CN105734197B - 一种新型环保合成造渣材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型环保合成造渣材料，所述造渣材料原料成分的重量份数如下：CaO：11～14份，铝灰粉：5‑25份，SiO2：70～73份，MnO：1‑2份，FeO：8～10份，氧化钇Y2O3：2‑5份。造渣材料环保，造渣性能优越，本身原材料来源广泛，属于资源再利用材料，新型造渣材料在炼钢使用过程中对钢水污染小，产生的渣量少，可以显著提高炼钢渣系的综合性能，提高钢水质量。该造渣剂属于工业废弃物综合利用，工艺可靠，成本低，利益可观。
Description
技术领域
本发明属于LF/VOD/VD等炼钢精炼领域，特别涉及一种新型环保合成造渣材料。
背景技术
造渣是炼钢炼铁工艺中必不可少的一环。炼钢和炼铁要使得钢中的杂质降低，这些杂质被分离出来后进入熔渣，因为熔渣比重轻，飘浮在钢水上面，就比较容易除去。另外熔渣还可以保护钢水不和大气直接接触。造渣就是在炼钢过程中加入称为造渣剂的炼钢物质，比如氟化钙或氧化钙等，以便形成炉渣。
现有炼钢环节条件下，造渣主要使用石灰(氧化钙)、萤石(氟化钙)等材料，进行造渣。传统造渣材料中石灰块度过大，石灰熔化缓慢，不能及时成渣并发挥作用；块度过小或粉末过多，容易被炉气带走，还会降低电炉砖砌炉盖的使用寿命。萤石在炼钢中主要用于增加钢渣的流动性以利于去除钢中夹杂。但对炉衬渣线位置有较大的侵蚀，同时两种材料在炼钢的使用量较大，使炼钢成本增加；石灰、轻烧白云石用量过大，而前期化渣又没有强化措施，渣熔点高，反应性差，导致熔渣脱磷能力弱、终渣自由CaO高、MgO过饱和。另外技术角度讲使用氟化钙与氧化钙具有较高熔点，速率慢，在铁水处理温度下使用该二元渣是很困难的，另外高氟化钙含量的渣能够侵蚀耐火材料衬和引起环境问题。研究表明，高温下的产生氟的化合物能够破坏臭氧分子，降低了大自然对紫外线的防护作用，饮水中的氟的化合物可能会增加老年人骨质病变的危险，引起骨病，甚至与骨癌有关系，因此，在发达国家早已在炼钢渣中限制氟化钙的使用。同时氟化钙与氧化钙的大量消耗也会带来巨大的资源浪费与环境污染。
在现有技术中，例如发明专利ZL200510037631.1转炉高效冶金复合剂及制备方法和应用。其缺点是MnO含量过高，而CaO、MgO熔化最需要的FeO含量太低，导致其化渣速度慢，而且成本又高，未达到转炉前期快速成渣需要的条件。同样在“炼钢”2004年2月第20卷第2期“贫锰矿在转炉炼钢工艺中的应用”文章中，只使用了贫锰矿的MnO，提高了炼钢终点Mn含量，而未彻底解决转炉前期化渣能力不足的问题。前期化渣最需要的FeO还需要从转炉吹氧氧化铁水中的铁而生成。
发明内容
为克服现有技术的上述不足，本发明提供一种新型环保合成造渣材料，造渣材料环保，造渣性能优越，本身原材料来源广泛，属于资源再利用材料，新型造渣材料在炼钢使用过程中对钢水污染小，产生的渣量少，可以显著提高炼钢渣系的综合性能，提高钢水质量。
研究中通过国家鼓励的资源再利用项目，即利用废铝制易拉罐及废旧铝线电缆等材料提纯铝金属过程中，需要重新熔化，对铝水进行处理。由于废铝制易拉罐及废旧电缆表面氧化严重，在熔池形成后，表面会形成铝灰。铝灰是铝生产和铝加工过程中一种不可避免的一种副产品。每年，全世界有大量的金属铝在加工过程中被转化成铝灰，从而造成了资源的严重浪费。铝灰的主要成分是氧化铝，氧化铝为酸碱两性氧化物，氧化钙-氧化铝系渣有较高的脱硫能力，在高温时稳定且对炉衬没有腐蚀，经过合理调整成分可改变炉渣的流动性。合成渣的重要功能有钢水绝热保温、避免钢水表面氧化、吸附钢水中的夹渣物、脱硫等。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型环保合成造渣材料，所述造渣材料原料成分的重量份数如下：CaO：11～14份，铝灰粉：5-25份，SiO2：70～73份，MnO：1-2份，FeO：8～10份，氧化钇Y2O3：2-5份。
本发明的新型环保合成造渣材料除含有较高的氧化钇Y2O3外，还含有一定量的MnO，其中Y2O3的含量大于MnO的含量，能够彻底解决转炉冶炼初期化渣能力弱的问题。
本发明之所以选择Y2O3的含量大于MnO的含量，其目的如下：转炉开吹后，铁水中的硅和锰首先氧化，初渣中除含有SiO2和MnO外，还有铁氧化后生成的FeO，矿物组成以2FeO.SiO2和2MnO.SiO2为主，渣中CaO的浓度很低。随之，酸性初渣沿着石灰块毛细裂缝和空隙向内部渗入，渣中FeO的渗入速度很快，溶解到CaO晶格之内，CaO随之溶解，渣中CaO的含量提高。随渣中CaO含量的增加，初渣中的SiO2和CaO将生成高熔点的固态化合物2CaO.SiO2。2CaO.SiO2结构致密，阻止了FeO向石灰内部的渗透，石灰的溶解速度大为降低。因此，要想快速形成高碱度流动性良好的炉渣，应该尽量避免2CaO.SiO2壳层的生成，或者采取措施促进2CaO.SiO2的溶解。
实验结果表明：在造渣剂中加入一定量的氧化钇Y2O3可以在吹炼初期保持渣中较高的氧化铁含量，可以加速石灰熔解，使2CaO.SiO2壳层疏松，易与炉渣中其它组分结合成低熔点化合物进入渣中。2CaO.SiO2与2Y2O3.SiO2作用可生成低熔点的CaO.Y2O3.SiO2(熔点1219℃)。另外，在炉渣中加入其它氧化物，如加入一定量的MnO可以缩小石灰溶解的多相区。
优选的，所述造渣材料的原料成分的重量份数如下：CaO：11～12份，铝灰粉：5-15份，SiO2：70～71份，MnO：1份，FeO：8～9份，氧化钇Y2O3：2-3份。
优选的，所述造渣材料的原料成分的重量份数如下：CaO：12～14份，铝灰粉：15-25份，SiO2：71～73份，MnO：2份，FeO：9～10份，氧化钇Y2O3：3-5份。
氧化钇稀土能够发挥净化钢水、球化夹杂物、促使形成氮化物间隙相，提高生产的钢材的抗疲劳性能的作用。就其含量而言，尽管不能一概而论，但当氧化钇的重量份数低于2份时，可能会导致氧化钇净化和抗疲劳性能效果减弱。
另一方面，氧化钇的重量份高于5份时，可能会导致钢材高温硬度和耐磨性能下降，因此，本申请中将氧化钇的加入量限定在5份以下，因此不会产生上述问题。
优选的，所述铝灰粉的粒度为48～180μm。在上述粒度范围内，铁水终点含磷量最低。
优选的，所述铝灰粉中铝含量大于90％。
本发明还提供了一种新型环保合成造渣材料的制备方法，包括：
将铝渣破碎、球磨成粉，得铝灰粉；
加入其他原料混匀，即得。
优选的，所述铝渣中氧化铝含量大于90％。
优选的，所述铝灰粉的粒度为48～180μm。
生产实践证明：本发明新型环保合成造渣材料可适用于转炉炼钢法、平炉炼钢法、双联法炼钢法、以及LF/VOD/VD等炼钢精炼环节，所生产钢材皆达到了预期的要求和相关国家和行业标准。
在生产中偶然发现：采用本发明的新型环保合成造渣材料炼制碳素结构钢时，可有效提升碳素结构钢的耐腐蚀性能。这可能是因为粉末中的合金元素会在碳的催化下形成多种化合物，进一步增加非自发形核的数量，大大提高形核率，最终使得熔渣层的细致紧密。细密的组织不仅减少了单位晶界上的杂质含量，而且减少了由于钢材冷却过程中而形成的成分偏析，从而降低了“碳素钢中杂质造成的加速腐蚀”的影响。所以，无论是从腐蚀失重量而言，还是根据更具科学性的腐蚀失重速率分析，都说明将本发明的造渣材料应用于生产碳素结构钢时，获得的碳素结构钢具有更好的耐腐蚀性，很好的满足了碳素结构钢制造的设计要求。
本发明的有益效果：
1)本发明提供了一种新型环保合成造渣材料，造渣材料环保，造渣性能优越，本身原材料来源广泛，属于资源再利用材料，新型造渣材料在炼钢使用过程中对钢水污染小，产生的渣量少，可以显著提高炼钢渣系的综合性能，提高钢水质量。
2)本发明的新型环保合成造渣材料更有利于转炉初期化渣，同时减少了铁水损失，制备的钢材结构致密，强度高。
3)该造渣剂属于工业废弃物综合利用，工艺可靠，成本低，利益可观。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
实施例1
配方：原料成分的重量份数如下：CaO：12份，铝灰粉：15份，SiO2：72份，MnO：2份，FeO：9份，氧化钇Y2O3：4.5份。
制备方法：
1)将铝渣破碎、球磨成粉，得铝灰粉；
2)加入其他原料混匀，即得。
实施例2
配方：原料成分的重量份数如下：CaO：11份，铝灰粉：5份，SiO2：70份，MnO：1份，FeO：8份，氧化钇Y2O3：2份。
制备方法同实施例1。
实施例3
配方：原料成分的重量份数如下：CaO：14份，铝灰粉：25份，SiO2：73份，MnO：2份，FeO：10份，氧化钇Y2O3：5份。
制备方法同实施例1。
实施例4
配方：原料成分的重量份数如下：CaO：11～14份，铝灰粉：5-25份，SiO2：70～73份，MnO：1-2份，FeO：8～10份，氧化钇Y2O3：2-5份。
制备方法同实施例1，不同之处在于，所述铝渣中氧化铝含量大于90％。
实施例5
配方：原料成分的重量份数如下：CaO：12份，铝灰粉：15份，SiO2：72份，MnO：2份，FeO：9份，氧化钇Y2O3：4.5份，其中，所述铝灰粉的粒度为48～180μm。
制备方法同实施例1。
对比例1
制备方法同实施例1，不同之处在于，配方中不含有氧化钇。
对比例2
配方和制备方法同实施例1，不同之处在于，配方中的铝灰粉的粒度为纳米级。
上述实施例的使用效果是：(表1)
本发明的造渣剂在炼制碳酸结构钢时，还可以代替铁矿石作冷却剂使用。
转炉冶炼时使用该复合造渣剂，以300吨转炉为例，每炉总渣量减少约13％，铁损少32kg以上，吹氧量减少410m3，终点钢水残锰约提高0.019％，终点P有所降低。还可降低终渣自由氧化钙含量，改善转炉的综合冶金效果，减少了环境污染及降低了生产成本。
特别在炼制碳素结构钢时，钢材的耐腐蚀性能提高5～10％。
该造渣剂属于工业废弃物综合利用，工艺可靠，成本低，利益可观。
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.一种新型环保合成造渣材料，其特征在于，所述造渣材料原料成分的重量份数如下：CaO：11～14份，铝灰粉：5-25份，SiO2：70～73份，MnO：1-2份，FeO：8～10份，氧化钇Y2O3：2-5份。
2.如权利要求1所述的新型环保合成造渣材料，其特征在于，所述造渣材料的原料成分的重量份数如下：CaO：11～12份，铝灰粉：5-15份，SiO2：70～71份，MnO：1份，FeO：8～9份，氧化钇Y2O3：2-3份。
3.如权利要求1所述的新型环保合成造渣材料，其特征在于，所述造渣材料的原料成分的重量份数如下：CaO：12～14份，铝灰粉：15-25份，SiO2：71～73份，MnO：2份，FeO：9～10份，氧化钇Y2O3：3-5份。
4.如权利要求1所述的新型环保合成造渣材料，其特征在于，所述铝灰粉的粒度为48～180μm。
5.如权利要求1所述的新型环保合成造渣材料，其特征在于，所述铝灰粉中铝含量大于90％。
6.如权利要求1-5任一项所述的新型环保合成造渣材料的制备方法，其特征在于，包括：
将铝渣破碎、球磨成粉，得铝灰粉；
加入其他原料混匀，即得。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述铝渣中氧化铝含量大于90％。
8.权利要求1-5任一项所述的新型环保合成造渣材料在转炉炼钢、平炉炼钢、双联法炼钢或LF/VOD/VD炼钢精炼环节中的应用。
9.权利要求1-5任一项所述的新型环保合成造渣材料在炼制碳素结构钢中的应用。
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