CN102399939A - 渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣及其制备方法，其组成：CaO：30％～40％，Al2O3：30％～40％，MgO：10％～12％，SiO2＜3％，FeO：1％～15％，Fe2O3：1％～10％，不可避免的杂质＜1％。其方法包括：(1)配料：按熔渣成分将下述原料称重配料：小粒白灰、铝粉、氧化铁鳞和MgO粉末；(2)混料：将料配破碎后，放入混料机内混料30min；(3)加热熔融：将混好的料装入加热炉内，升温至1200-1550℃，持续15-30min，在热态下把渣空冷至室温，得到熔块；(4)破碎：将熔块破碎成粒度2～40mm的预熔渣块。本发明预熔渣生产方法简单，使用操作方便，成本低，无污染，利用率、收得率高，特别适于在30～350吨钢包的精炼设施上推广应用。

Description

渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣及其制备方法
技术领域
本发明属于炼钢精炼工艺技术领域，尤其涉及一种适合渣金间外加电场无污染脱氧处理用的预熔渣及其制备方法。
背景技术
钢的洁净度严重地影响着钢的性能和质量，而决定钢洁净度的因素很多，冶炼过程的脱氧操作是其中的关键环节。为了去除钢中的氧，传统的脱氧方法主要以脱氧剂直接脱氧为主，真空脱氧起辅助作用，由于脱氧反应的反应物和生成物全部处在钢液中，因此无法彻底的避免对钢液造成污染。随着人们对钢的洁净度的要求越来越高，传统的脱氧方法已无法满足人们的要求。降低甚至避免脱氧产物对钢液的污染是降低钢中全氧含量，提高产品表面和内在质量的一个重要途径，为了解决这些问题，就必须将钢中的氧有方向的引出熔体，于是许多冶金学家提出了一些新的脱氧方法。
冶金工作者尝试了电化学脱氧方法来进行金属液的脱氧。其中主要的方法集中于利用氧化锆固体电解质，通过外加电势法、混合导体法和浓差电池短路法等将氧离子加以定向引导，使之与气体脱氧剂如氢气、一氧化碳或金属脱氧剂反应，生成无害的水、二氧化碳或将氧化产物留在熔体之外，达到不污染金属液的目的。这些研究思路体现在公开号为CN1215759A、CN1187542A和CN1335413A的中国发明专利技术中，以及公开号为CN2432220Y的中国实用新型专利技术中。尽管利用固体电解质为传导介质的脱氧方法具有无污染、脱氧速度快等优点，但是也存在设备复杂、成本较高、不易在现场推广等问题。
在这样的背景下，针对己有工艺存在的问题，在固体电解质无污染脱氧的基础上，提出了一种新的无污染脱氧方法：渣金间外加直流电场脱氧法，即用炉渣代替固体电解质，在渣金间施加电场来强化脱氧，通过控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度，从而实现金属液的无污染脱氧。其研究思路体现在一些专利文献中，如公开号为CN1453371A、CN101235430A和CN101457276A等中国发明专利。这些方法具有设备简单、可连续作业、无需脱氧剂等优点。
对于渣金间外加电场脱氧法来讲，选择合理的熔渣体系，是整个技术的关键之一，关系着是否能够将钢液中的氧脱到预期的水平。这就要求熔渣具有良好的氧离子迁移能力、良好的导电性、合适的粘度、合适的熔点、均匀稳定的化学成分等特点。这些研究思路体现在公开号为CN101435009A的中国发明专利申请案中。尽管其发明中介绍的熔渣具有熔点低，熔化速度快，流动性好，氧离子电导率高等特点，但其熔渣对FeO成分含量要求比较苛刻，实验及生产时不易控制，熔渣稳定性较差；同时此合成熔渣为粉末状，在冶炼过程中损失严重，会造成粉尘污染；另外此合成熔渣粉末表面张力大，与钢液接触需较长的熔化时间，利用率较低，不易推广应用。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术所存在的不足，提供一种适合于渣金间外加电场无污染脱氧用的高效无污染预熔渣及其制备方法。
本发明渣系设计时，主要考虑以下因素：
a、熔渣需具有良好的氧离子迁移能力，如果渣中氧离子在电场下的迁移速度太慢，这种脱氧方法就没有实际应用的价值。另外氧离子在渣中阴阳离子迁移中所占的比例越大越好，即氧离子的迁移数越大越好，它关系到实验的成功与否。
b、熔渣需具有良好的导电性，选用导电能力强的渣系，则渣中离子较多，有利于电化学反应的进行。
c、选用阳离子电解电位比较高的渣系，使外加电场的调节范围更宽。
d、考虑熔渣成分的蒸气压，在实验温度下应不易挥发或者少量挥发；否则挥发造成渣成分的变化，影响脱氧，同时不利于实操作。
e、熔渣应具有合适的粘度，粘度太大，熔渣流动性不好，不适宜离子迁移；粘度太小也不利于脱氧控制。
f、熔渣的成分要均匀一致，保证化学性质稳定，对钢包内衬侵蚀要轻微。
按上述设计思路进行开发，本发明渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣的组成及质量百分比为：
CaO：30％～40％，Al2O3：30％～40％，MgO：10％～12％，
SiO2：＜3％，FeO：1％～15％，Fe2O3：1％～10％，
其它不可避免的杂质＜1％，各组分质量百分比之和为100％。
本发明预熔渣的粒度为2～40mm。
本发明预熔渣的成分均匀稳定性好，具有低熔点(1300℃～1400℃)，粘度适宜(0.5～2Pa·S)，流动性好，熔化速度快，电导率高等特点。渣中合适的CaO、Al2O3含量，致使预熔过程中生成低熔点的Ca12Al7，保证此预熔渣具有较低的熔点和较快的熔化速度；预熔渣中10％～12％的MgO，能够提高熔渣的电导率，并且可以适宜地增加熔渣的粘度；SiO2属于酸性氧化物，在熔融渣中主要与氧离子形成硅氧根离子，这对氧离子迁移是不利的，但少量的SiO2可以提高熔渣流动性，保证此预熔渣具有适宜的粘度；由于Fe2O3的存在，为熔渣提供了大量电子空位，增大了熔渣电子电导率，再加上熔渣适宜的FeO含量，从而使熔渣具有很好的氧离子电导率；此预熔渣为块状(粒度：2～40mm)，表面张力小，使用过程中能迅速被钢液熔侵、熔化，使用过程中无粉尘污染，利用率、收得率高，具有良好的节能和环保效果。另外使用此预熔渣，对现有工艺改造小，成本低，能够满足大规模生产的要求。
本发明渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣的制备方法由以下步骤组成：
(1)配料
熔渣的配制过程是按熔渣成分将原料称重配料。本预熔渣使用的原料为小粒白灰、铝粉、氧化铁鳞和MgO粉末。其中小粒白灰成分为CaO：85～93％、MgO＜5％、P2O5＜0.05、SiO2＜1％；铝粉成分为Al＞99％、其他杂质＜1％；氧化铁鳞成分为FeO：60％～65％、Fe2O3：30％～35％；MgO粉末成分为MgO＞99.5％、其他杂质＜0.5％。
(2)混料
原料配好以后，经破碎，放入混料机内混料30min，使其充分混匀。
(3)加热熔融
将混好的原料装入加热炉内，升温至1200℃-1550℃高温下，并持续15-30min使其完全熔融，确保炉渣成分均匀，在热态下把渣空冷至室温，得到熔块。
(4)破碎
将熔块破碎成粒度为2～40mm的预熔渣块。
本发明预熔渣的生产方法简单，只需将原料按配比混匀、熔化、破碎即可，无需制成粉末再与其他粉末料剂混合。使用本发明预熔渣进行渣金间外加电场脱氧无粉尘污染，利用率、收得率高，在30min之内可将钢液中氧含量由初始的600ppm脱至40ppm，而且操作方便，成本低廉，特别适于在30～350吨钢包的精炼设施上推广应用。
附图说明
附图1为本发明实施例1预熔渣的熔点测试图。
附图2为本发明实施例1预熔渣的熔速图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
将破碎后的小粒白灰和氧化铁鳞与铝粉及MgO粉末按一定比例配料后，放入混料机内混料30min，然后放入加热炉将原料加热至熔化，并保持10min以确保炉渣成分均匀，再将熔融渣空冷至室温，最后将熔块破碎成粒度为2～40mm的预熔渣块。预熔渣成分及工艺见表1。
表1本发明实施例预熔渣的成分及工艺
Figure BSA00000262727900051
本发明实施例渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣在500Kg多功能感应炉上进行了应用试验，将实施例预熔渣投放于IF钢钢液中，在预熔渣与钢液间施加直流电场，具体应用效果见表2。
表2本发明实施例预熔渣的应用效果
Figure BSA00000262727900052

Claims (4)

1.一种渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣，其特征在于其组成及质量百分比为：
CaO：30％～40％，Al2O3：30％～40％，MgO：10％～12％，SiO2＜3％，FeO：1％～15％，Fe2O3：1％～10％，
其它不可避免的杂质＜1％。
2.根据权利要求1所述的预熔渣，其特征在于所述预熔渣的粒度为2～40mm。
3.一种权利要求1或2所述渣金间外加电场无污染脱氧预熔渣的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配料：按熔渣成分将下述原料称重配料：小粒白灰、铝粉、氧化铁鳞和MgO粉末；(2)混料：将料配破碎后，放入混料机内混料30min；(3)加热熔融：将混好的料装入加热炉内，升温至1200-1550℃，持续15-30min，在热态下把渣空冷至室温，得到熔块；(4)破碎：将熔块破碎成粒度2～40mm的预熔渣块。
4.根据权利要求3所述的预熔渣的制备方法，其特征在于所述的小粒白灰的成分为CaO：85～93％、MgO＜5％、P2O5＜0.05、SiO2＜1％；所述的铝粉成分为Al＞99％、其他杂质＜1％；所述的氧化铁鳞成分为FeO：60％～65％、Fe2O3：30％～35％；所述的MgO粉末成分为MgO＞99.5％、其他杂质＜0.5％。
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