Al基复合脱氧剂及其制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种能够提升金属Al炼钢脱氧利用率、对钢液溶解氧有深度脱除效果并能原位吸收脱氧产物的Al基复合脱氧剂及其制备方法和应用，该方法包括使用中性有机粘结剂以及压制工艺对复合脱氧剂进行强化，制备工艺流程短，成本低。同时，本发明还提供由该方法制备的复合脱氧剂在炼钢脱氧过程中的应用，通过强脱氧元素Al脱除钢液中的溶解氧，同时通过低熔点、高碱度Al

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种炼钢脱氧过程中所使用的脱氧剂，对于金属Al脱氧效率的提升及脱氧产物去除有显著效果的新型复合脱氧剂的制备方法及其应用。

背景技术

在炼钢和精炼的过程中，都需要用到脱氧剂。

目前生产中所用的脱氧剂主要包括锰铁、硅铁、铝等常用脱氧剂以及Al-Mg、Si-Ca-Ba、Si-Al-Fe、Si-Al-Ba-Fe、RE-Al-Fe等复合脱氧剂，有些钢厂还使用合成渣来进行脱氧。其中，铝因为脱氧能力强，使用成本低等原因，仍是目前使用最为广泛的一种脱氧剂，但用铝脱氧有一定的局限性。首先，铝本身的比重较轻，在加入钢液进行脱氧的过程中，容易上浮到钢液表面，造成铝的烧损严重，金属收得率低；其次，由于铝的大量烧损，使得铝脱氧的利用率也低；再次，用铝进行脱氧的脱氧产物Al₂O₃在钢中多呈菱角状分布，不易从钢液中排除，影响钢材的加工和使用性能，恶化钢材质量。

近年来，研究者就如何促进金属Al脱氧的利用效率做了一系列的研究。为了增加脱氧剂的比重，提高Al的使用效率，使用在脱氧剂中添加Ba、RE等元素作为复合脱氧剂；为了改善脱氧产物Al₂O₃夹杂的性质，使用在脱氧剂中添加Ca、Si等元素以使脱氧产物形成低熔点的化合物，不仅可以迅速上浮去除，还可以使留在钢中的夹杂物对钢材的性能影响较小；另外，加入Al基脱氧剂中的元素，要尽量不对Al的脱氧造成影响。

虽然对Al脱氧利用率提高的研究已经有了一定的成果，但仍然存在诸如生产成本较高、生产工艺比较复杂等问题，不利于对含Al复合脱氧剂的大规模生产及应用。

发明内容

为了改善金属Al脱氧的不足，本发明提供一种复合脱氧剂，该复合脱氧剂在炼钢脱氧过程中提高了Al脱氧的使用效率，且对Al脱氧产物具有原位吸收的效果，使其形成低熔点化合物，可以快速从钢液中上浮排除，从而提升钢液的洁净度，改善钢材质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：以金属Al作为有效脱氧组分，以低熔点、高碱度Al₂O₃-SiO₂-CaO-MgO四元氧化物渣系作为载体，通过强脱氧元素Al脱除钢液中的溶解氧，同时通过低熔点、高碱度氧化物渣系原位吸收脱氧产物Al₂O₃，使其从钢液中快速排除，达到降低钢中的总氧含量、提升钢纯净度的目的。

一种Al基复合脱氧剂，所述Al基复合脱氧剂由金属铝粉和氧化物渣系混合物组成的，其中金属铝粉所占重量百分比为45~55 wt%，余量为氧化物渣系混合物。

进一步，所述金属铝粉的粒度为100~200目、纯度≥99.0%。所述粉末粒度均≤100目。

进一步，所述氧化物渣系配比为3~8 wt%的MgO粉末 ，10~20 wt%Al₂O₃粉末，30~50 wt%CaO粉末 ，30~40 wt%SiO₂粉末。

本发明的另一目的是提供上述Al基复合脱氧剂的制备工艺，具体包括以下步骤：

步骤1：分别取3~8 gMgO粉末，10~20 gAl₂O₃粉末，30~50 gCaO粉末，30~40 gSiO₂粉末（粉末粒度均≤100目），充分均匀混合以配制低熔点、高碱度在钢液中有较好流动性的氧化物渣系；

步骤2：将占45-55 wt%的步骤1制备得到的氧化物渣系与占45~55 wt%金属Al粉按配制并充分均匀混合，得到混合粉末；

步骤2：将步骤1制备得到的氧化物渣系按照占总质量百分比55-45 wt%与金属Al粉按照占质量百分比45~55 wt%分别称取混合，并充分均匀混合，备用；

步骤3：向步骤2制备得到的混合粉末中添加适量的含有15~20 wt%中性有机粘结剂水溶液，使其充分渗入粉末缝隙，并在不小于30MPa的压力条件下将粉末压制3~5min，得到坯体；

进一步，所述中性有机粘结剂的沸点不低于120℃。

一种上述制备工艺制备的Al基复合脱氧剂在炼钢脱氧过程中的应用。

本发明的有益效果是：可以提升炼钢脱氧过程中金属Al的利用效率，快速去除钢液中的脱氧产物，而且制备流程简单，成本低廉。

附图说明

图1所示为本发明的制备工艺的流程框图。

图2所示为本发明在应用测试例1-1试样中夹杂物的数量及分布图。

图3所示为本发明在应用测试例1-1试样中夹杂物的大小及形态图。

图4所示为本发明在应用测试例1-2试样中夹杂物的数量及分布图。

图5所示为本发明在应用测试例1-2试样中夹杂物的大小及形态图。

图6所示为本发明在对比例试样中夹杂物的数量及分布图。

图7所示为本发明在对比例试样中夹杂物的大小及形态图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作详细说明。需要指出的是此处所作的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1：一种Al基复合脱氧剂的制备工艺，具体包括以下步骤：

步骤1：根据FactSage6.3热力学计算软件的计算结果，分别取3 gMgO粉末，20 gAl₂O₃粉末，50 gCaO粉末，32 gSiO₂粉末（粉末粒度均≤100目），充分均匀混合以配制低熔点、高碱度及在钢液中有较好流动性的氧化物渣系；

步骤2：将金属Al粉按40 wt%与60 wt%渣系混合物进行配制并充分均匀混合，得到复合脱氧剂粉末；

步骤3：向复合脱氧剂粉末中添加适量15 wt%中性有机粘结剂水溶液，使其充分渗入粉末缝隙，并在不小于30MPa的压力条件下将复合脱氧剂粉末压制5min，形成坯体；

步骤4：将经步骤3制备得到坯体在100℃环境中烘干1h。

实施例2：一种Al基复合脱氧剂的制备工艺，具体包括以下步骤：

步骤1：分别取:8 g MgO粉末，15 gAl₂O₃粉末，40 g CaO粉末，37 gSiO₂粉末（粉末粒度均≤100目），充分均匀混合以配制低熔点、高碱度及在钢液中有较好流动性的氧化物渣系；

步骤2：将占45 wt%的步骤1制备得到的氧化物渣系与占55 wt%金属Al粉按配制并充分均匀混合，得到复合脱氧剂粉末；

步骤3：向步骤2制备得到的复合脱氧剂粉末中添加适量7 wt%的中性有机粘结剂水溶液，使其充分渗入粉末缝隙，并在不小于30MPa的压力条件下将复合脱氧剂粉末压制4min，形成坯体；

步骤4：将经步骤3制备得到坯体在125℃环境中烘干1h。

实施例3：

一种Al基复合脱氧剂的制备工艺，具体包括以下步骤：

步骤1：分别取:5 g MgO粉末，20 g Al₂O₃粉末，30 g CaO粉末，45 g SiO₂粉末（粉末粒度均≤100目），充分均匀混合以配制低熔点、高碱度及在钢液中有较好流动性的氧化物渣系；

步骤2：将占55 wt%的步骤1制备得到的氧化物渣系与占45 wt%金属Al粉按配制并充分均匀混合，得到复合脱氧剂粉末；

步骤3：向步骤2制备得到的复合脱氧剂粉末中添加适量20 wt%的中性有机粘结剂水溶液，使其充分渗入粉末缝隙，并在不小于30MPa的压力条件下将复合脱氧剂粉末压制3min，使形成具有一定强度的坯体；

步骤4：将经步骤3制备得到坯体在150℃环境中烘干1h。

本发明还提供了使用上述制备方法得到的新型Al基复合脱氧剂在炼钢脱氧过程中的应用。

下面采用应用测试例的方式对本发明作进一步的描述。

下文中，SEM照片是由日本电子公司生产的JSM-6480LV高低真空扫描电镜获得；所用原料或试剂除非特别说明外，均由市售商品，且相同的原料或试剂来源相同。

应用测试例1-1

打开高温钼丝炉以及NH₃裂解炉（保护钼丝），待炉温升至300℃，将装好480g纯铁的氧化铝坩埚套加石墨坩埚后放入炉管内；继续升温至1600℃，保温10分钟，加入精炼渣；用定氧仪测定脱氧前铁液中的溶解氧含量，结果为162ppm（实测总氧含量为207ppm）；向铁液中加入0.96g新型Al基复合脱氧剂；用定氧仪测定脱氧后铁液中的溶解氧含量，结果为8.0ppm（实测总氧含量为26ppm）；用石英管取脱氧后铁液作水冷试样，并将凝固后的铁锭切Φ10                                               10mm的试样；将所取试样经过镶嵌、编号、磨制、抛光处理；用金相显微镜观察试样中夹杂物的数量、分布，结果如图2所示；用扫描电镜观测钢试样中夹杂物的成分、大小、形态，结果如图3所示。

应用测试例1-2

打开高温钼丝炉以及NH₃裂解炉（保护钼丝），待温度升至300℃，将装好420g纯铁的氧化铝坩埚套加石墨坩埚后放入炉管内；继续升温至1600℃，保温10分钟，加入精炼渣；用定氧仪测定脱氧前铁液中的溶解氧含量，结果为169ppm（实测总氧含量为215ppm）；向铁液中加入0.84g新型Al基复合脱氧剂；用定氧仪测定脱氧后铁液中的溶解氧含量，结果为7.9ppm（实测总氧含量为26ppm）；用石英管取脱氧后铁液作水冷试样，并将凝固后的铁锭切Φ1010mm的试样；将所取试样经过镶嵌、编号、磨制、抛光处理；用金相显微镜观察试样中夹杂物的数量、分布，结果如图5（a）所示；用扫描电镜观测钢试样中夹杂物的成分、大小、形态，结果如图5(b)所示。

对比例

打开高温钼丝炉以及NH₃裂解炉（保护钼丝），待温度升至300℃，将装好395g纯铁的氧化铝坩埚套加石墨坩埚后放入炉管内；继续升温至1600℃，保温10分钟，加入精炼渣；用定氧仪测定脱氧前铁液中的溶解氧含量，结果为155ppm（实测总氧含量为206ppm）；向铁液中加入0.40g金属Al块；用定氧仪测定脱氧后铁液中的溶解氧含量，结果为16.0ppm（实测总氧含量为45ppm）；用石英管取脱氧后铁液作水冷试样，并将凝固后的铁锭切Φ1010mm的试样；将所取试样经过镶嵌、编号、磨制、抛光处理；用金相显微镜观察试样中夹杂物的数量、分布，结果如图6所示；用扫描电镜观测钢试样中夹杂物的成分、大小、形态，结果如图7所示。

对比应用测试例和对比例脱氧后铁液中的溶解氧含量以及铁锭中总氧含量，发现在相同的冶炼条件下，使用新型Al基复合脱氧剂不仅能使铁液中的溶解氧含量降低到10ppm以下，同时铁锭中的总氧含量也显著减少，脱氧效率得到了显著的提高。

对比图2、图4、图6可以看出，相比对比例中使用纯Al脱氧后，夹杂物形状不规则，容易以簇状形式聚集的现象，使用新型Al基复合脱氧剂脱氧后，夹杂物数量更少，尺寸更小，均匀分布在基体之中。

对比图3、图5、图7可以看出，相对于对比例中的纯Al脱氧，使用新型Al基复合脱氧剂脱氧后，Al₂O₃夹杂物尺寸比较细小，形成的复合夹杂物形状得到了一定的改善，没有出现类似于对比例中夹杂物周围有深陷的凹坑现象。

表1  脱氧后钢中氧含量比较

Table 1  Comparison of oxygen content after deoxidization

以上测试表明采用新型Al基复合脱氧剂，在炼钢脱氧过程中对钢液中溶解氧的脱除、脱氧产物的原位吸收去除确实有显著的效果，提高了钢的洁净度。

以上内容详细描述了本发明的制备实施方式以及应用实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。