CN104148619A - 一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料及其制备、应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料，按重量百分比计，包括如下组分：金铜尾矿78.00～86.00Wt％、SiO25.00～10.00Wt％、CaF25.00～9.00Wt％、BaO 1.00～2.00Wt％、Co2O30.50～1.50Wt％、MnO20～0.2Wt％、Ni2O30～0.1Wt％。应用时，以重量百分比满足100Wt％计，将包晶钢保护渣40.00-60.00Wt％、本发明所制备的玻璃熟料30.00-50.00Wt％和碳粉3.00-12.00Wt％球磨混合均匀，即得到性能优良的复合包晶钢保护渣。该复合包晶钢保护渣具有成玻快、析晶率高、颜色为深黑色、热流密度低、使用时放出气体少、渣膜均匀等优点，可以显著减少包晶钢铸坯纵裂。
Description
技术领域
本发明涉及一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料及其制备、应用方法，属于冶金材料技术领域。
背景技术
包晶钢是实际应用中最广泛的钢种，主要是指含碳量为0.08Wt％～0.17Wt％的普碳钢，该系列钢种广泛使用于建筑、造船、油气运输、机械等行业。其浇铸时出现的问题是因为包晶钢凝固时处于包晶区(L+δ—γ)，结晶器弯月面初生凝固坯壳随温度下降发生δ-γ转变，伴随着较大的体积收缩，坯壳与铜板脱离形成气隙，导致热流最小，坯壳变薄，在表面形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固速度比其它部位慢，组织粗化，对裂纹敏感性强，在热应力和钢水静压力作用下，在凹陷薄弱处产生应力集中而出现裂纹，由此会造成大量经济损失。
对于包晶钢保护渣其要求是保护渣能在其中起到减少铸坯缺陷的作用，克服包晶钢相变带来的体积收缩，从而减少包晶钢铸坯纵裂现象。具体要求为：高碱度、高结晶速率、低结晶温度及低热流密度保护渣，有效防止了铸坯表面纵裂的发生。因此，包晶钢保护渣性能的优劣对包晶钢的质量具有非常大的影响。
包晶钢保护渣一直是国内外研究的重点与难点，现在一致的观点是增加保护渣的碱度(CaO/SiO2)，提高保护渣中的结晶态比例，降低玻璃态比例，有利于包晶钢浇铸。但是这种高碱度保护渣在现场使用后，其铸坯缺陷率并没有明显的改观。根据现研究结果，要想在包晶转变时，减少铸坯凝固缺陷的形成，必须减缓包晶相变时结晶器、渣膜、铸坯三者之间的传热，即减缓渣膜与铸坯之间的传热。
新型包晶钢保护渣，其使用的关键是降低热流密度。而降低热流密度的常规方法主要：1、较高的保护渣熔点，以增加保护渣层的热阻；2、高碱度保护渣的应用，依靠高碱度渣高的结晶率来降低渣传热的热流密度，这是因为保护渣作为一种类玻璃材料，其主要结构分为玻璃相与结晶相两种，其中玻璃相增多可以起到润滑的作用，结晶相增多，可以起到增大热阻的作用，而碱度增高可以提高结晶相比率。这两个方面均属于常规方法。通过研究发现提高包晶钢保护渣的颜色深度后，可以减少保护渣的辐射传热，有利于减缓新生坯壳的热量传递，从而降低包晶钢保护渣的热流密度。而包晶钢保护渣作为一种类玻璃材料，通过加深包晶钢熔渣的颜色深度，增加包晶钢表面辐射吸收的热量，可减少包晶钢保护渣的热流密度。黑色玻璃的颜色最深，可以有效起到加深保护渣渣膜颜色，减少保护渣的辐射传热的作用。
陈俊孚等(201310503540.7)发明了一种含氧化钴包晶钢保护渣，该保护渣原料的化学成分按重量百分比为：Na2O：5-12Wt％、MgO：2.5-12Wt％、Al2O3：2-8Wt％、CaF2：3-20Wt％、C：3-12Wt％、Co2O3：0.1-10Wt％，其余为CaO和SiO2，其中：Na2O与MgO之和大于9Wt％。该专利申请中的包晶钢保护渣，要求熔点比现用保护渣有所提高。热流密度比现用的有所降低。在粘度与现用保护渣的保持一致条件下，包晶钢保护渣的热流密度降低至0.686以下，低于现有保护渣的热流密度在0.809以上。虽然专利CN201310503540有其自身的有点，但其还是有液相初析温度高，结晶不均匀的问题。
随着我国工业化的迅速发展，矿产资源的需求急剧增加，在过度开发的过程当中，不可避免地产生大量的固体废渣。金铜尾矿是在金铜矿开采、分选之后排放的粉状废料，包括金铜矿山尾矿和选厂尾矿，其中，矿山尾矿包括已经开采出的伴生岩石和选矿中途剔除的低品位矿石。为此，通常情况下，在开采金铜矿山的同时要建设巨大的可容纳矿山全部生产期间排出尾砂的尾矿库，尾矿工程投资较大，还要占用大量农田和林地，破坏了生态平衡。
随着我国金铜产量的增加，金铜深加工能力也具有一定的规模，但是金铜矿经精选后所产生的尾矿粉被大量排出，给社会发展和环境保护带来了巨大的压力。金铜矿开采不断推进，对环境和社会的影响也在加剧，再加上尾矿库的坍塌事故多发，合理充分利用金铜尾矿是金铜矿开采、加工企业亟待解决的社会难题。利用金铜尾矿制备高附加值的产品具有非常重要的经济与社会效益。
现有包晶钢保护渣未使用添加部分玻璃熟料包晶钢保护渣的方法，全为由矿物原料与化工原料直接配制混合而成，其中成分均匀性低、物性不均匀、成玻速率、析晶速率低，在包晶钢的实际生产中会造成一些质量问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料及其制备、应用方法，使包晶钢保护渣的热流密度降低至0.56-0.66。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料，按重量百分比计，包括如下组分：金铜尾矿78.00～86.00Wt％、SiO25.00～10.00Wt％、CaF25.00～9.00Wt％、BaO 1.00～2.00Wt％、Co2O30.50～1.50Wt％、MnO20～0.2Wt％、Ni2O30～0.1Wt％，其中所述组分SiO2、CaF2、BaO的原料分别为石英砂、萤石、碳酸钡。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)按照所述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料中各组分的重量百分比，称取金铜尾矿、石英砂、萤石、碳酸钡、氧化钴、二氧化锰和二氧化镍作为原料，混合后得到玻璃配合料，将所述配合料球磨混合均匀；
(2)将混合均匀的配合料高温熔融后，所得玻璃熔体进行水淬，得到玻璃颗粒；
(3)所述玻璃颗粒干燥并磨成玻璃粉，要求通过150目筛，筛余为0.5Wt％，即得到添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料。
按上述方案，所述高温熔融的温度范围为1450-1500℃，时间为2-4小时。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的应用方法为：以重量百分比满足100Wt％计，将包晶钢保护渣40.00-60.00Wt％、本发明所制备的玻璃熟料30.00-50.00Wt％和碳粉3.00-12.00Wt％球磨混合均匀，即得到性能优良的复合包晶钢保护渣。
按上述方案，所述包晶钢保护渣可以采用申请号为201310503540.7的专利所述的含氧化钴包晶钢保护渣。该保护渣原料的化学成分按重量百分比为：Na2O：5～12％、MgO：2.5～12％、Al2O3：2～8％、CaF2：3～20％、C：3～12％、Co2O3：0.1～10％，其余为CaO和SiO2，其中：Na2O与MgO之和大于9％，具体制备方法参见该专利申请的说明书。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在本发明中，由于采用了部分玻璃熟料、碳粉作为添加剂，由此制备的复合包晶钢保护渣具有成玻快、析晶率高、颜色为深黑色、热流密度低、使用时放出气体少、渣膜均匀等优点。在高温下该复合包晶钢保护渣可以在冷却剂与铸坯之间形成结构连续、性能稳定的、厚度均匀的渣膜层，由此可以显著减少包晶钢铸坯纵裂，且该包晶钢复合保护渣的热流密度降低至0.56-0.66。此外，本发明的制备、应用方法操作过程简单，适于工业化生产。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
通过X射线荧光分析测试下述实施例中金铜尾矿中的化学成分主要包括：SiO2为30.9Wt％，Al2O3为8.2Wt％，Fe2O3为24.6Wt％，CaO为29.9Wt％，MgO为4.6Wt％，这些氧化物的总量占整个金铜尾矿的98Wt％以上，另外还有少量的K2O，Na2O，CuO和TiO2。由金铜尾矿的化学成分可以看出具有以下特点：①成分中的CaO与MgO的含量较高，有此可以判断由其作为的包晶钢保护渣的添加剂具有较高的碱度；②SiO2的含量不高，而Al2O3的含量适中，有利于高温下玻璃熔体产生析晶；③Fe2O3的含量较高，与其他着色剂(Co2O3、MnO2、Ni2O3)相互配合，有利于制备出深黑色的复合包晶钢保护渣。
下述实施例中所采用的包晶钢保护渣为申请号201310503540.7的专利中所述的含氧化钴包晶钢保护渣。该保护渣原料的化学成分按重量百分比为：Na2O：5～12％、MgO：2.5～12％、Al2O3：2～8％、CaF2：3～20％、C：3～12％、Co2O3：0.1～10％，其余为CaO和SiO2，其中：Na2O与MgO之和大于9％，具体制备方法参见该专利申请的说明书。
实施例1
一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料，按重量百分比计，包括如下组分：金铜尾矿78.00Wt％、SiO210.00Wt％、CaF29.00Wt％、BaO 1.90Wt％、Co2O30.8Wt％、MnO20.2Wt％、Ni2O30.1Wt％；所述组分SiO2、CaF2、BaO的原料分别为石英砂、萤石、碳酸钡；石英砂、萤石与金属铜尾矿均为矿物原料，碳酸钡、三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二镍均为化工原料，其中原料碳酸钡以所需氧化钡相对应的碳酸钡重量为准。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)按照所述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料中各组分的重量百分比，称取金铜尾矿、石英砂、萤石、碳酸钡、氧化钴、二氧化锰和二氧化镍作为原料，混合后得到玻璃配合料，将配合料在球磨机中球磨混合均匀；
(2)将混合均匀的玻璃配合料放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，熔化温度为1450℃，熔化时间为2小时；将熔化好的玻璃熔体放入冷水中，水淬得到玻璃颗粒；
(3)将烘干后的玻璃颗粒在球磨机中磨成玻璃粉，要求通过150目筛，筛余为0.5Wt％，即得到添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的应用方法为：以重量百分比满足100Wt％计，将包晶钢保护渣60.00％、本实施例所制备的玻璃熟料30.00Wt％和碳粉10.00Wt％在球磨机中混合30分钟，即得到性能优良的复合包晶钢保护渣。
经检测，所得复合包晶钢保护渣的的热流密度降低至0.56，颜色为深黑色，由于添加的是已经预先熔化的玻璃熟料，因此成玻快，析晶率高。预先熔化的玻璃熟料的加入，使得复合包晶钢保护渣中直接使用的矿物原料和化工原料的量减少，而这些原料中还有一定量的气体成分，因此，复合包晶钢保护渣使用时放出气体少，渣膜中的气相含量少，就使得渣膜能够形成均匀的膜层。渣膜层的结构均匀可以使得保护渣的颜色一致，热流密度一致，对包晶钢的实际生产中提高表面质量是非常有益的。在高温下该包晶钢复合保护渣可以在冷却剂与铸坯之间形成结构连续、性能稳定的、厚度均匀的渣膜层，由此可以显著减少包晶钢铸坯纵裂。
实施例2
一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料，按重量百分比计，包括如下组分：金铜尾矿82.00Wt％、SiO28.00Wt％、CaF28.00Wt％、BaO 1.00Wt％、Co2O30.8Wt％、MnO20.2Wt％、Ni2O30Wt％；所述组分SiO2、CaF2、BaO的原料分别为石英砂、萤石、碳酸钡；其中原料碳酸钡以所需氧化钡相对应的碳酸钡重量为准。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)按照所述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料中各组分的重量百分比，称取金铜尾矿、石英砂、萤石、碳酸钡、氧化钴、二氧化锰和二氧化镍作为原料，混合后得到玻璃配合料，将配合料在球磨机中球磨混合均匀；
(2)将混合均匀的玻璃配合料放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，熔化温度为1480℃，熔化时间为3小时；将熔化好的玻璃熔体放入冷水中，水淬得到玻璃颗粒；
(3)将烘干后的玻璃颗粒在球磨机中磨成玻璃粉，要求通过150目筛，筛余为0.5Wt％，即得到添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的应用方法为：以重量百分比满足100Wt％计，将包晶钢保护渣55.00Wt％、本实施例所制备的玻璃熟料40.00％和碳粉5.00％在球磨机中混合45分钟，即得到性能优良的复合包晶钢保护渣。
经检测，所得复合包晶钢保护渣的的热流密度降低至0.61，颜色为深黑色。
实施例3
一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料，按重量百分比计，包括如下组分：金铜尾矿86.00Wt％、SiO25.50Wt％、CaF27.00Wt％、BaO 1.00Wt％、Co2O30.5Wt％、MnO20Wt％、Ni2O30Wt％；所述组分SiO2、CaF2、BaO的原料分别为石英砂、萤石、碳酸钡；其中原料碳酸钡以所需氧化钡相对应的碳酸钡重量为准。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的制备方法，包括如下具体步骤：
(1)按照所述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料中各组分的重量百分比，称取金铜尾矿、石英砂、萤石、碳酸钡、氧化钴、二氧化锰和二氧化镍作为原料，混合后得到玻璃配合料，将配合料在球磨机中球磨混合均匀；
(2)将混合均匀的玻璃配合料放入玻璃熔化炉中进行高温熔融，熔化温度为1500℃，熔化时间为4小时；将熔化好的玻璃熔体放入冷水中，水淬得到玻璃颗粒；
(3)将烘干后的玻璃颗粒在球磨机中磨成玻璃粉，要求通过150目筛，筛余为0.5Wt％，即得到添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料。
上述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的应用方法为：以重量百分比满足100Wt％计，将包晶钢保护渣47.00Wt％、本实施例所制备的玻璃熟料50.00Wt％和碳粉3.00Wt％在球磨机中混合60分钟，即得到性能优良的复合包晶钢保护渣。经检测，所得复合包晶钢保护渣的的热流密度降低至0.66，颜色为深黑色。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料，其特征在于：按重量百分比计，包括如下组分：金铜尾矿78.00～86.00Wt％、SiO25.00～10.00Wt％、CaF25.00～9.00Wt％、BaO 1.00～2.00Wt％、Co2O30.50～1.50Wt％、MnO20～0.2Wt％、Ni2O30～0.1Wt％，其中所述组分SiO2、CaF2、BaO的原料分别为石英砂、萤石、碳酸钡。
2.根据权利要求1所述的添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的制备方法，其特征在于：包括如下具体步骤：
(1)按照所述添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料中各组分的重量百分比，称取金铜尾矿、石英砂、萤石、碳酸钡、氧化钴、二氧化锰和二氧化镍作为原料，混合后得到玻璃配合料，将所述配合料球磨混合均匀；
(2)将混合均匀的配合料高温熔融后，所得玻璃熔体进行水淬，得到玻璃颗粒；
(3)所述玻璃颗粒干燥并磨成玻璃粉，要求通过150目筛，筛余为0.5Wt％，即得到添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料。
3.根据权利要求2所述的添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的制备方法，其特征在于：所述高温熔融的温度范围为1450-1500℃，时间为2-4小时。
4.根据权利要求1所述的添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的应用方法，其特征在于：以重量百分比满足100Wt％计，将包晶钢保护渣40.00-60.00Wt％、本发明所制备的玻璃熟料30.00-50.00Wt％和碳粉3.00-12.00Wt％球磨混合均匀，即得到性能优良的复合包晶钢保护渣。
5.根据权利要求4所述的添加于包晶钢保护渣的玻璃熟料的应用方法，其特征在于：所述包晶钢保护渣原料的化学成分按重量百分比为：Na2O：5～12％、MgO：2.5～12％、Al2O3：2～8％、CaF2：3～20％、C：3～12％、Co2O3：0.1～10％，其余为CaO和SiO2，其中：Na2O与MgO之和大于9％。
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