CN102059330A

CN102059330A - 一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣及其制备方法

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Publication number: CN102059330A
Application number: CN 201110037710
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛; 闫永其; 张廷旺
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2031-02-15
Also published as: CN102059330B

Abstract

本发明属于钢铁冶炼连铸生产技术领域，特别涉及到一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣及其制备方法，其特征在于由以下原料按重量百分比配制：硼泥粉50~60%，硅灰石粉20~30%，石灰粉10~20%，焦粉1~2%，其制备方法如下：将原料充分干燥脱水后按重量分数称量配料，磨细混匀，然后采用传统的保护渣制备成型工艺制成颗粒状成品渣。本发明的保护渣具有较好的熔化性能和吸收夹杂能力，特别是以硼代氟，实现保护渣无氟和废弃物硼泥再利用，降低成本并有利于环境保护，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣及其制备方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼连铸生产技术领域，特别涉及到一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣及其制备方法。

背景技术

连铸技术以其高效、节能、优质、易于实现自动化和智能化等诸多优点，受到冶金界的高度重视，与之相配套的连铸结晶器保护渣也得到了相应的发展，且成为不可或缺的冶金辅助材料。

现有技术中，连铸结晶器保护渣按基料的化学成分可分为以下三个主要的体系： SiO₂-Al₂O₃-CaO系、SiO₂-Al₂O₃-FeO系、SiO₂-Al₂O₃-Na₂O系，在此基础上加入少量助熔剂(碱金属或碱土金属氧化物、氟化物、硼化物等)和控制熔速的炭质材料(炭黑、石墨和焦炭等)；保护渣的制备工艺包括：机械混合成型制备粉状渣、挤压成型制备条状颗粒渣、圆盘法成型制备实心圆形颗粒渣、喷雾法成型制备空心圆颗粒渣。

现有的保护渣体系中主要存在的问题主要有两个：一是保护渣的碱度偏低，这是由于要控制保护渣的析晶温度不能太高，否则导致传热和润滑性能恶化，碱度低带来的问题是吸收夹杂能力弱，如SiO₂-Al₂O₃-CaO系的碱度一般在0.8~1.0，而SiO₂-Al₂O₃-FeO系和SiO₂-Al₂O₃-Na₂O系更是一种酸性渣，吸收Al₂O₃等夹杂的能力非常弱；二是保护渣熔点和粘度偏高，因此要加入助熔剂，如碱金属氧化物Na₂O、K₂O、Li₂O以及氟化物CaF₂、NaF和硼化物B₂O₃等，助熔剂虽然加入量不大，但其问题较多，如Na₂O、K₂O氟化物CaF₂、NaF易造成污染和损害人体健康，Li₂O和B₂O₃价格昂贵，成本太高，因此，从保护渣体系研究的角度考虑，需要开发一种碱度较高且具有较低熔点和析晶温度、吸收夹杂能力强、无毒无害的廉价保护渣。

提出本发明的另一背景是：

我国硼矿资源丰富，是世界上为数不多的硼资源大国，但是，我国多数硼矿石的品位低，且多为混合型矿石，以碳碱法提取硼砂后，产生大量废弃硼泥（注：按目前的生产工艺，每生产1吨硼砂，就要产生3-4吨硼泥），硼泥的主要成分为MgO24~40%、SiO₂20~35%、B₂O₃2~4%等，关于硼泥综合利用的研究也有开展，如利用硼泥生产硼镁肥和轻质碳酸镁等，但由于硼泥中的硼、铁、镁等均属贫矿，提取成本过高，处理工艺复杂；因此，我国目前尚缺少针对废弃硼泥实现高附加值综合利用的工业化方法，一直作为弃渣堆积处理，不仅占用大量土地资源，而且由于碳碱法提硼后的硼泥具有较强碱性，大量的硼泥露天堆积对土壤和水资源形成严重的污染，我国以碳碱法生产硼砂四十余年来，定点堆积的硼泥近亿吨，带来的污染及占地问题日益严重，硼泥综合利用问题急待解决。

综上所述，考虑到硼泥是一种偏碱性、含有的B₂O₃具有较强助熔和降低析晶温度的作用，非常适合作为连铸保护渣的基料，因此，利用废弃硼泥开发一种新型钢连铸结晶器用保护渣，对解决目前保护渣存在的问题以及降低保护渣生产成本和实现废弃硼泥的再资源化利用具有重要意义和工业应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废弃硼泥为主要基料的新型钢连铸结晶器用保护渣及其制备方法，解决目前保护渣存在的碱度低、熔点高需要助熔剂以及析晶温度高润滑效果差等问题，同时实现废弃硼泥资源的高附加值再利用资源化，消除硼泥对土壤及水资源的污染。

本发明的目的是通过下列技术方案来实现的：

一种新型钢连铸结晶器用保护渣，其特征在于：由以下原料按重量百分比配制：硼泥粉50~60%，硅灰石粉20~30%，石灰粉10~20%，焦粉 1~2%；其制备方法的特征在于方法如下：将硼泥充分脱水后与硅灰石粉、石灰粉以及焦粉按重量分数称量配料后，磨细混匀，然后采用传统的保护渣制备成型工艺制成颗粒状成品渣；传统的保护渣制备成型工艺包括机械压块法、圆盘造粒法和喷雾法成型，考虑到本发明中没有添加粘结剂成分，所以推荐采用的成型方法为圆盘造粒法制备实心颗粒和喷雾法成型制备空心颗粒，并优先选用喷雾法成型制备空心颗粒，以提高保护渣的铺散效果。

本发明中各主要原料的主要作用和配加比例确定根据如下：

1）硼泥粉：硼泥粉是硼泥充分脱水后磨细的粉料，脱水后硼泥粉的主要组成为：MgO24~40%、SiO₂20~35%、B₂O₃2~4%，MgO和SiO₂是目前保护渣系的主要组元，B₂O₃作为降低渣系熔点的重要组元起到助熔作用，硼泥粉的添加比例（重量%）为50~60%，这样渣中B₂O₃的含量在1~2.4%，起到调整渣熔化温度和降低渣析晶温度的作用；

2）硅灰石粉：硅灰石粉的作用是同时向渣中提供SiO₂和CaO，作为保护渣的基料，综合考虑渣的熔化性能和调整渣粘度的需要，硅灰石粉的添加比例为20~30%；

3）石灰粉：石灰粉的作用是提高渣的碱度，从而提高渣的吸收夹杂物能力，综合考虑其对保护渣的熔化性能、析晶温度和吸收夹杂物的能力的综合影响，其加入量为10~20%；

4）焦粉：焦粉的作用主要是调整渣的熔化速度，根据渣的消耗量需求进行调整，其添加量为1~2%。

本发明用到的原料的技术指标为：

硼泥粉的技术指标为：B₂O₃2~4%；

硅灰石粉的技术指标为：SiO₂ 45%～55%，CaO 35%～45%，MgO≤0.8%，S<0.03%，P< 0.03%；

石灰粉的技术指标为：100%＞CaO≥90.0，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，其余为Al₂O₃等微量杂质；

焦粉的技术指标为：固定碳>90%，灰分、杂质、水分之和小于10%。

本发明的新型钢连铸保护渣的主要组成指标见表1（质量%），主要物化性能指标见表2：

表1 本发明的主要组成指标

表2 本发明的主要物化性能指标

与现有技术相比较，采用本发明的优点如下：

① 从本发明的保护渣的组成指标可知，保护渣的综合碱度提高，控制在1.2~1.6范围，这是由于以硼代氟，显著提高了渣的玻璃化性能，所以可以适当提高渣碱度，比传统的酸性渣具有更强的吸收夹杂物能力；

② 从本发明的保护渣的性能指标可知，该保护渣具有适宜的熔化性能和流动性能，调整范围宽，具有广泛的适用性；

③ 保护渣采用硼泥为主要基料，实现了废弃硼泥资源的高附加值再利用，同时降低了保护渣成本，具有经济效益与社会效益；

④ 硼泥中氧化硼的存在，降低了渣的熔化温度和析晶温度，改善了保护渣的润滑效果；

⑤ 保护渣无氟化物、无碱金属氧化物，因此，消除了传统保护渣的氟污染和碱污染。

综上所述，本发明的保护渣具有比传统保护渣更好的使用性能，同时，实现了废弃资源再利用，克服了氟、碱污染以及废弃硼泥堆积对土壤和水土资源的危害，实现了绿色无污染低成本冶金生产，具有显著的经济效益和社会效益，具有推广价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述，实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

第一组实施例

选用的原料成分如下：

硼泥粉的技术指标为：B₂O₃ 2%；

硅灰石的化学组成为(质量%)：SiO₂ 52，CaO 45，MgO 0.8，S<0.03，P< 0.03，余量杂质；

石灰的化学组成为(质量%)：CaO 95.0，MgO 3.0，SiO₂ 1.0，其余为Al₂O₃等微量杂质；

焦粉的技术指标为：固定碳 92%，灰分 5%、其余杂质小于 3%；

配料前准备：将硼泥粉、硅灰石粉、石灰粉、焦粉在200℃下充分烘干脱水，研磨成细粉后称量。

实施实例1

配料：硼泥粉 50Kg、硅灰石粉29Kg，石灰粉 20Kg，焦粉 1Kg；

制备过程：将物料充分混匀，采用圆盘法制成0.1~0.2mm的粒状渣料。保护渣的主要组成指标见表3，主要物化性能指标见表4。

实施实例2

配料：硼泥粉 55Kg、硅灰石粉25Kg，石灰粉 18Kg，焦粉 2Kg；

实施实例3

将硼泥粉、硅灰石粉、石灰粉、焦粉在200℃下充分烘干脱水，研磨成细粉后称量；

配料：硼泥粉 60Kg、硅灰石粉23Kg，石灰粉 15Kg，焦粉 2Kg；

制备过程：将物料充分混匀，采用圆盘法制成0.1~0.2mm的粒状渣料，保护渣的主要组成指标见表3，主要物化性能指标见表4。

第二组实施例

选用的原料成分如下：

硼泥粉的技术指标为：B₂O₃ 4%；

硅灰石的化学组成为(质量%)：SiO₂ 52，CaO 45，MgO 0.8，S<0.03，P< 0.03，余量杂质。

焦粉的技术指标为：固定碳 92%，灰分 5%、其余杂质小于 3%，

实施实例4

配料：硼泥粉 50Kg、硅灰石粉29Kg，石灰粉 20Kg，焦粉 1Kg；

制备过程：将物料充分混匀，采用喷雾法制成0.06~0.1mm的粒状渣料。保护渣的主要组成指标见表3；主要物化性能指标见表4。

实施实例5

配料：硼泥粉 55Kg、硅灰石粉25Kg，石灰粉 18Kg，焦粉 2Kg；

制备过程：将物料充分混匀，采用圆盘法制成0.06~0.1mm的粒状渣料。保护渣的主要组成指标见表3，主要物化性能指标见表4。

实施实例6

配料：硼泥粉 60Kg、硅灰石粉23Kg，石灰粉 15Kg，焦粉 2Kg。

制备过程：将物料充分混匀，采用圆盘法制成0.06~0.1mm的粒状渣料，保护渣的主要组成指标见表3，主要物化性能指标见表4。

表3实施例结果——化学成分指标

。

表4 实施例结果——物化性能指标

从实施例结果可以看出：本发明的保护渣的组成指标及物化性能指标均满足要求，保护渣的配碳量降低，减少钢水增碳，同时，保护渣的综合碱度提高，提高了渣吸收夹杂能力，特别是该渣的半球点温度、粘度及熔化速度，都控制在适宜的范围，而且调整范围宽，具有比传统保护渣更好的使用性能，因此具有推广价值。

Claims

1.一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣，其特征在于：所述保护渣由以下原料按重量百分比配制：硼泥粉50~60%，硅灰石粉20~30%，石灰粉10~20%，焦粉 1~2%。

2.如权利要求1所述的一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣，其特征在于：硼泥粉中B₂O₃ 的质量百分含量为2-4%。

3.如权利要求1所述的一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣，其特征在于：所述硅灰石粉的成份以质量百分含量计算，SiO₂ 45%～55%，CaO 35%～45%，MgO≤0.8%，S<0.03%，P< 0.03%。

4.如权利要求1所述的一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣，其特征在于：所述石灰粉的成份以质量百分含量计算，100%＞CaO≥90.0，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂＞0，其余为Al₂O₃等微量杂质。

5.如权利要求1所述的一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣，其特征在于：所述焦粉的成份以质量百分含量计算，固定碳>90%，灰分、杂质和水分之和小于10%。

6.如权利要求1所述的一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣的制备方法，其特征在于：将原料充分干燥脱水后按重量分数称量配料，磨细混匀，然后采用传统的保护渣制备成型工艺制成颗粒状成品渣。

7.如权利要求6所述的一种钢连铸结晶器用含硼无氟保护渣的制备方法，其特征在于：保护渣制备成型工艺为圆盘造粒法制备实心颗粒或喷雾法成型制备空心颗粒。