CN108004371A - 一种高钙铝渣球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高钙铝渣球及其制备方法，按重量份数计，其原料包括：金属铝53‑59份、氧化铝12‑17份、碳酸钙30‑36份、氧化镁10‑16份、乙醇溶液40‑60份、五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物5‑9份、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.5‑0.9份。本发明制备得到的高钙铝渣球的强度增加，在运输高钙铝渣球的过程中，高钙铝渣球的抗冲击能力增强，高钙铝渣球的破损率大大降低。同时，五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物、环戊基铁(II)二羰基二聚体与金属铝同时消耗初炼钢水中的氧，钢水中的氧显著降低。

Description

一种高钙铝渣球及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢水精炼前处理合金化技术领域，更具体的说，它涉及一种高钙铝渣球及其制备方法。
背景技术
随着国民经济的发展以及对钢材质量要求的提高，钢的冶炼技术由原来的一步法炼钢发展成为二步法炼钢，即初炼和精炼两个步骤进行。由初炼控制钢水温度和主要元素含量，之后由精炼作脱氧除杂合金化处理，以取得预期品种和质量的钢种。
在炼钢过程中，初炼钢水进入精炼炉前需在钢水表面覆盖保温剂，以防止钢水降温和表面氧化，进入精炼炉后需要进行脱氧与合金化处理，并造成一定成分的精炼渣以吸附脱氧产物及钢水中的其他杂质，达到净化钢水的目的。
钢水表面的保温措施包括：一是钢水带渣出炉，利用钢水表面的渣盖对钢水进行隔离保温，但是钢水在精炼期间由于钢渣的还原而使钢水大量回杂。二是钢水不带渣出炉，钢水表面投加保温性能较好的碳质保温剂对钢水进行隔离保温，但是碳质保温剂对钢水造成增碳作用，对冶炼低碳钢极为不利。三是采用粉煤灰等无碳保护剂，这种无碳保护剂虽然避免了钢水的增碳作用，但是粉煤灰中主要成分是氧化铝和氧化硅，一方面在精炼期间由于还原作用发生钢水回硅现象，对于冶炼某些对硅含量由严格控制的钢种非常不利，另一方面大量的氧化铝需要消耗大量的氧化钙，对降低钢水中的氧化铝夹杂非常不利。
钢水中的脱氧剂大部分采用金属铝，利用金属铝与铁水中的铁的氧化物发生氧化还原反应，从而使铁水中的氧化物还原成为金属铁。但是单纯使用纯铝脱氧则不利于钢水中杂质的吸附，因此在纯铝中加入碳酸钙、氧化铝等物质，制备生成高钙铝渣球，在还原铁的过程中，将铁水中的杂质吸附，对钢水深度除杂。
公告号为CN 100422349C的专利文件公开了一种预熔型精炼渣改质铝渣球及其制备方法，在制备该种铝渣球的过程中，将铝粉、矾土粉、石灰石粉、镁粉等原料通过玻璃水粘合至一起，之后将物料投入压球机中滚压成球，之后通过烘烤、风干制备得到铝渣球。但是在制备铝渣球的过程中，铝粉等原料仅仅通过玻璃水进行初步粘结，玻璃水在高温烘烤过程中大部分挥发，制备得到的铝渣球仅仅依靠外界压力粘结，制备得到的铝渣球的强度较小，在运输铝渣球的过程中，铝渣球容易破碎，不仅造成了材料的浪费，同时，破碎后的铝渣球粉末加入钢水中后，由于粉末的流动性较差，铝渣球粉末不能在钢水中快速形成覆盖层，导致钢水无法与外界环境隔离，大量氧气再次进入钢水中，造成了二次氧化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高钙铝渣球及其制备方法，其通过在制备高钙铝渣球的过程中，加入提高铝渣球强度的五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体，在运输铝渣球的过程中，高钙铝渣球的破碎率降低。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高钙铝渣球，按重量份数计，其原料包括：金属铝53-59份、氧化铝12-17份、碳酸钙30-36份、氧化镁10-16份、乙醇溶液40-60份、五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物5-9份、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.5-0.9份。
优选的，所述五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体的质量比为10:1。
通过采用上述技术方案，利用五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体的复配，使制备得到的高钙铝渣球的强度达到最佳，同时，炼制好的钢铁的抗氧化能力最佳。
优选的，所述乙醇溶液的浓度为89％-93％。
优选的，所述高钙铝渣球的粒径为40-60mm。
通过采用上述技术方案，高钙铝渣球加入初炼后的钢水中，可以快速在钢水表面形成覆盖层，将钢水与空气隔离，同时，该粒径下的高钙铝渣球可以在钢水中快速释放二氧化碳，达到隔绝空气的作用。
本发明的另一目的在于提供上述所述高钙铝渣球的制备方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的，一种高钙铝渣球的制备方法，包括以下步骤：
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物、环戊基铁(II)二羰基二聚体加入乙醇溶液中，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙、氧化镁、氧化铝投入混料机中混合15-19min，之后在混合料中加入配制好的混合液，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，烘干后进入电炉中烧制，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末；
第二次混合：取预混粉末、金属铝，投入混料机中混合15-19min，之后再向混合料中投入配制好的混合液，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在200-220℃的热风中经过20-24h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到高钙铝渣球。
优选的，所述预混步骤中，电炉的温度为170-190℃。
优选的，所述预混颗粒的粒径为100-120mm。
通过采用上述技术方案，预混颗粒的粒径在100-120mm的范围内，预混颗粒内部可以充分干燥。
优选的，所述预混与第二次混合步骤中，混合液的质量比为1:4。
通过采用上述技术方案，预混颗粒中的五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体首先加入一份，之后在于金属铝混合的过程中，加入五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体四份，由于表面张力的作用，铝粉与预混粉末混合的过程中需要加入足量的混合液，才能充分混合。同时，五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体可以均匀分布于制备得到的高钙铝渣球中。
优选的，所述预混粉末的粒径为100-120μm。
优选的，所述金属铝的粒径为100-120μm。
通过采用上述技术方案，将金属铝的粒径与预混粉末的粒径处理为一致的规格，可以促进金属铝与预混粉末混合均匀。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备得到的高钙铝渣球的强度增加，在运输高钙铝渣球的过程中，高钙铝渣球的抗冲击能力增强，高钙铝渣球的破损率大大降低。当高钙铝渣球加入初炼后的钢水中，高钙铝渣球快速在钢水表面形成覆盖层，将钢水与空气隔离。
2、本发明使用五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体的溶液混合高钙铝渣球的原料，在压制高钙铝渣球的过程中，乙醇大量挥发，而残留在高钙铝渣球中的五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体通过羰基将高钙铝渣球的原料吸附，提高高钙铝渣球的强度。
3、本发明制备得的高钙铝渣球的原料加入初炼后的钢水中，五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物、环戊基铁(II)二羰基二聚体分别于钢水中的氧结合，形成二氧化碳。五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物、环戊基铁(II)二羰基二聚体与金属铝同时消耗初炼钢水中的氧，钢水中的氧显著降低。
具体实施方式
本发明实施例中所涉及的所有物质均为市售。
一、制作实施例
实施例1
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物7kg、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.7kg加入乙醇溶液50kg中，乙醇溶液的浓度为91％，升高乙醇溶液温度至22℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙33kg、氧化镁13kg、氧化铝14.5kg投入混料机中混合17min，之后在混合料中加入配制好的混合液11.54kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为110mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为180℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为110μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝56kg，金属铝的粒径为110μm，投入混料机中混合17min，之后再向混合料中投入配制好的混合液46.16kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在210℃的热风中经过22h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为50mm高钙铝渣球。
实施例2
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物5kg、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.5kg加入乙醇溶液40kg中，乙醇溶液的浓度为93％，升高乙醇溶液温度至24℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙30kg、氧化镁13kg、氧化铝17kg投入混料机中混合15min，之后在混合料中加入配制好的混合液9.1kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为100mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为170℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为120μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝59kg，金属铝的粒径为100μm，投入混料机中混合17min，之后再向混合料中投入配制好的混合液55.92kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在200℃的热风中经过20h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为40mm高钙铝渣球。
实施例3
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物9kg、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.5kg加入乙醇溶液40kg中，乙醇溶液的浓度为93％，升高乙醇溶液温度至20℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙36kg、氧化镁16kg、氧化铝17kg投入混料机中混合15min，之后在混合料中加入配制好的混合液13.98kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为100mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为170℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为120μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝53kg，金属铝的粒径为120μm，投入混料机中混合19min，之后再向混合料中投入配制好的混合液55.92kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在200℃的热风中经过24h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为40mm高钙铝渣球。
实施例4
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物5kg、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.5kg加入乙醇溶液60kg中，乙醇溶液的浓度为89％，升高乙醇溶液温度至24℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙33kg、氧化镁10kg、氧化铝14.5kg投入混料机中混合19min，之后在混合料中加入配制好的混合液9.1kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为100mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为190℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为100μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝59kg，金属铝的粒径为110μm，投入混料机中混合15min，之后再向混合料中投入配制好的混合液46.16kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在220℃的热风中经过20h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为40mm高钙铝渣球。
实施例5
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物9kg、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.9kg加入乙醇溶液60kg中，乙醇溶液的浓度为89％，升高乙醇溶液温度至20℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙30kg、氧化镁13kg、氧化铝14.5kg投入混料机中混合19min，之后在混合料中加入配制好的混合液13.98kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为120mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为190℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为100μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝53kg，金属铝的粒径为100μm，投入混料机中混合17min，之后再向混合料中投入配制好的混合液46.16kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在220℃的热风中经过24h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为60mm高钙铝渣球。
实施例6
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物5kg、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.9kg加入乙醇溶液40kg中，乙醇溶液的浓度为89％，升高乙醇溶液温度至24℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙36kg、氧化镁16kg、氧化铝12kg投入混料机中混合19min，之后在混合料中加入配制好的混合液9.1kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为120mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为170℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为100μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝59kg，金属铝的粒径为120μm，投入混料机中混合19min，之后再向混合料中投入配制好的混合液36.4kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在220℃的热风中经过20h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为60mm高钙铝渣球。
二、制作对比例
对比例1
溶液配制：市售玻璃水；
预混：取碳酸钙33kg、氧化镁13kg、氧化铝14.5kg投入混料机中混合17min，之后在混合料中加入玻璃水11.54kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为110mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为180℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为110μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝56kg，金属铝的粒径为110μm，投入混料机中混合17min，之后再向混合料中投入玻璃水46.16kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在210℃的热风中经过22h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为50mm高钙铝渣球。
对比例2
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物7kg加入乙醇溶液50kg中，乙醇溶液的浓度为91％，升高乙醇溶液温度至22℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙33kg、氧化镁13kg、氧化铝14.5kg投入混料机中混合17min，之后在混合料中加入配制好的混合液11.54kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为110mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为180℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为110μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝56kg，金属铝的粒径为110μm，投入混料机中混合17min，之后再向混合料中投入配制好的混合液46.16kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在210℃的热风中经过22h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为50mm高钙铝渣球。
对比例3
溶液配制：取环戊基铁(II)二羰基二聚体0.7kg加入乙醇溶液50kg中，乙醇溶液的浓度为91％，升高乙醇溶液温度至22℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙33kg、氧化镁13kg、氧化铝14.5kg投入混料机中混合17min，之后在混合料中加入配制好的混合液11.54kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，预混颗粒的粒径为110mm，烘干后进入电炉中烧制，电炉的温度为180℃，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末，预混粉末的粒径为110μm；
第二次混合：取预混粉末、金属铝56kg，金属铝的粒径为110μm，投入混料机中混合17min，之后再向混合料中投入配制好的混合液46.16kg，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在210℃的热风中经过22h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到粒径为50mm高钙铝渣球。
三、对以上实施例以及对比例制备得到的高钙铝渣球的性能进行测试
耐氧腐蚀率性：在静态空气中进行高温氧化试验，将精炼后的钢放置于同一规格且预先焙烧的氧化铝坩埚中，然后再1000℃条件下，氧化60h，计算单位面积的氧化质量增加量。
完整率：将高钙铝渣球放到振荡筛上振荡30分钟，振荡完毕后，计算高钙铝渣球的完整率。
测试结果如表1所示。
表1各实施例以及对比例制备的高钙铝渣球的性能测试结果
性能测试 完整率/％ 除氧效率/％
实施例1 94 88
实施例2 90 85
实施例3 92 82
实施例4 89 84
实施例5 87 79
实施例6 91 85
对比例1 54 50
对比例2 69 73
对比例3 64 66
从上述表中可以看出，本发明制备得到的高钙铝渣球的强度增加，在运输高钙铝渣球的过程中，高钙铝渣球的抗冲击能力增强，高钙铝渣球的破损率大大降低。同时，五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物、环戊基铁(II)二羰基二聚体与金属铝同时消耗初炼钢水中的氧，钢水中的氧显著降低。
其中，对比例1中使用市售的玻璃水制备高钙铝渣球，铝粉等原料仅仅通过玻璃水进行初步粘结，玻璃水在高温烘烤过程中大部分挥发，制备得到的铝渣球仅仅依靠外界压力粘结，制备得到的高钙铝渣球的强度较小，在运输高钙铝渣球的过程中，高钙铝渣球容易破碎，导致完整率较低。同时，破碎后的铝渣球粉末加入钢水中后，由于粉末的流动性较差，铝渣球粉末不能在钢水中快速形成覆盖层，导致钢水无法与外界环境隔离，大量氧气再次进入钢水中，造成了二次氧化，其除氧效率较低。
对比例2中不加入五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物，由于环戊基铁(II)二羰基二聚体的还原性能较强，其除氧效率高于对比例3，但是，由于不加入五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物，其除氧效率低于实施例1。
对比例3中不加入环戊基铁(II)二羰基二聚体，由于环戊基铁(II)二羰基二聚体的使用量较少，其耐氧腐蚀率低于对比例2。同时，由于不加入环戊基铁(II)二羰基二聚体，其除氧效率低于实施例1。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种高钙铝渣球，其特征是，按重量份数计，其原料包括：金属铝53-59份、氧化铝12-17份、碳酸钙30-36份、氧化镁10-16份、乙醇溶液40-60份、五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物5-9份、环戊基铁(II)二羰基二聚体0.5-0.9份。
2.根据权利要求1所述的一种高钙铝渣球，其特征是，所述五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物与环戊基铁(II)二羰基二聚体的质量比为10:1。
3.根据权利要求1所述的一种高钙铝渣球，其特征是，所述乙醇溶液的浓度为89％-93％。
4.根据权利要求1所述的一种高钙铝渣球，其特征是，所述高钙铝渣球的粒径为40-60mm。
5.一种制备如权利要求1所述的一种高钙铝渣球的方法，其特征是，包括以下步骤：
溶液配制：取五甲基环戊二烯基二羰基铁二聚物、环戊基铁(II)二羰基二聚体加入乙醇溶液中，升高乙醇溶液温度至20-24℃，搅拌直至完全溶解，得到混合液；
预混：取碳酸钙、氧化镁、氧化铝投入混料机中混合15-19min，之后在混合料中加入配制好的混合液，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成预混颗粒，烘干后进入电炉中烧制，出炉冷却后，将预混颗粒磨粉，制成预混粉末；
第二次混合：取预混粉末、金属铝，投入混料机中混合15-19min，之后再向混合料中投入配制好的混合液，搅拌均匀后，将拌合均匀的物料投入压球机中滚压形成高钙铝渣球颗粒；将高钙铝渣球颗粒在200-220℃的热风中经过20-24h烘干，取出高钙铝渣球颗粒后，自然冷却至室温，制备得到高钙铝渣球。
6.根据权利要求5所述的一种高钙铝渣球的制备方法，其特征是，所述预混步骤中，电炉的温度为170-190℃。
7.根据权利要求5所述的一种高钙铝渣球的制备方法，其特征是，所述预混颗粒的粒径为100-120mm。
8.根据权利要求5所述的一种高钙铝渣球的制备方法，其特征是，所述预混与第二次混合步骤中，混合液的质量比为1:4。
9.根据权利要求5所述的一种高钙铝渣球的制备方法，其特征是，所述预混粉末的粒径为100-120μm。
10.根据权利要求9所述的一种高钙铝渣球的制备方法，其特征是，所述金属铝的粒径为100-120μm。
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