CN115109892A - 造渣材料、制备方法及其在制备高纯净铬系铸铁中的应用 - Google Patents

造渣材料、制备方法及其在制备高纯净铬系铸铁中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉42‑60份、钝化石灰粉6‑10份、石英粉5‑8份、蒙脱石粉4‑6份、萤石粉7‑12份、凹凸棒土粉6‑11份、纸板8‑15份、粘结剂5.2‑7份、水62‑80份。采用本发明的造渣材料，可实现有效降低了铬系铸铁中的氧含量和氢含量，在不增加合金化元素的基础上，不仅可大大提高了铬系铸铁的冲击功，提升了耐磨性能，而且可大大降低生产成本。

Description

造渣材料、制备方法及其在制备高纯净铬系铸铁中的应用
技术领域
本发明属于精炼铬系铸铁技术领域，具体涉及一种造渣材料、制备方法及其在制备高纯净铬系铸铁中的应用。
背景技术
铬系铸铁(包括铬3低铬铸铁材料、铬9中铬铸铁材料、铬15高铬铸铁材料、铬26超高铬铸铁材料)是目前国内外应用十分广泛的耐磨材料之一，在冶金、矿山、建材、电力、交通、机械等领域广泛应用。随着我们经济的发展，各行各业都在经济转型，从低端产品向高端产品发展，现有的铬系铸铁难以满足高端产品的要求，添加合金化元素虽然能提高铬系铸铁的力学性能，但是合金化元素含量过高，对熔炼、热处理工艺的要求也相应提高，增加了工艺的难度，而且合金化元素通常价格较为昂贵，会导致成本大幅度增加。因此，如何寻求在不增加合金化元素的基础上，提高铬系铸铁性能，成为了新的研发方向。
发明内容
本发明提供一种造渣材料、制备方法及其在制备高纯净铬系铸铁中的应用，以解决如何在不增加金属元素的基础上，提高铬系铸铁性能的问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉42-60份、钝化石灰粉6-10份、石英粉5-8份、蒙脱石粉4-6份、萤石粉7-12份、凹凸棒土粉6-11份、纸板8-15份、粘结剂5.2-7份、水62-80份。
进一步地，所述活性白土粉的质量指标为：Al2O3：16.93-19.74％；MgO：3.25-5.83％；粒度为800-900目。
进一步地，所述钝化石灰粉的质量指标为：CaO：≥95.78％；粒度为700-800目。
进一步地，所述石英粉的粒度为800-1000目。
进一步地，所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO2：52.98-66.71％；Al2O3：12.65-27.02％；粒度为800-900目。
进一步地，所述萤石粉的质量指标为：CaF2：≥76.35％；粒度为800-900目。
进一步地，所述凹凸棒土粉的粒度为800-1000目。
进一步地，所述粘结剂为酚醛树脂。
本发明还提供一种造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将活性白土粉、钝化石灰粉、石英粉、蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉、纸板、粘结剂、水加入搅拌机中，在转速400-500r/min下搅拌0.9-1.2h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8-1.4cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在82-91℃下干燥8-10h，制得造渣材料。
本发明还提供一种造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在制备高纯净铬系铸铁液装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
(3)将气体扩散器安装在制备高纯净铬系铸铁液装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
(4)准备材料：按铬系铸铁液的化学成分要求，称量好熔炼铬系铸铁液的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中进行熔炼，熔炼过程中吹注氦气和铬系铸铁液表面覆盖造渣材料处理，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬系铸铁液液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
(8)控温出钢：控制温度，出铬系铸铁液后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬系铸铁。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制得的造渣材料成分均匀稳定性好，具有低熔点，黏度适宜，体积密度小等优点，可实现在铬系铸铁液表面流动性好，熔化速度快；使用本发明制得的造渣材料后，比原装置单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少3.6-4.5℃，可改善渣流动性，减少扒渣环节。
(2)本发明的蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉在制备铬26超高铬铸铁中起到了协同作用，协同提高了铬26超高铬铸铁的冲击功。这是因为：蒙脱石粉含SiO2，萤石粉含CaF2，而SiO2与CaF2反应达到脱氢的效果；凹凸棒土粉的表面吸附能力比较强，具有很好的吸附性能，可吸附铬铸铁液中的氢等不纯物。在蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉相互配合下，降低了铬26超高铬铸铁中的氢含量，协同提高了铬26超高铬铸铁的冲击功。
(3)采用本发明的造渣材料，可实现有效降低了铬26超高铬铸铁中的氧含量和氢含量，在不增加合金化元素的基础上，大大提高了铬26超高铬铸铁的冲击功，提升了耐磨性能，制得的高纯净铬26超高铬铸铁的冲击功为7.8J/cm2，氧含量为8.6ppm，氢含量为2.1ppm。
具体实施方式
为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。
在本发明的实施例中，所述造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉42-60份、钝化石灰粉6-10份、石英粉5-8份、蒙脱石粉4-6份、萤石粉7-12份、凹凸棒土粉6-11份、纸板8-15份、粘结剂5.2-7份、水62-80份；
所述活性白土粉的质量指标为：Al2O3：16.93-19.74％；MgO：
3.25-5.83％；粒度为800-900目；
所述钝化石灰粉的质量指标为：CaO：≥95.78％；粒度为700-800目；
所述石英粉的粒度为800-1000目；
所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO2：52.98-66.71％；Al2O3：12.65-27.02％；粒度为800-900目；
所述萤石粉的质量指标为：CaF2：≥76.35％；粒度为800-900目；
所述凹凸棒土粉的粒度为800-1000目；
所述粘结剂为酚醛树脂；
所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将活性白土粉、钝化石灰粉、石英粉、蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉、纸板、粘结剂、水加入搅拌机中，在转速400-500r/min下搅拌0.9-1.2h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8-1.4cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在82-91℃下干燥8-10h，制得造渣材料。
下面通过更具体的实施例加以说明。
实施例1
一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉50份、钝化石灰粉9份、石英粉6份、蒙脱石粉5份、萤石粉10份、凹凸棒土粉10份、纸板12份、粘结剂6份、水70份；
所述活性白土粉的质量指标为：Al2O3：18.36％；MgO：4.18％；粒度为800目；
所述钝化石灰粉的质量指标为：CaO：96.39％；粒度为700目；
所述石英粉的粒度为900目；
所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO2：62.37％；Al2O3：20.54％；粒度为900目；
所述萤石粉的质量指标为：CaF2：77.25％；粒度为900目；
所述凹凸棒土粉的粒度为800目；
所述粘结剂为酚醛树脂；
所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将活性白土粉、钝化石灰粉、石英粉、蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉、纸板、粘结剂、水加入搅拌机中，在转速500r/min下搅拌0.9h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.2cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在85℃下干燥9h，制得造渣材料。
实施例2
一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉43份、钝化石灰粉6份、石英粉5份、蒙脱石粉5份、萤石粉8份、凹凸棒土粉6份、纸板9份、粘结剂5.6份、水65份；
所述活性白土粉的质量指标为：Al2O3：17.02％；MgO：3.64％；粒度为800目；
所述钝化石灰粉的质量指标为：CaO：95.91％；粒度为700目；
所述石英粉的粒度为800-1000目；
所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO2：55.61％；Al2O3：15.24％；粒度为800目；
所述萤石粉的质量指标为：CaF2：77.82％；粒度为800目；
所述凹凸棒土粉的粒度为800目；
所述粘结剂为酚醛树脂；
所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将活性白土粉、钝化石灰粉、石英粉、蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉、纸板、粘结剂、水加入搅拌机中，在转速500r/min下搅拌1h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在83℃下干燥10h，制得造渣材料。
实施例3
一种造渣材料，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉58份、钝化石灰粉9份、石英粉8份、蒙脱石粉6份、萤石粉11份、凹凸棒土粉10份、纸板14份、粘结剂6.7份、水78份；
所述活性白土粉的质量指标为：Al2O3：19.28％；MgO：5.15％；粒度为900目；
所述钝化石灰粉的质量指标为：CaO：96.23％；粒度为700目；
所述石英粉的粒度为1000目；
所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO2：64.57％；Al2O3：23.21％；粒度为800目；
所述萤石粉的质量指标为：CaF2：73.69％；粒度为900目；
所述凹凸棒土粉的粒度为800目；
所述粘结剂为酚醛树脂；
所述造渣材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数，将活性白土粉、钝化石灰粉、石英粉、蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉、纸板、粘结剂、水加入搅拌机中，在转速400r/min下搅拌1.2h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.3cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在90℃下干燥8h，制得造渣材料。
(一)造渣材料的性能检测
对实施例1-3制得的造渣材料进行性能检测，结果如下表所示。
试验组 熔点(℃) 黏度(Pa·S) 体积密度(g/cm<sup>3</sup>)
实施例1 1315 0.4 1.23
实施例2 1294 0.9 1.33
实施例3 1328 1.2 1.51
由上表可知：本发明制得的造渣材料成分均匀稳定性好，具有低熔点(1294-1328℃)，黏度适宜(0.4-1.2Pa·S)，体积密度小(1.23-1.51g/cm3)等优点，可实现在铬系铸铁液表面流动性好，熔化速度快。
(二)造渣材料的使用检测
将实施例1-3制得的造渣材料进行炼铬系铸铁实际使用。用量为0.75kg/吨铬系铸铁。经观测：产品辅展性好，能真接与残渣发生反应降低残渣熔点和粘度，测温枪能轻易透过渣层快速测量铬系铸铁液温度；同时使用该造渣材料后，比原装置单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少3.6-4.5℃，可改善渣流动性，减少扒渣环节。
(三)造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用
实施例4
一种造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在制备高纯净铬系铸铁液装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
(3)将气体扩散器安装在制备高纯净铬系铸铁液装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
(4)准备材料：按铬系铸铁液的化学成分要求，称量好熔炼铬系铸铁液的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中进行熔炼，熔炼过程中吹注氦气和铬系铸铁液表面覆盖实施例1的造渣材料处理，用量为0.75kg/吨铬系铸铁，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬系铸铁液液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
(8)控温出钢：控制温度，出铬系铸铁液后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬系铸铁，采用光谱分析(按质量百分含量计)，得到包括以下成分：27.14％的Cr、3.02％的C、0.88％的Si、1.36％的Mn、0.52％的Cu、0.38％的Mo，其它微量元素含量为0.68％，余量为Fe。
对比例1
与实施例4的造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣材料的原料中缺少蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉。
对比例2
与对比例1的造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣材料的原料中增加蒙脱石粉。
对比例3
与对比例1的造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣材料的原料中增加萤石粉。
对比例4
与对比例1的造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是制备造渣材料的原料中增加凹凸棒土粉。
对实施例4、对比例1-4制备的铬系铸铁的冲击功及氧、氢含量进行检测，结果如下：
试验组 冲击功(J/cm<sup>2</sup>) 氧含量(ppm) 氢含量(ppm)
实施例4 7.8 8.6 2.1
对比例1 5.2 - -
对比例2 5.5 - -
对比例3 5.9 - -
对比例4 6.1 - -
注：氧、氢含量采用光谱分析检测；“-”表示不检查’。
由上表可知：(1)采用本发明的造渣材料，制得的高纯净铬系铸铁(铬26超高铬铸铁)的冲击功为7.8J/cm2，氧含量为8.6ppm，氢含量为2.1ppm，可见应用本发明的造渣材料的制备工艺，可实现有效降低了铬26超高铬铸铁中的氧含量和氢含量，在不增加合金化元素的基础上，大大提高了铬26超高铬铸铁的冲击功，提升了耐磨性能。
(2)由实施例4和对比例1-4的冲击功数据，蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉在制备铬26超高铬铸铁中起到了协同作用，协同提高了铬26超高铬铸铁的冲击功。这是因为：蒙脱石粉含SiO2，萤石粉含CaF2，而SiO2与CaF2反应达到脱氢的效果；凹凸棒土粉的表面吸附能力比较强，具有很好的吸附性能，可吸附铬铸铁液中的氢等不纯物。在蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉相互配合下，降低了铬26超高铬铸铁中的氢含量，协同提高了铬26超高铬铸铁的冲击功。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种造渣材料，其特征在于，以重量份为单位，包括以下原料：活性白土粉42-60份、钝化石灰粉6-10份、石英粉5-8份、蒙脱石粉4-6份、萤石粉7-12份、凹凸棒土粉6-11份、纸板8-15份、粘结剂5.2-7份、水62-80份。
2.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述活性白土粉的质量指标为：Al2O3：16.93-19.74％；MgO：3.25-5.83％；粒度为800-900目。
3.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述钝化石灰粉的质量指标为：CaO：≥95.78％；粒度为700-800目。
4.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述石英粉的粒度为800-1000目。
5.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述蒙脱石粉原料的质量指标为：SiO2：52.98-66.71％；Al2O3：12.65-27.02％；粒度为800-900目。
6.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述萤石粉的质量指标为：CaF2：≥76.35％；粒度为800-900目。
7.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述凹凸棒土粉的粒度为800-1000目。
8.根据权利要求1所述的造渣材料，其特征在于，所述粘结剂为酚醛树脂。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的造渣材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按重量份数，将活性白土粉、钝化石灰粉、石英粉、蒙脱石粉、萤石粉、凹凸棒土粉、纸板、粘结剂、水加入搅拌机中，在转速400-500r/min下搅拌0.9-1.2h，制得均匀浆料；
2)将步骤1)制得的均匀浆料加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为0.8-1.4cm的颗粒；
3)将步骤2)制得的颗粒送入烘箱中，在82-91℃下干燥8-10h，制得造渣材料。
10.一种根据权利要求9所述方法制备的造渣材料在制备高纯净铬系铸铁中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)打结坩埚：将透气砖按要求安装在制备高纯净铬系铸铁液装置底部，然后使用炉衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
(2)根据装置容积大小设计制造气体扩散器，气体扩散器其粒度设计为能使气流最佳化并具有抗金属穿透性；
(3)将气体扩散器安装在制备高纯净铬系铸铁液装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氦气瓶；
(4)准备材料：按铬系铸铁液的化学成分要求，称量好熔炼铬系铸铁液的各种材料，备用；
(5)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中进行熔炼，熔炼过程中吹注氦气和铬系铸铁液表面覆盖造渣材料处理，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
(6)调整化学成分：根据取样分析结果，计算和加入调整材料至全部熔化；
(7)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氦气，使铬系铸铁液液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面造渣材料结合；
(8)控温出钢：控制温度，出铬系铸铁液后经浇注、退火、淬火，制得高纯净铬系铸铁。
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