CN108118112A

CN108118112A - 钙镁预熔基铝质钢水净化剂及其制备方法

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Publication number: CN108118112A
Application number: CN201711400172.8A
Authority: CN
Inventors: 陈来祥
Original assignee: MAANSHAN ZHONGKE METALLURGICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MAANSHAN ZHONGKE METALLURGICAL MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-06-05
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: CN108118112B

Abstract

本发明公开了一种钙镁预熔基铝质钢水净化剂及其制备方法，属于冶金新材料领域。本发明的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁预熔基料与金属铝制备得到，其成分的质量分数为：CaO：12.5～38％、MgO：2.5～10.3％、Al₂O₃：4.9～17.5％、Al：35～70％，Ca：0～7.3％，余量为SiO₂、Fe₂O₃、C等杂质，其杂质总量≤4.5％。在钢水净化处理过程中产生的脱氧产物以及钢水前期的其它脱氧夹杂物均可被有效吸收随熔渣排除，在钢水净化处理过程中是熔融液态渣系，完全避免了原三氧化二铝或铝酸钙材料和金属铝混合的钢水净化剂熔点高，在钢水净化处理过程中结块、熔化不透现象。

Description

钙镁预熔基铝质钢水净化剂及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金新材料领域，更具体地说，涉及一种钙镁预熔基铝质钢水净化剂及其制备方法。

背景技术

钢水净化剂是在炼钢过程中在特定钢种上使用的一种冶金材料，在炼钢过程中为了使钢水达到某种质量要求，往往需要加入钢水净化剂对钢水进行处理。如以铝质脱氧剂脱氧的钢水，是采用以三氧化二铝材料或铝酸钙与金属铝混合的钢水净化剂，其结果是对钢水进行脱氧的产物是Al₂O₃，以及在脱氧的同时增加钢中Als(酸溶铝)含量。该类钢水净化剂有其固有的缺陷，一是脱氧产物Al₂O₃不易吸收清除，需要增加钢水精炼工序以达到洁净钢水的目的；二是渣系熔点高，一般达到1500℃以上，在钢水净化处理后期熔渣不易排除，以及熔渣粘稠，渣系中带铁量比较高，增加了炼钢的铁损耗；三是该类净化剂的基料是以单独分散物料按一定配比混合而成，而不是预先合成的。在实用过程中，因钢水高温及钢水冲搅动能的不同，使其调质效果不稳定。

目前公开的钢水净化处理剂有多种，主要是以铝质脱氧剂为主。例如，中国专利申请号为：2007100123232，申请公开日为2009年2月4日的专利申请文件公开了一种冶金工业用于炼钢生产中脱硫、脱氧、造渣的钢水净化剂——铝钙质造渣剂。其由下列原料组成：铝45％、碳酸钙矿物质30％、碳化硅5％、高岭土10％、水泥熟料10％；将上述原料进行造粒，粒度<Φ20mm。铝钙质造渣剂在生产过程中不产生三废污染，即能脱硫、脱氧、造渣，同时在钢水中产生二氧化碳气体，这种气体在钢水内上浮时可将钢水中的渣类充分带到钢水表面，无夹渣现象产生，从而净化钢水，提高钢材品质。

该专利申请的特点是碳酸钙产生CO₂气体上浮清除杂质，这仅对大颗粒液态杂质有一定效果，对微小固态夹杂的清除现行的钢水底吹氩工艺都不能解决，那么碳酸钙产生的微小CO₂气体又能何为。另一个特点是，所提供的造渣材料一般只能在钢水冶炼过程中成渣，而直接加入终点钢水是难以成渣的，何况其渣系是以硅酸钙为重要部分，形成熔融均匀渣系少有可能。

又如，中国专利申请号为：2009101045437，申请公开日为2010年1月20日的专利申请文件公开了一种钢水脱氧改质剂，包括如下重量百分比的组分：金属铝粒：重量百分比为10～60％；铝酸钙精炼剂：重量百分比为35～80％；添加剂CaCO₃：1～20％；铝酸钙精炼剂由Al₂O₃和CaO组成，Al₂O₃与CaO之间的重量百分比在0.8～3.5∶1～4.5之间。该发明的钢水脱氧改质剂，其作为脱氧改质剂解决了其焊条钢生产的水口结瘤问题，作为顶渣改质剂用于出钢过程钢包顶渣改质，及LF造白渣脱氧脱硫，解决了薄板坯连铸连轧低[Si]、低[C]钢的生产；采用无水结合剂压制成型工艺进行生产，产品呈椭球状，强度好，能够满足高位料仓的进料要求；不含游离CaO、CaC₂等易吸潮物质，储存时间长。

该专利申请的特点是加入铝酸钙精炼剂，通常铝酸钙精炼剂是在钢水精炼过程中作为渣系使用，有脱硫、脱氧的作用。如果饱和的铝酸钙(不含游离CaO)在与钢水中Al₂O₃夹杂发生碰撞时，不能再生成钙铝酸盐之类而致吸附夹杂能力不强，对钢水难以起到净化作用。另一特点是，采用Al取代其他含Si的脱氧剂对低Si钢种进行脱氧，其结果是Al脱氧产物Al₂O₃夹杂，上述铝酸钙精炼剂又不能完全清除，反而给钢水增加了有害的脆性夹杂。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有的钢水净化剂存在脱氧产物Al₂O₃不易吸收清除、处理效果不稳定等缺陷，本发明提供一种新型的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，净化剂中的钙镁基料是不饱和烧结预熔型的，其物相均匀，因此脱氧产物Al₂O₃易被不饱和钙镁基料捕获和吸收，且对钢水其它类型的脱氧产物如硅酸钙类亦有捕获和黏附作用，因而可有效净化钢水，提高了钢水净化剂处理过程的效果和稳定性。

同时，本发明提供了一种制备这种钙镁预熔基铝质钢水净化剂的方法，按照一定比例烧结预熔得到不饱和钙镁基料，然后再与金属铝按规定比例混合得到。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝制备得到，其组分质量分数为：CaO：12.5～38％、MgO：2.5～10.3％、Al₂O₃：4.9～17.5％、Al：35～70％，余量为SiO₂、Fe₂O₃、C等杂质，其杂质总量≤4.5％。

更进一步地，所述的预熔型不饱和钙镁基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，预熔型不饱和钙镁基料中含有CaO：56.3～64.5％，Al₂O₃：16.7～34.6％，MgO：5.3～17.2％，余量为SiO₂＜2.1％，Fe₂O₃≤1.7％，C＜4.2％，上述均为质量分数。

更进一步地，所述的含CaO材料为石灰，所述石灰中CaO≥90％，SiO2≤3％，上述均为质量分数。

更进一步地，所述的含Al2O3材料为铝矾土，所述铝矾土中Al2O3≥88％，Fe2O3≤1.5％，上述均为质量分数。

更进一步地，所述的含MgO材料为镁砂，所述镁砂中MgO≥95％，SiO2≤2.2％，上述均为质量分数。

更进一步地：该净化剂中还包括金属Ca元素，其元素质量分数为：Ca：0～7.3％。

上述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择原料石灰、铝矾土和镁砂，分别破碎、细磨；

(2)按比例配料、加结合剂，混匀、压块；

(3)将压块烘干，并放入烧结炉中烧结预熔，烧结预熔温度控制为1350～1450℃；

(4)将预熔的不饱和钙镁基料破碎或磨细与金属铝粉混合；

(5)将上述混合料直接分量包装或造粒或压球。

更进一步地，步骤(1)中将原料磨至粒径≤0.1mm。

更进一步地，步骤(2)中的结合剂由羧甲基纤维素、聚合树脂和水玻璃按照质量比(2-4)：(2-4)：1组成。

现有的三氧化二铝或铝酸钙和金属铝混合的钢水净化剂的固有缺陷，如：一是脱氧产物Al₂O₃不易吸收清除，需要增加钢水精炼工序以达到洁净钢水的目的；二是渣系熔点高，一般达到1500℃以上，在钢水净化处理后期熔渣不易排除，以及熔渣粘稠，渣系中带铁量比较高，增加了炼钢的铁损耗；三是该类净化剂的基料是以单独分散物料按一定配比混合而成，而不是预先合成的。在实用过程中，因钢水高温及钢水冲搅功能的不同，使其调质效果不稳定。

本发明提供一种新型的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其优越性有：(1)钢水净化处理脱氧产物Al₂O₃易被不饱和钙镁基料捕获和吸收，以及对钢水其它类型的脱氧产物如硅酸钙类亦有捕获和黏附作用，因而可有效净化钢水。(2)钢水净化剂中金属钙对少量残余的微小脆性夹杂物有球化变性作用。(3)钙镁预熔基铝质钢水净化剂的熔点在1400℃左右，在钢水净化剂处理过程是呈液态渣系，易于排除，并最大限度地减少钢水净化处理过程中的铁损。(4)钙镁预熔基铝质钢水净化剂中的钙镁基料是不饱和烧结预熔型的，其物相均匀，有效提高了钢水净化剂处理过程的效果和稳定性。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用预熔不饱和钙镁基料为基料，在钢水净化处理过程中产生的脱氧产物以及钢水前期的其它脱氧夹杂物均可被有效吸收随熔渣排除。

(2)本发明钙镁预熔基铝质钢水净化剂，在钢水净化处理过程中是熔融液态渣系，完全避免了原三氧化二铝或铝酸钙材料和金属铝混合的钢水净化剂熔点高，在钢水净化处理过程中结块、熔化不透现象。

(3)本发明钙镁预熔基铝质钢水净化剂，对其含Al量进行合理设计，避免了钢水脱氧和钢水Als增量不匹配的问题，减少了钢水净化过程中需要采取的其它控制手段。

(4)本发明钙镁预熔基铝质钢水净化剂，对钢水净化处理的指标优化且稳定，同时排渣容易、铁损少、成本降低。

(5)本发明钙镁预熔基铝质钢水净化剂，因其钙镁基料不饱和度和金属铝含量的精准设计，并采取了烧结预熔的制备工艺，使整个渣系的熔点控制在1400℃左右，使其净化效果和稳定性得到极大改善。

(6)本发明将含CaO、MgO、Al₂O₃相关材料在一起烧结预熔，并设计调整CaO、MgO、Al₂O₃三者之间的成分配比，使其产生钙铝酸盐和钙镁铝酸盐不饱和钙镁预熔基料(含有游离的活性CaO和MgO)，该基料一旦遇到脱氧产物如Al₂O₃之类，即产生吸附和盐类生成反映，而这些盐类在钢水温度下是呈液态而有效上浮，从而有效清除Al₂O₃类微小固态夹杂物，达到净化钢水的目的。

(7)本发明钙镁基铝质钢水净化剂中针对不同钢种还添加金属钙成分，目的是对钢水中残留的少量有害脆性夹杂物进行球化变性处理，使其钢水净化效果最优化。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝制备得到，其各组分的质量分数为：CaO：27.5％、MgO：2.5％、Al₂O₃：16.3％、Al：49.2％，余量为SiO₂、Fe₂O₃、C等杂质，其杂质总量≤4.5％。其中预熔型不饱和钙镁预熔基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，含CaO材料为石灰，该石灰中CaO≥90％，SiO₂≤3％，含Al₂O₃材料为铝矾土，所述铝矾土中Al₂O₃≥88％，Fe₂O₃≤1.5％，含MgO材料为镁砂，镁砂中MgO≥95％，SiO₂≤2.2％，上述均为质量分数。本实施例中的预熔型不饱和钙镁预熔基料中含有CaO：58.1％，Al₂O₃：34.5％，MgO：5.3％，余量为SiO₂＜2.6％，Fe₂O₃＜1.9％，C＜4.5％，SiO₂、Fe₂O₃、C总的杂质量不超过2.1％，上述均为质量分数。

按照以下方法制备钢水净化剂：

(1)选择原料石灰和铝矾土和镁砂，分别破碎、细磨，使粒径≤0.1mm；

(2)按比例配料、加结合剂(结合剂由羧甲基纤维素、聚合树脂和水玻璃按照质量比(2：3：1组成)，混匀、压块；

(3)将压块烘干，并放入烧结炉中烧结预熔，烧结时先升温至800℃左右，保温1.5小时，去除结晶水以及挥发性的杂质，然后升温至1350℃左右，烧结1.5小时，，得到预熔的不饱和钙镁基料；

(4)将预熔的不饱和钙镁基料破碎或磨细与金属铝粉混合；

(5)将上述混合料直接分量包装或造粒或压球。

最后制备得到的钢水净化剂的各成分质量分数为：CaO：27.5％、MgO：2.5％、Al₂O₃：16.3％，Al：49.2％，SiO₂：0.5％，Fe₂O₃：1.1％，C：1.9％，余量为一些不可避免的杂质，用于转炉公称容量220吨，钢种：Q550D，其钢水经净化处理后，其成分：C：0.16％、Si：0.52％、Mn：1.78％、S0.016％、P：0.020％、Als：0.021％，余量为Fe。相比较其脱氧率比铝酸钙与金属铝混合的钢水净化剂提高28％，钢中Als增量提高19％，钢中夹杂总量降幅提高32％，钢水净化处理综合成本比原工艺降低26％。

实施例2

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝制备得到，其各组分的质量分数为：CaO：12.5％、Al₂O₃：4.9％、MgO：3.8％、Al：70％，余量为SiO₂、Fe₂O₃、C等杂质，其杂质总量≤4.5％。其中预熔型不饱和钙镁预熔基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，含CaO材料为石灰，该石灰中CaO≥90％，SiO₂≤3％，含Al₂O₃材料为铝矾土，所述铝矾土中Al₂O₃≥88％，Fe₂O₃≤1.5％，含MgO材料为镁砂，镁砂中MgO≥95％，SiO₂≤2.2％，上述均为质量分数。本实施例中的预熔型不饱和钙镁预熔基料中含有CaO：56.3％，Al₂O₃：22.5％，MgO：17.2％，余量为SiO₂＜2.6％，Fe₂O₃＜1.9％，C＜4.5％，SiO₂、Fe₂O₃、C总的杂质量不超过4.0％，上述均为质量分数。

按照以下方法制备净化剂：

(2)按比例配料、加结合剂(结合剂由羧甲基纤维素、聚合树脂和水玻璃按照质量比(3：4：1组成)，混匀、压块；

(3)将压块烘干，并放入烧结炉中烧结预熔，烧结时先升温至900℃左右，保温1小时，去除结晶水以及挥发性的杂质，然后升温至1400℃左右，烧结1小时，得到预熔的不饱和钙镁基料；

(4)将预熔的不饱和钙镁基料破碎或磨细与金属铝粉混合；

(5)将上述混合料直接分量包装或造粒或压球。

最后制备得到的钢水净化剂的各成分质量分数为：CaO：12.5％、Al₂O₃：4.9％、MgO：3.8％，Al：70％，SiO₂：0.2％，Fe₂O₃：0.4％，Ca：3.1％，C：1.1％，余量为一些不可避免的杂质，用于转炉公称容量180吨，钢种：HC300/500ZF，其钢水经净化处理后，其成分：C：0.10％、Si：0.67％、Mn：1.81％、S：0.010％、P：0.057％、Als：1.32％，余量为Fe。相比较其脱氧率比三氧化二铝与金属铝混合的钢水净化剂提高31％，钢中Als增量提高27％，钢中夹杂总量降幅提高39％，钢水净化处理综合成本比原工艺降低28％。

实施例3

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝、钙制备得到，其中预熔型不饱和钙镁预熔基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，含CaO材料为石灰，该石灰中CaO≥90％，SiO₂≤3％，含Al₂O₃材料为铝矾土，所述铝矾土中Al₂O₃≥88％，Fe₂O₃≤1.5％，含MgO材料为镁砂，镁砂中MgO≥95％，SiO₂≤2.2％，上述均为质量分数。本实施例中的预熔型不饱和钙镁预熔基料中含有CaO：64.5％，Al₂O₃：23.0％，MgO：10.4％，余量为SiO₂＜2.6％，Fe₂O₃＜1.9％，C＜4.5％，SiO₂、Fe₂O₃、C总的杂质量不超过2.1％，上述均为质量分数。

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其成分质量分数为：CaO：29.8％，Al₂O₃：10.6％，MgO：4.8％，Al：42.5％，SiO₂：1.1％，Fe₂O₃：1.2％，C：1.7％，Ca：7.3％，余量为一些不可避免的杂质，用于转炉公称容量150吨，钢种：HR550F，其钢水经净化处理后，其成分：C：0.11％、Si：0.39％、Mn：1.62％、S：0.011％、P：0.014％、Als：0.028％，余量为Fe。相比较其脱氧率比三氧化二铝与金属铝混合的钢水净化剂提高30％，钢中Als增量提高25％，钢中夹杂总量降幅提高43％，钢水净化处理综合成本比原工艺降低31％。

实施例4

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝、钙制备得到，其中预熔型不饱和钙镁预熔基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，含CaO材料为石灰，该石灰中CaO≥90％，SiO₂≤3％，含Al₂O₃材料为铝矾土，所述铝矾土中Al₂O₃≥88％，Fe₂O₃≤1.5％，含MgO材料为镁砂，镁砂中MgO≥95％，SiO₂≤2.2％，上述均为质量分数。本实施例中的预熔型不饱和钙镁预熔基料中含有CaO：63.8％，Al₂O₃：16.7％，MgO：17.2％，余量为SiO₂＜2.6％，Fe₂O₃＜1.9％，C＜4.5％，SiO₂、Fe₂O₃、C总的杂质量不超过2.3％，上述均为质量分数。

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其成分质量分数为：CaO：38.0％，Al₂O₃：9.9％，MgO：10.3％，Al：35％，SiO₂：0.5％，Fe₂O₃：1.7％，C：3.2％，余量为一些不可避免的杂质，用于转炉公称容量90吨，钢种：ML20B，其钢水经净化处理后，其成分：C：0.20％、Si：0.31％、Mn：0.63％、S：0.024％、P：0.021％、Als：0.027％，B：0.0018％，余量为Fe。相比较其脱氧率比铝酸钙与金属铝混合的钢水净化剂提高24％，钢中Als增量提高19％，钢中夹杂总量降幅提高41％，钢水净化处理综合成本比原工艺降低33％。

实施例5

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝、钙制备得到，其中预熔型不饱和钙镁预熔基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，含CaO材料为石灰，该石灰中CaO≥90％，SiO₂≤3％，含Al₂O₃材料为铝矾土，所述铝矾土中Al₂O₃≥88％，Fe₂O₃≤1.5％，含MgO材料为镁砂，镁砂中MgO≥95％，SiO₂≤2.2％，上述均为质量分数。本实施例中的预熔型不饱和钙镁预熔基料中含有CaO：60.4％，Al₂O₃：25.7％，MgO：12.2％，余量为SiO₂＜2.6％，Fe₂O₃＜1.9％，C＜4.5％，SiO₂、Fe₂O₃、C总的杂质量不超过1.7％，上述均为质量分数。

钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其成分质量分数为：CaO：20.6％，Al₂O₃：8.8％，MgO：4.2％，Al：57.6％，SiO₂：0.4％，Fe₂O₃：1.2％，C：2.1％，Ca：4.6％.，余量为一些不可避免的杂质，用于转炉公称容量100吨，钢种：Q1030D，其钢水经净化处理后，其成分：C：0.17％、Si：0.65％、Mn：1.47％、S：0.007％、P：0.012％、Cr：1.13％，V：0.09％，Als：0.032％，余量为Fe。相比较其脱氧率比三氧化二铝与金属铝混合的钢水净化剂提高34％，钢中Als增量提高37％，钢中夹杂总量降幅提高46％，钢水净化处理综合成本比原工艺降低36％。

Claims

1.一种钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其特征在于：由预熔型不饱和钙镁基料与金属铝制备得到，其组分质量分数为：CaO：12.5～38％、MgO：2.5～10.3％、Al₂O₃：4.9～17.5％、Al：35～70％，余量为SiO₂、Fe₂O₃、C等杂质，其杂质总量≤4.5％。

2.根据权利要求1所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其特征在于：所述的预熔型不饱和钙镁基料由含CaO材料和含Al₂O₃材料和含MgO材料按比例混合烧结预熔得到，预熔型不饱和钙镁基料中含有CaO：56.3～64.5％，MgO：5.3～17.2％，Al₂O₃：16.7～34.5％，余量为SiO₂＜2.1％，Fe₂O₃＜1.7％，C＜4.2％，上述均为质量分数。

3.根据权利要求2所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其特征在于：所述的含CaO材料为石灰，所述石灰中CaO≥90％，SiO2≤3％，上述均为质量分数。

4.根据权利要求2所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其特征在于：所述的含Al2O3材料为铝矾土，所述铝矾土中Al2O3≥88％，Fe2O3≤1.5％，上述均为质量分数。

5.根据权利要求2所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其特征在于：所述的含MgO材料为镁砂，所述镁砂中MgO≥95％，SiO2≤2.2％，上述均为质量分数。

6.根据权利要求1或2所述钙镁预熔基铝质钢水净化剂，其特征在于：该净化剂中还包括Ca，其质量分数为：Ca：0～7.3％。

7.权利要求1～6中任意一项所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择原料石灰、镁砂和铝矾土，分别破碎、细磨；

(2)按比例配料、加结合剂，混匀、压块；

(4)将预熔的不饱和钙镁基料破碎或磨细与金属铝粉混合；

(5)将上述混合料直接分量包装或造粒或压球。

8.根据权利要求6所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中将原料磨至粒径≤0.1mm。

9.根据权利要求6所述的钙镁预熔基铝质钢水净化剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的结合剂由羧甲基纤维素、聚合树脂和水玻璃按照质量比(2-4)：(2-4)：1组成。