一种冶金辅料保护渣及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及冶金行业钢水连铸辅料技术领域，尤其涉及一种冶金辅料保护渣及其制备方法和应用。


背景技术：

2.保护渣作为连铸的重要冶金辅料在钢水浇铸中起着不可或缺的重要作用，已经成为一种既定的冶金辅料被广泛使用。从最初的模铸开始，以石墨为基料，人工选配混料的粉状保护渣，到现在批量规范化、匹配连铸机、钢种而实现的科学化量产的保护渣，尽管保护渣的单耗只有0.5kg/吨钢，却对铸坯表面质量起着举足轻重的作用，受到冶金工作者的重视。
3.上世纪末随着全连铸的推进，对保护渣提出更高要求，预熔型保护渣深受青睐，全国在建的保护渣厂纷纷都上马预熔炉。但是预熔型保护渣的成本高达3000元/吨以上。
4.随着钢铁工业产能的不断释放，连铸装备的不断完善，保护渣从最初的宠儿，逐渐沦为被压价的对象。因此，优化保护渣的原料选取，降低保护渣的成本成为冶金辅料企业研究的重要方向之一。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种冶金辅料保护渣及其制备方法和应用。本发明提供的冶金辅料保护渣的成本低。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种冶金辅料保护渣，包括以下质量百分含量的制备原料：
8.磷渣50％～75％，萤石5％～15％，碳酸钠8～15％，增碳剂1％～5％，高碳石墨2％～10％，中超炭黑1％～5％。
9.优选地，所述制备原料还包括以下质量百分含量的物质：
10.石英砂0.1％～4％，玻璃粉0.1％～11％。
11.优选地，所述冶金辅料保护渣包括以下质量百分含量的成分：
12.cao 31.21～37.19％，sio
2 31.69～34.28％，al2o
3 1.44～2.16％，mgo 2.4～4.40％，fe2o
3 0.53～0.84％，na2o k2o 4.32～7.43％，f-2.02～5.66％，c 10.22％，s 0.02～2.02％，余量为挥发分。
13.优选地，所述冶金辅料保护渣的粒径为0.25mm～2.0mm，含水率为0.2％～0.5％。
14.优选地，所述增碳剂包括石油焦、煅烧白煤和半焦煤中的一种或多种。
15.本发明还提供了上述技术方案所述的冶金辅料保护渣的制备方法，包括以下步骤：
16.将制备原料和水混合，依次进行磨浆和喷雾造粒，得到所述冶金辅料保护渣。
17.优选地，所述磨浆所得浆料的固体含量为50％～55％，浆料的粘度≤1000厘泊，浆料的细度为-300目。
18.优选地，喷雾造粒包括以下步骤：将所述磨浆得到的浆料经高压柱塞泥浆泵泵入喷雾干燥塔；
19.所述高压柱塞泥浆泵的压力为2mpa；
20.所述浆料进喷雾干燥塔的温度为600℃；
21.所述喷雾干燥塔的压力≤300pa；
22.所述喷雾干燥塔的加热方式为天然气热风炉；
23.所述喷雾干燥塔的塔顶进口温度为480℃～650℃，塔底出口温度为130℃～180℃。
24.本发明还提供了上述技术方案所述的冶金辅料保护渣或上述技术方案所述的制备方法得到的冶金辅料保护渣在碳钢小方坯结晶器中的应用。
25.优选地，所述碳钢小方坯结晶器的连铸钢种包括q345、q235、q195和60si2mn中的一种或多种；所述碳钢小方坯结晶器的连铸拉速为1.2～4.5m/min。
26.本发明提供了一种冶金辅料保护渣，包括以下质量百分含量的制备原料：磷渣50％～75％，萤石5％～15％，碳酸钠8～15％，增碳剂1％～5％，高碳石墨2％～10％，中超炭黑1％～5％。本发明提供的冶金辅料保护渣以磷渣作为制备原料基料，磷渣由均质的晶相结构组成，其熔化温度稳定，能够避免保护渣在熔化过程中出现熔化不均匀现象；且均质的晶相结构使保护渣具有更好的包容性，能够吸附钢液中的夹杂物，同时，吸附夹杂物后，物理特性变化不大。另外，磷渣的制备原料本身具有硅灰石结构，经水淬处理形成磷渣，使得磷渣具有晶粒结构多孔，玻璃相发达，体密小，进而能够提高保护渣的保温效果；且玻璃相发达的磷渣也能够提高保护渣的润滑性；与此同时，磷渣的体密小，能够提高保护渣的透气性。此外，磷渣的碱度(cao/sio2)一般在1.17左右，接近保护渣的要求，且磷渣中其他元素含量较低，便于保护渣的配方设计。最后，磷渣产量大，价格低廉，不仅解决了磷渣的存放，占地污染问题，且大幅度降低保护渣的制作成本。萤石为保护渣粘度的控制材料：熔融态时，萤石中的f-能够阻隔si
4
与o
2-粒子形成的网状结构，从而降低保护渣的熔点、粘度，提高保护渣的熔融态的流动性，即使保护渣具有优异的铺展性。可见，本发明提供的冶金辅料保护渣不仅成本低廉，且具有优异的润滑性、铺展性和透气性。实施例的数据表明，本发明提供的冶金辅料保护渣的原料成本为1050～1200元/吨。
27.本发明还提供了上述技术方案所述的冶金辅料保护渣的制备方法，包括以下步骤：将制备原料和水混合，依次进行磨浆和喷雾造粒，得到所述冶金辅料保护渣。本发明提供的制备方法操作简单、成本低廉。
28.本发明还提供了上述技术方案所述的冶金辅料保护渣或上述技术方案所述的制备方法得到的冶金辅料保护渣在碳钢小方坯结晶器中的应用。本发明的冶金辅料保护渣在应用时，由于本发明提供的保护渣铺展性能良好，渣条较少，结晶器内保护渣表现清爽，确保工艺顺利进行。
具体实施方式
29.本发明提供了一种冶金辅料保护渣，包括以下质量百分含量的制备原料：
30.磷渣50％～75％，萤石5％～15％，碳酸钠8～15％，增碳剂1％～5％，高碳石墨2％～10％，中超炭黑1％～5％。
31.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料包括质量百分含量为50％～75％的磷渣，优选为55％～60％。在本发明中，所述磷渣的粒径优选≤300目。在本发明中，以磷渣作为制备原料基料，磷渣由均质的晶相结构组成，其熔化温度稳定，能够避免保护渣在熔化过程中出现熔化不均匀现象；且均质的晶相结构使保护渣具有更好的包容性，能够吸附钢液中的夹杂物，同时，吸附夹杂物后，物理特性变化不大。另外，磷渣的制备原料本身具有硅灰石结构，经水淬处理形成磷渣，使得磷渣具有晶粒结构多孔，玻璃相发达，体密小，进而能够提高保护渣的保温效果；且玻璃相发达的磷渣也能够提高保护渣的润滑性；与此同时，磷渣的体密小，能够提高保护渣的透气性。此外，磷渣的碱度(cao/sio2)一般在1.17左右，接近保护渣的要求，且磷渣中其他元素含量较低，便于保护渣的配方设计。最后，磷渣产量大，价格低廉，不仅解决了磷渣的存放，占地污染问题，且大幅度降低保护渣的制作成本。可见，本发明以磷渣作为基础原料制备的保护渣具有保温、润滑、控制传热、吸附夹杂和防止二次氧化的优点。
32.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料包括质量百分含量为5％～15％的萤石，优选为8％～14％。在本发明中，所述萤石的粒径优选≤300目。在本发明中，萤石为控制保护渣粘度的材料：熔融态时，萤石中的f-能够阻隔si
4
与o
2-粒子形成的网状结构，从而降低保护渣的熔点、粘度，提高保护渣的熔融态的流动性，即使保护渣具有优异的铺展性。
33.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料包括质量百分含量为8～15％的碳酸钠，优选为8％～11％。在本发明中，所述碳酸钠的粒径优选≤300目。在本发明中，碳酸钠能够降低保护渣的熔点；同时，碳酸钠在高温时会分解释放出co2，在保护渣使用过程起活跃气氛的作用。
34.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料包括质量百分含量为1％～5％的增碳剂，优选为2％～4％。在本发明中，所述增碳剂优选包括石油焦、煅烧白煤和半焦煤中的一种或多种。在本发明中，所述增碳剂的粒径优选≤300目。
35.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料包括质量百分含量为2％～10％的高碳石墨，优选为5％～8％，进一步优选为6％～7％。在本发明中，所述高碳石墨的粒径优选≤300目。
36.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料包括质量百分含量为1％～5％的中超炭黑，优选为2％～4％。在本发明中，所述中超炭黑的粒径优选≤300目。
37.在本发明中，炭质材料(增碳剂、高碳石墨和中超炭黑)能够隔阻保护渣融化的液滴聚集，保证保护渣在连铸的钢水表面具有熔融层、烧结层、粉渣层，避免过烧结，出现结团，形成渣条；炭质材料燃烧消耗掉钢液表面的氧气，避免钢水氧化，燃烧窜出的火苗搅动粉渣，活跃了结晶器渣面，从而保证保护渣具有清爽的结构。由于增碳剂、高碳石墨、中超炭黑三者的燃烧点不一样(石墨燃点最高，增碳剂居中，炭黑最低)，所以能够达到不同温区的控制。
38.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料优选还包括质量百分含量为0.1％～4％的石英砂，进一步优选为3％～4％。在本发明中，所述石英砂的粒径优选≤300目。在本发明中，所述石英砂能够调整保护渣成品中sio2的含量，优化碱度(cao/sio2)。
39.本发明提供的冶金辅料保护渣的制备原料优选包括质量百分含量为0.1％～11％的玻璃粉，进一步优选为9％～11％。在本发明中，所述玻璃粉的粒径优选≤300目。在本发
明中，所述玻璃粉能够优化保护渣的成分，玻璃粉含有na

，便于降低保护渣的熔点，优化成本结构。
40.在本发明中，所述冶金辅料保护渣优选包括以下质量百分含量的成分：
41.cao 31.21～37.19％，sio
2 31.69～34.28％，al2o
3 1.44～2.16％，mgo 2.4～4.40％，fe2o
3 0.53～0.84％，na2o k2o 4.32～7.43％，f
‑ 2.02～5.66％，c 10.22％，s 0.02～2.02％，余量为挥发分。
42.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为31.21～37.19％的cao。
43.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为31.69～34.28％的sio2。
44.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为1.44～2.16％的al2o3。
45.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为2.4～4.40％的mgo。
46.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为0.53～0.84％的fe2o3。
47.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为4.32～7.43％的na2o k2o。
48.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为2.02～5.66％的f-。
49.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为10.22％的c。
50.本发明提供的冶金辅料保护渣包括质量百分含量为0.02～2.02％的s。
51.本发明提供的冶金辅料保护渣包括余量的挥发分。
52.在本发明中，所述冶金辅料保护渣的粒径优选为0.25～2.0mm，含水率优选为0.2％～0.5％。
53.本发明还提供了上述技术方案所述的冶金辅料保护渣的制备方法，包括以下步骤：
54.将制备原料和水混合，依次进行磨浆和喷雾造粒，得到所述冶金辅料保护渣。
55.在本发明中，所述磨浆的方式优选为搅拌磨磨浆。
56.在本发明中，所述磨浆所得浆料的固体含量优选为50％～55％；浆料的粘度优选为≤1000厘泊，进一步优选为500～800厘泊，更优选为600～700厘泊；浆料的细度优选为-300目。
57.在本发明中，所述喷雾造粒优选包括以下步骤：将所述磨浆得到的浆料经高压柱塞泥浆泵泵入喷雾干燥塔。在本发明中，所述高压柱塞泥浆泵的压力优选为2mpa；所述浆料进喷雾干燥塔的温度优选为600℃；所述喷雾干燥塔的压力优选≤300pa；所述喷雾干燥塔的加热方式优选为天然气热风炉；所述喷雾干燥塔的塔顶进口温度优选为480℃～650℃，塔底出口温度优选为130℃～180℃。
58.本发明还提供了上述技术方案所述的冶金辅料保护渣或上述技术方案所述的制备方法得到的冶金辅料保护渣在碳钢小方坯结晶器中的应用。
59.在本发明中，所述碳钢小方坯结晶器的连铸钢种优选包括q345、q235、q195和60si2mn中的一种或多种。在本发明中，所述碳钢小方坯结晶器的连铸拉速优选为1.2～4.5m/min；连铸断面优选为120
×
120mm2，浇注的液渣层的厚度优选为8～12mm。
60.下面结合实施例对本发明提供的冶金辅料保护渣及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
61.实施例1
62.按照以下质量百分含量称取制备原料：磷渣50％，萤石14％，纯碱11％，石油焦增
碳剂4％，高碳石墨6％，中超炭黑2％，石英砂4％，玻璃粉9％。
63.将制备原料和水混合，经搅拌磨磨浆，将得到的浆料(固体含量为55％，细度为-300目，粘度为680厘泊)经高压柱塞泥浆泵(压力为2mpa)泵入喷雾干燥塔进行喷雾造粒(浆料进喷雾干燥塔的温度为600℃，喷雾干燥塔的压力≤300pa；所述喷雾干燥塔的加热方式为天然气热风炉；所述喷雾干燥塔的塔顶进口温度为650℃，塔底出口温度为155℃)，得到保护渣。
64.所得保护渣的比重为0.6g/cm3，含水率为0.35％，粒度为0.25～1.6mm占比95％以上。
65.所得保护渣的成本为1200元/吨。
66.实施例2
67.按照以下质量百分含量称取制备原料：磷渣58％，萤石8％，纯碱11％，石油焦增碳剂4％，高碳石墨6％，中超炭黑2％，玻璃粉11％。
68.将制备原料和水混合，经搅拌磨磨浆，将得到的浆料(固体含量为55％，细度为-300目，粘度为680厘泊)经高压柱塞泥浆泵(压力为2mpa)泵入喷雾干燥塔进行喷雾造粒(浆料进喷雾干燥塔的温度为600℃，喷雾干燥塔的压力≤300pa；所述喷雾干燥塔的加热方式为天然气热风炉；所述喷雾干燥塔的塔顶进口温度为650℃，塔底出口温度为155℃)，得到保护渣。
69.所得保护渣的比重为0.63g/cm3，含水率为0.2％，粒度为0.25～1.6mm占比95％以上。
70.所得保护渣的成本为1100元/吨。
71.实施例3
72.按照以下质量百分含量称取制备原料：磷渣56％，萤石8％，纯碱11％，煅烧白煤增碳剂4％，高碳石墨6％，中超炭黑2％，石英砂4％，玻璃粉9％。
73.将制备原料和水混合，经搅拌磨磨浆，将得到的浆料(固体含量为55％，细度为-300目，粘度为680厘泊)经高压柱塞泥浆泵(压力为2mpa)泵入喷雾干燥塔进行喷雾造粒(浆料进喷雾干燥塔的温度为600℃，喷雾干燥塔的压力≤300pa；所述喷雾干燥塔的加热方式为天然气热风炉；所述喷雾干燥塔的塔顶进口温度为650℃，塔底出口温度为150℃)，得到保护渣。
74.所得保护渣的比重为0.62g/cm3，含水率为0.2％，粒度为0.25～1.6mm占比95％以上。
75.所得保护渣的成本为1150元/吨。
76.实施例4
77.按照以下质量百分含量称取制备原料：磷渣75％，萤石5％，纯碱8％，半焦煤增碳剂4％，高碳石墨6％，中超炭黑2％。
78.将制备原料和水混合，经搅拌磨磨浆，将得到的浆料(固体含量为55％，细度为-300目，粘度为700厘泊)经高压柱塞泥浆泵(压力为2mpa)泵入喷雾干燥塔进行喷雾造粒(浆料进喷雾干燥塔的温度为600℃，喷雾干燥塔的压力≤300pa；所述喷雾干燥塔的加热方式为天然气热风炉；所述喷雾干燥塔的塔顶进口温度为650℃，塔底出口温度为180℃)，得到保护渣。
79.所得保护渣的比重为0.65g/cm3，含水率为0.3％，粒度为0.25～1.6mm占比95％以上。
80.所得保护渣的成本为1050元/吨。
81.对实施例1～4所得保护渣的成分进行测定，结果如表1所示。
82.表1实施例1～4所得保护渣的成分(wt％)
83.实施例cao/sio2caoal2o3sio2mgona2o k2ofe2o3f-c
固
s挥发分10.9832.11.4432.642.47.160.715.6610.220.027.6520.9832.321.6732.943.47.430.843.2310.221.026.9330.9131.211.6134.284.47.160.753.2310.222.025.1241.1737.192.1631.694.44.320.532.0210.222.025.45
84.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。