一种新型熔渣剂、制备方法及其在制备高纯净过共晶含铌铬28铸铁中的应用与流程

1.本发明属于熔渣剂制备及其应用技术领域，具体涉及一种新型熔渣剂、制备方法及其在制备高纯净过共晶含铌铬28铸铁中的应用。


背景技术：

2.依据铬的含量不同形成铬系铸铁，其包括铬28铸铁，是目前国内外应用十分广泛的耐磨材料之一。现有技术生产的铬28铸铁常规是调整成分来提高硬度等性能，这会相应增加生产成本。添加合金化元素虽然能提高低铬铸铁的力学性能，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。而在保持其他成分不变的情况下，有效降低铬28铸铁中氧、氢含量来提高性能，成为了新的研究趋势。
3.而现有技术制备的熔渣剂存在着降低氧、氢含量效果较差的问题，因此如何通过筛选适合的熔渣剂配方，以及筛选适合的制备工艺参数，使得提高新型熔渣剂降低氧、氢含量效果，进而提高铬28铸铁产品新能，是本发明研究的方向。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术的问题，本发明提供一种新型熔渣剂、制备方法及其在制备高纯净过共晶含铌铬28铸铁中的应用。
5.为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种新型熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉 9-13份、铝粉3-5份、蒙脱石粉14-18份、氟石粉3-6份、滑石粉10-16 份、钝化石灰粉4-8份、碳酸镁粉6-10份、麦饭石粉4-7份、石英粉 2-5份、田菁胶2.6-4.8份、水18-25份。
7.优选地，所述珍珠岩粉的粒度为800-900目。
8.优选地，所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：66.82-74.51％，粒度为800-1000目。
9.优选地，所述氟石粉的质量指标为：caf2：≥75.18％，粒度为 800-900目。
10.优选地，所述滑石粉的质量指标为：sio2：60.24-64.15％，粒度为900-1000目。
11.优选地，所述碳酸镁粉的粒度为900-1000目。
12.优选地，所述麦饭石粉的粒度为800-900目。
13.优选地，所述石英粉的粒度为800-1000目。
14.本发明还提供一种新型熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
15.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为45-50℃，转速为200-300r/min下搅拌0.8-1.2h，制得浆料a；
16.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为42-46℃，转速为200-300r/min下搅拌0.4-0.6h，制得浆料b；
17.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1-1.5cm的颗
粒；
18.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在92-95℃下干燥7-8h，制得新型熔渣剂。
19.本发明还提供一种新型熔渣剂在制备高纯净过共晶含铌铬28铸铁中的应用，所述高纯净过共晶含铌铬28铸铁的氧含量为10.8ppm，氢含量为3.1ppm，洛氏硬度值(hrc)为64.1。
20.本发明具有以下有益效果：
21.(1)蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物，是一种良好的热膨胀材料，加热后体积能增加，具有很强的吸附力及阳离子交换性能，有利于吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。氟石粉的 caf2是可改善新型熔渣剂的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，适合量的氟石粉对新型熔渣剂碱度和夹杂物(包括氢)吸附能力极其重要。碳酸镁粉受热分解产生的氧化镁属于碱性氧化物，能提高新型熔渣剂的碱度，增强新型熔渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的 co2可降低铸铁液中氢的含量。麦饭石粉的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，可吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。石英粉含sio2，而sio2与氟石粉中的caf2反应达到脱氢的效果。在蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉相互配合下，有效降低了过共晶含铌铬28铸铁中的氢等杂质含量，协同提高了过共晶含铌铬28铸铁的洛氏硬度值 (hrc)。
22.(2)本发明制得的高纯净过共晶含铌铬28铸铁可满足使用于小型(8寸)泵过流件泵体、叶轮，各式输粉管道及内衬等，使用效果好。
具体实施方式
23.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。
24.在本发明的实施例中，所述新型熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉9-13份、铝粉3-5份、蒙脱石粉14-18份、氟石粉3-6份、滑石粉10-16份、钝化石灰粉4-8份、碳酸镁粉6-10份、麦饭石粉4-7份、石英粉2-5份、田菁胶2.6-4.8份、水18-25份；
25.所述珍珠岩粉的粒度为800-900目；
26.所述铝粉的粒度为900-1000目；
27.所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：66.82-74.51％，粒度为 800-1000目；
28.所述氟石粉的质量指标为：caf2：≥75.18％，粒度为800-900目；
29.所述滑石粉的质量指标为：sio2：60.24-64.15％，粒度为900-1000 目；
30.所述钝化石灰原料的质量指标为：cao：≥93％；s：≤0.04％；
31.所述碳酸镁粉的粒度为900-1000目；
32.所述麦饭石粉的粒度为800-900目；
33.所述石英粉的粒度为800-1000目；
34.所述新型熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
35.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为45-50℃，转速为200-300r/min下搅拌0.8-1.2h，制得浆料a；
36.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为42-46℃，转速为200-300r/min下搅拌0.4-0.6h，制得浆料b；
37.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1-1.5cm的颗粒；
38.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在92-95℃下干燥7-8h，制得新型熔渣剂。
39.本发明新型熔渣剂组方原理及特点：
40.新型熔渣剂组份中加入珍珠岩，珍珠岩作为一种膨胀性材料，并将新型熔渣剂制成可直接投放在铸铁液表面的轻质保温块形式，有利于液面持续保温，从而可不用钢包覆盖剂，大大降低生产成本；
41.在新型熔渣剂中加入铝粉，有效地减少铸铁液表层温度的散失；
42.蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝 (镁)氧(氢氧)八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物，是一种良好的热膨胀材料，加热后体积能增加，具有很强的吸附力及阳离子交换性能，有利于吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。
43.氟石粉的caf2是可改善新型熔渣剂的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，但是过高的caf2含量会使新型熔渣剂太稀，影响耐火材料的寿命，对新型熔渣剂碱度和夹杂物吸附能力的控制也不利，因此氟石粉需要控制在一定的含量。
44.滑石粉具有助流、耐火性、吸附力强等优良的物理特性，熔点约为800℃，熔点较低，有利于吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。
45.新型熔渣剂组份中加入钝化石灰粉，有利于脱去铸铁液中的硫、氧等不纯物，降低铸铁液中的有害元素及杂质的含量，达到净化铸铁液效果。
46.碳酸镁粉受热分解产生的氧化镁属于碱性氧化物，能提高新型熔渣剂的碱度，增强新型熔渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的 co2可降低铸铁液中氢的含量。
47.麦饭石粉的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，可吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。
48.石英粉含sio2，而sio2与氟石粉中的caf2反应达到脱氢的效果。
49.下面通过更具体的实施例加以说明。
50.实施例1
51.一种新型熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉 10份、铝粉3份、蒙脱石粉15份、氟石粉3份、滑石粉11份、钝化石灰粉4份、碳酸镁粉6份、麦饭石粉5份、石英粉2份、田菁胶 3份、水20份；
52.所述珍珠岩粉的粒度为800目；
53.所述铝粉的粒度为900目；
54.所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：68.97％，粒度为900目；
55.所述氟石粉的质量指标为：caf2：75.86％，粒度为800目；
56.所述滑石粉的质量指标为：sio2：61.05％，粒度为900目；
57.所述钝化石灰原料的质量指标为：cao：94.12％；s：0.04％；
58.所述碳酸镁粉的粒度为900目；
59.所述麦饭石粉的粒度为900目；
60.所述石英粉的粒度为1000目；
61.所述新型熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
62.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为46℃，转速为200r/min下搅拌1.2h，制得浆料a；
63.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为43℃，转速为200r/min下搅拌0.6h，制得浆料b；
64.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1cm的颗粒；
65.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在92℃下干燥8h，制得新型熔渣剂。
66.产品经物理检测：熔点为1365℃。
67.将实施例1制得的新型熔渣剂进行炼过共晶含铌铬28铸铁实际使用。用量为0.73kg/吨钢。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铸铁液温度；同时使用该新型熔渣剂后，比原装置单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少3.5℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了包壁挂渣。可见实施例1制得的新型熔渣剂熔点低，活性高。
68.实施例2
69.一种新型熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉9 份、铝粉3份、蒙脱石粉15份、氟石粉4份、滑石粉12份、钝化石灰粉5份、碳酸镁粉7份、麦饭石粉5份、石英粉3份、田菁胶3.4 份、水21份；
70.所述珍珠岩粉的粒度为900目；
71.所述铝粉的粒度为1000目；
72.所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：69.13％，粒度为900目；
73.所述氟石粉的质量指标为：caf2：77.32％，粒度为900目；
74.所述滑石粉的质量指标为：sio2：62.03％，粒度为900目；
75.所述钝化石灰原料的质量指标为：cao：93.62％；s：0.03％；
76.所述碳酸镁粉的粒度为900目；
77.所述麦饭石粉的粒度为800目；
78.所述石英粉的粒度为800目；
79.所述新型熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
80.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为47℃，转速为200r/min下搅拌1.1h，制得浆料a；
81.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为43℃，转速为200r/min下搅拌0.5h，制得浆料b；
82.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.1cm的颗粒；
83.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在93℃下干燥7.8h，制得新型熔渣剂。
84.产品经物理检测：熔点为1408℃。
85.将实施例2制得的新型熔渣剂进行炼过共晶含铌铬28铸铁实际使用。用量为0.69kg/吨钢。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铸铁液温度；同时使用该新型熔渣剂后，比原装置单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少3℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了包壁挂渣。可见实施例2制得的新型熔渣剂熔点低，活性高。
86.实施例3
87.一种新型熔渣剂，以重量份为单位，包括以下原料：珍珠岩粉 11份、铝粉4份、蒙脱石粉16份、氟石粉5份、滑石粉13份、钝化石灰粉6份、碳酸镁粉9份、麦饭石粉6份、石英粉4份、田菁胶 4份、水23份；
88.所述珍珠岩粉的粒度为800目；
89.所述铝粉的粒度为900目；
90.所述蒙脱石粉的质量指标为：sio2：70.19％，粒度为900目；
91.所述氟石粉的质量指标为：caf2：77.01％，粒度为900目；
92.所述滑石粉的质量指标为：sio2：62.87％，粒度为900目；
93.所述钝化石灰原料的质量指标为：cao：94.51％；s：0.04％；
94.所述碳酸镁粉的粒度为900目；
95.所述麦饭石粉的粒度为900目；
96.所述石英粉的粒度为900目；
97.所述新型熔渣剂的制备方法，包括以下步骤：
98.1)按重量份数，将珍珠岩粉、铝粉、蒙脱石粉、氟石粉、滑石粉、钝化石灰粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉加入搅拌机中，在温度为48℃，转速为300r/min下搅拌0.9h，制得浆料a；
99.2)向步骤1)制得的浆料a中加入田菁胶、水，在温度为45℃，转速为300r/min下搅拌0.5h，制得浆料b；
100.3)将步骤2)制得的浆料b加入模具中，经真空吸滤成型后制成粒径为1.3cm的颗粒；
101.4)将步骤3)制得的颗粒送入烘箱中，在94℃下干燥7.5h，制得新型熔渣剂。
102.产品经物理检测：熔点为1419℃。
103.将实施例3制得的新型熔渣剂进行炼过共晶含铌铬28铸铁实际使用。用量为0.68kg/吨钢。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铸铁液温度；同时使用该新型熔渣剂后，比原装置单纯覆盖保温剂，平均每炉钢的温降少2.9℃；改善了渣流动性，减少了扒渣环节，清除了包壁挂渣。可见实施例3制得的新型熔渣剂熔点低，活性高。
104.实施例4
105.一种新型熔渣剂在制备高纯净过共晶含铌铬28铸铁中的应用，包括以下步骤：
106.(1)打结坩埚：将透气块按要求安装在精炼高纯净过共晶含铌铬28铸铁装置底部，然后使用耐火衬材料和模具打结坩埚，干燥烧结；
107.(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；
108.(3)将气体扩散器安装在装置底部中心，装置的进气管连接好流量调节器、减压阀、氮气瓶；
109.(4)铺石灰层：在装置底部铺上一层石灰，所述石灰层的厚度为24mm；
110.(5)准备材料：按铬铸铁的化学成分要求，称量好熔炼铸铁的各种材料，备用；
111.(6)加料熔炼：将准备好的原材料逐步投入装置中熔炼，当铬铸铁料熔化形成熔池时，即铸铁液覆过炉底29.1cm时，开始打开流量调节器吹注氮气，氮气经过透气块参与铸铁液熔炼过程，直至获得完全熔化的铸铁液，随着熔炼继续，吹氮气的流量随着铸铁液的增加而增加，具体控制过程如下：前9-13min，吹氮气流量控制在 15.9-17l/min；第14-20min，吹氮气流量控制在17.1-17.4l/min；第 21-30min，吹氮气流量控制在17.6-17.7l/min；
112.(7)孕育处理：采用包底冲入法对步骤(6)获得的完全熔化的铸铁液进行孕育处理，孕育处理是采用占铸铁液重量2.4％，粒度小于14mm的孕育剂，所述孕育剂包括由中间合金、稀土合金按重量比为2.2:0.5组成；所述的中间合金包括以下质量百分数的化学成分：c： 2％，cr：0.7％，si：0.5％，ni：0.3％，ti：0.1％，mo：0.2％，其余为fe；所述的稀土合金包括锰、硅、镧、铕、铈按质量比为8:5:2:1:1 组成；
113.(8)向步骤(7)完成孕育处理的铸铁液表面覆盖实施例3制备的新型熔渣剂，添加量为0.68kg/吨铬铸铁；同时吹氮气处理，吹氮气流量控制在16.5-17l/min，直至炉料熔清，取样分析炉内成份；
114.(9)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；
115.(10)装置内镇静：装置内铬铸铁液达到要求温度后停电镇静，继续吹氮气，使铬铸铁液均温均质，杂质、气体充分上浮，与液面新型熔渣剂结合；
116.(11)控温出钢：控制温度，出钢后经浇注、退火、淬火，制得高纯净过共晶含铌铬28铸铁，采用光谱分析，所述的高纯净过共晶含铌铬28铸铁，按质量百分含量计，包括以下成分：4.13％的碳、0.78％的锰、28.16％的铬、0.41％的硅、0.03％的磷、0.02％的硫、0.63％的镍、0.85％的钼、0.38％的钒、0.34％的钛、0.57％的铜、0.93％的铌、 0.32％的混合稀土、0.00108％的氧、0.00031％的氢，余量为fe；
117.所述混合稀土由镧、铕、铈按质量比为2:1:1组成。
118.对比例1
119.与实施例4的新型熔渣剂在制备过共晶含铌铬28铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是步骤(8)制备新型熔渣剂的原料中缺少蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉。
120.对比例2
121.与对比例1的新型熔渣剂在制备过共晶含铌铬28铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是步骤(8)制备新型熔渣剂的原料中增加蒙脱石粉。
122.对比例3
123.与对比例1的新型熔渣剂在制备过共晶含铌铬28铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是步骤(8)制备新型熔渣剂的原料中增加氟石粉。
124.对比例4
125.与对比例1的新型熔渣剂在制备过共晶含铌铬28铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是步骤(8)制备新型熔渣剂的原料中增加碳酸镁粉。
126.对比例5
127.与对比例1的新型熔渣剂在制备过共晶含铌铬28铸铁中的应用工艺基本相同，唯
有不同的是步骤(8)制备新型熔渣剂的原料中增加麦饭石粉。
128.对比例6
129.与对比例1的新型熔渣剂在制备过共晶含铌铬28铸铁中的应用工艺基本相同，唯有不同的是步骤(8)制备新型熔渣剂的原料中增加石英粉。
130.对实施例4、对比例1-6精炼的过共晶含铌铬28铸铁的洛氏硬度值(hrc)、碳化物数量及氧、氢含量进行检测，每个指标重复测3 次，求平均值，结果如下：
131.试验组hrc碳化物数量(％)氧含量/ppm氢含量/ppm实施例464.135.410.83.1对比例146.5
‑‑
14.8对比例249.9
‑‑
12.1对比例351.2
‑‑
13.0对比例448.5
‑‑
12.3对比例548.1
‑‑
13.4对比例649.2
‑‑
12.8
132.注：表中的各个指标均为重复测3次的平均值，洛氏硬度试验按gb/t 230.1规定进行；氧、氢含量采用光谱分析检测；
“‑”
表示不检查’。
133.上表可知：(1)由实施例4的数据可见，采用本发明的制备工艺获得的过共晶含铌铬28铸铁的氧含量为10.8ppm，氢含量为3.1ppm，洛氏硬度值(hrc)为64.1，可见采用本发明的制备工艺，使得氧含量和氢含量大大降低，获得的过共晶含铌铬28铸铁的洛氏硬度值 (hrc)较大，提高了产品的性能；而获得的碳化物数量高，达到了 35.4％，使得材料耐磨性高。
134.(2)由实施例4和对比例1-6的hrc数据，可以计算得出蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉一起使用时产生的hrc 的效果值比蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉分别单独使用时叠加产生的hrc的效果值提高的百分数为22.2％，说明了蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉在制备过共晶含铌铬28铸铁中起到了协同作用，协同提高了过共晶含铌铬28铸铁的 hrc，这可能是因为：
135.(1)蒙脱石是由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片，构成2:1型含结晶水的硅酸盐矿物，是一种良好的热膨胀材料，加热后体积能增加，具有很强的吸附力及阳离子交换性能，有利于吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。
136.(2)氟石粉的caf2是可改善新型熔渣剂的物性，降低其熔点和粘度，提高其流动性，适合量的氟石粉对新型熔渣剂碱度和夹杂物(包括氢)吸附能力极其重要。
137.(3)碳酸镁粉受热分解产生的氧化镁属于碱性氧化物，能提高新型熔渣剂的碱度，增强新型熔渣剂的脱硫、脱磷等能力，而分解产生的co2可降低铸铁液中氢的含量。
138.(4)麦饭石粉的表面吸附能力比较强，具有很好的流变性和催化性能，同时，具有理想的胶体性能和耐热性能，可吸附铸铁液中的氧、氢等不纯物。
139.(5)石英粉含sio2，而sio2与氟石粉中的caf2反应达到脱氢的效果。
140.综上所述，在蒙脱石粉、氟石粉、碳酸镁粉、麦饭石粉、石英粉相互配合下，有效降低了过共晶含铌铬28铸铁中的氢等杂质含量，协同提高了过共晶含铌铬28铸铁的洛氏硬度值(hrc)。