CN102652991A - 一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法。本发明首先将硼泥在燃气炉内进行脱水干燥处理，硼泥中的Fe₂O₃转变成磁性的Fe₃O₄，MnO还原成Mn，然后经过磁选除去，配加CaO和Al₂O₃的预熔混合物后即获得可以作为钢包或中间包的钢水覆盖剂，也可以再添加少量控制熔化速度和熔化性能的碳质物料作为覆盖剂。本发明不仅实现了废弃硼泥资源的再利用，具有制备工艺简单、加工成本低、消除硼泥危害、降低冶金废弃物排放的优势，而且，本方法制备的覆盖剂具有表面活性高、吸收夹杂性能好、铺展性好、防钢液吸气氧化和保温的效果好，具有显著的经济效益和社会效益，值得推广。

Description

一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别涉及一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法。

背景技术

我国硼矿资源丰富，已探明储量超过1亿吨（以B₂O₃计），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，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，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。

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，现有技术的覆盖剂基本组成物质是CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、Fe₂O₃、焦粉等的组合物，如中国发明专利（申请号01105402.6、200410084336.7、200510023196.7）等都提出由上述物质不同配比组成的钢包覆盖剂；目前，这些覆盖剂基本上是由石灰、硅石、硅灰石、刚玉粉、镁砂等单一矿物混合配制的，生产成本高，而且这些矿物资源都是不可再生资源，越来越少，因此增加了覆盖剂的原料成本和加工制造成本。

脱水后硼泥粉的主要组成为：MgO 24~40%、SiO₂ 20~35%、B₂O₃ 2~4%、Al₂O₃ 2~4%、Fe₂O₃ 2~4%，CaO 2-10%，其中CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃、B₂O₃等都是覆盖剂中有重要作用的组元，因此可以考虑将硼泥处理后作为覆盖剂的主要原料；硼泥中的氧化铁、磷酸盐和硫化物被视为作为钢包或中间包覆盖剂的主要有害物质，随着社会发展对钢材质量要求越来越高，硼泥必须经过专门处理并添加其他组元进行成分调整后才能用于钢包或中间包覆盖剂，而检索现有技术，没有发现针对如何处理硼泥并将其作为钢包或中间包覆盖剂的相关报道。

综上所述，为实现废弃硼泥再利用，考虑到其主要组分与钢包或中间包覆盖剂的组分相近，而且硼泥具有较高的表面活性、铺展性及吸收夹杂能力强，因此，发明一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法对实现硼泥再利用、降低冶金成本、实现冶金资源循环利用具有重要意义和广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的是：发明一种利用废弃硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，实现废弃硼泥的再利用以及优化覆盖剂的组成，获得性能优良的钢包或中间包覆盖剂，并降低覆盖剂的生产成本。

实现本发明的技术方案是：

一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，其特征在于采用下述方法过程：

a）硼泥的处理

将硼泥通过CO或H₂形成的还原气氛下焙烧脱水干燥，焙烧脱水的温度控制在400-500℃，焙烧过程使得硼泥中的高价氧化铁（Fe₂O₃）还原为磁性的Fe₃O₄和Fe，MnO还原成Mn；同时，硼泥中的P、S等有害元素被气化成烟气除去，然后，硼泥经磁选方法去除硼泥中的Fe₃O₄、Fe和Mn，经这样处理的硼泥即可作为钢包或中间包覆盖剂的原料之一。

b）CaO-Al₂O₃的预熔混合物制备

经处理后的硼泥需要再配加CaO和Al₂O₃的预熔混合物后即获得可以作为钢包或中间包的钢水覆盖剂，配加的CaO和Al₂O₃的预熔混合物是CaO（46-52%，质量百分数）和Al₂O₃（54-48%，质量百分数）在1400-1500℃下预熔，冷却后粉碎制得的，其形成的主要矿相为12CaO·7Al₂O₃。

c）碳质材料

本发明的钢包或中间包覆盖剂，根据需要，也可以再添加控制熔化速度和熔化性能及形成还原气氛的碳质物料，碳质材料一般采用细焦粉或石墨。

d）配料

本发明采用硼泥、CaO-Al₂O₃预熔物、碳质材料的配料比例为（质量百分数）：

硼泥 40-50 %；

CaO-Al₂O₃预熔物45-55 %；

碳质材料 0-10 %。

e）混磨料及包装

将处理后的硼泥、CaO-Al₂O₃预熔物和碳质材料混匀后磨细至200目后，防潮包装待用。

本发明的利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法中，硼泥的添加比例为（质量百分数）40-50%，其配加比例主要根据覆盖剂要求的性能指标进行确定，硼泥中的MgO是调节覆盖剂熔化性能和减少覆盖剂对包衬耐材侵蚀的主要组元，因此在选择硼泥及确定硼泥添加量的根据是将覆盖剂中的MgO控制在10-16%的范围，硼泥中的MgO一般在24-40%的范围，因此，本发明中硼泥添加量在40-50%时，覆盖剂中的MgO可控制在10-16%的范围内，此时，覆盖剂的熔化性能等满足使用要求，覆盖剂对包衬的侵蚀最小，可有效提高包衬使用寿命。

本发明的利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法中，CaO-Al₂O₃预熔物的添加比例为（质量百分数）45-55 %，其配加比例主要根据覆盖剂要求的性能指标进行确定，覆盖剂的二元碱度CaO/SiO₂（质量分数之比）一般控制在0.8-1.2范围，因此，需要根据硼泥中SiO₂的量确定CaO-Al₂O₃预熔物的添加比例，这样覆盖剂的粘度、铺展性、吸收夹杂能力等都在最佳范围。

本发明的利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法中，根据需要，可以添加控制熔化速度和熔化性能及形成还原气氛的碳质物料，碳质材料一般采用细焦粉或石墨，碳质材料的添加比例为（质量百分数）0-10 %。

与现有技术相比本发明的主要优点如下：

（1）、本发明实现了废弃硼泥的再利用，不仅消除了硼泥危害，而且变废为宝，降低了覆盖剂的生产成本中的原料成本50%以上。

（2）、本发明充分利用了硼泥的组成及特性，最大限度的利用了硼泥中的有益组元，并尽量去除了硼泥作为钢包或中间包覆盖剂时的有害物质，因此，本发明的覆盖剂适用性广泛，可用于多个钢种使用。

（3）本发明的覆盖剂采用硼泥作原料，硼泥具有表面活性高的特性，因此本发明的覆盖剂具有铺展性好、保温及防氧化效果好、吸收夹杂能力强的特性，即具有突出的使用性能，特别是对钢中Al₂O₃类夹杂物的吸收能力提高20%以上。

（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。

（5）、采用本发明的原料来源广，成本低，硼泥中的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

国内主要硼矿产区的废弃硼泥的成分为（质量百分数）：

成分	SiO2	MgO	B2O3	Al2O3	Fe2O3+ MnO	烧失重
							硼泥	20-35	24-40	2-4	2-4	6-10	15-20

很明显，该类硼泥不能直接作为覆盖剂使用，对于不同的硼矿企业，其产生的硼泥中SiO₂、MgO、CaO、Al₂O₃、B₂O₃等组分的含量基本上都在上表的范围内，不同的企业主要在于碳和碱的含量，这些都属烧失重成分，硼泥中的Fe₂O₃和 MnO会向钢中增氧，因此作为覆盖剂而言，属有害物质，本发明中，采用还原焙烧干燥过程，利用400-500℃下的低温间接还原反应，使Fe₂O₃和 MnO转变成磁性的Fe₃O₄、Fe和Mn，接下来再采用磁选的方法除去；因此采用CO或H₂在400-500℃下的低温间接还原+焙烧干燥脱水后，再经磁选后得到的硼泥的成分为（质量百分数）：

成分	SiO2	MgO	B2O3	Al2O3	CaO
						硼泥	22-38	24-40	2-4	2-4	2-6

实施实例1：

步骤一：硼泥处理：

以丹东某厂的硼泥为原料，将硼泥通过CO形成的还原气氛下焙烧脱水干燥，还原焙烧脱水干燥的温度控制在450℃，然后，硼泥经磁选方法去除硼泥中的Fe₃O₄和Fe、Mn，经这样处理的硼泥即可作为钢包或中间包覆盖剂的原料之一，硼泥中MgO的含量（质量百分数）为35%。

步骤二：CaO--Al₂O₃的预熔混合物制备：

选用石灰和刚玉粉，按照CaO（48%，质量百分数）和Al₂O₃（52%，质量百分数）在1450℃下预熔，冷却后粉碎制得CaO--Al₂O₃的预熔混合物，其形成的主要矿相为12CaO·7Al₂O₃。

步骤三：

本实施例的碳质材料选择细焦粉作为控制熔化速度和熔化性能及形成还原气氛的碳质物料。

步骤四：将上述准备的原料硼泥、CaO-Al₂O₃预熔物和碳质材料按照如下比例配料：硼泥40%，CaO-Al₂O₃预熔物54%，碳质材料6%，配料混匀后磨细至200目后，防潮包装待用，即制得钢包或中间包的覆盖剂。

实施实例2：

步骤一：硼泥处理：

以丹东某厂的硼泥为原料，将硼泥通过H₂形成的还原气氛下焙烧脱水干燥，还原焙烧脱水干燥的温度控制在400℃，然后，硼泥经磁选方法去除硼泥中的Fe₃O₄和Fe、Mn，经这样处理的硼泥即可作为钢包或中间包覆盖剂的原料之一，硼泥中MgO的含量（质量百分数）为30%。

步骤二：CaO--Al₂O₃的预熔混合物制备：

选用石灰和刚玉粉，按照CaO（46%，质量百分数）和Al₂O₃（54%，质量百分数）在1400℃下预熔，冷却后粉碎制得CaO--Al₂O₃的预熔混合物，其形成的主要矿相为12CaO·7Al₂O₃。

步骤三：

本实施例选择炭黑作为控制熔化速度和熔化性能及形成还原气氛的碳质物料。

步骤四：将上述准备的原料硼泥、CaO-Al₂O₃预熔物和碳质材料按照如下比例配料：硼泥45%，CaO-Al₂O₃预熔物45%，碳质材料10%，配料混匀后磨细至200目后，防潮包装待用，即制得钢包或中间包的覆盖剂。

实施实例3：

步骤一：硼泥处理：

以丹东某厂的硼泥为原料，将硼泥通过CO与H₂形成的还原气氛下焙烧脱水干燥，还原焙烧脱水干燥的温度控制在500℃，然后，硼泥经磁选方法去除硼泥中的Fe₃O₄和Fe、Mn，经这样处理的硼泥即可作为钢包或中间包覆盖剂的原料之一，硼泥中MgO的含量（质量百分数）为28%。

步骤二：CaO--Al₂O₃的预熔混合物制备：

选用石灰和刚玉粉，按照CaO（52%，质量百分数）和Al₂O₃（48%，质量百分数）在1500℃下预熔，冷却后粉碎制得CaO--Al₂O₃的预熔混合物，其形成的主要矿相为12CaO·7Al₂O₃。

步骤三：

根据需要，添加2%（质量分数）的细焦粉作为控制熔化速度和熔化性能及形成还原气氛的碳质物料。

步骤四：将上述准备的原料硼泥、CaO-Al₂O₃预熔物和碳质材料按照如下比例配料：硼泥53%，CaO-Al₂O₃预熔物45%，碳质材料2%，配料混匀后磨细至200目后，防潮包装待用，即制得钢包或中间包的覆盖剂。

实施实例4：

步骤一：硼泥处理：

以丹东某厂的硼泥为原料，将硼泥通过H₂形成的还原气氛下焙烧脱水干燥，还原焙烧脱水干燥的温度控制在450℃，然后，硼泥经磁选方法去除硼泥中的Fe₃O₄和Fe、Mn，经这样处理的硼泥即可作为钢包或中间包覆盖剂的原料之一，硼泥中MgO的含量（质量百分数）为26%。

步骤二：CaO--Al₂O₃的预熔混合物制备：

选用石灰和刚玉粉，按照CaO（50%，质量百分数）和Al₂O₃（50%，质量百分数）在1450℃下预熔，冷却后粉碎制得CaO--Al₂O₃的预熔混合物，其形成的主要矿相为12CaO·7Al₂O₃。

步骤三：将上述准备的原料硼泥、CaO-Al₂O₃预熔物按照如下比例配料：硼泥55%，CaO-Al₂O₃预熔物45%，配料混匀后磨细至200目后，防潮包装待用，即制得钢包或中间包的无碳覆盖剂。

实施例1-4制备的覆盖剂的性能与实际使用效果。

对于实施例1-4制得的覆盖剂，经熔化性能检测，该覆盖剂熔点在1260-1320℃，在1450℃下的熔化时间为30-45s，表面张力为0.32-0.48N/m, 经在低碳铝镇静钢钢包内使用，使用消耗量为1.5Kg/t钢，与同等条件下采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂进行的比较，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比采用其他覆盖剂提高20%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20%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15%左右，另外，采用本发明后，覆盖剂易于清除，钢包或中间包的使用寿命提高，其中钢包的在线使用寿命平均提高10炉次，中间包的在线连浇包数提高平均12包次。

Claims (4)

1.一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，其特征在于：将硼泥通过还原气氛下焙烧脱水干燥，然后经磁选工艺去除硼泥中的Fe₃O₄、Fe和Mn，再配加CaO和Al₂O₃的预熔混合物和碳质物料后即获得钢包或中间包的钢水覆盖剂，所述覆盖剂的组分按照重量百分数计算为：处理后的硼泥 40-50%；CaO-Al₂O₃预熔物45-55%；碳质材料 0-10%。

2.如权利要求1所述的一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，其特征在于：所述硼泥的焙烧脱水干燥在CO或H₂的还原气氛下进行，焙烧脱水的温度控制在400-500℃。

3.如权利要求1所述的一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，其特征在于：所述的CaO和Al₂O₃的预熔混合物是将质量分数46-52%的CaO和质量分数48-54%Al₂O₃在1400-1500℃下预熔，冷却后粉碎制得的。

4.如权利要求1所述的一种利用硼泥制备钢包或中间包覆盖剂的方法，其特征在于：所述碳质材料为细焦粉或石墨。