CN102652988A

CN102652988A - 一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN102652988A
Application number: CN2012101429636A
Authority: CN
Inventors: 王宏明; 李桂荣; 赵玉涛; 赵钊
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-09-05

Abstract

本发明涉及洁净钢冶炼及钢包冶金技术领域，特别涉及一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂及其制备方法和应用。该覆盖剂的成分（质量百分数）为：BaO85-95%，B₂O₃2-6%，MgO1-8%，CaC₂1-10%，余量为杂质0-4%，杂质中SiO₂≤1.0%，Al₂O₃≤1.0%，P≤0.01%，S≤0.01%；本发明的覆盖剂具有的突出特征是：高碱度、强碱性、强还原性和良好熔化性能，脱硫能力强、实现钢液回磷控制，覆盖剂熔化速度快且铺展性好，有效防止钢液氧化、吸气并吸附钢液沉淀脱氧的产物，减少钢中的S、P、O等有害元素和夹杂物，提高了钢包冶金效果。另外，该钢包覆盖剂具有很好的玻璃化特征，有利于防止提高钢包清渣效率和防止钢包粘渣，提高钢包使用寿命和周转效率，并且该覆盖剂的原料来源、成本低、具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及洁净钢冶炼及钢包冶金技术领域，特别涉及一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂及其制备方法和应用。

背景技术

钢包覆盖剂的主要用途是隔离钢水和空气，避免钢水的吸气、氧化并具有一定保温作用，随着社会发展对钢材质量要求越来越高，钢包覆盖剂也向多功能发展，在具有保温、防钢液吸气和氧化功能的基础上，应当向有利于提高钢水洁净度和有利于钢包精炼以及有利于钢水连铸的作用发展。

最初的钢包覆盖剂以碳化稻壳类材料为主，主要起到防止钢液氧化和保温的功能，现有技术中，中国发明专利（申请号01105402.6、200410084336.7、200510023196.7）提出了采用由CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、焦粉等的组合物作为钢包覆盖剂，该类覆盖剂除具有保温、隔离钢水和空气的功能外，还具有一定的脱硫、吸渣等冶金功能，是目前生产上使用比较广泛的钢包覆盖剂，但该类覆盖剂由于采用CaO，其熔点较高，需要配入较多量的SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等促进CaO熔解、降低覆盖剂熔点的组元，降低了覆盖剂的碱度，该类覆盖剂的不利于后续钢包冶金造高碱度渣的脱硫，对碱性钢包包衬具有较重的侵蚀，特别是该类覆盖剂中具有较多量的SiO₂、Al₂O₃，降低了覆盖剂的吸渣吸夹杂能力，另外CaO与Al₂O₃的一系列复合化合物中，只有C₁₂A₇的熔点低于1500℃，其他钙铝类化合物熔点高，影响覆盖剂对钢中Al₂O₃的吸收能力。

现有技术中，另一类覆盖剂采用石灰和还原剂、助熔剂等组成，如国发明专利（申请号200910010090.1和200910248749.7，提出采用CaO、Al、Si、Ca、SiO₂、Al₂O₃、CaF₂等的组合物做钢包覆盖剂，该类覆盖剂由造渣料CaO、SiO₂、Al₂O₃、CaF₂和强还原剂Al、Si、Ca，具有吸渣和强还原性，但该类覆盖剂吸渣能力一般，而且强还原剂Al、Si、Ca活性大，成本高。

综上所述，目前的钢包覆盖剂主要以CaO为基体，加入助熔造渣调渣组分如SiO₂、Al₂O₃等，降低了渣碱度，影响脱硫和覆盖剂吸渣能力，特别是钙铝、钙硅和钙铝硅类覆盖剂在脱硫、吸渣、去夹杂、铺展性及保温效果等方面难以满足要求；加入的还原剂C、Al、Si、Ca等，成本较高，也影响覆盖剂铺展性能和保温效果。

综上所述，开发一种使用性能优良的强碱性、强还原性、吸渣能力强和低熔点等有益效果的钢包覆盖剂具有重要价值。

发明内容

本发明的目的是：发明一种强碱性、强还原性、吸收夹杂能力强、铺展性及保温性能优良的钢包覆盖剂，本发明具备高碱度、强碱性、无氧化铝、吸渣能力、无氧化性不污染钢液等特征，解决目前钢包覆盖剂存在的问题。

实现本发明的技术方案是：

一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂，其特征在于该覆盖剂的组分按照质量百分数计算为：BaO 85-95%，B₂O₃ 2-6%，MgO 1-8%，CaC₂ 1-10%，余量为杂质0-4%，杂质中SiO₂≤1.0%，Al₂O₃≤1.0%，P≤0.01%，S≤0.01%；本发明的覆盖剂可以用重土（BaO）、镁砂、硼酐和电石作为原料，原料经烘干脱水后，组成配制后磨细混匀，再经烘干后防潮包装待用；另外，本发明的覆盖剂也可以用碳酸钡、镁砂、硼酐和电石作为原料，原料经烘干脱水后，按组成配制后磨细混匀，再经烘干后防潮包装待用，使用碳酸钡配料时，按照碳酸钡分解产生的氧化钡量进行配料；本发明的钢包覆盖剂的加入量为每包钢水40-80公斤，可以用在转炉出钢后投入钢包做覆盖剂，也可以在钢包精炼后做待浇或浇注状态时的钢包覆盖剂。

本发明的覆盖剂组成中，BaO是主要的碱性组分，含量在85-95%，BaO具有比CaO更强的碱性，本覆盖剂具备超高碱度和超强碱性的特征，特别是BaO不仅可以脱硫而且可以与钢液采用Si、Al脱氧后的脱氧产物相结合，生成熔点低、稳定性好的复合化合物，相比CaO系覆盖剂而言，BaO系覆盖剂熔点低，铺展性好，可以提高覆盖剂的吸渣去夹杂能力，同时BaO还具有比CaO更强的脱硫和降低钢中硫化物的作用。

本发明的覆盖剂中B₂O₃的主要作用是降低覆盖剂的熔化温度、提高覆盖剂的熔化速度，BaO与B₂O₃可以形成多种低熔点共晶体或复合化合物，其最低熔点的复合化合物在1100℃左右；因此，它可以显著降低覆盖剂熔点，提高覆盖剂熔化速度，另外，B₂O₃是表面活性物质，降低覆盖剂熔化后的表面张力，提高覆盖剂的铺展性能，提高覆盖剂的保温、防吸气、氧化和提高吸渣性能；B₂O₃ 的适宜添加量在2-6%的范围。

本发明的覆盖剂中MgO的具有调整覆盖剂熔点和粘度的作用，特别是MgO具有保护钢包包衬不被渣侵蚀熔蚀的作用，减少因包衬侵蚀剥落而污染钢液，其适宜含量范围在1-8%。

本发明的覆盖剂中CaC₂是一种强还原剂，防止钢液被氧化，同时，CaC₂营造的强还原性气氛有利于钢液脱硫和脱氧，也有利于钢中硫化物和氧化物的去除，具有钢液增碳少或不增碳的优势，CaC₂的适宜添加量在1-10%的范围。

本覆盖剂中其他物质为不可避免的杂质0-4%，在原料选用过程中应使得覆盖剂中杂质控制在如下范围：SiO₂≤1.0%，Al₂O₃≤1.0%，P≤0.01%，S≤0.01%。

与现有技术相比本发明的主要优点如下：

（1）、本发明的覆盖剂以BaO为基础，是一种具有超强碱性和超高碱度的覆盖剂，覆盖剂吸收SiO₂、Al₂O₃等脱氧产物的能力提高，使用本发明的覆盖剂比使用现有技术的覆盖剂，钢中硫化物夹杂、Al₂O₃类夹杂物均有明显降低，数量减少60%以上，特别是大尺寸夹杂物基本消失，这说明本发明的钢包覆盖剂具有更好的吸渣去夹杂的效果。

（2）、本发明覆盖剂中，BaO-B₂O₃的熔点显著低于CaO--B₂O₃，因此与CaO系覆盖剂相比，本发明的覆盖剂不需要SiO₂、Al₂O₃、CaF₂等助熔剂，而其熔点低于1300℃，满足钢包覆盖剂的使用要求。

（3）本发明的覆盖剂中B₂O₃的具有显著降低覆盖剂表面张力的作用，提高覆盖剂的铺展性能，改善覆盖剂的保温、防钢液吸气、氧化和吸渣性能；特别是本发明的覆盖剂的表面张力在0.3-0.55 N/m的范围，这可以通过调节B₂O₃的量来控制，满足不同的使用条件需要。

（4）、本发明的覆盖剂中无Fe₂O₃类强氧化性氧化物，所以该覆盖剂无氧化性，可以减少钢中合金元素的氧化，相反，本发明的覆盖剂中含有强还原性物质CaC₂，减少钢中合金元素氧化并具有钢液脱氧和减少合金元素损失等作用，可以使钢中易氧化合金元素稳定控制。

（5）、本发明覆盖剂熔点低、熔化速度快，能迅速在钢液表面形成保护层，本发明的覆盖剂的熔化时间在40-55s范围，适用于做钢包覆盖剂。

（6）、本发明的覆盖剂原料来源广，成本低，并且使用后的覆盖剂可以用于其他冶金造渣，如电炉炼钢的铺底料等，实现资源循环再利用。

（7）、本发明覆盖剂冷却后具有高玻璃化特征，这是由于B₂O₃是强玻璃化氧化物，比传统的铝酸钙、硅铝酸钙等覆盖剂易于清理，不易粘渣，提高设备的使用寿命和运行效率，钢包在线使用时间延长30%以上，钢包浇注后由原来的两次倒渣改为一次倒渣，清渣处理时间缩短50%以上。

具体实施方式

实施实例1：

以重土（BaO）、镁砂、硼酐和电石作为原料，重土和镁砂在200℃下烘干，硼酐和电石在150℃下烘干，按照重土87%，镁砂4%，硼酐 3%，电石 6%配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，再经烘干后防潮包装待用，制成本发明的覆盖剂；经XRD分析，组成为（质量百分数）：BaO 85%，MgO 3.5%，B₂O₃ 2.85%，CaC₂ 4.5%，余量杂质中SiO₂ 0.6%、Al₂O₃ 0.8%、P 0.008%、S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1260℃，在1450℃下的熔化时间为45s，表面张力为0.38N/m；

在低碳铝镇静钢钢包内使用进行工业试验，加入量为每包钢水60Kg，在转炉出钢完毕直接投入钢包，与在完全相同的技术条件下使用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂进行比较；结果表明：使用本发明比采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂效果要好，钢包内钢水无裸露现象，覆盖剂熔化及铺展效果好；在钢包内脱氧合金化后，取钢包内残渣进行分析，渣中Al₂O₃含量比采用钙硅酸盐或钙铝酸盐时增加近50%，说明本发明的覆盖剂可统一显著提高吸收脱氧产物即吸渣能力；另外，经对采用本发明的钢液取样分析发现，使用本发明可以使钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少50%以上，因此可以得出结论：本发明覆盖剂对硫化物和氧化物的吸收能力提高50%以上，即吸渣能力显著提高；另外，钢中的元素在钢包内内无氧化损失，与在完全相同的技术条件下采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂相比，可节约锰铁、铝铁类合金约20%左右。

实施实例2：

以重土（BaO）、镁砂、硼酐和电石作为原料，重土和镁砂在200℃下烘干，硼酐和电石在150℃下烘干，按照重土90份，镁砂2份，硼酐 5份，电石 5份，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，再经烘干后防潮包装待用，制成本发明的覆盖剂；经XRD分析，组成为（质量百分数）：BaO 87%，MgO 1.75%，B₂O₃ 4. 5%，CaC₂ 5.0%，余量杂质中SiO₂ 0.65%、Al₂O₃ 0.87%、P 0.01%、S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1210℃，在1450℃下的熔化时间为42s，表面张力为0.39N/m。

在低碳铝镇静钢钢包内使用进行工业试验，加入量为每包钢水80Kg，在转炉出钢完毕直接投入钢包，与在完全相同的技术条件下使用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂进行比较；结果表明：使用本发明比采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂效果要好，钢包内钢水无裸露现象，覆盖剂熔化及铺展效果好；在钢包内脱氧合金化后，取钢包内残渣进行分析，渣中Al₂O₃含量比采用钙硅酸盐或钙铝酸盐时增加近50%，说明本发明的覆盖剂可统一显著提高吸收脱氧产物即吸渣能力；另外，经对采用本发明的钢液取样分析发现，使用本发明可以使钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少50%以上，因此可以得出结论：本发明覆盖剂对硫化物和氧化物的吸收能力提高50%以上，即吸渣能力显著提高；另外，与在完全相同的技术条件下采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂相比，采用本发明时钢中的元素在钢包内无氧化损失，可节约锰铁、铝铁类合金约20%左右。

实施实例3：

以碳酸钡、镁砂、硼酐和电石作为原料，碳酸钡和镁砂在200℃下烘干，硼酐和电石在150℃下烘干，按照碳酸钡116份，镁砂6份，硼酐 4份，电石 8份配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，再经烘干后防潮包装待用，制成本发明的覆盖剂；经XRD分析，组成为（质量百分数）：BaO 85%，MgO 3.5%，B₂O₃ 3. 5%，CaC₂ 5.5%，余量杂质中SiO₂ 0.6%、Al₂O₃ 0.8%、P 0.008%、S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1240℃，在1450℃下的熔化时间为47s，表面张力为0.41N/m。

在低碳铝镇静钢钢包内使用进行工业试验，加入量为每包钢水40Kg，在转炉出钢完毕直接投入钢包，与在完全相同的技术条件下使用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂进行比较；结果表明：使用本发明比采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂效果要好，钢包内钢水无裸露现象，覆盖剂熔化及铺展效果好；在钢包内脱氧合金化后，取钢包内残渣进行分析，渣中Al₂O₃含量比采用钙硅酸盐或钙铝酸盐时增加50%以上，说明本发明的覆盖剂可统一显著提高吸收脱氧产物即吸渣能力；另外，经对采用本发明的钢液取样分析发现，使用本发明可以使钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少50%以上，因此可以得出结论：本发明覆盖剂对硫化物和氧化物的吸收能力提高50%以上，即吸渣能力显著提高；另外，钢中的元素在钢包内内无氧化损失，与在完全相同的技术条件下采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂相比，可节约锰铁、铝铁类合金约20%左右。

经在低碳铝镇静钢钢包内使用发现，使用本发明比采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂效果要好，本发明覆盖剂对硫化物和氧化物的吸收能力提高50%以上，主要体现在使用本发明可以使钢中的氧化物、硫化物等夹杂物减少50%以上，另外，钢中的元素在钢包内内无氧化损失，比现有技术节约锰铁、铝铁类合金约20%左右。

实施实例4：

以碳酸钡、镁砂、硼酐和电石作为原料，碳酸钡和镁砂在200℃下烘干，硼酐和电石在150℃下烘干，按照碳酸钡116份，镁砂3份，硼酐 3份，电石 3份配料，所有原料经研磨至粒度小于0.075mm，混料后再次研磨混匀，再经烘干后防潮包装待用，制成本发明的覆盖剂；经XRD分析，组成为（质量百分数）：BaO 92%，MgO 1.5%，B₂O₃ 1. 5%，CaC₂ 2.0%，余量杂质中SiO₂ 0.6%、Al₂O₃ 0.8%、P 0.008%、S 0.008%；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1290℃，在1450℃下的熔化时间为54s，表面张力为0.54N/m。

Claims

1.一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂，其特征在于：所述覆盖剂的组分按照质量百分数计算为：BaO 85-95%，B₂O₃ 2-6%，MgO 1-8%，CaC₂ 1-10%，余量为杂质0-4%，杂质中SiO₂≤1.0%，Al₂O₃≤1.0%，P≤0.01%，S≤0.01%。

2.如权利要求1所述一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂的制备方法，其特征在于：

所述覆盖剂以重土、镁砂、硼酐和电石作为原料，原料经烘干脱水后，组成配制后磨细混匀，再经烘干后防潮包装待用。

3.如权利要求1所述一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂的制备方法，其特征在于：

所述覆盖剂以碳酸钡、镁砂、硼酐和电石作为原料，原料经烘干脱水后，按组成配制后磨细混匀，再经烘干后防潮包装待用，使用碳酸钡配料时，按照碳酸钡分解产生的氧化钡量进行配料。

4.如权利要求1所述一种含硼的氧化钡基钢包覆盖剂的应用，其特征在于：所述钢包覆盖剂的加入量为每包钢水40-80公斤，在转炉出钢后投入钢包做覆盖剂，或在钢包精炼后做待浇或浇注状态时的钢包覆盖剂。