CN116337682B - 采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，包括以下步骤：（1）采用石英坩埚，将球磨粒子钢破碎料放入高频线圈中熔样，功率调至30kw，（2）球磨粒子钢破碎料中掺入硼砂；（3）粒子钢熔化后浮渣中加入3%~4%的Al粒；熔样温度控制在1500±10℃，达到温度后，功率调制23kw，保持沸腾10min；（4）冷凉后，敲除表面渣滓，称钢锭重量，将钢锭采用光谱分析，扣除钢锭中Al元素的增加量；（5）计算出钢水率。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
技术领域
本发明属于冶金废弃物环保再生利用技术领域，具体涉及一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法。
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60-70kg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80-200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，本发明提供一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，采用石英坩埚在高频线圈中熔样，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：一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，包括：
(1)将球磨粒子钢热压块破碎后，得到球磨粒子钢破碎料，倒入石英坩埚中进行熔样；石英坩埚耐火度2500℃，高温下耐侵蚀更稳定，避免坩埚对钢水的污染；
球磨粒子钢破碎料中掺入硼砂，硼砂起到去除球磨粒子钢钢水的夹杂物作用，净化钢水，出钢水率测的更准确；
(2)待球磨粒子钢破碎料和硼砂全部融化后，向浮渣中加入球磨粒子钢破碎料3％～4％的铝粒，还原渣中的FeO，使球磨粒子钢中所有的Fe都进入到钢水中，Al元素与FeO中的O结合形成Al2O3，进入渣中，将渣中所有铁元素都还原出来。
(3)对熔后钢锭打光谱，测其中Al元素的含量，称钢锭重量，计算钢锭中增加的Al重量；
(4)从钢锭重量中扣除增加的Al重量，得到纯钢锭重量，出钢水率＝纯钢锭重量/球磨粒子钢破碎料重量。
优选的，步骤(1)的具体过程为：在高频炉中采用高频线圈感应加热，感应频率开始设为30kw。
优选的，步骤(1)中，球磨粒子钢破碎料中掺入8％～9％的硼砂，硼砂与球磨粒子钢破碎料混合均匀。
优选的，步骤(2)中，待球磨粒子钢破碎料和硼砂全部熔化后在浮渣中，待熔样温度加热到1500±10℃时，向浮渣中加入3％的Al粒。
优选的，步骤(2)中，功率调制23kw，保持沸腾10min。
有益效果：本发明解决了粒子钢热压块出钢水率难以检测准确的难题，具体的：
1)加入硼砂，化渣，净化钢水，去除钢水中夹杂。
2)加入铝粒，还原渣中的FeO，使所有Fe元素都进入到钢水中，使出钢水率更接近真实值。
3)采用石英坩埚放在高频线圈中熔样，避免使用石墨粘土坩埚对钢水C、Si的增重，避免了对钢水的污染。
综上，球磨粒子钢热压块出钢水率检测的更准确，测算使用球磨粒子钢炼钢的钢水收得率更准确，便于炼钢成本核算。
附图说明
图1为石英坩埚与石墨坩埚熔样对钢水元素的影响；
图2为加入硼砂量与出钢水率的关系图；
图3为钢锭全截面夹杂物分析不同大小夹杂物分布；
图4为加与不加铝粒渣中TFe与Al2O3含量对比。
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：
实施例1
对均分的两份球磨粒子钢破碎料分别采用石英坩埚和石墨坩埚熔样。
(1)取同批次球磨粒子钢破碎料2000g，一份用石墨坩埚熔样，质量为m1，m1＝1000g，一份用石英坩埚熔样，质量为m2，m2＝1000g。重复多次实验。
(2)对熔后钢锭敲除渣子，使用石墨坩埚熔后钢锭质量为m3，使用石英坩埚熔后钢锭质量m4；出钢水率＝钢锭重量/球磨粒子钢破碎料重量。
m3/m1＝92％，m4/m2＝81％。
(3)对熔后钢锭做光谱分析，两种熔样方式熔后钢锭中各元素含量见图1。
可知：采用石英坩埚熔样的出钢水率更低。采用石英坩埚熔后钢锭中C、Si、Mn、S、P元素含量明显比采用石墨坩埚熔样低。
实施例2
对石墨粘土坩埚加硼砂与石英坩埚加硼砂熔后钢锭做全截面夹杂物统计分析：
(1)将同一批次粒子钢破碎料均分为五份，重量均为1000g，第一组不加硼砂，第二组掺入4.2％的硼砂，第三组掺入6.4％的硼砂，第四组掺入8.5％的硼砂，第五组掺入10.7％的硼砂。
(2)实验对比的五组坩埚开始时同样调至30kw，加热至1500±10℃，然后同样调至23kw。同样保持沸腾5min。
(3)将熔后钢锭敲除渣子，称钢锭重量，出钢水率计算方法同实施例1。
(4)硼砂各加入比例熔后钢锭的出钢水率见图2，可见随着硼砂加入比例增大，粒子钢出钢水率逐渐下降，当加入比例为8.5％时，出钢水率最低。
(5)分别采用石墨粘土坩埚不加硼砂熔样，石墨粘土坩埚加12％硼砂熔样，石英坩埚加8.5％硼砂熔样，对熔后钢锭做全截面夹杂物分析，如表1、表2和表3。
表1石墨粘土坩埚不加硼砂熔粒子钢熔后钢锭中夹杂物统计与分布
表2石墨粘土坩埚加12％硼砂熔粒子钢熔后钢锭中夹杂物统计与分布
| 种类 | 总计/个 | 5≤X<10 | 10≤X＜15 | 15≤X＜20 | 20≤X＜25 |
| MnS | 5259 | 4693 | 525 | 38 | 2 |
| Mn Si | 2 | 1 | 1 | ||
| CA | 11 | 9 | 2 | ||
| CA6 | 18 | 17 | 1 | ||
| CA2 | 23 | 22 | 1 | ||
| Mn Si Al | 47 | 41 | 6 | ||
| CaSi AlOver | 72 | 64 | |||
| Si | 10 | 8 | 2 | ||
| Mn Si | 2 | 1 | 1 | ||
| 无法区分 | 85 | 80 | 5 | ||
| 合计 | 5529 | 4936 | 551 | 38 | 2 |
表3采用石英坩埚加8.5％硼砂熔粒子钢熔后钢锭中夹杂物统计与分布
全截面夹杂物统计分析，石墨粘土坩埚不加硼砂熔样，石墨粘土坩埚加12％硼砂熔样，石英坩埚加8.5％硼砂熔样，不同粒度夹杂物分布如图3，可见，不加硼砂，粒子钢熔后钢锭中夹杂物种类繁多，以大于35μm大颗粒为主，石墨坩埚加与不加硼砂夹杂物均以MnS为主要夹杂物，MnS是由于石墨坩埚中的Mn、S元素进入钢锭中，在凝固阶段中心偏析导致，而采用石英坩埚则没有MnS夹杂。不加硼砂夹杂物总面积远远高于加硼砂熔后的钢锭。硼砂起到了细化夹杂，减少夹杂的作用，石英坩埚熔粒子钢加8.5％硼砂熔样夹杂物含量更低，因为Fe单质不与硼砂起化学反应，所以测出的出钢水率越低，出钢水率越接近真实值。
实施例3
对加与不加Al粒，熔后钢锭分析渣中TFe含量分析。
(1)将同一批的球磨粒子钢破热压块破碎料分成两组，每组均为1000g，均用石英坩埚熔样，第一组加入3％的Al粒，第二组不加Al粒。
(2)熔样过程同实施例2中熔样过程。
(3)3％的Al粒在粒子钢全部熔化后加入，保持沸腾10min。
(4)将石英坩埚用钳子拿出，空气中冷凉敲碎。敲下渣子，渣子重量135g。对渣子做渣样分析，见图4，可见加Al粒的渣样中TFe含量很低，Al2O3含量很高。不加Al粒的渣样中Tfe含量很高，Al2O3含量很低。FeO与Al反应的方程式如下：
3FeO+2Al＝Al2O3+3FeFeO的减少量与Al2O3的增加量符合该化学反应方程式的各物质质量比。可见加Al粒起到了还原粒子钢中FeO的作用。
表4加Al粒熔后钢锭中元素含量
表5不加Al粒熔后钢锭中元素含量
钢锭中Al的增加量只有0.0007％，可以忽略，说明加3％的Al粒恰好完全还原掉渣中的FeO。
综上，本发明提出采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，具有以下优点：
(1)避免使用石墨粘土坩埚对钢水C、Si的增重，避免了对钢水的污染。
(2)球磨粒子钢熔后钢锭中有大量夹杂物，向熔样中加入8.5％的硼砂可以大大降低夹杂物含量，净化钢水，测出的出钢水率更接近真实值。
(3)球磨粒子钢中有部分FeO，熔样时无法被还原成Fe，出钢水率测不准，本发明根据熔后渣中TFe含量，结合还原反应方程式，提出向熔样中加入3％的Al粒，使球磨粒子钢中Fe元素全部进入到熔后钢锭中，测出的出钢水率更准确。
本发明提出的检测球磨粒子钢热压块出钢水率的工艺对计算炼钢过程中钢水收得率，精确核算炼钢原料成本提供了准确的检测支撑。
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 (5)
1.一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将球磨粒子钢热压块破碎后，得到球磨粒子钢破碎料，球磨粒子钢破碎料中掺入硼砂，倒入石英坩埚中进行熔样；
（2）待球磨粒子钢破碎料和硼砂全部熔化后，在浮渣中加入3%~4%的Al粒以还原浮渣中的FeO，继续进行熔样；
（3）冷凉后，敲除表面渣滓，对钢锭打光谱分析，测钢锭中Al的含量；
（4）计算钢锭中Al的重量，称量钢锭重量，将Al的重量从钢锭中扣除；计算出钢水率。
2.根据权利要求1所述的一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，其特征在于，步骤（1）中，放入高频炉中熔样。
3.根据权利要求1所述的一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，其特征在于：步骤（1）中，球磨粒子钢破碎料中掺入8%~9%的硼砂。
4.根据权利要求1所述的一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，其特征在于：步骤（2）中，待球磨粒子钢破碎料和硼砂全部熔化后在浮渣中，之后加入3%的Al粒。
5.根据权利要求1所述的一种采用石英坩埚熔化检测球磨粒子钢热压块出钢水率的方法，其特征在于：步骤（2）中，熔样温度控制在1500±10℃，达到温度后，功率调制23kw，保持沸腾10min。
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