CN102146495A - 一种表面改性超细粉体及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面改性超细粉体及其生产方法，由陶瓷、预熔渣、合金材料中的一种或多种混合物以及表面改性剂、超细粉体表面改性剂所组成；经破碎机初级破碎、气流微粉磨粉体研磨和高速搅拌反应釜搅拌及表面改性，制成尺寸小于5μm的超细粉体。其组分选择合理，原料种类多，容易获取且价格低廉；配比科学，制备方法可靠易行，成品粉体具有良好的表面理化性能和输送特性，流动性好，完全可以满足中间包喷粉冶金的使用要求。本发明技术成熟，方法简单，便于掌握和操作，制作成本低，易于实现产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于炼钢炉外精炼技术领域，尤其涉及一种中间包喷粉冶金表面改性所用的陶瓷纳米粉体及合金材料粉体及其制备方法。
背景技术
随着钢铁工业的进一步发展，钢的材质设计和应用技术的开发给冶金工业带来了极大地挑战。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性高的方向发展，提高钢产品质量、生产高性能钢铁产品的关键在于提高钢液的纯净度、对钢液成分的精确控制以及对钢液中细小夹杂物的有效利用。目前，纯净钢精炼技术、细小氧化物弥散钢的生产以及钢种微量合金元素的精确控制技术已经成为二十一世纪钢铁企业面临的重大课题。
中间包冶金是一项特殊的炉外精炼技术，随着对钢液纯净度要求的不断提高，中间包冶金已经成为炼钢生产工艺流程中保证获得优良钢质量的关键一环，人们已经不再把中间包作为一个简单的容器使用，而是要求在中间包中进一步控制钢液中非金属夹杂物尺寸和数量，对微量元素进行微量调控。研究表明，在中间包采用喷粉工艺，不间断地向钢液中喷吹超细(尺寸小于5μm)陶瓷粉体或合金粉体，是生产细小氧化物弥散钢、精确调控钢液合金成分的一种有效途径。而喷吹工艺的质量主要取决于粉体的表面物化特性。然而，由于超细粉体具有很大的比表面积和高的表面自由能，所以非常容易团聚形成聚集体颗粒，粉末流动性不好，导致粉体输送、喷吹设备堵塞和脉冲流，下料困难，严重影响钢铁产品的数量和质量。正是由于表面改性剂粉体质量难以达到使用要求，从而致使中间包冶金喷粉工艺技术一直未能得到正式应用。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种简单易行，流动性好，具有良好输送特性和表面理化性能的中间包喷粉冶金所用的表面改性超细粉体及其生产制备方法。
为此，本发明所采取的技术解决方案是：
一种表面改性超细粉体，由陶瓷、预熔渣、合金材料中的一种或多种混合物以及加入的表面改性剂、超细粉体表面改性剂所组成，其尺寸小于5μm的粉体；
所述超细粉体中，按重量百分数计：陶瓷为0～96％，预熔渣0～96％，合金材料0～96％，表面改性剂0.01～4％；
所述陶瓷材料为CaO、CaCO3、MgCO3、MgO、ZrO2、Ti2O3、Al2O3、SiO2、SiC、CeO、YO或者上述两种或多种材料的混合物；
所述合金材料为Fe-B合金、Fe-RE合金、Fe-Ca合金、Fe-Si合金、Fe-Mg合金、Si-Ca合金、Ni-Mg合金、Ni-Ca合金以及上述两种或多种合金的混合物；
所述的预熔渣的成分重量百分比含量为：CaO 10～70％、Al2O3 15～50％、SiO2 0～10％、MgO 0～10％、CaF2 0～30％、熔点在1100～1550℃的粉剂；
所述表面改性剂由硬脂酸、无水乙醇、甲醛、丙酮、无水甲醇、97#汽油、硅油、分散剂中的两种或两种以上所组成；
所述超细粉体表面改性剂由硬脂酸、无水乙醇、甲醛、丙酮、无水甲醇、97#汽油、硅油、分散剂中的四种或四种以上所组成。
所述分散剂由十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或丙烯酸酯的一种或多种组成，加入量为表面改性剂或超细粉体表面改性剂总重量的0～1％。
所述表面改性剂各组分及质量百分比含量为：
硬脂酸40～75％、无水乙醇0～20％、甲醛0～5％、丙酮0～25％、无水甲醇0～5％、97#汽油0～5％、硅油0～20％、分散剂0～1％。
所述超细粉体表面改性剂各组分及质量百分百比含量为：
硬脂酸50～60％、无水乙醇0～20％、甲醛0～5％、丙酮0～25％、无水甲醇0～5％、97#汽油0～5％、硅油13～20％、分散剂0.03～1％。
优先推荐的表面改性剂组分质量百分数为：
硬脂酸50％、无水乙醇20％、甲醛5％、丙酮1％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油13、分散剂1％。
优先推荐的超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：
硬脂酸50％、无水乙醇11％、甲醛5％、丙酮10％、无水甲醇5％、97#汽油5.5％、硅油13％、分散剂0.5％。
一种表面改性超细粉体的生产方法，其具体生产工艺步骤为：
1、初级破碎：采用锤式破碎机、颚式破碎机或对辊破碎机对陶瓷、预熔渣、合金块体材料中的一种或多种混合物进行初级破碎，破碎后的材料尺寸小于10mm；
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于10mm的陶瓷、预熔渣、合金材料或混合料加入气流微粉磨，将其制备成尺寸小于5μm的超细粉体材料，在磨粉过程中加入一定比例的表面改性剂；
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸小于5μm的超细粉体材料和一定比例的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。
步骤2中所述表面改性剂的加入量为物料重量的0.05～3％。
步骤3中所述超细粉体表面改性剂加入量为物料重量的0.01～1％。
本发明的有益效果为：
本发明之表面改性超细粉体组分选择合理，原料种类多，取材方便、容易获得且价格低廉，配比科学，成品超细粉体尺寸小于5μm，具有良好的表面理化性能和输送特性，流动性好，完全可以满足中间包喷粉冶金的使用要求。本发明技术成熟，方法简单，便于操作，制作成本低，易于实现产业化生产。
具体实施方式
下面，结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
投料100kg石灰石块体材料，块体尺寸在40mm左右。
1、初级破碎：采用锤式破碎机对石灰石块体进行初级破碎，并使破碎后的材料尺寸小于10mm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于10mm的石灰石加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入2％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸50％、无水乙醇20％、甲醛5％、丙酮1％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油13、分散剂1％。其中分散剂为十二烷基磺酸钠。研磨后制成粒度在0.1～1μm的超细粉末。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在0.1～1μm的超细粉体材料和按照物料重量0.05％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸55％、丙酮25％、97#汽油5％、硅油14％、分散剂1％。其中分散剂由十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠组成。
实施例2：
投料130kg，其中尺寸在30mm左右的石灰石块体材料100kg，尺寸为20mm左右、含Si量75％的Fe-Si合金块体30kg。
1、初级破碎：采用颚式破碎机对石灰石和Fe-Si合金块体进行破碎、混合，并使破碎后的材料尺寸小于8mm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于8mm的石灰石与Fe-Si合金混合料加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入1％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸60％、无水乙醇20％、97#汽油5％、硅油14.5、分散剂0.5％。其中分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠组成。研磨后制成粉末粒度在0.2～1.2μm之间。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在0.2～1.2μm的超细粉末和按照物料重量1％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸50％、无水乙醇11％、甲醛5％、丙酮10％、无水甲醇5％、97#汽油5.5％、硅油13％、分散剂0.5％。其中分散剂由十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠组成。
实施例3：
投料150kg，其中尺寸在5mm左右的石灰石和MgO块体材料各50kg，尺寸为5mm左右、含Si量75％的Fe-Si合金块体50kg。
1、初级破碎：采用对辊破碎机对石灰石、MgO和Fe-Si合金块体进行破碎、混合，并使破碎后的材料尺寸小于100μm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于100μm的石灰石与Fe-Si合金混合料加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入3％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸41％、无水乙醇20％、甲醛5％、丙酮3.97％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油20％、分散剂0.03％。其中分散剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠组成。研磨后制成粉末粒度在0.1～0.8μm之间。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在0.1～0.8μm的超细粉末和按照物料重量0.05％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸60％、无水乙醇20％、硅油19.7％、分散剂0.03％。其中分散剂由十二烷基磺酸钠和十二烷基苯磺酸钠组成。
实施例4：
投料160kg，其中尺寸在25mm左右的石灰石、SiO2和MgCO3块体材料各30kg，尺寸为20mm左右、含RE 70％的Fe-RE合金及含Ca80％的Ni-Ca合金块体各35kg。
1、初级破碎：采用对辊破碎机对石灰石、SiO2和MgCO3块体材料以及Fe-RE合金、Ni-Ca合金材料进行破碎、混合，并使破碎后的材料尺寸小于10mm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于10mm的陶瓷与合金混合料加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入2％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸55％、甲醛5％、丙酮20％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油10％。其中分散剂为十二烷基磺酸钠和丙烯酸酯组成。研磨后制成粉末粒度在3μm左右。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在3μm的超细粉末和按照物料重量0.5％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸50％、无水乙醇15％、甲醛2.5％、丙酮2.5％、无水甲醇3.5％、97#汽油5.5％、硅油20％、分散剂1％。其中分散剂由十六烷基三甲基溴化铵组成。
实施例5：
投料180kg，其中尺寸在20mm左右的CaCO3和SiC块体材料各50kg，尺寸为15mm左右、含Ca75％的Fe-Ca合金及含Mg70％的Fe-Mg合金块体各40kg。
1、初级破碎：采用锤式破碎机对CaCO3和SiC块体材料及Fe-Ca、Fe-Mg合金材料进行破碎、混合，并使破碎后的材料尺寸小于7mm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于7mm的陶瓷与合金混合料加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入0.2％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸75％、丙酮25％。研磨后制成粉末粒度在2～4μm之间。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在2～4μm的超细粉末和按照物料重量0.07％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸60％、无水乙醇20％、丙酮3.5％、97#汽油3％、硅油13％、分散剂0.5％。其中分散剂由十二烷基硫酸钠及十二烷基苯磺酸钠组成。
实施例6：
投料100kg Fe-18％B合金块体材料，块体尺寸在40mm左右。
1、初级破碎：采用锤式破碎机对石灰石块体进行初级破碎，并使破碎后的材料尺寸小于10mm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于10mm的石灰石加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入2％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸50％、无水乙醇20％、甲醛5％、丙酮1％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油13、分散剂1％。其中分散剂为十二烷基磺酸钠。研磨后制成粒度在0.1～1μm的超细粉末。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在0.1～1μm的超细粉体材料和按照物料重量0.05％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸55％、丙酮25％、97#汽油5％、硅油14％、分散剂1％。其中分散剂由十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠组成。
实施例7：
投料100kg低熔点预熔渣块体材料，块体尺寸在40mm左右。
1、初级破碎：采用锤式破碎机对石灰石块体进行初级破碎，并使破碎后的材料尺寸小于10mm。
2、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于10mm的石灰石加入气流微粉磨中研磨，在磨粉过程中加入2％的表面改性剂。该表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸50％、无水乙醇20％、甲醛5％、丙酮1％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油13、分散剂1％。其中分散剂为十二烷基磺酸钠。研磨后制成粒度在0.1～1μm的超细粉末。
3、表面改性：将步骤2制备的尺寸在0.1～1μm的超细粉体材料和按照物料重量0.05％的比例加入的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。该超细粉体表面改性剂组分质量百分数为：硬脂酸55％、丙酮25％、97#汽油5％、硅油14％、分散剂1％。其中分散剂由十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠组成。
Claims (9)
1.一种表面改性超细粉体，其特征在于，由陶瓷、预熔渣、合金材料中的一种或多种混合物以及加入的表面改性剂、超细粉体表面改性剂所组成，其尺寸小于5μm的粉体；
所述超细粉体中，按重量百分数计：陶瓷为0～96％，预熔渣0～96％，合金材料0～96％，表面改性剂0.01～4％；
所述陶瓷材料为CaO、CaCO3、MgCO3、MgO、ZrO2、Ti2O3、Al2O3、SiO2、SiC、CeO、YO或者上述两种或多种材料的混合物；
所述合金材料为Fe-B合金、Fe-RE合金、Fe-Ca合金、Fe-Si合金、Fe-Mg合金、Si-Ca合金、Ni-Mg合金、Ni-Ca合金以及上述两种或多种合金的混合物；
所述的预熔渣的成分重量百分比含量为：CaO 10～70％、Al2O3 15～50％、SiO2 0～10％、MgO 0～10％、CaF2 0～30％、熔点在1100～1550℃的粉剂；
所述表面改性剂由硬脂酸、无水乙醇、甲醛、丙酮、无水甲醇、97#汽油、硅油、分散剂中的两种或两种以上所组成；
所述超细粉体表面改性剂由硬脂酸、无水乙醇、甲醛、丙酮、无水甲醇、97#汽油、硅油、分散剂中的四种或四种以上所组成。
2.根据权利要求1所述的表面改性超细粉体，其特征在于，所述分散剂由十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵或丙烯酸酯的一种或多种组成，加入量为表面改性剂或超细粉体表面改性剂总重量的0～1％。
3.根据权利要求1所述的表面改性超细粉体，其特征在于，所述表面改性剂各组分及质量百分比含量为：
硬脂酸40～75％、无水乙醇0～20％、甲醛0～5％、丙酮0～25％、无水甲醇0～5％、97#汽油0～5％、硅油0～20％、分散剂0～1％。
4.根据权利要求1所述的表面改性超细粉体，其特征在于，所述超细粉体表面改性剂各组分及质量百分百比含量为：
硬脂酸50～60％、无水乙醇0～20％、甲醛0～5％、丙酮0～25％、无水甲醇0～5％、97#汽油0～5％、硅油13～20％、分散剂0.03～1％。
5.根据权利要求1或3所述的表面改性超细粉体，其特征在于，所述表面改性剂各组分质量百分数为：
硬脂酸50％、无水乙醇20％、甲醛5％、丙酮1％、无水甲醇5％、97#汽油5％、硅油13、分散剂1％。
6.根据权利要求1或4所述的表面改性超细粉体，其特征在于，所述超细粉体表面改性剂各组分质量百分数为：
硬脂酸50％、无水乙醇11％、甲醛5％、丙酮10％、无水甲醇5％、97#汽油5.5％、硅油13％、分散剂0.5％。
7.一种如权利要求1所述表面改性超细粉体的生产方法，其特征在于，所述表面改性超细粉体生产的具体方法和步骤为：
(1)、初级破碎：采用锤式破碎机、颚式破碎机或对辊破碎机对陶瓷、预熔渣、合金块体材料中的一种或多种混合物进行初级破碎，破碎后的材料尺寸小于10mm；
(2)、粉体制备：将上述破碎后尺寸小于10mm的陶瓷、预熔渣、合金材料或混合料加入气流微粉磨，将其制备成尺寸小于5μm的超细粉体材料，在磨粉过程中加入一定比例的表面改性剂；
(3)、表面改性：将步骤2制备的尺寸小于5μm的超细粉体材料和一定比例的超细粉体表面改性剂一同置于具有高速搅拌功能的反应釜中，并充分搅拌均匀。
8.根据权利要求7所述的表面改性超细粉体的生产方法，其特征在于，所述表面改性剂的加入量为物料重量的0.05～3％。
9.根据权利要求7所述的表面改性超细粉体的生产方法，其特征在于，所述超细粉体表面改性剂加入量为物料重量的0.01～1％。
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