用于电弧炉冶炼不锈钢过程造泡沫渣的发泡球及制造方法

摘要

用于电弧炉冶炼不锈钢过程造泡沫渣的发泡球及制造方法，发泡球是用氧化铁皮或粉、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破碎料为主要原料经热压的球团，并在其外部包裹一层以水泥熟料或水泥为原料的硬质层。其制造方法包括如下步骤：将主要原料物料、粘接剂干料混匀，加水将物料粘接，热压造球处理0.5-1小时，形成的球团再与水泥熟料浆混合，使球团表面粘上一层水泥熟料浆，再造球，晾干，烘烤。本发明发泡球具有很好的强度，电炉冶炼不锈钢过程中可从高位料仓加入而不摔碎，进入熔池后可造出良好的泡沫渣，平均发泡高度大于10cm，一次加料发泡时间大于8min，实现保护电弧提高其热效率的功能，还可降低电耗、缩短冶炼时间及保护炉衬。

说明书

技术领域

本发明涉及电炉冶炼不锈钢领域，涉及一种用于电炉冶炼不锈钢过程 造泡沫渣的发泡球及制造方法。

背景技术

电弧炉炼钢过程主要依靠电弧加热，在冶炼过程中造泡沫渣可利用渣 来包住电弧以更多地吸收电弧能量，减轻电弧向炉衬辐射，在实际应用过 程中可取得降低电耗、耐火材料消耗等效果，由于电弧能量更多地进入了 钢液和渣形成的熔池，熔炼速度可有所加快，冶炼周期相应可降低，提高 了生产效率。

电弧炉冶炼造泡沫渣技术在电弧炉冶炼普碳钢及低合金钢时应用比 较普遍，主要是依靠脱碳过程产生的CO气泡或喷碳粉参与反应后产生的 CO作为气源，通过渣的成分来维持其发泡性，由于冶炼普碳钢及低合金 钢时渣的流动性性较优，很容易起泡，所以生产上实现泡沫渣操作相对容 易。

然而对于电炉冶炼不锈钢母液的过程，不锈钢中铬含量偏高，一般在 11％以上，铬与氧具有很大的亲和力，冶炼过程所吹氧更容易与铬结合生 成氧化铬，脱碳变的困难，产生的CO气泡量相对较少，而吹氧形成的氧 化铬会进入渣中，当渣中氧化铬高于15％时，渣流动性能下降，甚至会变 的很硬，其发泡性能下降。为了解决如上难题，在电弧炉冶炼不锈钢过程 中造出泡沫渣，如下专利提出了相应的方法。

中国专利CN101096717提供了电炉加脱磷铁水冶炼不锈钢母液泡沫 渣生成方法，在炉内熔池基本形成后喷吹碳粉，并根据渣的粘稠程度喷吹 硅铁粉来降低渣中Cr₂O₃含量，以降低其粘度，由于喷吹碳粉过程很难控 制碳粉穿透渣层又不进入钢液，大多数情况下，碳粉停留在渣层上部，产 生的CO气体在渣层内的停留时间短，导致渣的发泡效果有限。与中国专 利CN101096717类似，韩国专利KR20010017606(A)也提供了电炉冶炼不 锈钢母液泡沫渣生成方法，在炉内熔池基本形成后喷吹碳粉产生CO来产 生泡沫渣，并控制渣的碱度在1.3-1.4，由于CO气泡停留时间短，发泡效 果同样有限。

美国专利US6228137(B1)提供了电炉冶炼不锈钢造泡沫渣的方法，在 喷吹碳粉的同时喷吹金属氧化物，金属氧化物可与碳直接反应产生CO气 体，然而此方法控制喷吹的难度很大，产生CO气体不易穿越渣层造出良 好的泡沫渣。CN1180751提出加入金属氧化和碳制成的粉末，与 US6228137(B1)类似。

韩国专利KR970005198(B1)提供了向渣中添加锰矿造泡沫渣的方法， 锰矿的加入可以改善渣的发泡性，然而在不锈钢冶炼过程中，不锈钢冶炼 造泡沫渣难的原因是缺少气源让渣起泡，本方法很难提供足够的气源保证 渣发泡效果良好。

欧洲专利EP1087024(A1)提供用粉状干冰(即CO₂冰块)作为发泡剂来 实现低合金钢和不锈钢冶炼过程造泡沫渣，然而干冰在高温熔池中释放气 体太块，容易引发大的喷溅甚。

中国专利CN101096734提供了一种电弧炉冶炼不锈钢母液钢渣发泡 剂，此发明发泡剂具有生石灰和白云石并配有Al₂O₃，生石灰和白云石分 解后可生成造泡沫渣所需的气源，Al₂O₃可降低钢渣的熔点，由此来造不 锈钢冶炼过程泡沫渣，然而石灰石和生白云石的加入会进一步提高渣的粘 度，渣可能会硬化，同时石灰石和生白云石表层分解后，渣内SiO₂与CaO 反应生成硬质层，导致石灰石和生白云石分解产生CO₂的速率缓慢，到冶 炼结束时还不能有效地造出良好的泡沫渣。

专利WO2008095575A1(或MX2009008472(A))提供了一种在电炉冶炼 高铬含量不锈钢过程针对高含量氧化铬渣造泡沫渣的方法，通过向电炉内 加入由铁粉、碳(或碳加硅粉)、粘接剂组成的球团，其中铁粉为加重 剂，保证球团沉淀到钢渣界面间，球团在熔化过程中，还原剂碳或硅粉被 释放出来后与渣中氧化物反应，既还原了渣中氧化物，又能释放气体造出 良好的泡沫渣，然而在渣中氧化铬含量很高的情况下，渣本身的发泡性能 差，原渣中氧化铬的同时造泡沫渣很难取得令人满意的效果。

专利WO2004104232A1(CN101631879A、KR20060004700)提供了 一种电炉冶炼高铬含量不锈钢过程造泡沫渣的方法，通过向电炉内加入由 金属氧化物和碳粉为主要原料制作的发泡球团，为了控制发泡球释放的气 体穿越渣层，添加了铁作为加重剂，并用粘接剂粘接成球团或热压成球团， 本方法可以造出良好的泡沫渣，由于其密度要求3-4g/cm³，如果密度偏高， 发泡球进入熔池后将与钢液大面积接触，导致其熔化和释放气体过快，一 次加料不能满足很长的发泡时间，其在使用过程中需连续加料，电炉上要 增加新的设备。

专利WO2010003401提出通过加入金属氧化物和碳粉为主要原料构 成的压块或球团用于电炉冶炼不锈钢造泡沫渣，用水泥做粘接剂，压块厚 20-100mm，高15-40mm，此方法可利用便宜的原料，如除尘灰、废铁资 源等，同样也需要增加额外设备才能保证其在电炉生产上使用。

专利WO2008095575A1、WO2004104232A1和WO 2010003401所涉 及的用于发泡的球团或压块均没有强度要求，且单个加入发泡时间短，在 实际应用过程中需要新增新设备确保连续加入，才能维持较长的发泡时 间，显然，新增设备到电炉上不仅投资成本高，且装置在电极附近，使用 不方便。

发明内容

本发明的目的提供一种用于电弧炉冶炼不锈钢过程造泡沫渣的发泡 球及制造方法，发泡球可以从高位料仓直接加入，对单个发泡球的发泡时 间有要求，可在电炉冶炼中后期长时间造出泡沫渣，实现保护电弧提高其 热效率的功能，取得降低电耗、缩短冶炼时间、保护炉衬等有益效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

用于电弧炉冶炼不锈钢过程造泡沫渣的发泡球，发泡球是用氧化铁皮 或粉、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破碎料为主要原料经热压的球团， 并在其外部包裹一层以水泥熟料为原料的硬质层。有如下特性：

发泡球各主要原料在发泡球(不包括包裹层)中所占的重量百分比分 别为：氧化铁皮或粉30％-50％、焦碳粉8-12％、废钢屑25-45％、铁粉5-15％、 废弃塑料破碎料1-3％。

发泡球原料还可以包括：富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮或粉、石灰石 粉、硅铁粉、铝粉、SiC，各种原料在发泡球(不包括包裹层)中所占的 重量百分比具体要求为：富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮(粉)小于等于 10％、石灰石粉小于等于5％、硅铁粉小于等于5％、铝粉小于等于3％、 SiC小于等于10％。

进一步，发泡球形状呈球状、椭圆球状或扁球状，发泡球最大直径在 5-10cm，最小直径大于3cm，包裹层厚度1-3mm。

发泡球密度要求为3000-3550kg/m³。

本发明发泡球制造方法，包括如下步骤：

1)混匀，按上述成分配比将氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁 粉、废弃塑料破碎料和可选择加入的原料如富含氧化铬的不锈钢 氧化铁皮(粉)、石灰石粉、硅铁粉、铝粉、SiC与粘接剂干料混 匀；

2)向混匀料内兑入一定量的水将物料粘接，加水量为物料总重量的 的6-10％；

3)以初步粘接的物料为原料，进行热压造球处理，热压温度 400-600℃，处理时间0.5-1小时；

4)将热压球团冷却后，与经加水处理后的水泥熟料浆混合并轻搅拌， 使其表面粘上一层水泥熟料浆；

5)在球团表面处于湿润状态下，筛混造球成形；

6)将处理过的球团在大气下凉干。

进一步烘干处理，烘干温度在80-120℃，烘干时间3小时以上，发泡 球制造完毕。

如前所述的步骤1)，要求除废弃塑料破碎料和废钢屑外所有物料颗 粒直径小于2mm，废弃塑料破碎料如为粒状，其直径要求小于2mm，废 弃塑料破碎料如过为小片状，片的最大直径小于3cm，废钢屑最大尺寸小 于3cm。

如前所表述的步骤1)，粘接剂干料可选择糖浆干料、造纸废液干粉， 粘接剂干料使用量与球团用原料总量的重量比为3-5％。

如前所述的步骤4)水泥熟料在加水形成浆体过程中，要求加水量为 水泥熟料重量的20-50％。

本发明的发泡球外包裹层原料还可以选择水泥，所涉及的制造方法各 步骤中的水泥熟料可用水泥代替。

本发明的发泡球是用氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃 塑料破碎料为主要原料经热压的球团，并在其外部包裹一层以水泥熟料为 原料的硬质层。

本发明使用废弃塑料破碎料作为原料，可在球团热压过程中，使得废 弃塑料熔化并弥散到球团组分的缝隙中，热压后球团冷却，这些弥散在缝 隙中的塑料也被冷却并将球团中各组分进一步粘接，确保球团在后面的处 理过程中不破碎。当球团在电炉冶炼不锈钢过程使用时，塑料组分可不断 的气化或被燃烧，释放的气体可参与推动渣发泡，由于炼钢温度一般在 1300℃以上，气化过程和燃烧反应不会产生二恶因，即使气化过程和燃烧 反应产生的气体在离开电炉熔池(钢液和渣)后可能会因其温度的降低重 新析出二恶因，在电炉配置的二次燃烧室中也可将新析出的二恶因再次烧 去，考虑发泡球中塑料的含量低，塑料的气化和燃烧基本不对环境产生影 响。

本发泡球外部包裹一层以水泥熟料为原料的硬质层，目的是提高其强 度和抗摔碎的能力。电炉冶炼过程中，为了不增加额外设备如专门用于加 发泡球的机器，而方便使用发泡球，需从高位料仓加入此发泡球，如果发 泡球不具有一定强度或抗摔碎能力差，则发泡球可能摔碎，摔碎的发泡球 残体加入到熔池后浮在渣层上方，其生产的气体直接离开熔池，起不到推 动渣发泡的效果。发泡球外部包裹一层以水泥熟料为原料的硬质层，可很 好地保护发泡球不被摔碎，同时水泥熟料在发泡球应用过程中可熔化成 CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等物质，均为炉渣需要的组分，不会对生产造 成不良影响，水泥熟料在熔池可释放少量的水蒸汽用于推动渣发泡。

本发泡球含有的废钢屑和铁粉是作为加重剂，保证发泡球密度略高于 炉渣密度，发泡球在应用过程中可下沉到渣层底部，如图2所示。本发泡 球含有的氧化铁皮(粉)、焦碳粉以及前面介绍的废弃塑料破碎料和水泥 熟料均可在应用过程中通过化学反应产生气体推动炉渣发泡，原理如图2 所示。由于发泡球可在应用中下沉到炉渣层下部，同时持续释放出气体推 动渣发泡，根据感应炉实验测量数据和生产应用的观测，在炉渣具有一定 泡沫化性能条件下，发泡球的应用可形成平均发泡高度大于10cm的泡沫 渣。

本发明发泡球要求形状呈球状、椭圆球状或扁球状，发泡球最大直径 在5-10cm，最小直径大于3cm，包裹层厚度1-3mm。

要求发泡球形状呈球状、椭圆球状或扁球状主要是考虑发泡球加入到 熔池后能很好的下沉，如是块状，其下沉的阻力会更大。要求发泡球最大 直径在5-10cm，主要考虑发泡球加入后要保证8min以上的发泡时间，如 果最大直径小于等于5cm，则发泡球在应用过程中由于熔化和化学反应 而逐步消亡的时间更短，根据感应炉实验观测，最大直径5cm条件下，从 加入到消亡时间为8min，所以要求最大直径大于5cm，同时考虑到发泡球 过大会引起料仓堵塞，所以要求最大直径小于等于10cm。要求发泡球最 小直径大于3cm，如果小于3cm，发泡球更扁，不易下沉。要求包裹层厚 度1-3mm，如果小于1mm，包裹层自身容易破裂，起不到抗摔作用，如 果大于3mm，则过厚，发泡球在应用过程中推迟起泡时间过长，则选定包 裹层厚度1-3mm。

本发明发泡球要求密度为3000-3550kg/m³。

这里主要考虑发泡球的密度要略大于炉渣密度，但又不能大得过多。 如果此密度小于3000kg/m³，则低于炉渣密度，发泡球在应用过程中不下 沉，如高于3550kg/m³，发泡球下沉后与钢液接触面过大，导致发泡球熔 化和释放气体过快，一次加料的发泡时间无法保障大于8min。本发明的发 泡球密度要求不等同于WO2008095575A1、WO2004104232A1和WO  2010003401专利要求的发泡球密度在钢密度和渣密度之间，那样可能会导 致发泡球与钢液接触面多大而导致一次加发泡球形成发泡时间过短。

本发明发泡球要求各主要原料在发泡球中所占的重量百分比分别为： 氧化铁皮(粉)30％～50％、焦碳粉8～12％、废钢屑25～45％、铁粉5～ 15％、废弃塑料破碎料1～3％。

要求组分在发泡球(不包括包裹层)中含量百分比：氧化铁皮(粉) 30％-50％、焦碳粉8-12％，主要是考虑氧化铁皮(粉)内的氧量与碳粉量 中碳量的摩尔比在1左右，因为生成的气体主要是CO。40％的氧化铁皮 (粉)(含90％纯Fe₂O₃)与10％的碳粉(含纯碳量80％)其摩尔比为1， 选择氧化铁皮(粉)含量中值为40％，碳粉含量中值为10％，考虑到碳粉 含碳量有一定波动，选择碳粉含量范围8-12％，并选定氧化铁皮(粉)含 量30％-50％。

要求组分在发泡球中含量百分比比分别为：废钢屑25-45％、铁粉 5-15％，主要是从发泡球密度要求来考虑的，发泡球密度可用如下公式来 计算：

ρ＝ρ_废钢屑c_废钢屑+ρ_铁粉c_铁粉++ρ_氧化铁c_氧化铁+ρ_其他(1-c_废钢屑-c_铁粉-c_氧化铁)

式中，ρ为密度，c为组分在发泡球中的重量含量，经检测，废钢屑在 发泡中的自身密度ρ_废钢屑可取4000kg/m³，氧化铁皮或不锈钢氧化铁皮密度ρ 氧化铁可取3500kg/m³，铁粉自身密度取5000kg/m³，而其他组分自身密度 在1000kg/m³。经计算，氧化铁皮含量为中值40％情况下，按发泡球密度 要求的上限考虑，30％的废钢屑和15％铁粉情况下发泡球密度为 3500*0.4+4000*0.3+5000*0.15+1000*(1-0.4-0.3-0.15)＝3500kg/m³，近似于 发泡球要求的上限3550kg/m³；45％的废钢屑和5％铁粉情况下发泡球密度 为3500*0.4+4000*0.45+5000*0.05+1000*(1-0.4-0.45-0.05)＝3550kg/m³，等 于发泡球要求的上限3550kg/m³；氧化铁皮含量为中值40％情况下，按发 泡球密度要求的下限考虑，25％的废钢屑和5％铁粉情况下发泡球密度为 3500*0.4+4000*0.25+5000*0.05+1000*(1-0.4-0.25-0.05)＝2950kg/m³，近似 于发泡球密度要求的下限3000kg/m³。所以，选择加重物料组分含量废钢 屑25-45％、铁粉5-15％，基本满足发泡球的密度要求3000-3550kg/m³。

本发明要求组分中塑料的重量百分含量为1-3％，如小于1％，则起不 到相应的效果，如大于3％，则单个发泡球在应用过程可能由于塑料含量 过大而散碎，塑料很容易熔化并气化从而可能导致发泡球在熔池中散碎， 所以发泡球中的加入量不宜大大于3％。

本发明的发泡球原料还可以包括：富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮、石 灰石、硅铁粉、铝粉、SiC粉，这些原料在发泡球(不包括包裹层)中所 占的百分比具体要求为：富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮(粉)小于等于 10％、石灰石小于等于5％、硅铁粉小于等于5％、铝粉小于等于3％、SiC 粉小于等于10％。

本发泡球可以包含一些其他原料主要是从资源综合利用、成本及特殊 冶炼情况应对等因素考虑的，具体如下：

对于富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮，主要成分为氧化铁和氧化铬，可 以用来部分替代氧化铁皮(粉)，它的使用可部分回收铬资源。在冶炼处 于还原阶段，渣中Cr₂O₃重量含量低于10％，且熔池温度高于1400℃情况 下，可以使用富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮为原料的发泡球。碳粉在一个 大气压条件下还原Cr₂O₃的温度需高于1200℃，综合考虑发泡球的传热和 氧化铁优先与碳反应的影响，一般熔池温度高于1400℃才能发生有效还原 反应。其含量要求小于等于10％，以保证含此原料的发泡球在发泡过程中 不会引起渣中Cr₂O₃升高，Cr₂O₃升高有可能导致炉渣发泡性能下降。

对于石灰石粉，原料价格较低，主要成分为CaCO₃，825～896.6℃分 解释放CO₂可用于推动渣发泡，但分解反应速率较慢，添加一定量石灰石 可延长发泡球释放气体的时间，考虑到石灰石自身为固体，不易熔化与不 易与炉渣形成均相，则提高炉渣的粘度影响其发泡性能，所以其在发泡球 中的含量不宜过大，控制在5％以内。

对于硅铁粉和铝粉，均为发热剂和还原剂，可满足发泡球如在熔池温 度较低的情况下使用，硅铁粉和铝粉通过参与反应发热来补充发泡球加入 后带来的局部温度下降，但如果使用量过大，则优先与氧化物反应而抑制 碳粉与氧化物的反应，所以，硅铁粉含量要求小于等于5％、铝粉含量要 求小于等于3％。

对于SiC粉，可以作为焦碳和硅铁的替代物，可在一定程度上降低成 本，然而其含量过高会导致发泡球内还原剂用量过大，发泡球内反应发热 过高会缩短发泡球的发泡时间，SiC粉在发泡球中的重量含量要求小于等 于10％。

总之，可根据特定需求和成本考虑，发泡球内可适当添加如上所述的 富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮、石灰石、硅铁粉、铝粉、SiC粉，当然发 泡球内也可以不加这些原料，如添加，其含量有一定限制。

为了实现本发明的发泡球的生产，本发明提出了发泡球的制作方法， 有如下步骤：

1)混匀，将主要原料氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废 弃塑料破碎料和可选择加入的原料如富含氧化铬的不锈钢氧化铁皮(粉)、 石灰石粉、硅铁粉、铝粉、SiC与粘接剂干料混匀；

(2)向混匀料内兑入一定量的水将物料粘接，加水量为物料总重量 的的6-10％；

(3)以初步粘接的物料为原料，进行热压造球处理，热压温度 400-600℃，处理时间0.5-1小时；

(4)将热压球团冷却后，与水泥熟料经加水处理后的水泥熟料浆混 合并轻搅拌，使其表面粘上一层水泥熟料浆；

(5)在球团表面处于湿润状态下，筛混造球成形；

(6)将处理过的球团在大气下自然晾干。

进一步烘干处理，烘干温度在80-120℃，烘干时间3小时以上，发泡 球制造完毕。

对于如上的生产流程，采用的是分布造球法，首先是通过把用于生产 中炉渣发泡和发泡球自身加重的原料通过粘接剂粘接，并热压造球，然后， 将造好的初始发泡球与水泥熟料浆混合并再次造球，使得发泡球表面外裹 一层强度高的硬质层，确保发泡球在生产中从高位料仓加入时不被摔碎。

具体地，对于发泡球制作方法的步骤(1)，还进一步要求除废弃塑 料破碎料、废钢屑外所有物料颗粒直径小于2mm，废弃塑料破碎料如为粒 状，其直径要求小于2mm，废弃塑料破碎料如为小片状，片的最大直径小 于3cm，废钢屑最大尺寸小于3cm。

除废弃塑料破碎料和废钢屑外所有呈粉状或颗粒状的物料其直径均 要求小于2mm，如大于2mm，会影响到随后粘接的效果，废弃塑料破碎 料可以是粒状，其直径如大于2mm，会影响到随后的粘接效果，如是片状， 片状直径如果大于3cm，可能对导致球团粘接后开裂，所以要求其直径小 于3cm。废钢屑最大尺寸小于3cm，也是为了保证球团粘接后不开裂。如 上物料均可在市场采购。

对于步骤(1)，粘接剂干料可选择糖浆干料、造纸废液干粉，粘接 剂干料使用量与球团用原料总量的重量比为3-5％。

糖浆干料、造纸废液干粉为常规粘接剂，使用量在3-5％也为常规操 作。

对于发泡球制作方法的步骤(3)，以初步粘接的物料为原料，进行 热压造球处理，热压温度400-600℃，处理时间0.5-1小时。

热压温度控制400-600℃，如果热压温度低于400℃，原料中的塑料 组分可能不会彻底熔化，如果热压温度高于600℃，原料中的碳与氧化铁 可能发生化学反应释放CO，所以热压温度选定400-600℃。考虑到热压过 程需要将球内的水分大部分去除，处理时间不能低于0.5小时，而热压时 间过长会导致生产成本增加且无必要，处理时间应低于1h，所以处理时间 为0.5-1小时。

对于发泡球制作方法的步骤(4)，要求加水量为水泥熟料重量的 20-50％。

对于加水量为水泥熟料重量的20-50％，主要考虑加水量低于20％会 导致水泥熟料桨太稠，发泡球加入后会粘接大块水泥熟料桨，如果加水量 高于50％，则导致水泥熟料桨太稀，发泡球加入后粘接的水泥熟料桨太少， 不满足包裹层要求的1-3mm，所以选定加水量为水泥熟料重量的20-50％。

对于步骤(6)要求的将处理过的球团在大气下自然晾干。

发泡球表层处于湿态的水泥熟料在大气环境下自然晾干，水泥熟料中 的水份可通过水化反应使得水泥熟料粘接并形成硬质层。

进一步烘干处理，烘干温度在80-120℃，烘干时间3小时以上，发泡 球制造完毕。烘干可去除水分，确保发泡球在电炉冶炼过程的使用过程不 会因含水量高引发喷溅。

本发明的发泡球外包裹层原料还可以选择水泥，所涉及的制造方法各 步骤中的水泥熟料可用水泥代替。这因为水泥性能与水泥熟料比较接近， 可代替水泥熟料作为发泡球外包裹层原料。

本发明的有益效果

本发泡球在电炉冶炼不锈钢过程中，可方便地从高位料仓加入，进入 电炉熔池后可下沉到渣层的底部，且不过多地接触钢液，自身可产生气体 推动渣发泡形成泡沫渣，渣发泡高度平均可达10cm以上，一次加料可维 持渣泡沫化时间8min以上，3次加料可维持渣泡沫化时间24min以上， 可在电炉冶炼的中后期很好的保护电弧，提升其热效率和供电功率，取得 降低电耗、缩短冶炼时间和降低耐材消耗等效果。

发泡球密度要求3000-3550kg/m³，略高于渣密度，这样既保证了发泡 球下沉到渣层下部，又确保发泡球不过多与钢液接触，避免与钢液过多接 触导致发泡球熔化和产生气体过快，一次加料的发泡时间无法保障大于 8min。

原料中加入了废弃塑料破碎料，利用塑料在热压过程熔化弥散到发泡 球基体中缝隙的特性，进一步确保了热压过程中发泡球基体的相互粘接， 而塑料在发泡球应用过程中也可释放气体，推动渣发泡。

发泡球外表有一层由水泥熟料硬化形成的硬质层，可防止发泡球从高 位料仓加入时摔碎。

发泡球尺寸要求发泡球最大直径在5-10cm，最小直径大于3cm，保证 了一次加料发泡球造泡沫渣的时间大于8min。

同时，也保证了发泡球在可在电炉不增加任何设备的情况下使用，三 次加料可保证24min以上的泡沫渣，可取得降低电耗、缩短冶炼周期和降 低耐采消耗的效果。

附图说明

图1为本发明发泡球示意图，图中，10为发泡球1实体指用氧化铁皮 (粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破碎料为主要原料经热压的球 团，包裹壳20指一层以水泥熟料为原料的硬质层。

图2为本发明发泡球在应用过程造泡沫渣的原理，图中，1为发泡球， 2为不锈钢钢液，3为炉渣，4为发泡球1产生的气泡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

电炉冶炼不锈钢母液过程造泡沫渣的发泡球，应用实施在100吨电炉 上进行，在废钢熔化后期炉渣已熔融加入。此发泡球为椭圆球状，最大直 径9cm，最小直径6cm，包裹层厚度3mm，除去包裹层外各种原料及其在 发泡球中重量百分含量分别为：氧化铁皮(粉)35％、焦碳粉12％、废钢 屑30％、铁粉10％、废弃塑料破碎料3％、石灰石粉4％、SiC2％、糖浆干 料4％，包裹层为水泥熟料硬化后的硬质壳。密度为3175kg/m³。

制作发泡球前预先准备原料，原料要求：粉状或粒状原料直径小于 2mm，废弃塑料破碎料用破碎片，其直径要求小于3cm，废钢屑最大尺寸 小于3cm。

发泡球制作过程如下：

1)将原料氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破碎料、 石灰石粉、糖浆干料、SiC按比例35∶12∶30∶10∶3∶4∶2∶4用搅 拌机混匀；

2)向混匀料内兑入水将物料粘接，加水量为物料总重量的的8％；

3)将处于潮湿并粘接状态的物料放置到热压机的椭圆球状的模子中，开 始热压处理，温度控制为500℃，处理时间40min；

4)取出已初步成型的球团，冷却，向准备好的水泥熟料内兑加水泥熟料 重量40％的水，调成水泥熟料浆，将球团与水泥熟料浆混合，轻微搅 拌，随后将球团取出，如球团粘接水泥熟料浆过多，可人工清理一下；

5)球团放置大气中自然晾干，晾干时间根据天气条件可调整，晴天需要3 天左右；

6)把球团放置到烘干箱内，100℃条件下处理4小时。

此发泡球在电炉冶炼不锈钢第二篮废钢加入后10-20分钟左右加入， 具体加入时机为观测到废钢大量熔化不在保护电弧且炉渣处于熔融状态， 加入量为300kg。发泡加入后2min开始产生气体推动渣发泡，第5min时 渣发泡达最大高度20cm，之后渣发泡高度逐步降低，第10min渣发泡基 本结束，平均发泡高度为12cm。电弧由于得到保护，有功功率从原来的 45WM提高到55MW，钢液升温速率从原来的7℃/min提高到10℃/min。

实施例2

电炉冶炼不锈钢母液过程造泡沫渣的发泡球，应用实施在100吨电炉 上进行，在精炼期(废钢已经完全熔化后的阶段)加入。此发泡球为椭圆 球状，最大直径10cm，最小直径7cm，包裹层厚度3mm，除去包裹层外 各种原料及其在发泡球中重量百分含量分别为：氧化铁皮(粉)40％、焦 碳粉11％、废钢屑25％、铁粉10％、废弃塑料破碎料3％、不锈钢氧化铁 皮5％、SiC 2％、糖浆干料4％，包裹层为水泥熟料硬化后的硬质壳。密度 为3275kg/m³。

制作发泡球前预先准备原料，原料要求：粉状或粒状原料直径小于 2mm，废弃塑料破碎料用破碎片，其直径要求小于3cm，废钢屑最大尺寸 小于3cm。

发泡球制作过程如下：

(1)将原料氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破 碎料、不锈钢氧化铁皮、SiC、糖浆干料按比例40∶11∶25∶10∶3∶5∶ 2∶4用搅拌机混匀；

(2)向混匀料内兑入水将物料粘接，加水量为物料总重量的的10％；

(3)将处于潮湿并粘接状态的物料放置到热压机的椭圆球状的模子 中，开始热压处理，温度控制为550℃，处理时间50min；

(4)取出已初步成型的球团，冷却，向准备好的水泥熟料内兑加水 泥熟料重量45％的水，调成水泥熟料浆，将球团与水泥熟料浆混合，轻微 搅拌，随后将球团取出，如球团粘接水泥熟料浆过多，可人工清理一下；

(5)球团放置大气中自然晾干，晾干时间根据天气条件可调整，晴 天需要3天左右；

(6)把球团放置到烘干箱内，100℃条件下处理5小时。

此发泡球在电炉冶炼不锈钢废钢完全熔化后加入，具体加入时机为观 测到熔池表面基本无废钢，加入量为400kg。发泡加入后1min开始产生气 体推动渣发泡，第4min时渣发泡达最大高度25cm，之后渣发泡高度逐步 降低，第9min渣发泡基本结束，平均发泡高度为13cm。电弧由于得到保 护，有功功率从原来的40WM提高到55MW，钢液升温速率从原来的 6℃/min提高到11℃/min。

实施例3

电炉冶炼不锈钢母液过程造泡沫渣的发泡球，应用实施在100吨电炉 上进行，在炉渣被还原剂硅铁或铝还原后加入。此发泡球为椭圆球状，最 大直径8cm，最小直径5cm，包裹层厚度2mm，除去包裹层外其各种原料 及其在发泡球中重量百分含量分别为：氧化铁皮(粉)30％、焦碳粉8％、 废钢屑25％、铁粉15％、废弃塑料破碎料3％、不锈钢氧化铁皮5％、SiC 10％、糖浆干料4％，包裹层为水泥熟料硬化后的硬质壳。密度为3225kg/m³。

制作发泡球前预先准备原料，原料要求：粉状或粒状原料直径小于 2mm，废弃塑料破碎料用破碎片，其直径要求小于3cm，废钢屑最大尺寸 小于3cm。

发泡球制作过程如下：

(1)将原料氧化铁皮(粉)、焦碳粉、废钢屑、铁粉、废弃塑料破 碎料、不锈钢氧化铁皮、SiC、糖浆干料按比例30∶8∶25∶15∶3∶5∶10∶ 4用搅拌机混匀；

(2)向混匀料内兑入水将物料粘接，加水量为物料总重量的的10％；

(3)将处于潮湿并粘接状态的物料放置到热压机的椭圆球状的模子 中，开始热压处理，温度控制为500℃，处理时间50min；

(4)取出已初步成型的球团，冷却，向准备好的水泥熟料内兑加水 泥熟料重量40％的水，调成水泥熟料浆，将球团与水泥熟料浆混合，轻微 搅拌，随后将球团取出，如球团粘接水泥熟料浆过多，可人工清理一下；

(5)球团放置大气中自然晾干，晾干时间根据天气条件可调整，晴 天需要3天左右；

(6)把球团放置到烘干箱内，100℃条件下处理5小时。

此发泡球在电炉冶炼不锈钢还原阶段加入，具体加入时机为加入还原 剂后3min，加入量为400kg。发泡加入后1min开始产生气体推动渣发泡， 第3min时渣发泡达最大高度20cm，之后渣发泡高度逐步降低，第9min 渣发泡基本结束，平均发泡高度为12cm。电弧由于得到保护，有功功率 从原来的45WM提高到55MW，钢液升温速率从原来的6℃/min提高到 11℃/min。

实施例4-12

实施例4-12为不同成分配比、形状和密度的发泡球，及其在电炉冶 炼不锈钢造泡沫渣的应用效果，表1给出了实施例4-12所用不同成分配 比、形状和密度的发泡球，表2显示了在100t电炉冶炼不锈钢过程中使用 实施例4-12发泡球在100t电炉冶炼不锈钢过程应用的发泡效果和冶炼效 果。

表1

表2发泡球在100t电炉冶炼不锈钢过程应用的发泡效果和冶炼效果

实施例1-3可在一个冶炼炉次连续实施，炉渣发泡时间为25min，可 降低电耗25kWh/t，缩短冶炼周期5min的综合冶金效果。

实施例1、6、4也可在一个冶炼炉次连续实施，炉渣发泡时间为29min， 可降低电耗26kWh/t，缩短冶炼周期6min的综合冶金效果。

实施例12、8、5也可在一个冶炼炉次连续实施，炉渣发泡时间为 30min，可降低电耗26kWh/t，缩短冶炼周期4min的综合冶金效果。