一种铝镇静钢用稀土包芯线及制取方法与流程

1.本发明属于钢铁冶金领域，尤其是一种铝镇静钢用稀土包芯线及制取方法。


背景技术：

2.目前，现有的用稀土元素进行合金化、改变夹杂物形貌、改善钢材性能时，通常采用金属态的稀土合金或稀土金属，一方面制取稀土金属存在冶炼设备复杂、冶炼成本高、污染环境等不足，另外，因稀土金属或稀土合金的比重小、漂浮在钢包内钢水与钢水液面之上的液态钢渣之间、液态钢渣直接氧化稀土金属严重，存在稀土金属的收得率低、稀土金属或合金稀土浪费的缺点；现有的包芯线所用稀土金属粉末及稀土金属线，虽改善了钢水用稀土合金化的效果，仍需要耗时、耗工、繁杂的冶炼环节获得金属态的稀土金属或合金块后，再对活泼的稀土元素（如镧铈）进行刨（切）削、钝化加工方式制备稀土金属粉末，存在工序繁杂、冶炼加工成本高以及稀土粉末加工过程中金属粉爆炸等安全隐患，因此，若发明一种利用钢水的过剩（或富裕）温度进而无需专门的还原熔炼环节的、可直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的、稀土收率高的、合金化效果好的、专门用于铝镇静钢的稀土包芯线及制取方法，对降低钢水进行稀土合金化的成本、提高稀土的利用效率、改善钢水质量、节约稀土资源极具积极意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的：主要针对上述情况，为克服现有技术之缺点，本发明之目的就是提供一种利用钢水的过剩（或富裕）温度进而无需专门的还原熔炼环节的、可直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的、可吸收夹杂物的、可提高稀土的利用效率的铝镇静钢用稀土包芯线及制取方法。
4.本发明的技术方案为：提供了一种铝镇静钢用稀土包芯线，包括金属保护管壳和稀土直接合金化材料，其特征在于：该铝镇静钢用包芯线为由稀土直接合金化材料被金属保护管壳密封包覆而成的包芯线，稀土直接合金化材料中稀土氧化物的质量含量为28%~31%、氧化钙的质量含量为6%~7%、七铝酸十二钙的质量含量不大于1%、余量为金属铝，稀土直接合金化材料为由稀土铝粒料和金属铝粒混合、均质、密实制成的圆条棒状的稀土铝芯，稀土铝粒料由稀土氧化物粉、金属铝粉、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质、密实制成的粒度不大于3mm的稀土铝粒料，稀土氧化物粉的细度不大于0.15mm，金属铝粉细度不大于0.15mm氧化钙粉细度不大于0.15mm，七铝酸十二钙粉细度不大于0.075mm，金属铝粒的粒度不大于3mm，稀土铝粒料中稀土氧化物reo2中稀土金属re的摩尔质量与氧化钙cao的摩尔质量之比在1.50~1.51的范围内。
5.所述的稀土直接合金化材料中稀土氧化物的质量含量为60%~66%、氧化钙的质量含量为14%~16.0%、七铝酸十二钙的质量含量不大于3%、余量为金属铝，稀土直接合金化材料为由稀土铝粒料、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质、密实制成的圆条状的稀土铝芯，稀土铝粒料为由稀土氧化物粉和金属铝粉混合、均质、密实制成的且粒度不大于3mm的稀土
铝密实粒料，稀土氧化物粉的细度不大于0.15mm，金属铝粉细度不大于0.5mm，氧化钙粉细度不大于0.25mm，七铝酸十二钙粉细度不大于0.075mm，稀土铝粒料中稀土氧化物reo2中稀土金属re的摩尔质量与氧化钙cao的摩尔质量之比在1.50~1.51的范围内，稀土氧化物reo2中稀土金属re的摩尔质量与al的摩尔质量比不大于3:4。
6.所述的金属保护管壳为低碳钢质保护管壳，低碳钢质保护管壳的管壳壁厚度不大于1.0mm，低碳钢质保护管壳的外径不大于16mm，均质圆形条棒的外径不大于低碳钢质保护管壳的内径。
7.所述的捕获剂粉为七铝酸十二钙粉、无水氯化钠粉、无水硼酸钠粉中的任意一种及以上，捕获剂粉的粒度不大于0.075mm。
8.制取所述的铝镇静钢用稀土包芯线的步骤为：步骤一：将稀土氧化物粉、金属铝粉、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉制成稀土铝均质粉料；步骤二：将稀土铝均质料密实成粒度不大于5mm的稀土铝密实粒料；步骤三：将稀土铝密实粒料、金属铝粒一起混合、均质制成合金化稀土芯料；步骤四：将合金化稀土芯料密实成的圆条状的稀土铝芯；步骤五：将圆条状的稀土铝芯用金属保护壳皮包覆成稀土芯实心坯管；步骤六：分别经径向轧实、轴向拉直将稀土芯实心坯管密实成外径不大于16mm的圆形直条状的稀土包芯线。
9.制取所述的铝镇静钢用稀土包芯线的步骤为：步骤一：将稀土氧化物粉、金属铝粉混合均质制成稀土铝均质粉料；步骤二：将稀土铝均质料密实成粒度不大于5mm的稀土铝密实粒料；步骤三：将稀土铝密实粒料、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉一起混合、均质制成合金化稀土芯料；步骤四：包括权利5中的步骤四、步骤五、步骤六。
10.本发明的有益效果是：本发明达到了利用钢水的过剩（或富裕）温度进而无需专门的还原熔炼环节、直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的效果和目的，避免了现有稀土合金化需使用金属态稀土元素或合金环节所存在的工序繁杂、冶炼加工成本高、稀土粉末加工过程中金属粉爆炸等安全隐患等缺点，本发明采用金属铝作为还原（或脱氧）剂、针对性的实现了铝镇静钢用稀土合金化时向钢水提供稀土金属成分、去除夹杂物、改善钢水性能的效果。本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对降低钢水合金化成本、改善钢水质量、提高稀土的利用效率、节约稀土资源极具积极意义。
附图说明
11.图1为本发明的制取稀土铝密实粒料的密实原理示意图。
12.图2为本发明的制取圆条状的稀土铝芯的原理示意图。
13.图3为本发明的用金属保护壳皮包覆圆条状的稀土铝芯的原理示意图。
14.图4为本发明的直接合金化稀土芯料用金属保护壳皮包覆的原理示意图。
15.图5为本发明的制取稀土芯坯条的原理示意图。
16.图6为本发明的稀土芯坯管的径向轧、密实的原理示意图。
17.图7为本发明的稀土芯坯管的轴向拉直进一步密实的原理示意图。
18.其中：1为混匀粉料，2为压实辊，3为稀土直接合金化材料，4为挤压密实料过孔，5为密实料刮刀，6为金属保护壳皮，7为金属保护壳皮包覆模槽，8为稀土铝芯，9为折压磙，10为径向密实轧辊， 11为轴向拉直轧辊。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
20.由图1至图7给出，本发明提供了一种铝镇静钢用稀土包芯线，包括金属保护管壳和稀土直接合金化材料，其特征在于：该铝镇静钢用包芯线为由稀土直接合金化材料被金属保护管壳密封包覆而成的包芯线，稀土直接合金化材料中稀土氧化物的质量含量为28%~31%、氧化钙的质量含量为6%~7%、七铝酸十二钙的质量含量不大于1%、余量为金属铝，稀土直接合金化材料为由稀土铝粒料和金属铝粒混合、均质、密实制成的圆条棒状的稀土铝芯，稀土铝粒料由稀土氧化物粉、金属铝粉、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质、密实制成的粒度不大于3mm的稀土铝粒料，稀土氧化物粉的细度不大于0.15mm，金属铝粉细度不大于0.15mm氧化钙粉细度不大于0.15mm，七铝酸十二钙粉细度不大于0.075mm，金属铝粒的粒度不大于3mm，稀土铝粒料中稀土氧化物reo2中稀土金属re的摩尔质量与氧化钙cao的摩尔质量之比在1.50~1.51的范围内。
21.所述的稀土直接合金化材料中稀土氧化物的质量含量为60%~66%、氧化钙的质量含量为14%~16.0%、七铝酸十二钙的质量含量不大于3%、余量为金属铝，稀土直接合金化材料为由稀土铝粒料、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质、密实制成的圆条状的稀土铝芯，稀土铝粒料为由稀土氧化物粉和金属铝粉混合、均质、密实制成的且粒度不大于3mm的稀土铝密实粒料，稀土氧化物粉的细度不大于0.15mm，金属铝粉细度不大于0.5mm，氧化钙粉细度不大于0.25mm，七铝酸十二钙粉细度不大于0.075mm，稀土铝粒料中稀土氧化物reo2中稀土金属re的摩尔质量与氧化钙cao的摩尔质量之比在1.50~1.51的范围内，稀土氧化物reo2中稀土金属re的摩尔质量与al的摩尔质量比不大于3:4。
22.所述的金属保护管壳为低碳钢质保护管壳，低碳钢质保护管壳的管壳壁厚度不大于1.0mm，低碳钢质保护管壳的外径不大于16mm，均质圆形条棒的外径不大于低碳钢质保护管壳的内径。
23.所述的捕获剂粉为七铝酸十二钙粉、无水氯化钠粉、无水硼酸钠粉中的任意一种及以上，捕获剂粉的粒度不大于0.075mm。
24.制取所述的铝镇静钢用稀土包芯线的步骤为：步骤一：将稀土氧化物粉、金属铝粉、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉制成稀土铝均质粉料；步骤二：将稀土铝均质料密实成粒度不大于5mm的稀土铝密实粒料；步骤三：将稀土铝密实粒料、金属铝粒一起混合、均质制成合金化稀土芯料；步骤四：将合金化稀土芯料密实成的圆条状的稀土铝芯；步骤五：将圆条状的稀土铝芯用金属保护壳皮包覆成稀土芯实心坯管；步骤六：分别经径向轧实、轴向拉直将稀土芯实心坯管密实成外径不大于16mm的圆形直条状的稀土包芯线。
25.制取所述的铝镇静钢用稀土包芯线的步骤为：步骤一：将稀土氧化物粉、金属铝粉混合均质制成稀土铝均质粉料；步骤二：将稀土铝均质料密实成粒度不大于5mm的稀土铝密实粒料；步骤三：将稀土铝密实粒料、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉一起混合、均质制成合金化稀土芯料；步骤四：包括权利5中的步骤四、步骤五、步骤六。
26.实施例一：本发明制取铝镇静钢用稀土合金化包芯线时，首先备取654kg细度（颗粒的最大尺寸）为0.14mm 的稀土氧化物reo2粉（reo2代表稀土氧化物，本实例一为氧化铈和氧化镧伴生稀土氧化物），142kg细度为0.25mm的氧化钙粉，15kg细度为0.075mm的七铝酸十二钙（12cao
·
7al2o3），189kg细度为0.15mm的金属铝粉制取稀土直接合金化材料，首先将稀土氧化物粉和金属铝粉混合、均质成稀土铝均质粉料，然后密实制成粒度不大于3mm的稀土铝密实粒料(原理见图1，图1中稀土铝均质粉料经压实辊的荆齿挤压经挤压密实料过孔后成颗粒并被刮刀刮下，从压实辊的圆筒内腔排出)，再后稀土铝粒料、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质并密实制成的圆条状的稀土铝芯（原理见图2），稀土铝芯由放入到断面为u形金属保护壳皮包覆模槽内u形断面的金属保护壳皮（条）内（见图3，稀土铝芯与保护壳皮沿水平方向同步移动可实现连续包覆），将一侧的u形断面的金属保护壳皮（条）用折压磙折覆在稀土铝芯上表面后，再将另一侧的金属保护壳皮（条）用折压磙折覆成稀土芯坯条，然后分别经多道径向轧实、多道轴向拉直将稀土芯坯条密实成外径不大于16mm的圆条状的铝镇静钢用稀土包芯线，为便于储存、运输、使用可将稀土包芯线缠绕成包芯线圆捆。本发明的铝镇静钢用稀土合金化包芯线对钢水进行合金化时（本实施例一钢水为经过lf精炼、铝脱氧处理过的低碳钢水，钢水温度过剩），用喂丝（线）机将稀土包芯线，按适当的速度和长度插入到到钢包的液态钢水内，稀土包芯线（利用钢水的过剩温度）在钢水内被迅速加热到钢水温度，在钢水温度1650℃条件下，纯金属al不能将固态的ceo
2 还原成金属态的ce，然而，当稀土包芯线内有某个特定比例含量的cao时，ceo
2 、al、cao三者在良好的接触条件下可自发的发生还原反应生成铝酸钙（大幅度降低还原反应产物的化学势）及液态或溶解态的金属铈（即：3reo
2 4al 2cao=[ce] 2 cao
·
al2o3），液态的金属铈ce在有钢水存在的条件下转变成溶解态的铈[ce]使还原反应产物产物的浓度(活度、化学势)大幅度降低，在温度1650℃及钢水条件下稀土包芯线内的固态的稀土氧化物可被（液态的)金属铝完全还原， 七铝酸十二钙熔化后（七铝酸十二钙熔化区间温度1150~℃1280℃远低于钢水温度）在稀土包芯线内因液相的表面张力(承担聚集剂或捕获剂)避免反应产物分散（保持聚集状态）保证反应的接触条件、同时使反应产物更易于从钢水中上浮排出。在本实施例一中首先将稀土氧化物粉和金属铝粉混合、均质、密实制成稀土铝密实粒料，再将稀土铝粒料、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质、密实制成的圆条状的稀土铝芯的方式，改善了金属铝粉与稀土氧化物粉的接触条件，减弱金属铝与氧化钙反应生成钙蒸汽过度消耗氧化钙（cao
·
al2o3不足）的现象，金属铝与氧化钙反应生成的少量钙蒸汽可改善金属铝还原稀土氧化物的热力学和动力学条件，在本实施例一中，稀土包芯线（折算为金属）稀土的收得率在74%~86%的范围内，与用常规合金块（如稀土合金或稀土金属块）进行钢合金化相比，稀土的收得率明显提高，与用常规合金块进行钢合金化相比钢水中的夹杂物含量相当，采用使用稀土金属线的收率基本相当。这样就达到了无需冶炼制取金属态稀土环节，可直接使用稀土氧化物对
铝镇静的钢水进行稀土合金化的效果和目的，并提高了稀土的总利用效率、降低了成本。
[0027]
实施例二：本发明制取铝镇静钢用稀土脱氧、合金化包芯线时，首先备取300kg细度为0.14mm 的稀土氧化物粉（ceo2伴生有镧），65kg细度为0.45mm的氧化钙粉，9kg细度为0.075mm的七铝酸十二钙粉，63kg细度为0.15mm的金属铝粉、526kg细度为2.0mm的金属铝粒，首先将稀土氧化物粉、金属铝粉、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质稀土铝均质粉料，然后在对辊式挤压密实设备上将稀土铝均质粉料制成的粒度不大于2.8mm的稀土铝粒料(原理见图1)，再后，将稀土铝密实粒料、金属铝粒混合、均质制成合金化稀土芯料，后续步骤与实施例一相同，外径不大于16mm的条状的铝镇静钢用稀土包芯线，为便于储存、运输、使用可将稀土包芯线缠绕成包芯线圆捆。本发明的铝镇静钢用稀土合金化包芯线对钢水进行脱氧、合金化时（本实施例二钢水为经过电炉还原期、脱氧处理过的低碳钢水，钢水温度过剩），用喂丝（线）机将稀土包芯线，按适当的速度和长度插入到到钢包的液态钢水内，稀土包芯线内ceo
2 、al、cao三者有良好的接触条件，可自发的发生还原反应（即：3reo
2 4al 2cao=[ce] 2cao
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al2o3）生成铝酸钙（cao
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al2o3可大幅度降低还原反应产物的化学势）及液态或溶解态的金属铈（液态的金属铈ce在有钢水存在的条件下转变成溶解态的铈[ce]使还原反应产物产物的活度、化学势大幅度降低），在温度1650℃及钢水条件下稀土包芯线内的固态的稀土氧化物可被（液态的)金属铝完全还原， 七铝酸十二钙熔化后（七铝酸十二钙熔化区间温度1150~℃1280℃远低于钢水温度）在稀土包芯线内因液相的表面张力(承担聚集剂或捕获剂)避免反应产物分散（保持聚集状态）保证反应的接触条件、同时使反应产物更易于从钢水中上浮排出。在本实施例二中，稀土直接合金化材料中的还原剂（金属铝粉及金属铝粒）远远大于稀土氧化物还原所需的铝量，金属铝在满足稀土氧化物还原成液态稀土金属或溶解态稀土金属的同时，多余的铝可以对钢水脱氧或溶解到钢水中成为钢水的脱氧元素、使钢水脱氧更彻底、并进一步减弱钢水中的溶解氧对稀土元素的氧化而提高稀土收得率。在本实施例二中首先将稀土氧化物粉、金属铝粉、氧化钙粉、七铝酸十二钙粉混合、均质、密实成粒度不大于2.8mm的稀土铝粒料再与金属铝粒混合均质、密实的方式，改善了金属铝粉与稀土氧化物粉的接触条件，减弱或避免金属铝直接与氧化钙反应生成钙蒸汽消耗氧化钙造成生成铝酸钙（cao
·
al2o3）不足的现象，在本实施例二中稀土的收得率在86%~91%的范围内，与用常规合金块进行钢脱氧、合金化技术相比，稀土的收得率明显提高，与用常规合金块进行钢脱氧相比钢水中的夹杂物含量明显减少、形貌改善。本实施例二中稀土的收得率与稀土金属线合金化的收率持平并略显优势。这样就达到了无需冶炼制取金属态稀土环节、直接使用稀土氧化物对铝镇静的钢水进行稀土合金化、减少钢中夹杂物的效果和目的，并提高了稀土的总利用效率。
[0028]
上述技术方案、实施例一、实施例二表明，本发明达到了利用钢水的过剩（或富裕）温度进而无需专门的还原熔炼环节、直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的效果和目的，避免了现有稀土合金化必须使用金属态稀土元素或合金环节所存在的工序繁杂、冶炼加工成本高、稀土粉末加工过程中金属粉爆炸等安全隐患等缺点，本发明实现了铝镇静钢用稀土合金化时向钢水提供稀土金属成分、去除夹杂物、改善钢水性能的效果。本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对降低钢水合金化成本、改善钢水质量、提高稀土的利用效率、节约稀土资源极具积极意义。
[0029]
以上所述，仅为本发明较优的具体实施方式，但本发明的保护方位并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。