CN102794419B

CN102794419B - 一种无氟无钠的钢包覆盖剂

Info

Publication number: CN102794419B
Application number: CN201210279063.6A
Authority: CN
Inventors: 李桂荣; 王宏明
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: CN102794419A

Abstract

本发明涉及钢冶炼及钢包冶金技术领域，特别涉及一种无氟无钠的钢包覆盖剂。本发明的目的是：发明一种无氟无钠型的钢包覆盖剂，该覆盖剂具备强碱性、还原性、吸收夹杂能力强、铺展性及保温性能优良的特征，解决目前CaO系钢包覆盖剂存在的熔点高、熔速慢、脱硫能力低、覆盖剂使用效果差的问题，并克服覆盖剂使用氧化钠、氟化钙等造成的污染危害问题。其特征在于该覆盖剂由下述组分按重量百分比配制：锂辉石40-80%，石灰10-40%，镁砂2-15%，炭黑1-10%。

Description

一种无氟无钠的钢包覆盖剂

技术领域

本发明涉及钢冶炼及钢包冶金技术领域，特别涉及一种无氟无钠的钢包覆盖剂。

背景技术

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，炭化稻壳的主要成分是固定碳和二氧化硅，属酸性材料，有时二氧化硅的含量达60%以上，容易造成钢水在钢包内的回磷、回硫或增氧，在钢水质量要求较高时具有局限性;特别是随着对钢质量要求的提高，人们对中间包覆盖剂的冶金作用也愈来愈重视，炭化稻壳之类的单一型覆盖剂已经不能满足高清洁度钢水的需求，进而开始采用人工合成的复合型覆盖剂；目前的复合型覆盖剂按照化学成分主要分为酸性覆盖剂和碱性覆盖剂，酸性覆盖剂的化学成分范围：CaO 5-15%，SiO₂ 30-50%，Al₂O₃ 10-20%，C 1-25%，Na₂O 1-10%，CaF₂ 2-8%，碱度小于0.6；而碱性覆盖剂的成分范围：CaO+MgO 40-60%，SiO₂ 10-25%，Al₂O₃ 5-20%，C 1-25%，Na₂O 1-10%，CaF₂ 2-8%，碱度大于1.0；不管是酸性覆盖剂还是碱性覆盖剂，除具有保温、隔离钢水和空气的功能外，还应具有一定的脱硫、吸渣、回磷控制等冶金功能，但该类覆盖剂由于大量采用CaO，其熔点较高，需要配入较多量的SiO₂、Al₂O₃、Na₂O、CaF₂等促进CaO熔解、降低覆盖剂熔点的组元，SiO₂降低了覆盖剂的碱度，不利于后续钢包精炼时造高碱度渣的脱硫，对碱性钢包包衬也具有较重的侵蚀，同时降低了覆盖剂的吸渣、吸夹杂能力；最重要的不足是这类覆盖剂含有易挥发和分解的Na₂O、CaF₂等助熔组分，在高温下分解产生的钠、氧化钠蒸汽和含氟气体对钢包及精炼设备产生严重侵蚀，也会污染环境和影响操作人员的健康，因此需要一种无氟无钠的钢包覆盖剂。

综上所述，目前的钢包覆盖剂主要以CaO为基体，配入较多量的Na₂O、CaF₂等促进CaO熔解、降低覆盖剂熔点的组元，造成碱危害和氟污染，加入的其它助熔调渣组分如SiO₂、Al₂O₃等，降低了覆盖剂碱度，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，因此，开发一种无氟、无钠，且具有强碱性、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应用价值。

发明内容

本发明的目的是：发明一种无氟无钠型的钢包覆盖剂，该覆盖剂具备强碱性、还原性、吸收夹杂能力强、铺展性及保温性能优良的特征，解决目前CaO系钢包覆盖剂存在的熔点高、熔速慢、脱硫能力低、覆盖剂使用效果差的问题，并克服覆盖剂使用氧化钠、氟化钙等造成的污染危害问题。

实现本发明的技术方案是：

发明一种无氟无钠的钢包覆盖剂，其特征在于该覆盖剂由下述组分按重量百分比配制：锂辉石 40-80%，石灰 10-40%，镁砂2-15%，炭黑 1-10%；本发明的覆盖剂的制备方法如下：将锂辉石、石灰、镁砂按重量份数称量配料，混匀后在1300-1400℃下预熔，熔化后冷却，可以采用自然冷却或风冷后破碎，然后制成细粉，按重量份数配入炭黑后混匀磨细至200目（粒度小于0.074mm），制浆后用低压喷雾造粒塔干燥成形制成空心颗粒覆盖剂；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。

为保证本发明的效果，所采用的原料的条件要求如下：

1）所用锂辉石的特征在于锂辉石的成分以质量百分含量计算为100%，要求：7.0%>Li₂O>3.0%，25%>Al₂O₃>15%，77%>SiO₂>64%，包括Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、S和P₂O₅在内的杂质质量分数<1%, P₂O₅和S为纯有害杂质，P₂O₅<0.15%，S<0.15%。

2）所用石灰的特征在于石灰的成份以质量百分含量计算为100%，要求：100%＞CaO≥90.0%，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂≥0，杂质中S、P、SiO₂的含量越低越好。

3）所用镁砂的特征在于镁砂的成份以质量百分含量计算，要求：MgO≥85%，杂质中S、P、SiO₂杂质的含量越低越好。

4）所用炭黑的特征在于炭黑的成份以质量百分含量计算，要求：固定碳>90%，灰分、杂质、水分三者的总和小于10%。

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）锂辉石：锂辉石中的三大组元Li₂O，Al₂O₃，SiO₂都是钢包覆盖剂的主要组分，均能降低CaO系、硅酸钙系覆盖剂的熔点，特别是Li₂O，不仅有比Na₂O、K₂O等碱金属氧化物和CaF₂等氟化物具有更强的降低CaO系、硅酸盐系熔点的作用，Li₂O的高温稳定性是碱金属氧化物中最好的，其分解和气化温度都高于钢水温度，可以保证覆盖剂性能的稳定性和使用效果，又避免了采用Na₂O、K₂O等碱金属氧化物和CaF₂等氟化物带来的碱污染和氟污染；另外，锂辉石中的Li₂O具有目前已知氧化物中最强的脱磷、脱硫能力，因此可以提高钢包精炼的脱硫效果和实现钢液回磷、回硫控制；另外，锂辉石中Li₂O，SiO₂能与钢液铝脱氧产物Al₂O₃结合成低熔点的复杂氧化物，提高钢包覆盖剂吸收脱氧产物的能力，有利于保证吸渣能力和夹杂物去除能力；本发明以锂辉石作为覆盖剂的主要组元，锂辉石的配加比例依据锂辉石中的Li₂O含量确定，使覆盖剂中的Li₂O含量控制在2-5%的范围内，根据目前锂辉石精矿中Li₂O含量在3%-7%范围内，因此，确定本发明的覆盖剂中锂辉石的配加量控制在40-80%范围内。

2）石灰：石灰的主要组分是CaO，本发明中加入石灰的主要目的是调整渣的碱度、提高脱硫能力和保证覆盖剂的吸渣（吸收Al₂O₃）效果，石灰的加入量对渣的碱度（CaO/ SiO₂）和钙铝比（CaO/ Al₂O₃）有重要影响，本发明中石灰的加入量应首先根据锂辉石的加入量和锂辉石中SiO₂和Al₂O₃的含量确定，石灰的加入量在10-40%的范围内。

3）镁砂：覆盖剂中镁砂提供的MgO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和熔蚀的作用，减少因包衬侵蚀剥落而污染钢液，其适宜的添加量在2-15%范围内。

4）炭黑：本发明覆盖剂中炭黑是一种强还原剂，防止钢液被氧化，同时，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，适宜的添加量在1-10%的范围内。

与现有技术相比本发明的主要优点如下：

（1）本发明以熔化性能稳定的锂辉石为主要基料，锂辉石的熔点在1080-1160℃，对CaO具有很好的助熔作用，所以该覆盖剂不需要加入Na₂O、K₂O、CaF₂等助熔成分，消除了传统覆盖剂使用Na₂O、K₂O、CaF₂引起的碱污染和氟污染，虽然锂辉石中的Li₂O也是碱金属氧化物，但Li₂O的分解温度和沸腾温度都高于钢水温度，远比Na₂O、K₂O、CaF₂的稳定性好，所以本发明的最大优点就是无钠无氟，克服了挥发碱及碱金属氧化物和氟化物的污染危害。

（2）本发明的覆盖剂熔点低、具有长渣的组成和性能特征，熔化性能稳定，熔铺性好，覆盖保温及防氧化、吸气效果好，与传统覆盖剂相比，熔点变化范围窄，在1180-1280℃范围，比等含碳量的覆盖剂的熔点波动范围1190-1430℃大幅缩小，保证了覆盖剂熔化性能的稳定性和使用效果。

（3）本发明的覆盖剂中L₂O的碱性强，稳定性好，提高了覆盖剂对钢液的脱硫和回磷控制效果，比传统的酸性覆盖剂和碱性覆盖剂对钢液中硫、磷含量的控制都要好，本发明的覆盖剂可以有效脱硫0.003%左右，脱磷0.004%左右，而传统的酸性覆盖剂会导致钢液回硫0.005%，回磷0.004%，传统的碱性覆盖剂也难以避免回磷。

（4）本发明的覆盖剂中锂辉石的Li₂O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0.3-0.45 N/m的范围，这可以通过调节Li₂O的量来控制，满足不同的使用条件需要。

（5）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炭黑，控制钢中合金元素氧化，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。

（6）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，本发明的覆盖剂在1350℃下的熔化时间在40-55s范围，适用于做钢包覆盖剂。

（7）本发明覆盖剂冷却后具有高玻璃化特征，是一种含强碱性氧化物但具有酸性渣系（长渣）稳定性特征的覆盖剂，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

采用的原料条件如下：

1）所用锂辉石的特征在于锂辉石的成分以质量百分含量计算： Li₂O 5.0%， Al₂O₃ 21.1%，SiO₂ 73.1%，余量为Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、P₂O₅等杂质，纯有害杂质P₂O₅<0.12%，S<0.12%。

2）所用石灰的特征在于石灰的成份以质量百分含量计算， CaO 92.0%， MgO 4.0%， SiO₂ 1.5%，其余为不可避免的杂质。

3）所用镁砂的特征在于镁砂的成份以质量百分含量计算，MgO 89%，其余杂质中S、P、SiO₂杂质的含量越低越好。

4）所用炭黑的特征在于炭黑的成份以质量百分含量计算，固定碳 91%，灰分、杂质、水分三者的总和为9%。

实施实例1：

以锂辉石、石灰、镁砂、炭黑为原料，锂辉石、石灰、镁砂在200℃下烘干，按照锂辉石40%，石灰40%，镁砂10%，炭黑10%配料，配料及制备过程为：将锂辉石、石灰、镁砂按重量份数称量配料，充分混匀后在1300-1400℃下预熔，熔化后采用自然风冷却，冷却后破碎，然后制成细粉，按重量份数配入炭黑后混匀磨细至200目（粒度小于0.074mm），制浆后用低压喷雾造粒塔干燥成形制成空心颗粒覆盖剂，防潮包装待用；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1250℃，在1350℃下的熔化时间为55s，表面张力为0.43N/m，符合钢包覆盖剂的熔化性能要求。

该覆盖剂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，突出有点特征是：

1）无污染：本发明的覆盖剂无氟、无易挥发易分解的碱性氧化物，克服了传统覆盖剂氟污染和碱污染；

2）钢液回磷、回硫控制：该覆盖剂克服了采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂引起的钢液回磷和回硫问题，并实现了一定程度的脱硫和脱磷，脱硫0.003%左右，脱磷0.004%左右，而在完全相同的技术条件下采用传统的覆盖剂钢液回磷量在0.002%-0.004%范围；

3）覆盖效果好：钢包内钢水无裸露现象，覆盖剂熔化及铺展效果好；钢中的元素在钢包内无氧化损失，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；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吸收脱氧产物即吸渣能力好；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，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。

4）钢包粘渣控制和使用寿命延长：本发明的覆盖剂比现有技术的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。

实施实例2：

以锂辉石、石灰、镁砂、炭黑为原料，锂辉石、石灰、镁砂在200℃下烘干，按照锂辉石80%，石灰10%，镁砂5%，炭黑5%配料，配料及制备过程为：将锂辉石、石灰、镁砂按重量份数称量配料，充分混匀后在1350℃下预熔，熔化后采用自然风冷却，冷却后破碎，然后制成细粉，按重量份数配入炭黑后混匀磨细至200目（粒度小于0.074mm），制浆后用低压喷雾造粒塔干燥成形制成空心颗粒覆盖剂，防潮包装待用；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1180℃，在1350℃下的熔化时间为40s，表面张力为0.32N/m，符合钢包覆盖剂的熔化性能要求。

该覆盖剂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，突出有点特征是：

2）钢液回磷、回硫控制：该覆盖剂克服了采用其他钙硅酸盐或钙铝酸盐材质的覆盖剂引起的钢液回磷和回硫问题，并实现了一定程度的脱硫和脱磷，脱硫0.003%左右，脱磷0.002%左右，而传统的覆盖剂钢液回磷量在0.002%-0.004%；

3）覆盖效果好：钢包内钢水无裸露现象，覆盖剂熔化及铺展效果好；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；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显著提高顶渣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。

实施实例3：

以锂辉石、石灰、镁砂、炭黑为原料，锂辉石、石灰、镁砂在200℃下烘干，按照锂辉石60%，石灰25%，镁砂10%，炭黑5%配料，配料及制备过程为：将锂辉石、石灰、镁砂按重量份数称量配料，充分混匀后在1350℃下预熔，熔化后采用自然风冷却，冷却后破碎，然后制成细粉，按重量份数配入炭黑后混匀磨细至200目（粒度小于0.074mm），制浆后用低压喷雾造粒塔干燥成形制成空心颗粒覆盖剂，防潮包装待用；经熔化性能检测，该覆盖剂熔点1215℃，在1350℃下的熔化时间为47s，表面张力为0.39N/m，符合钢包覆盖剂的熔化性能要求；

该覆盖剂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，突出有点特征是：

3）覆盖效果好：钢包内钢水无裸露现象，覆盖剂熔化及铺展效果好；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；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显著提高钢包顶渣的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。

Claims

1.一种无氟无钠的钢包覆盖剂，其特征在于：该覆盖剂由下述组分按重量百分比配制：锂辉石 40-80%，石灰 10-40%，镁砂2-15%，炭黑 1-10%。

2.如权利要求1所述的一种无氟无钠的钢包覆盖剂，其特征在于：所述锂辉石的成分以质量百分含量计算为100%，要求：7.0%>Li₂O>3.0%，25%>Al₂O₃>15%，77%>SiO₂>64%，包括Na₂O、K₂O、MnO、TiO₂、S和P₂O₅在内的杂质质量分数<1%, P₂O₅和S为纯有害杂质，P₂O₅<0.15%，S<0.15%。

3.如权利要求1所述的一种无氟无钠的钢包覆盖剂，其特征在于：所述石灰的成份以质量百分含量计算为100%，要求：100%＞CaO≥90.0%，5%≥MgO＞0，2.5%≥SiO₂≥0，杂质中S、P、SiO₂的含量越低越好。

4.如权利要求1所述的一种无氟无钠的钢包覆盖剂，其特征在于：所述镁砂的成份以质量百分含量计算，要求：MgO≥85%，杂质中S、P、SiO₂杂质的含量越低越好。

5.如权利要求1所述的一种无氟无钠的钢包覆盖剂，其特征在于：所述炭黑的成份以质量百分含量计算，要求：固定碳>90%，灰分、杂质、水分三者的总和小于10%。

6.如权利要求1所述的一种无氟无钠的钢包覆盖剂的制备方法，其特征在于：将锂辉石、石灰、镁砂按重量份数称量配料，混匀后在1300-1400℃下预熔，熔化后冷却，可以采用自然冷却或风冷后破碎，然后制成细粉，按重量份数配入炭黑后混匀磨细至200目，制浆后用低压喷雾造粒塔干燥成形制成空心颗粒覆盖剂。

7.如权利要求1所述的一种无氟无钠的钢包覆盖剂的使用方法，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，用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。