一种环保无烟钢水精炼剂及其制备方法与流程

1.本发明属于钢水精炼工艺技术领域，更具体地，涉及一种环保无烟钢水精炼剂及其制备方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国钢铁工业生产技术和装备水平不断提高，一些特大型钢铁企业 已达世界先进水平，从而带动了品种结构的进一步优化；现有钢厂大多采取采用各种辅料的方式来应对，如各种精炼剂、净化剂、脱氧剂、复合脱氧剂、合金、顶渣改质剂、脱硫剂、化渣剂、调渣剂、埋弧剂、精炼渣、钢包改质剂等，不胜枚举。虽然它们对氧化性钢液的预脱氧达到了较好的效果，但仍普遍存在一些问题：1、脱氧、脱硫能力不足，对脱氧能力要求较高的钢种冶炼产品的脱氧能力明显不足，脱硫能力自然也不强大。2、成渣速度较慢，钢水温降大，精炼时间较长，成品钢水的纯净度欠佳，al及合金的收得率提高有限，不能在包括真空炉在内的冶炼要求较高的环节中使用。3、杂质及有害物偏高，原料中使用ad粉、si-fe渣、普通cao所致。 4、易粉化，尤其在在高位料仓中使得收得率低，功效受影响；另外，在接触高温钢水时迅速发生化学反应并在短时间内产生大量的烟尘，使得难以观察，影响炉前操作。5、冶炼成本降低幅度有限。6、减少莹石使用量效果不是很明显。7、不能有效地解决对工艺进行优化。
3.目前精炼脱氧工艺一般采用金属al进行扩散脱氧。而采用金属铝和含铝的复合合金脱氧后的产物al2o3在钢水中属高熔点、絮状夹杂物， 对钢质影响较大，同时使钢水可浇性变差，影响连铸生产。在终脱氧以金属铝或含铝复合合金为主的钢种生产时，如果未解决上述问题，则必须在钢水精炼站采用喂钙线对钢水进行 变性处理，或者使用casi、caal、cabasi等合金对钢水进行变性处理，从而大幅度增加了生产成本。采用金属铝进行脱氧虽然存在脱氧效率高等效果，但是，常会伴随产生浓烟从而不利于环境以及安全生产。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种具有高铝含量且具有无粉尘、无烟、安全环保的钢水精炼剂及其制备方法。
5.一方面，本发明提供一种环保无烟钢水精炼剂，其含有组分a和组分b。
6.所述组分a含有碳，其用量为精炼剂质量的10-40%；优选为12-35%、15-30%、18-27%、20-25%。
7.进一步地，碳为粉或粒状，优选为为碳粒。
8.进一步地，所述碳粒粒径可选择为10-100毫米，优选为15-80毫米、18-60毫米、20-50毫米、25-40毫米。
9.所述组分b用量为精炼剂质量的60-90%；优选为65-90%、70-90%、75-88%、75-85%。所述组分b进行粉碎处理，优选组分b为颗粒，优选颗粒粒径为10-100毫米，优选为15-80毫米、18-60毫米、20-50毫米、25-40毫米。
10.进一步地，b组分含有高含量的金属铝。al是一种活泼金属，脱氧能力强，能快速脱氧，有利于氧气的传递快速达到平衡；al会被空气中的氧氧化，利用效率较低，造成使用成本较高。al脱氧产物是al2o3。al能脱除氧，降低氧化性进而减少后工序处理过程带来钢水二次氧化。al的用量影响反应速度、冒烟状况、顶渣量、翻渣以及钢水温降等。铝的含量占比b组分的质量比为10-30%；优选为12-28%、14-27%、15-25%。
11.进一步地，b组分还含有二氧化硅。sio2具有部分化渣作用，易被 al 还原，降低al 的效率，其还可影响顶渣碱度，同时也会影响其他有效成分。其中，二氧化硅的含量占比b组分的质量比为0.1-4%；优选为0.5-3.5%、0.5-3%、1-3%、1.5-2.5%。
12.进一步地，b组分还含有氧化钙；其中，氧化钙的含量占比b组分的质量比为20-40%；优选为22-38%、25-35%、25-30%、26-29%。
13.进一步地，b组分还含有氧化铝。其中，氧化铝能改变熔渣的流动性，控制钢包顶渣物料配比比，夹杂物吸附；对改质剂熔点影响较大。氧化铝的含量占比b组分的质量比为5-15%；优选为6-13%、7-11%、7.5-10.5%、8-10%。
14.进一步地，b组分还含有碳酸钙；其中，碳酸钙的含量占比b组分的质量比为0.5-5%；优选为1.5-4.5%、2-4%、2.5-3.5%。
15.进一步地，b组分还含有氧化镁；其中，氧化镁的含量占比b组分的质量比为5-12%；优选为6-11%、7-10%、7.5-9.5%、8-10%。
16.精炼剂的组分b中还可含有不可避免的杂质成分，例如s 和 p 这些。
17.进一步地，本发明精炼剂含有组分a和组分b，其中，组分a包括碳粉，占比精炼剂质量的10-30%；组分b占比精炼剂的70-90%；组分b含有金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙和氧化镁；其中，以组分b的质量为100%计，组分b中含有10-30%的金属铝、0.1-4%的二氧化硅、20-40%的氧化钙、5-15%份氧化铝、1-5%的碳酸钙、5-12%的氧化镁。
18.另一方面，本发明提供环保无烟钢水精炼剂的制备方法，包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为10-100毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为10-100毫米的混合物得到组分b以备用；；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂。
19.进一步地，步骤1）、2）、3）的搅拌速率为10-100转/分钟，优选50-200转/分钟；搅拌时间为0.1-1h，优选0.2-0.5h。
20.进一步地，所述碳粒粒径优选为15-80毫米、18-60毫米、20-50毫米、25-40毫米、30-35毫米。
21.进一步地，组分b颗粒粒径优选为15-80毫米、18-60毫米、20-50毫米、25-40毫米、30-35毫米。
22.进一步地，铝的含量占比b组分的质量比为10-30%；优选为12-28%、14-27%、15-25%。
23.进一步地，二氧化硅的含量占比b组分的质量比为0.1-4%；优选为0.5-3.5%、0.5-3%、1-3%、1.5-2.5%。
24.进一步地，氧化钙的含量占比b组分的质量比为20-40%；优选为22-38%、25-35%、
25-30%、26-29%。
25.进一步地，氧化铝的含量占比b组分的质量比为5-15%；优选为6-13%、7-11%、7.5-10.5%、8-10%。
26.进一步地，碳酸钙的含量占比b组分的质量比为0.5-5%；优选为1.5-4.5%、2-4%、2.5-3.5%。
27.进一步地，氧化镁的含量占比b组分的质量比为5-12%；优选为6-11%、7-10%、7.5-9.5%、8-10%。
28.进一步地，组分b中还可含有不可避免的杂质成分，例如s 和 p 这些。
29.进一步地，组分a占比精炼剂质量的10-30%；组分b占比精炼剂的70-90%；以组分b的质量为100%计，组分b中含有10-30%的金属铝、0.1-4%的二氧化硅、20-40%的氧化钙、5-15%份氧化铝、1-5%的碳酸钙、5-12%的氧化镁。
30.有益效果：本发明得到的精炼剂能将顶渣中feo的含量控制在较低范围内，具有广泛的应用前景。本发明控制合适a、b组分以及含量，并选择合适的a组分粒径，得到精炼剂的精炼效果优异，能在较大范围内降低feo的含量，从而提高钢材原料的使用效率。
31.本发明精炼剂具有较好冒烟评分效果，评分均在0.1-0.2之间，本发明精炼剂冒烟情况微弱，具有环保功效。本发明使用组分a与b的复配，使得本发明冒烟情况得到显著的改善。调整碳粒的粒径并选择合适的粒径范围25-40毫米可进一步降低本发明精炼剂的冒烟情况。
具体实施方式
32.下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
33.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
34.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
35.实施例1：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；10份；组分b：90份；组分b中含有金属铝14份，二氧化硅4份，氧化钙40份，氧化铝15份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
36.实施例2：
一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；30份；组分b：90份；组分b中含有金属铝25份，二氧化硅2份，氧化钙35份，氧化铝155份，碳酸钙3份，氧化镁10份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
37.实施例3：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；22.5份；组分b：90份；组分b中含有金属铝15份，二氧化硅3份，氧化钙40份，氧化铝15份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
38.实施例4：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；30份；组分b：90份；组分b中含有金属铝22份，二氧化硅4份，氧化钙34份，氧化铝13份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
39.对比例1：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；120份；制备步骤包括：将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a得到环保无烟钢水精炼剂；搅拌速率是100转/分钟，搅拌时间是0.3h。
40.对比例2：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分b：120份；组分b中含有金属铝20份，二氧化硅4份，氧化钙53.33份，氧化铝20份，碳酸钙6.67份，氧化镁16份；制备步骤包括：按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分得到环保无烟钢水精炼剂；搅拌速率是100转/分钟，搅拌时间是0.3h。
41.对比例3：
一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；36份；组分b：108份；组分b中含有金属铝40份，二氧化硅4份，氧化钙34份，氧化铝13份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
42.对比例4：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；23份；组分b：69份；组分b中含有金属铝1份，二氧化硅4份，氧化钙34份，氧化铝13份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为25-40毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
43.对比例5：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；30份；组分b：90份；组分b中含有金属铝22份，二氧化硅4份，氧化钙34份，氧化铝13份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为1-5毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
44.对比例6：一种环保无烟钢水精炼剂，原料（重量份）：组分a：碳粉；30份；组分b：90份；组分b中含有金属铝22份，二氧化硅4份，氧化钙34份，氧化铝13份，碳酸钙5份，氧化镁12份；制备步骤包括：1）、将碳进行粉碎得到碳粉，过筛选择粒径范围为100-120毫米的碳粉得到组分a以备用；2）、按照用量将金属铝、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、碳酸钙、氧化镁进行搅拌合均匀，然后进行粉碎，过筛选择粒径范围为25-40毫米的混合物得到组分b以备用；3）、按照用量将组分a和组分b进行搅拌混合均匀，得到环保无烟钢水精炼剂；步骤1）、2）、3）的搅拌速率均是100转/分钟，搅拌时间均是0.3h。
45.使用时将本发明精炼剂投入到钢水的表面，投入的精炼剂融合渣中，在高温的作用下开始熔化，搅动渣面促使钢水精炼剂熔化铺展，迅速与炉渣结合形成目标渣系，吸附钢中的有害夹杂，起到渣中脱氧除杂的目的，达到高端品种钢的生产工艺要求。
46.性能测试：每吨钢水2.0kg的量加入上述精炼剂，取钢包顶渣进行检测。
47.渣样检测结果，以质量百分比计:
%实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5对比例6feo5.535.075.404.9215.86.898.5712.925.945.80
通过实施例和对比例的精炼剂精炼后的顶渣中feo的含量均出现大幅度降低，本发明得到的精炼剂能将顶渣中feo的含量控制在较低范围内，具有广泛的应用前景。本发明控制合适a、b组分以及含量，并选择合适的a组分粒径，得到精炼剂的精炼效果优异，能在较大范围内降低feo的含量，从而提高钢材的使用效率。
48.冒烟评分：将本发明精炼剂投入到钢水的表面，投入的精炼剂融合渣中并开始记录冒烟情况与持续时间，并对冒烟效果进行相应评价。
49.具体评价标准为：冒浓烟且持续时间＞2min，评分为1；冒浓烟且持续1.5-2min，评分为0 .8；冒浓烟且持续1-1.5min，评分为0 .8；冒浓烟且持续0.5-1min，评分为0 .4；冒浓烟且持续0.2-0.5min，评分为0 .2；冒浓烟且持续0-0.2min，指数为0；冒薄烟且持续时间＞2min，评分为0 .5；冒薄烟且持续1 .5-2min，评分为0 .4；冒薄烟且持续时间1-1.5min，评分为0 .3；冒薄烟且持续0.5-1min，评分为 0 .2；冒薄烟且持续0.2-0.5min，评分为0 .1；冒薄烟且持续时间0-0.2min，评分为0。
50.%实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5对比例6冒烟评分0.10.20.10.100.40.800.30.3
通过上述表分析可知，本发明实施例1-4具有较好冒烟评分技术效果，评分均在0.1-0.2之间，本发明精炼剂冒烟情况微弱，具有环保等效果。通过对比例2和本发明实施例4的比较可知，本发明使用组分a与b的复配，使得本发明冒烟情况得到显著的改善。进一步地，本发明调整碳粒的粒径，选择合适的粒径范围25-40毫米以进一步降低本发明精炼剂的冒烟情况。
51.最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的 要素。
52.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
53.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。