CN1713962A - 顶层熔渣遮盖剂及其制备方法和应用 - Google Patents

顶层熔渣遮盖剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种尤其在钢铁工业中使用的冶金容器中的金属熔化槽的顶层熔渣的遮盖剂，所述遮盖剂含有在熔化槽上熔化、并进行冶金作业的物质，其中所述物质主要含有被制成多孔的颗粒，该颗粒的孔隙度使得在熔化槽温度下在熔化槽上形成液体熔渣的熔化层、并且在该液体熔渣熔化层上方形成颗粒的隔热层。此外，本发明涉及一种制备该遮盖剂的方法及其应用。

Description

顶层熔渣遮盖剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及用于遮盖尤其在生铁和二次冶金阶段及其连续铸造的炼铁过程中敞开冶金容器内的金属熔化槽的暴露表面从而形成顶层熔渣的遮盖剂或遮盖材料。而且，本发明涉及该遮盖剂的应用。
背景技术
在钢铁工业中使用的敞开冶金容器、例如在连续铸造浇口盘中的熔化槽通常被熔化并形成已知为顶层熔渣的遮盖剂或遮盖材料所遮盖。顶层熔渣通过例如，防止气体溢出操作环境、并吸收熔体中的非金属杂质而确保了用于进行如氧化纯度水平(oxidic purity level)的冶金作业的金属槽表面上的液体保护层。
用于覆盖熔化槽的顶层熔渣剂通常具有低于金属的液线温度(liquidus temperature)的、典型地为150℃的熔点，从而在施用后的短时间内熔化。
顶层熔渣的组成取决于金属熔化槽的要求。对于炼铁，大多数基于铝酸钙、如C12A7(12CaO·7Al2O3)的碱性遮盖剂被使用。例如，这些遮盖剂可以是如铝土或钒土的Al2O3载体和如石灰石、生石灰或白云石的CaO载体的混合物或熔化产物。然而，例如，也可能使用连续铸造的粉末作为SiO2、CaO、Al2O3、萤石或碳酸钠组分或钒渣形成剂的混合物。
液体炉渣层分散大量的由熔化槽向外散出的热，从而引起大量的热损失。为了防止热损失，隔热剂作为涂层被施用于熔渣。隔热剂不应该在熔化槽和熔渣熔化温度下熔化，而应该是足够惰性和非反应性的，从而不参与冶金过程。例如，一种使用的隔热剂为米糠灰形式的生物源硅石。此外，中空微球形式的微粒形喷射干燥的颗粒被使用。
实际上，金属熔体通常首先被涂覆顶层熔渣试剂；然后，隔热剂被加入到熔化的顶层熔渣中。顶层熔渣加上隔热剂的组合也被称作“夹层蒙皮”(sandwich covering)。
这种已知的使用隔热的夹层覆盖方法(sandwich coveringmethod)的缺点之一为两种不同的试剂必须被使用。两种产品必须保持库存，并且必须确保在现场这两种试剂不能以错误的顺序被使用。另一个缺点为在干燥的较硬隔热剂和液体顶层熔渣之间仍然发生反应，并且这些反应对顶层熔渣的冶金过程有反作用。例如，来自米糠灰的SiO2可以被顶层熔渣吸附，直至达到饱和极限，结果顶层熔渣释放氧气到金属熔体，而顶层熔渣实际上应该防止此事。
冶金浇铸桶内的熔体也经常被覆盖隔热剂。例如，在冶金过程结束时，浇铸桶的熔化槽表面被隔热材料覆盖，从而减少热损失。
在某些情况下，例如，如果从出渣到下一个处理阶段需要相对较长的转移和搁置时间，则甚至在冶金过程结束前就施用绝热。在该情况下，在下一处理阶段前必须通过清渣再次去除绝热遮盖层，因为绝热遮盖层会阻碍随后施用的顶层熔渣的后续冶金过程。这种措施需要额外费用、相当地耽误冶金过程并且引起在隔热剂方面非常严重的材料损失。
发明内容
本发明的目的为通过用于冶金熔化槽的遮盖剂和较简单的绝热而确保良好的冶金过程。
通过权利要求1、12以及24、25实现该目的。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例。
因而，本发明涉及微粒形状的遮盖剂，该遮盖剂的熔体具有冶金过程所需要的化学和矿物学组成，并且该遮盖剂在金属熔化槽上同时形成熔渣熔体和在其上方作为使颗粒具有适当孔隙的结果的隔热层。
结果，由于通过被赋予孔隙而具有适当的绝热孔隙度的颗粒，因此根据本发明的顶层熔渣物质具有也起隔热剂作用的协同功能。
如果根据本发明的被赋予孔隙的熔渣物质被用于金属熔化槽，则与熔化槽表面直接接触并形成熔渣的熔化层的预定部分的遮盖层物质熔化。在熔化的遮盖层上方是在疏松容积床(loose bulk bed)内被赋予多孔性的干燥、固体熔渣物质，而熔渣熔体和被形成多孔性的熔渣物质两者出现在过渡区内。热绝缘主要是由颗粒孔隙度和容积床中的顶层熔渣物质(颗粒内体积)颗粒之间的空间而导致的。
被应用的顶层熔渣物质的量取决于所需的冶金过程和所需的热绝缘。
进一步，根据本发明的顶层熔渣物质的一种特定的增强效果是由于冶金过程中消耗的顶层熔渣熔体的成分或物质可以自动地被过渡区物质和/或隔热层上的物质填充。
如果熔渣熔体中的特定组分的含量被消耗，则浓度下降，而这种浓度的下降由被未熔化物质补充的组分补偿。这样长期内自动地形成冶金过程所需的优化条件。
因此，本发明正采用一种全新的用以确保绝热的方案，而且，该方案又带来了惊人的大量益处。例如，根据本发明，使用被填充的浇铸桶时不再有任何在最初必须等待相当长的时间而只被提供顶层熔渣物质的绝热覆盖层的问题，并且不产生大量的液体熔渣。仅在随后阶段中隔热物质被熔化，从而形成用于冶金过程的顶层熔渣。这样消除了必须在冶金过程前去除隔热剂的要求。
例如，可以通过使用至少一种在脱水和煅烧反应中释放气体物质从而产生气孔的起始物质以制备根据本发明的被制成多孔的顶层熔渣物质。优选将粉碎的顶层熔渣原料、如被粉碎为＜90μm的顶层熔渣原料与在相对较低的温度下能够燃烧的粘合剂混合，并且使用制球粒或粒化设备、如在粒化盘(granulating plate)上或造粒滚筒(granulating drum)内将混合物制成具有限定粒度的小体。以燃烧粘合剂的方式热处理小体或球粒或微粒，脱水和/或煅烧原料，并且产生陶瓷粘合和/或烧结粘合。冷却后，获得具有通过脱水和/或燃烧和/或煅烧引入气孔的固体球粒或微粒。
优选使用的粘合剂包括水、水玻璃、合成树脂、亚硫酸盐废液、磷酸化合物和/或生石灰。
根据本发明的特定实施例，通过被燃烧产生孔隙的有机燃料被加入，从而使粘合剂/原料混合为多孔性的。如果当初始原料燃烧时即使产生气孔也只产生极少数气孔，则尤其地使用这些使混合物具有多孔性的试剂，如纸纤维、木屑、锯屑、刨花、聚苯乙烯颗粒等。
当然，被燃烧的粘合剂也产生额外的气孔，从而可通过添加粘合剂、选择可以被脱水和/或煅烧的起始原料和/或燃料控制气孔的水平。
优选制备粒度为1～50mm、尤其为3～20mm的球粒或微粒，此时，在粒度分布方面，使用尽可能窄的颗粒组分是有利的，从而熔化槽或熔渣熔体上的颗粒的填充层内的颗粒凹穴中具有尽可能多的空气，因此进一步提高了热绝缘。
微粒形式的材料中的球粒或颗粒具有按体积为5～70％、尤其为20～60％的孔隙度是有利的。
根据本发明的顶层熔渣物质的容积密度优选为0.1～1.6kg/dm3、尤其为0.3～1.3kg/dm3。
用于炼铁的基于以下比例的铝酸钙的被制成多孔的碱性顶层熔渣剂是尤其适合的：CaO/AL2O3为0.25～4、尤其为1.0～1.5。辅助相的质量比最多为15％。例如，这些辅助相包括MgO和/或MgOSiO2和/或/TiO2和/或Fe2O3和/或碱金属。
根据本发明的另一实施例，通过向原料混合物中加入膨胀剂和水或发泡剂和水制备本发明的顶层熔渣物质，从而膨胀或发泡混合物，因此产生气孔。然后，燃烧膨胀的或发泡的混合物，并且冷却后，粉碎成所需粒度。
作为发泡剂的替代物，也可以将预发泡的泡沫混合至干燥混合物或液态混合物中。
这些制备方法同样允许以简单的方法获得预定的或可调控的孔隙度；也可以通过燃烧和煅烧选择这些产生气孔的方法的组合。
具体实施方式
基于以下实施例更详细地解释根据本发明的顶层熔渣产品的制备。
由各具有＜90μm细度的原铝土和石灰石粉和作为粘合剂的水制备CaO/Al2O3为1.14可成形的混合物。设定粘合剂的量使可以在粒化盘上制备具有5～20mm粒度级别的微粒。
通过燃烧粘合剂将微粒加热至1250℃，煅烧铝土和石灰石组分，并且煅烧的颗粒被陶瓷粘合。
冷却后获得颗粒形式的、并且被形成多孔的自由流动的顶层熔渣物质，该顶层熔渣物质含有以大致Al2O3和CaO的初始组成的铝酸钙和初始颗粒组分，这样可以压缩和运送。
一旦被用于连续铸造筒内的钢铁熔化槽中，在彼此的上面就会形成熔化的熔渣层、过渡区域和绝热的本体层。热绝缘比得上通过常规隔热剂产生的热绝缘。使用该熔渣进行的冶金过程也极佳，并且尤其比使用相同夹层蒙皮的常规熔渣时更耐久。这显然是由于冶金过程中熔渣内被消耗的物质被熔渣上方的绝热颗粒补充、和避免了顶层熔渣和顶层熔渣之间的化学反应。
未被形成多孔的顶层熔渣物质在本发明的范围内，并且通过首先将熔化槽覆盖已知的未被形成多孔的顶层熔渣而使未被形成多孔的顶层熔渣物质与根据本发明的被形成多孔的顶层熔渣物质结合在本质上是已知的，其中这两种物质尽可能具有相同或类似的即冶金等效的组成；该物质非常迅速地熔化。然后，根据本发明的顶层熔渣物质被用于熔渣熔体；该根据本发明的顶层熔渣物质主要仅具有绝热作用，并且也能够被用于补充熔渣熔体内已被消耗的物质。此时—如同上述根据本发明的“单遮盖层”—通过选择材料的颗粒部分和/或孔隙度可以精细地确定热绝缘。例如，这通过结合物质的不同粒径部分和/或不同孔隙度是可能的。

Claims (25)

1、一种尤其在钢铁工业中使用的冶金容器中金属熔化槽的顶层熔渣的遮盖剂，所述遮盖剂含有在熔化槽上熔化、并进行冶金作业的物质，其中所述物质主要含有被制成多孔的颗粒，该颗粒的孔隙度使得在熔化槽温度下在熔化槽上形成液体熔渣的熔化层、并且在该液体熔渣熔化层上方形成颗粒的隔热层。
2、如权利要求1所述的遮盖剂，该遮盖剂以1～50mm、尤其以2～20mm的粒度级存在。
3、如权利要求1和/或2所述的遮盖剂，所述遮盖剂为由被成形的颗粒组成的产品和/或粒状产品。
4、如权利要求1～3中一项或多项所述的遮盖剂，所述遮盖剂为粒状泡沫产品和/或膨胀的粒状产品。
5、如权利要求1～4中一项或多项所述的遮盖剂，其中颗粒具有通过脱水和/或煅烧而产生的多孔性。
6、如权利要求1～5中一项或多项所述的遮盖剂，其中颗粒具有通过有机可燃物产生的多孔性。
7、如权利要求1～6中一项或多项所述的遮盖剂，所述遮盖剂主要包括铝酸钙。
8、如权利要求7所述的遮盖剂，其中铝酸钙具有以下的化学分析结果：
CaO/Al2O3为0.25～4、尤其为1.0～1.5，优选存在质量比最多达15％的辅助相，尤其MgO和/或MgOSiO2和/或TiO2和/或Fe2O3和/或碱金属。
9、如权利要求1～8中一项或多项所述的遮盖剂，其中颗粒具有按体积为5～70％、尤其按体积为20～60％的孔隙度。
10、一种制备如权利要求1～9中一项或多项所述的遮盖剂的方法，其中在高温下互相反应、并且适于顶层熔渣的细颗粒矿物原料被混合，并被加热直至反应，在该方法中
a)使用至少一种被脱水和/或煅烧从而释放水蒸汽和/或气体产物的原料，
b)使用易燃粘合剂将混合物制成可成形的复合物，
c)该可成形的复合物被成形从而形成颗粒形式的物质、尤其被制成粒状从而形成颗粒、或被制成球状从而形成球粒，
d)以燃烧粘合剂的方式加热颗粒形式的物质，通过脱水和/或煅烧产生孔隙，然后在原料之间产生陶瓷结合和/或烧结结合。
11、如权利要求10所述的方法，其中使用粒度＜90μm的粉碎原料。
12、如权利要求10和/或11所述的方法，其中所用的粘合剂为水、水玻璃、合成树脂、亚硫酸盐废液、磷酸盐化合物和/或生石灰。
13、制备如权利要求1～9中一项或多项所述的遮盖剂的方法，其中在高温下互相反应、并且适于顶层熔渣的细颗粒矿物原料被混合，并被加热直至发生反应，在该方法中
a)原料与水和发泡剂和/或膨胀剂和/或泡沫混合，从而向液态复合物中引入孔隙，
b)烧制该复合物，直至产生陶瓷结合和/或烧结结合。
14、如权利要求13所述的方法，其中烧制产物被粉碎，并被筛分。
15、如权利要求10～14中一项或多项所述的方法，其中向混合物中加入有机可燃物，以使混合物为多孔的。
16、如权利要求15所述的方法，其中纸纤维、木屑、锯屑、刨花和/或聚苯乙烯颗粒被加入。
17、如权利要求10～16中一项或多项所述的方法，其中使用用于产生铝酸钙的原料。
18、如权利要求17所述的方法，其中使用确保混合物中以下化学组成的原料：
CaO/Al2O3为0.25～4、尤其为1.0～1.5。
19、如权利要求10～18中一项或多项所述的方法，其中使用粒度＜90μm的原料。
20、如权利要求10～19中一项或多项所述的方法，其中使用含有按质量最多15％的辅助相的原料。
21、如权利要求10～20中一项或多项所述的方法，其中所述辅助相为MgO和/或MgOSiO2和/或TiO2和/或Fe2O3和/或碱金属。
22、如权利要求10～21中一项或多项所述的方法，其中在高达1250℃的温度下进行烧制。
23、如权利要求10～22中一项或多项所述的方法，其中使用脱水和/或煅烧的原料。
24、被形成多孔的、并且形成冶金熔化槽上的顶层炉渣熔体和隔热层的顶层熔渣试剂，尤其如权利要求1～9中一项或多项所述的顶层熔渣试剂、如权利要求10～23中一项或多项所述制备的顶层熔渣试剂，作为遮盖在金属熔化槽、尤其用于钢铁工业中的钢熔化槽上的单层的应用。
25、被形成多孔的、并且形成冶金熔化槽上的隔热层的顶层熔渣试剂，尤其如权利要求1～9中一项或多项所述的顶层熔渣试剂、如权利要求10～23中一项或多项所述制备的顶层熔渣试剂，作为尤其在钢铁工业中所用的金属熔化槽上的隔热剂或顶层熔渣熔体的应用。
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