灰系炼钢添加剂，由于粒度很细，CaO分子与碳原子很充分搅拌混合，因此可以多点、充分地接触，在电炉炼钢电弧的高温下，发生如下反应：
CaO+C→Ca+CO
而生成的原子状态的Ca，不仅与钢液溶池中的自由状态的氧反应，也与钢液中聚集的氧化物发生如下式的脱氧反应：
Ca+[O]→CaO
与此同时，在脱氧的同时，促进并稳定地增加了钢中的碳含量，这一过程中是在电炉炼钢的氧化气氛下进行的。
石灰系炼钢添加剂中的含碳材料，其主要作用是保证冶炼钢种对碳含量的需要，即满足钢种增碳的要求。
石灰系炼钢添加剂中的粘结剂，其作用是对球团状炼钢添加剂，对石灰系分子和碳元素起连接和粘结作用。
本发明以石灰系物料及含碳物料为主原料，制成球团或粉状物料。本发明的石灰系炼钢添加剂，其石灰是经过特殊处理的。在空气中不吸潮制成的球团或粉状物料，长期在大气中放置能保持其固有性能不变，其球团不开裂、破损。本发明的石灰系炼钢添加剂可以在氧化气氛下，使钢水稳定增碳，其钢水熔毕碳可控。
本发明的石灰系炼钢添加剂与现有的技术相比有如下有益效果：
1.本发明的石灰系炼钢添加剂，不仅能对钢水增碳，且增碳效果显著、稳定，而且对钢液中的自由态和化合的态的氧能起脱氧作用，因此从钢的洁净度和韧性方面改善了钢材的性能。
2.本发明的石灰系炼钢添加剂，便于储存、包装运输和使用，长时间放置性能不变。
3.本发明的石灰系炼钢添加剂与同类产品相比，原材料充足成本低。
附图说明
图1为经钝化的石灰系材料堆放角示意图，其中θ≤120°。
具体实施方式
根据本发明的石灰系炼钢添加剂化学组成，制备了4批炼钢添加剂，其中第2、4批为粉末状添加剂，第1、3批为球团状添加剂，其具体的化学组成如表1所示。
粉末状添加剂
制造方法为：按照表1所列的成分，将原料含碳物料和CaO、CaCO3分别粉碎成微观形貌为不规则颗粒的粉末，粉碎采用的设备为雷蒙粉碎机，得到粒度为小于1mm的粉末，采用植物油对CaO进行钝化处理，即在粉碎后的CaO粉末中加入0.1wt％的植物油进行充分混合，使CaO粉末的表面附着一层很薄的防水膜。然后将上述物料均匀混合得到所需的添加剂粉末。
球团状添加剂
制造方法为：按照表1所列的成分，将原料含碳物料、CaO和/或CaCO3分别粉碎成微观形貌为不规则颗粒的粉末，粉碎采用的设备为气流对撞破碎机，得到粒度为小于0.005-0.5mm的粉末，采用硅油对CaO进行钝化处理，即在粉碎后的CaO粉末中加入0.3wt％的AF-IV型硅油进行充分混合，使CaO粉末的表面附着一层很薄的防水膜。粘结剂使用非球磨机破碎，得到细枝状或长条状粘结剂粉末，粘结剂的长度为1-10μm，横截面粒径为0.1-1μm，成为与主原料粒度和形状不同的小颗粒。然后将上述物料均匀混合、用有预压缩作用的高压对辊机压制成球，得到所需的添加剂球团。
表1本发明实施例石灰系炼钢添加剂的化学组成(Wt％)
  序号   石灰系物料   含碳物料   粘结剂   添加剂状态   CaO钝化
  1   CaO    45   焦炭53   CaCO<sub>3</sub> 1Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1   球团   0.3wt％AF-IV型硅油
  2   CaO    45CaCO<sub>3</sub>  3   石墨52   --------------   粉末状   植物油0.1wt％
  3   CaO    40   兰碳57   CaCO<sub>3</sub> 2MgO   1   球团   0.3wt％AF-IV型硅油
  4   CaO    50CaCO<sub>3</sub>  5   焦炭45  -------------   粉末状   植物油0.1wt％
上述实施例中，物料粒度为：粉末状粒径＜0.5mm；球团状：主料粒度＜0.01mm，粘结用料长度8-10μm，横截面粒径0.5-1μm。
表2本发明实施例用于电炉炼钢添加剂增碳试验结果
Figure C20061015616600121

Claims (9)

1、一种石灰系炼钢添加剂，它包括石灰系材料和含碳材料，在氧化气氛下使用，其特征在于：它的化学成份按照重量百分比为：石灰系材料40-80％，其余为含碳材料；其中：所述石灰系材料是选自CaO粉末、CaCO3粉末中的一种，CaO粉末经钝化处理、流动性低，所述含碳材料为焦碳、石墨、兰炭粉中的至少一种；
当该添加剂为球团状时，其化学成份中还包括1-3％的粘结剂，该粘结剂的微观形貌为长条形、微细条状或枝状；所述粘结剂为MgO、Al2O3、CaCO3中的至少一种。
2、根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述经钝化处理的CaO粉末的表面附着一层很薄的防水膜，该防水膜的成分为矿物油、植物油和硅油中的一种，硅油是AF型表面改性剂中的一种。
3、根据权利要求2所述的添加剂，其特征在于：所述的防水膜的重量为CaO重量的0.05％-0.015％。
4、根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述的经钝化处理的CaO粉末的堆放角θ＜120°。
5、如权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述粘结剂的长度为1-10μm，横截面粒径为0.1-1μm。
6、根据权利要求1所述的添加剂，其特征在于：所述石灰系材料和/或含碳材料的粒径为0.0005-1.0mm。
7、一种石灰系炼钢添加剂的制造方法，当添加剂为球团状时，包括原料粉碎、混合和压制步骤，其特征在于：
(1)添加剂化学成份按照重量百分比为：石灰系材料40-80％，粘结剂材料1-3％，其余为含碳材料；其中：所述石灰系材料是选自CaO粉末、CaCO3粉末中的一种，CaO粉末经钝化处理、流动性低，所述含碳材料为焦碳、石墨、兰炭粉中的至少一种，所述粘结剂材料为MgO、Al2O3、CaCO3中的至少一种，微观形貌为长条形、微细条状或枝状；
(2)原料粉碎是将上述材料粉碎成有多个棱角的颗粒，粒度为0.0005-1.0mm；
(3)球团的粒径为10mm-60mm。
8、根据权利要求7所述的石灰系炼钢添加剂的制造方法，其特征在于：所述CaO粉末的钝化处理是在其表面附着一层很薄的防水膜，该防水膜的成分为矿物油、植物油和硅油中的一种。
9、根据权利要求7所述的石灰系炼钢添加剂的制造方法，其特征在于：所述原料粉碎是采用雷蒙粉碎机、气流破碎机、机械螺旋粉碎机中的至少一种将原料粉碎为具有多个棱角、不规则的、微细条状或枝状的颗粒。
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