CN116087027A

CN116087027A - 一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法

Info

Publication number: CN116087027A
Application number: CN202310371299.0A
Authority: CN
Inventors: 窦猛; 聂文金; 皋萍; 王平; 戴伟; 孙陈君
Original assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province; Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd
Current assignee: Institute Of Research Of Iron & Steel shagang jiangsu Province; Jiangsu Shagang Group Co Ltd; Zhangjiagang Hongchang Steel Plate Co Ltd
Priority date: 2023-04-10
Filing date: 2023-04-10
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2043-04-10
Also published as: CN116087027B

Abstract

本发明公开了一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法，包括以下步骤：（1）对通过系统编号取得的球磨粒子钢热压块进行破碎，得到粒子钢破碎料，对粒子钢破碎料进行筛分分级，按各粒度占比配制待熔样；（2）熔样时采用石墨粘土坩埚，石墨粘土坩埚的底部铺设硼砂，将粒子钢破碎料与硼砂混匀得到待熔混合样；（3）高频熔炼炉功率调至30kw，采用全程跟踪测温装置进行跟踪测温，将熔样温度控制在1500℃～1510℃；（4）将高频熔炼炉功率调至23kw，保持沸腾2min～3min；（5）冷凉后，敲除表面渣滓，称钢锭重量，计算钢水收得率。本发明对球磨粒子钢热压块出钢水率难以准确检测的行业难题给出了准确的检测方法。

Description

一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法

技术领域

本发明属于冶金废弃物环保再生利用技术领域，具体涉及一种球磨粒子钢热压出钢水率检测方法。

背景技术

粒子钢也称水洗铁，是把转炉钢渣粗选后的细渣经过球磨、磁选、水洗除杂得到的，转炉渣的金属铁含量占炉渣的5%—8%，经过磁选后金属铁含量能达到80%-90%。粒子钢出售给热压块饼的厂家，打成球磨粒子钢热压块，替代传统废钢用作转炉和电炉的原材料。粒子钢含杂质量低，容易冶炼，相对传统废钢易于熔化、节省能源、原料性价比高，成为当下许多钢厂降低原材料成本的热点选择。

行业内粒子钢热压块每块60kg-70kg重，普通小型破碎机没法破碎，取样现场放置一台大型破碎机成本也高。实验发现，不同粒度等级的破碎料，出钢水率有明显差别。因为琐碎后最大粒度达到25mm，缩分后最少留样量60kg，无法采用缩分法缩分出1kg的待熔样。

粒子钢的出钢水率是重要指标。化学湿拉法检测粒子钢，需要将其磨细至80目-200目。粒子钢的大部分组成是颗粒状的金属铁和氧化物，无法破碎至该粒度等级，所以该种方法无法准确测定金属铁含量。中国专利文献CN114660005A发明了一种测定粒子钢钢中金属铁的方法，将粒子钢与金属镍熔融，利用镍基金属铁质量分数与所述光强度比值标准曲线，获得待测镍基金属中铁的质量分数。该方法取的粒子钢仅5g，样本太小，代表性太差。同时需要消耗金属镍，检测成本较高。不是一种便于验收检测的方法。

中国专利文献CN111896417A公开一种压块粒子钢铁含量的检测方法，该方法使用石墨粘土坩埚在高频熔炼炉中熔炼。熔成钢锭后敲除渣滓，计算钢锭重量与粒子钢加入量比得到钢水收得率。在一种压块粒子钢中金属铁含量的检测方法中，普通的石墨粘土坩埚以鳞片状石墨、碳化硅、硅粉、高岭土为主要原料，含碳量40%左右，还含有大量Si、Mn、P、S元素，杂质元素会使钢水增重，增重高达3.41%，造成钢水收得率偏高。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种球磨粒子钢热压出钢水率检测方法，能有效解决重量过重的热压块破碎问题，解决粒子钢热压块破碎料科学取样问题，解决使用石墨粘土坩埚杂质对钢水增重问题；准确检测外购球磨粒子钢热压块的出钢水率，对使用球磨粒子钢炼钢测算钢水收得率和使用球磨粒子钢炼钢成本核算至关重要。

技术方案：一种球磨粒子钢热压出钢水率检测方法，包括：

（1）对通过系统编号取得的球磨粒子钢热压块进行破碎，得到粒子钢破碎料，对粒子钢破碎料进行筛分分级，按各粒度占比配制待熔样；

（2）熔样时采用石墨粘土坩埚，所述石墨粘土坩埚的底部铺设硼砂，将粒子钢破碎料与硼砂混匀得到待熔混合样，其中掺入的硼砂重量为待熔混合样的9.5 wt.%；

（3）高频熔炼炉功率调至30kw，采用全程跟踪测温装置进行跟踪测温，将熔样温度控制在预设温度，所述预设温度为1500℃～1510℃；

（4）待钢水达到预设温度后，将高频熔炼炉功率调至23kw，保持沸腾2min～3min；

（5）冷凉后，敲除表面渣滓，称钢锭重量，计算钢水收得率。

优选的，步骤（1）的具体过程为：就地用抓钢机履带碾碎，然后采用颚式破碎机破碎，破碎后的粒度范围为0.5mm～25mm，得到粒子钢破碎料，将粒子钢破碎料采用2mm、3mm、5mm、10mm和15mm的标准筛筛分分级，对每一粒度等级的粒子钢破碎料称重，算出占比；根据占比配制0.97kg～1.03kg的待熔样。

优选的，步骤（2）中铺设在石墨粘土坩埚底部的硼砂为30g，且堆成中空两侧高的碗状。

优选的，所述全程跟踪测温装置的红外测温点对准石墨粘土坩埚的中心。

优选的，熔样过程中，观测人员戴墨镜观察钢水状态。

有益效果：本发明解决了粒子钢热压块难以破碎取样，无法科学制样，待熔样代表性不足的问题。加入硼砂，化渣，降低熔样温度，减少熔样时间；采用现有全程跟踪测温装置，准确控制熔样温度，防止石墨粘土坩埚升温过高导致穿锅事故，更重要的是大大降低了石墨粘土坩埚杂质对钢水的增重，球磨粒子钢热压块出钢水率检测的更准确，使测算使用球磨粒子钢炼钢成本核算更加准确。

附图说明

图1为不同温度下熔样后得到的钢锭形貌图，其中（a）为1500℃熔样后钢锭形貌图，（b）为1420℃熔样后钢锭形貌图；

图2-图4为加入硼砂量与出钢水率的关系图；

图5为加与不加硼砂，钢锭心部和边缘C元素含量及分布图；

图6为加与不加硼砂，钢锭心部和边缘S元素含量及分布图；

图7为不加或加硼砂，钢锭下表面和坩埚内表面效果图，其中（a）为不加硼砂的效果图，（b）为加硼砂的效果图；

图8为不同熔样温度条件下钢锭中各元素含量折线图；

图9为采用传统工艺和本发明工艺熔样，钢锭中各元素含量。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明：

经过抓钢机履带和颚式破碎机破碎后的粒子钢热压块粒度为0.5mm～25mm，

根据切乔特公式：Q=Kd²，

式中：Q为样品可靠重量，kg；K为样品加工系数，经试验一般介于0.05～1.0之间；d为样品的最大颗粒直径，mm；

当粒子钢热压块破碎后最大粒度为22mm以上时，最小留样量即可靠重量为60kg（见标准GB2007.2—87）；而目前最终的待熔样仅仅只有几千克，无法使用标准中的缩分法直接制几千克的样。这个标准已经无法适应。因为可靠重量为60kg，没有相应容量的坩埚，采用中频炉，因为渣量太大，并且熔样时能耗大，进而导致成本高，最终得到的待熔样因为捞渣时带走大量铁，钢水重量不准确。

实施例1：采用本发明方法对球磨粒子钢热压块进行制样和检测

（1）从来货现场随机取一块球磨粒子钢热压块（约60kg），放在履带式抓钢机的履带下压碎，将压碎后的大块粒子钢投入颚式破碎机中破碎，得到粒度范围为0.5mm～25mm的粒子钢破碎料；

（2）将粒子钢破碎料用2mm、3mm、5mm、10mm和15mm的标准筛筛分称重，计算出每一粒度的占比，再根据各级粒度占比配制0.97kg～1.03kg的待熔样，将待熔样的重量记为m1；

（3）在石墨粘土坩埚底部铺设30g硼砂，且硼砂堆成中空两侧高的碗状，将重量为待熔混合样（待熔混合样=粒子钢破碎料+硼砂）9.5 wt.%的硼砂与粒子钢破碎料混匀后放入石墨粘土坩埚中；

（4）将全程跟踪测温装置的红外测温光点对准石墨粘土坩埚中心；

（5）使用高频熔炼炉（型号TX-35AB）加热，功率调至30kw，待钢水沸腾，钢水发白后查看测温装置温度，达到1500℃时，功率调至23kw，保持在1500℃～1510℃沸腾2min；

（6）待空冷后敲除坩埚和多余渣滓，称量钢锭重量m2；

（7）计算出钢水率，出钢水率=m2/m1，并将钢锭切两半，在截面中心和截面边缘做光谱分析；

（8）计算该份待熔样的总体出钢水率，总体出钢水率=各粒度等级占该份待熔样的比重与该等级的出钢水率之积的总和；采用本发明方法进行三组检测，得到的结果如下表1所示：

表1本发明方法检测三组球磨粒子钢热压块出钢水率的结果

由表1可见，不同粒度粒子钢破碎料出钢水率不同，2mm以下，15mm以上出钢水率较低。

对比例1：与实施例1相比，对比例1采用的熔样温度为1420℃，其他步骤均与实施例1相同。

如图1中（a）所示：实施例1采用的熔样温度为1500℃～1510℃，钢锭中没有残余的粒子钢破碎料；如图1中（b）所示：对比例1采用的熔样温度为1420℃，钢锭中残存未熔化的粒子钢破碎料。

对比例2：采用传统缩分方法对与实施例1同一批次的球磨粒子钢热压块进行制样和检测

（1）利用抓钢机履带将球磨粒子钢热压块破碎，再继续用颚式破碎机将粒子钢破碎至最大粒度25mm，得到粒子钢样；

（2）使用二分器将粒子钢样缩分至约5kg，再用四分法缩分出1kg的待熔样，质量为m3；

（3）将待熔样放入高频熔炼炉（型号TX-35AB）中熔化，待钢水发白后继续加热5min；

（4）取下石墨粘土坩埚，冷凉，敲碎，称钢锭重量m4，出钢水率=m4/m3。

将实施例1得到的总体出钢水率与传统缩分法得到的出钢水率进行比较，结果如下表2所示：

表2 实施例1与对比例2得到的出钢水率结果

由表2可见，三组采用传统缩分法测出的出钢水率均比粒度分级即真实的出钢水率高1%。行业内均是以出钢水率值对粒子钢进行结算，粒子钢出钢水率不会偏差太大。但1%的出钢水率偏差值会产生很大的结算金额偏差，所以对粒子钢破碎料进行粒度分级制样非常有必要。

对比例3：硼砂掺入比例的确认及加与不加硼砂的结果对比

使用2mm的标准筛筛分破碎机破碎的球磨粒子钢热压块破碎料，称重m5；掺入不同比例的硼砂，其中30g铺于石墨粘土坩埚的底部，成碗状，剩余硼砂与球磨粒子钢热压块破碎料混匀；

（2）熔样时采用石墨粘土坩埚，将装有硼砂与球磨粒子钢热压块破碎料的石墨粘土坩埚放入高频熔炼炉（型号TX-35AB）中通电熔化；

（3）冷凉后，敲除表面渣滓，称钢锭重量m6，计算钢水收得率，钢水收得率=m6/m5。

1）做3组实验，3组实验均采用粒度为2mm以下的球磨粒子钢热压块破碎料，结果如图2-图4可知：

硼砂的掺入比=硼砂重量/(硼砂重量+球磨粒子钢热压块破碎料重量）；

硼砂具有除渣作用，加入硼砂可使钢锭纯净度更高，所以掺入的硼砂比例与粒子钢渣滓的比例有关，硼砂不与铁单质发生反应，出钢水率最低则意味着钢锭中杂质元素最少，最接近真实的出钢水率。由图2中第三组实验可见，硼砂加入比例为20%时，粒子钢出钢水率最低，为77.6%，硼砂加入量再增多，则出现拐点。根据图9所示：采用传统工艺熔样的钢锭杂质元素增量均值在3.57%，出钢水率在86.68%。再加上氧化物杂质增重，待熔样渣量大于13.32%（13.32%=100%-86.68%），所以待熔样掺入硼砂的比例为：

计算得到掺入硼砂的质量占比为12%，其中30g铺于石墨粘土坩埚的底部，剩余硼砂与球磨粒子钢热压块破碎料混匀。

2）加与不加硼砂，钢锭心部和边缘C、S元素含量及分布如图5-图6所示。熔融的硼砂能与金属氧化物反应生成偏硼酸复盐，该类盐的熔点很低。硼砂与氧化钙共熔反应方程式如下：

Na₂B₄O₇+ CaO＝Ca（BO₂）₂•2NaBO₂

硼砂是一种流动性极强的酸性熔融剂，能与许多金属氧化物形成硼酸盐渣。分解一些难容金属氧化物，硼酸盐熔点较低，所以加入硼砂可以降低粒子钢渣的熔点，化渣，减少熔炼时间。如图7中的（a）所示：未加硼砂，钢锭与坩埚表面粗糙，钢锭表面增碳硬度大，增碳严重；如图7中的（b）所示：加硼砂后，石墨黏土坩埚内壁形成一层玻璃渣隔离层，阻隔石墨粘土坩埚杂质向钢水扩散。不加硼砂与加硼砂的钢锭中全截面夹杂物分析与统计如下表3 和4 所示：

表3 采用石墨坩埚不加硼砂的粒子钢熔后钢锭中夹杂物统计与分布

表4 采用石墨坩埚加硼砂粒子钢熔后钢锭中夹杂物统计与分布

表3和表4说明：加入硼砂可使钢锭纯净度更高。

对比例4：不同熔样温度的结果对比

（1）就地用抓钢机履带碾碎，然后采用颚式破碎机破碎，破碎后的粒度范围为0.5mm～25mm，得到粒子钢破碎料，将破碎缩分后的粒子钢破碎料用2mm、3mm、5mm、10mm和15mm的标准筛筛分，根据每个等级的粒子钢破碎料的质量占比，从每个等级中取出粒子钢破碎料配制成1kg的待熔样；

（2）熔样时采用石墨粘土坩埚，将装有粒子钢破碎料的石墨粘土坩埚放入高频熔炼炉（型号TX-35AB）中通电熔化；

（3）在石墨粘土坩埚底部铺30g硼砂，呈碗型，将重量为待熔样9.5wt.%的硼砂与球磨粒子钢破碎料混匀；

（4）通过全程监控测温装置监控熔样温度，将钢水加热到不同的熔样温度；

（5）冷凉后，敲除表面渣滓，对钢锭打光谱测各元素含量，见图8。

低碳钢熔点在1490℃，为保证粒子钢完全熔化，将熔样温度设定为1500℃。由图8可见，1500℃～1510℃时，钢水中C，Si，Mn，S,P元素含量很低，升高熔样温度后，钢水中上述元素含量不同程度增高，可见最佳熔样温度为1500℃～1510℃。

采用传统工艺和本发明方法进行实验，各组钢锭中元素含量见图9，可知：采用传统熔样工艺，熔后钢锭中从石墨粘土坩埚中扩散进入的杂质元素多，比本发明工艺高2%。

本发明提出对球磨粒子钢破碎料采用标准筛筛分分级，按各粒度等级占比配样更加准确。采用熔样新工艺(实施例1)，较传统工艺因使用石墨粘土坩埚导致的钢锭额外增加的碳、硅、锰、硫、磷明显(对比例2-对比例4)减少，本发明工艺下钢锭比传统工艺少增重2%。球磨粒子钢的结算以出钢水率为最主要指标，检测的出钢水率偏高会大大增加外购球磨粒子钢热压块的结算费用。本发明提出的检测球磨粒子钢热压块出钢水率的新工艺对炼钢厂核算炼钢过程中铁水收得率，更精确核算废钢成本具有重要意义。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（2）熔样时采用石墨粘土坩埚，所述石墨粘土坩埚的底部铺设硼砂，并将粒子钢破碎料与硼砂混匀得到待熔混合样，其中掺入的硼砂重量为待熔混合样的9.5 wt.%；

2.根据权利要求1所述的一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法，其特征在于，步骤（1）的具体过程为：就地用抓钢机履带碾碎，然后采用颚式破碎机破碎，破碎后的粒度范围为0.5mm～25mm，得到粒子钢破碎料，将粒子钢破碎料采用2mm、3mm、5mm、10mm和15mm的标准筛筛分分级，对每一粒度等级的粒子钢破碎料称重，算出占比；根据占比配制0.97kg～1.03kg的待熔样。

3.根据权利要求1所述的一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法，其特征在于：步骤（2）中铺设在石墨粘土坩埚底部的硼砂为30g，且堆成中空两侧高的碗状。

4.根据权利要求1所述的一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法，其特征在于：所述全程跟踪测温装置的红外测温点对准石墨粘土坩埚的中心。

5.根据权利要求1所述的一种球磨粒子钢热压块出钢水率检测方法，其特征在于：熔样过程中，观测人员戴墨镜观察钢水状态。