《鋁渣球及其製備方法》是江蘇江南鐵合金有限公司於2002年10月17日申請的專利，該專利的申請號為021384509，公布號為CN1410556，公布日為2003年4月16日，發明人是梅一峰、顧小月。
《鋁渣球及其製備方法》適用於鋁鎮靜鋼冶煉純淨鋼或超純淨鋼的鋼水表面保溫兼精煉劑，含有金屬鋁、螢石、碳酸鈣、氧化鋁、二氧化矽以及少量的水份、磷、硫、銅和不可避免的其它雜質；碳、矽、硫、磷等含量很低，特別適用於低碳，低矽純淨鋼和其他超純淨鋼；水分含量的控制，避免了物料進入鋼水中的爆騰現象；可在很大範圍內改變脫氧和合金化元素的成分含量，適應多鋼種變化的需要；原料普通、易得，成球工藝簡單、可靠，不存在成分偏析波動，投加工藝簡單，鋼水表面鋪展保溫性能優良；脫氧與精煉同步進行，鋼水中氧化物夾雜將減少。
2007年，《鋁渣球及其製備方法》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：鋁渣球及其製備方法
- 公布號：CN1410556
- 公布日：2003年4月16日
- 申請號：021384509
- 申請日：2002年10月17日
- 申請人：江蘇江南鐵合金有限公司
- 地址：江蘇省常州市武進區橫山橋鎮五一村
- 發明人：梅一峰、顧小月
- 分類號：C21C7/06、C21C7/076
- 代理機構：常州市維益專利事務所
- 類別：發明專利
- 代理人：王凌霄
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
眾所周知，隨著國民經濟的發展對鋼種及其質量要求的日趨提高，鋼的冶煉技術由原來的一步法煉鋼發展成為二步法煉鋼，即分初煉和精煉兩個步驟進行。由初煉控制鋼水溫度和主要元素的含量，由精煉作脫氧除雜合金化處理，以取得預期品種和質量的鋼種。
在煉鋼中，初煉鋼水進入精煉爐前需在鋼水表面覆蓋保溫劑，以防止鋼水降溫和表面氧化，繼而進入精煉爐後需進行脫氧與合金化處理，並造成一定成分的精煉渣以吸附脫氧產物及鋼中的其它雜質，達到淨化鋼水的目的。
鋼水表面的保溫措施2002年10月前已有技術大致有以下三種：一是鋼水帶渣出爐，利用鋼水表面的渣蓋對鋼水進行隔離保溫，這種方法使鋼水在精煉期間由於鋼渣的還原而使鋼水大量回雜。二是鋼水不帶渣出爐，鋼水表面投加保溫性能較好的碳質保溫劑（如碳化稻殼）對鋼水進行隔離保溫，但碳質保溫劑對鋼水造成的增碳作用對冶煉低碳鋼種極為不利。三是採用以煤粉灰為主的無碳保護劑，這種保護劑雖然避免了鋼水的增碳作用，但煤粉灰中的主要成分Al2O3和SiO2，一方面在精煉期間由於還原作用發生鋼水“回矽”現象，對於冶煉某些對矽含量有嚴格控制的鋼種（如深沖薄板鋼）非常不利，另一方面大量的Al2O3需消耗大量的CaO（石灰粉）以形成CaAl2O4（偏鋁酸鈣）成渣上浮，否則對降低鋼中的Al2O3夾雜也很不利。
鋼水（特別是鋁鎮靜鋼）的脫氧最終都要採用金屬鋁，而脫氧產物Al2O3的熔點為2050℃，在鋼水中以枝狀或針狀存在，在鋼水冷凝時造成鋼中枝狀或針狀氧化物夾雜，影響了鋼材的質量。在2002年10月前已有技術中，一方面採用複合脫氧劑（如鋁矽鐵合金、鋁錳鐵合金），以形成Al2O3.SiO2或MnO.Al2O3低熔點共熔體，便於成渣上浮，但這種方法使用範圍有限，因為在有大量金屬鋁存在的情況下很難形成矽或錳的氧化物，不適用於鋁鎮靜鋼的使用；在鐵合金領域研究的鋁鈣鐵合金和鋁鋇鐵合金，以此來取代鋁矽鐵合金和鋁錳鐵合金，解決鋁鎮靜鋼脫氧產物的複合成渣問題，但截至2002年10月尚未見有成功的報導。另一方面是在精煉期間向鋼水中加入氧化鈣，以形成CaO.Al2O3（偏鋁酸鈣）低熔點共熔體成渣上浮，但這種方法是脫氧在前，脫氧產物的複合成渣在後，彌散在鋼中的Al2O3需要相當長的時間才能與CaO結合成渣上浮，脫除Al2O3的動力學條件很不理想。
發明內容
專利目的
《鋁渣球及其製備方法》提供了一種有害雜質含量低級的鋁渣球及其製備方法，適用於鋁鎮靜鋼冶煉純淨或超純淨鋼且在初煉出鋼投加後能很快生成覆蓋鋼水表面作保溫劑。
技術方案
《鋁渣球及其製備方法》解決其技術問題所採用的技術方案是：一種鋁渣球，含有金屬鋁（Al）、螢石（CaF2）、碳酸鈣（CaCO3）、三氧化二鋁（Al2O3）、二氧化矽（SiO2）以及少量的水份（H2O）、磷（P）、硫（S）、銅（Cu）和不可避免的其它雜質，它的組份含量是（重量％）：鋁10～45；三氧化二鋁5～35；螢石10～60；碳酸鈣5～15；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
為適應不同鋼種的需要，進一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁20～30；三氧化二鋁10～15；螢石40～50；碳酸鈣10～12；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
進一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁10～20；三氧化二鋁20～30；螢石40～50；碳酸鈣10～15；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
進一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁23.5～26.5；三氧化二鋁10～15；螢石43.5～46.5；碳酸鈣10～12；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
進一步地，它的組份含量是（重量％）：鋁20～25；三氧化二鋁30～35；螢石20～35；碳酸鈣10～15；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
一種鋁渣球的製備方法，具有如下工藝流程：將取樣分析合格後的金屬鋁粒、鋁渣粉、螢石精礦、優質石灰石粉、玻璃水採購到位並分倉儲存，將化驗合格的原材料稱重配比，然後投入混料機混合均勻，再加入玻璃水混合均勻，然後將物料投入對輥式壓球機內滾壓成球，經乾燥設備乾燥即得到成品。
進一步地，所述各原材料的化學成份的組份含量（重量％）分別為：鋁粒：Al≥95％，Cu≤0.5％，Si≤3％；鋁渣粉：Al≥40％，Al2O3≤55％，SiO2≤5％；螢石粉：CaF2≥98％，SiO2≤1％，S≤0.05％，P≤0.03％；石灰石粉：CaCO3≥95％，SiO2≤2％，S≤0.05％，P≤0.01％。
當這種鋁渣球在出鋼後加入鋼包中，由於球狀物料具有很好的流動性，因而能迅速在鋼水表面形成覆蓋層；由於鋼水的加熱作用，物料中的碳酸鈣在1000℃左右分解產生CO2氣體使球體崩裂離散，形成鬆散粉狀物對鋼水表面起保溫作用。逸出的CO2氣體排出鋼水表面空氣，以防止鋼水的氧化，由於粉狀物料的保溫作用，CaCO3升溫分解並不激烈而延續一段時間，以滿足出鋼至精煉的時間要求。在精煉期中，粉狀物在攪拌條件下熔融並參與鋼水的脫氧反應，
2Al+3FeO→Al2O3+3Fe
脫氧產物氧化鋁與螢石粉中的氟化鈣產生反應，
Al2O3+3CaF2→3CaO+2AlF3↑
生成的三氟化鋁成氣體逸出，生成的氧化鈣繼續與脫氧產物三氧化二鋁化合，
CaO+Al2O3→2Al2O4
以上反應與化合過程同時進行，脫氧產物化合成渣的動力學條件非常有利，最終生成以CaAl2O4（偏鋁酸鈣）為主的渣相，該渣的理論熔點為1575℃，當有10％以上的氟化鈣及少量二氧化矽存在時，其熔點可降至1400℃左右，與鋼水具有較大的相間張力，能很好地上浮成渣而不會在鋼中形成夾雜，從而更有利於鋼水的純淨。
當採用部分鋁渣粉代替金屬鋁粉，部分碳酸鈣粉代替螢石粉時，該鋁渣球的主要成分為金屬鋁、氟化鈣、碳酸鈣、三氧化二鋁、二氧化矽，其脫氧及精煉反應可用下式表達：
22Al+33O+4Al2O3+12CaF2+3CaCO3+2SiO2→
12CaAl2O4·2SiO2+3CaF2+6AlF3↑+3CO2↑
上式左邊的反應物中的氧來自鋼水，其餘物質為保溫兼精煉劑成分，每公斤以上成分物料能結合0.25公斤左右的氧，CO2氣體在保溫期間生成逸出，AlF3氣體在脫氧精煉期間生成除去。
如上所述的鋁渣球，可在其中添加合金化劑，最典型的成分是Al、Ti，Al可以鋁粒的形式加入，其它成分可以鐵合金的粉劑的形式加入，加入量可在相當大的範圍內變化，最高可達20（重量％），以適應鋼種合金化的需要。由於在基料中有大量的金屬鋁作保護，因此所加入的合金化元素氧化損失很少且收得率穩定。
如上所述的鋁渣球，可在其中添加Ba、Mg、K、Na、Li的碳酸鹽，以部分或全部取代碳酸鈣，碳酸鹽總量在15％以下時不會對使用造成不良影響。這些鹼金屬或鹼土金屬的氧化物對以CaAl2O4（偏鋁酸鈣）為主的渣相能起到改性、變質和改變表面張力的作用，從而更有利於鋼水的純淨。
如上所述的鋁渣球，可用Ti部分或全部取代Al，以滿足用Ti脫氧與合金化的鋼種（如不鏽鋼等）。
如上所述的鋁渣球，可在其中添加釩、鈮的氧化物，利用鋁的還原作用完成對鋼中添加合金成分的過程，以降低合金化的成本。
有益效果
一、碳、矽、硫、磷等雜質含量很低，特別適用於低碳，低矽純淨鋼和其他超純淨鋼；代替了粉煤灰、碳化稻殼等有缺陷的保溫劑；水分含量的控制，避免了物料進入鋼水中的爆騰現象。
二、可在相當大的範圍內改變脫氧和合金化元素的成分含量，適應多鋼種變化的需要。
三、在一定含量的範圍內可任意選擇鹼金屬或鹼土金屬氧化物（以碳酸鈣化合物的形式加入）完成對精煉合成渣的改性、變質等特殊要求。
四、原料普通、易得，成球工藝簡單、可靠，不存在成分偏析波動，投加工藝簡單，鋼水表面鋪展保溫性能優良。
五、脫氧與精煉同步進行，鋼水中氧化物夾雜減少。
技術領域
《鋁渣球及其製備方法》涉及鋼水爐外處理及精煉、合金化技術，具體涉及一種特別適用於鋁鎮靜鋼冶煉純淨或超純淨鋼且在初煉出鋼投加後能很快生成覆蓋鋼水表面作保溫劑，當其隨鋼水轉移至精煉爐後，具有強烈脫氧作用和合成為性能良好的精煉劑，還可以對鋼水進行合金化處理的鋼水表面保溫兼鋼水精煉的添加劑。
權利要求
1.一種鋁渣球，含有金屬鋁（Al）、螢石（CaF2）、碳酸鈣（CaCO3）、三氧化二鋁（Al2O3）、二氧化矽（SiO2）以及少量的水份（H2O）、磷（P）、硫（S）、銅（Cu）和不可避免的其它雜質，其特徵在於它的組份含量是（重量％）：鋁10～45；三氧化二鋁5～35；螢石10～60；碳酸鈣5～15；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
2.根據權利要求1所述的鋁渣球，其特徵在於它的組份含量是（重量％）：鋁20～30；三氧化二鋁10～15；螢石40～50；碳酸鈣10～12；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
3.根據權利要求1所述的鋁渣球，其特徵在於它的組份含量是（重量％）：鋁10～20；三氧化二鋁20～30；螢石40～50；碳酸鈣10～15；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
4.根據權利要求1所述的鋁渣球，其特徵在於它的組份含量是（重量％）：鋁23.5～26.5；三氧化二鋁10～15；螢石43.5～46.5；碳酸鈣10～12；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
5.根據權利要求1所述的鋁渣球，其特徵在於它的組份含量是（重量％）：鋁20～25；三氧化二鋁30～35；螢石20～35；碳酸鈣10～15；二氧化矽≤5；水份≤0.5；磷≤0.02；硫≤0.15；銅≤0.3；其它物質餘量。
6.一種鋁渣球的製備方法，其特徵在於具有如下工藝流程：將取樣分析合格後的金屬鋁粒、鋁渣粉、螢石精礦、優質石灰石粉、玻璃水採購到位並分倉儲存，將化驗合格的原材料稱重配比，然後投入混料機混合均勻，再加入玻璃水混合均勻，然後將物料投入對輥式壓球機內滾壓成球，經乾燥設備乾燥即得到成品。
實施方式
鋁渣球的製備：按（各原材料的化學成份的組份含量（重量％）分別為：鋁粒：Al≥95％，Cu≤0.5％，Si≤3％；鋁渣粉：Al≥40％，Al2O3≤55％，SiO2≤5％；螢石粉：CaF2≥98％，SiO2≤1％，S≤0.05％，P≤0.03％；石灰石粉：CaCO3≥95％，SiO2≤2％，S≤0.05％，P≤0.01％。
將金屬鋁粒、鋁渣粉、螢石精礦、優質石灰石粉、玻璃水分別採購到位並分倉儲存，對原材料取樣分析，各原材料的化學成份分別是：鋁粒：Al95.8％、Cu0.32％、Si2.37％；鋁渣粉：Al40.29％、Al2O351.36％、SiO23.48％；螢石粉：CaF298.26％、SiO20.67％、S0.03％、P0.023％；石灰石粉：CaCO396.3％、SiO20.52％、S0.032％、P0.015％。
將化驗合格的原料稱重：鋁粒160Kg、鋁渣粉250Kg、螢石粉450Kg、石灰石粉125Kg，將上述稱重的原料投入轉鼓式混料機中混合均勻（15分鐘），在混合均勻的物料中投入50Kg模數為3.5～3.7的玻璃水並在攪拌機中拌和均勻。將拌和均勻的物料在對輥式壓球機內滾壓成10～20mm的球狀顆粒，將球狀顆粒投入集料倉以焦碳為燃料的乾燥設備內，以200℃左右的溫度，經過20～24小時烘乾，待成品水分小於0.5％後，再次進行篩選、入庫。
以上實施例成品的化學成分為（重量％）：Al：24.9；Al2O3：12.5；CaF2：44.12；CaCO3：11.78；SiO2：3.26；H2O：0.16；P：0.008；S：0.079；Cu：0.144。
試驗套用例：《鋁渣球及其製備方法》方法製備的鋁渣球，在上海寶鋼公司進行了批量套用，其結果表明：該發明具有良好的套用工藝性，做到“一料到底，全程處理”，操作簡便，特別是其在鋼水表面爆裂成渣，鋪展覆蓋良好，具有嚴密的保溫和隔離空氣的作用。在精煉爐內，加上攪拌，表現出很理想的洗渣能力，除渣效果顯著。
榮譽表彰
2007年，《鋁渣球及其製備方法》獲得第五屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
