一种硅镇静钢用稀土包芯线及制取方法转让专利
申请号 : CN202210071214.2
文献号 : CN114350897B
文献日 : 2023-03-17
发明人 : 张山虎 , 王振峰
申请人 : 包头市艾瑞达新材料科技有限责任公司
摘要 :
本发明提供了一种硅镇静钢用稀土包芯线及制取方法，包括金属质保护壳套件和稀土芯。本发明的材料成分及分布达到了使合金化、脱氧或铸造孕育剂使用时溶解吸收更快、收率更高的和目的，本发明的构造减少或避免了渣液对稀土金属氧化，达到了提高用稀土金属对钢（铁）水进行合金化或脱氧时，节约稀土金属用量降低成本的效果，本发明具有分割方便和计量精确的优点，本发明克服了稀土金属在储存和运输过程需浸泡在油中或采用专门金属桶等密封的繁琐及使用不方便的缺点。本发明提供的实现本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对降低使用成本、节约稀土资源极具积极意义。
权利要求 :
1.一种制取硅镇静钢用稀土包芯线方法，该硅镇静钢用包芯线为由稀土氧化物粉、还原剂、氧化钙粉、三氧化二硼粉混合均质、密实制成的直接合金化稀土芯料被金属保护管壳包覆而成，其特征在于：步骤一：将稀土氧化物粉、氧化钙粉、三氧化二硼粉、还原剂混合均质制成混匀料；稀土氧化物粉的粒度不大于0.15mm，氧化钙粉的粒度不大于0.5mm，三氧化二硼的粒度不大于
0.075mm，还原剂为粒度不大于0.15mm的金属硅粉；
步骤二：将混匀料密实成粒度不大于5.0mm的合金化颗粒；
步骤三：将合金化颗粒用金属保护壳皮包覆成稀土芯坯条；被金属保护壳皮包覆的合金化颗粒成为直接合金化稀土芯料，直接合金化稀土芯料中稀土氧化物的质量含量在
50.0% 52.0%的范围内，氧化钙的质量含量在30% 34%的范围内，三氧化二硼的质量含量不~ ~大于3%，余量为金属硅，合金化颗粒中CaO的摩尔质量与稀土氧化物ReO2的及与金属硅的摩尔质量比均为0.5±1%、且Si与稀土氧化物ReO2的摩尔质量比不小于1.0；
步骤四：分别经径向轧实、轴向拉直将稀土芯坯条密实成外径不大于16mm的条状的硅镇静钢用稀土包芯线。
2.根据权利要求1所述的一种制取硅镇静钢用稀土包芯线方法，其特征在于：所述的金属保护管壳为低碳钢质保护管壳，低碳钢质保护管壳的管壳壁厚度不大于1.0mm，低碳钢质保护管壳的外径不大于16mm。
3.根据权利要求1所述的一种制取硅镇静钢用稀土包芯线方法，其特征在于：所述的还原剂为金属硅粉、金属硅铁粉、碳化硅粉中任意两种及以上，金属硅粉的粒度不大于
0.15mm，金属硅铁粉的粒度不大于0.075mm，碳化硅粉的粒度不大于0.075mm。
4.根据权利要求1所述的一种制取硅镇静钢用稀土包芯线方法，其特征在于：所述的直接合金化稀土芯料的物质组成替换为：稀土氧化物的质量含量在25.0% 28.0%的范围内，氧~化钙的质量含量在16% 18%的范围内，三氧化二硼的质量含量不大于1%，余量为金属硅和金~属铁、且金属铁的含量不大于5%。
说明书 :
一种硅镇静钢用稀土包芯线及制取方法
技术领域
[0001] 本发明属于钢铁冶金领域，尤其是一种硅镇静钢用稀土包芯线及制取方法。
背景技术
[0002] 目前，现有的用稀土元素进行合金化、改变夹杂物形貌、改善钢材性能时，通常采用金属态的稀土合金或稀土金属，一方面制取稀土金属存在冶炼设备复杂、冶炼成本高、污染环境等不足，另外，因稀土金属或稀土合金的比重小、漂浮在钢包内钢水与钢水液面之上的液态钢渣之间、液态钢渣直接氧化稀土金属严重，存在稀土金属的收得率低、稀土金属或合金稀土浪费的缺点；现有的包芯线所用稀土金属粉末或稀土金属线，虽改善了钢水用稀土合金化的效果，仍需要耗时、耗工、繁杂的冶炼环节获得金属态的稀土金属或合金块后，再对活泼的稀土元素（如镧铈）进行刨（切）削、钝化加工方式制备稀土金属粉末，存在工序繁杂、冶炼加工成本高以及稀土粉末加工过程中金属粉爆炸等安全隐患，因此，若发明一种利用钢水的过剩（或富裕）温度进而无需专门的还原熔炼环节的、可直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的、稀土收得率高的、合金化效果好的、专门用于硅镇静钢的稀土包芯线及制取方法，对降低钢水进行稀土合金化的成本、提高稀土的利用效率、改善钢水质量、节约稀土资源极具积极意义。
发明内容
[0003] 本发明的目的为：主要针对上述情况，为克服现有技术之缺点，本发明之目的就是提供一种利用钢水的过剩（或富裕）温度进而无需专门的还原熔炼环节的、可直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的、可吸收夹杂物的、可提高稀土的利用效率的硅镇静钢用稀土包芯线及制取方法。
[0004] 1.本发明的技术方案为：提供了一种制取硅镇静钢用稀土包芯线方法，该硅镇静钢用包芯线为由稀土氧化物粉、还原剂、氧化钙粉、三氧化二硼粉混合均质、密实制成的直接合金化稀土芯料被金属保护管壳包覆而成，其特征在于：
[0005] 步骤一：将稀土氧化物粉、氧化钙粉、三氧化二硼粉、还原剂混合均质制成混匀料；稀土氧化物粉的粒度不大于0.15mm，氧化钙粉的粒度不大于0.5mm，三氧化二硼的粒度不大于0.075mm，还原剂为粒度不大于0.15mm的金属硅粉；
[0006] 步骤二：将混匀料密实成粒度不大于5.0mm的合金化颗粒；
[0007] 步骤三：将合金化颗粒用金属保护壳皮包覆成稀土芯坯条；被金属保护壳皮包覆的合金化颗粒成为直接合金化稀土芯料，直接合金化稀土芯料中稀土氧化物的质量含量在50.0% 52.0%的范围内，氧化钙的质量含量在30% 34%的范围内，三氧化二硼的质量含量不~ ~
大于3%，余量为金属硅，合金化颗粒中CaO的摩尔质量与稀土氧化物ReO2的及与金属硅的摩尔质量比均为0.5±1%、且Si与稀土氧化物ReO2的摩尔质量比不小于1.0；
大于3%，余量为金属硅，合金化颗粒中CaO的摩尔质量与稀土氧化物ReO2的及与金属硅的摩尔质量比均为0.5±1%、且Si与稀土氧化物ReO2的摩尔质量比不小于1.0；
[0008] 步骤四：分别经径向轧实、轴向拉直将稀土芯坯条密实成外径不大于16mm的条状的硅镇静钢用稀土包芯线。
[0009] 所述的金属保护管壳为低碳钢质保护管壳，低碳钢质保护管壳的管壳壁厚度不大于1.0mm，低碳钢质保护管壳的外径不大于16mm。
[0010] 所述的还原剂为金属硅粉、金属硅铁粉、碳化硅粉中任意两种及以上，金属硅粉的粒度不大于0.15mm，金属硅铁粉的粒度不大于0.075mm，碳化硅粉的粒度不大于0.075mm。
[0011] 所述的直接合金化稀土芯料的物质组成替换为：稀土氧化物的质量含量在25.0%~28.0%的范围内，氧化钙的质量含量在16% 18%的范围内，三氧化二硼的质量含量不大于1%，~
余量为金属硅和金属铁、且金属铁的含量不大于5%。
余量为金属硅和金属铁、且金属铁的含量不大于5%。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明利用钢水的过剩（或富裕）温度进行还原、达到了直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的效果和目的，避免了现有稀土合金化必须使用金属态稀土元素或合金环节所存在的工序繁杂、冶炼加工成本高、稀土粉末加工过程中金属粉爆炸等安全隐患等缺点，本发明实现了硅镇静钢用稀土合金化时向钢水提供稀土金属成分、去除夹杂物、改善钢水性能的效果。本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对降低钢水合金化成本、改善钢水质量、提高稀土的利用效率、节约稀土资源极具积极意义。
附图说明
[0013] 图1为本发明的制取直接合金化稀土芯料密实原理示意图。
[0014] 图2为本发明的用金属保护壳皮包覆直接合金化稀土芯料充填原理示意图。
[0015] 图3为本发明的直接合金化稀土芯料的包覆原理示意图。
[0016] 图4为本发明的制取稀土芯坯条的原理示意图。
[0017] 图5为本发明的稀土芯坯管的径向轧、密实的原理示意图。
[0018] 图6为本发明的稀土芯坯管的轴向拉直进一步密实的原理示意图。
[0019] 其中：1为混匀料，2为密实对辊，3为合金化颗粒，4为挤压密实料过孔，5为密实料刮刀，6为金属保护壳皮，7为金属保护壳皮包覆模槽，8为折压磙，9为径向密实轧辊， 10为轴向拉直轧辊。
具体实施方式
[0020] 以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0021] 由图1至图6给出，本发明提供了一种制取硅镇静钢用稀土包芯线方法，该硅镇静钢用包芯线为由稀土氧化物粉、还原剂、氧化钙粉、三氧化二硼粉混合均质、密实制成的直接合金化稀土芯料被金属保护管壳包覆而成，其特征在于：
[0022] 步骤一：将稀土氧化物粉、氧化钙粉、三氧化二硼粉、还原剂混合均质制成混匀料；稀土氧化物粉的粒度不大于0.15mm，氧化钙粉的粒度不大于0.5mm，三氧化二硼的粒度不大于0.075mm，还原剂为粒度不大于0.15mm的金属硅粉；
[0023] 步骤二：将混匀料密实成粒度不大于5.0mm的合金化颗粒；
[0024] 步骤三：将合金化颗粒用金属保护壳皮包覆成稀土芯坯条；被金属保护壳皮包覆的合金化颗粒成为直接合金化稀土芯料，直接合金化稀土芯料中稀土氧化物的质量含量在50.0% 52.0%的范围内，氧化钙的质量含量在30% 34%的范围内，三氧化二硼的质量含量不~ ~
大于3%，余量为金属硅，合金化颗粒中CaO的摩尔质量与稀土氧化物ReO2的及与金属硅的摩尔质量比均为0.5±1%、且Si与稀土氧化物ReO2的摩尔质量比不小于1.0；
大于3%，余量为金属硅，合金化颗粒中CaO的摩尔质量与稀土氧化物ReO2的及与金属硅的摩尔质量比均为0.5±1%、且Si与稀土氧化物ReO2的摩尔质量比不小于1.0；
[0025] 步骤四：分别经径向轧实、轴向拉直将稀土芯坯条密实成外径不大于16mm的条状的硅镇静钢用稀土包芯线。
[0026] 所述的金属保护管壳为低碳钢质保护管壳，低碳钢质保护管壳的管壳壁厚度不大于1.0mm，低碳钢质保护管壳的外径不大于16mm。
[0027] 所述的还原剂为金属硅粉、金属硅铁粉、碳化硅粉中任意两种及以上，金属硅粉的粒度不大于0.15mm，金属硅铁粉的粒度不大于0.075mm，碳化硅粉的粒度不大于0.075mm。
[0028] 所述的所述的直接合金化稀土芯料的物质组成替换为：稀土氧化物的质量含量在25.0% 28.0%的范围内，氧化钙的质量含量在16% 18%的范围内，三氧化二硼的质量含量不~ ~
大于1%，余量为金属硅和金属铁、且金属铁的含量不大于5%。
大于1%，余量为金属硅和金属铁、且金属铁的含量不大于5%。
[0029] 实施例一：本发明制取硅镇静钢用稀土合金化包芯线时，首先备取510kg细度为0.14mm 的稀土氧化物ReO2粉（ReO2代表稀土氧化物，本实例一为氧化铈和氧化镧伴生稀土氧化物），320kg细度为0.45mm的氧化钙粉，15kg细度为0.075mm的三氧化二硼，155kg细度为
0.15mm的金属硅粉并混合均匀成混合料，然后在对辊式挤压密实颗粒设备上造粒、制成粒度不大于2.5mm直接合金化稀土芯料(原理见图1，混合料经压辊的荆齿挤压经挤压密实料过孔后成颗粒并被刮刀刮下，从压辊的圆筒内腔排出)，直接合金化稀土芯料颗粒由固定位置加入到断面为U形金属保护壳皮包覆模槽上的、沿水平方向移动的U形断面的金属保护壳皮（条）内（见图2），将一侧的U形断面的金属保护壳皮（条）用折压磙折覆在直接合金化稀土芯料颗粒的上表面后，再将另一侧的金属保护壳皮（条）用折压磙折覆成稀土芯坯条，然后分别经多道径向轧实、多道轴向拉直将稀土芯坯条密实成外径不大于16mm的条状的硅镇静钢用稀土包芯线，为便于储存、运输、使用，可将稀土包芯线缠绕成包芯线圆捆。本发明的硅镇静钢用稀土合金化包芯线对钢水进行合金化时（本实施例一为65Mn，经过LF精炼处理的钢水温度过剩富余），用喂丝（线）机将稀土包芯线，按适当的速度和长度插入到钢包的液态钢水内，稀土包芯线在钢水内被迅速加热到钢水温度，在钢水温度1650℃条件下，纯金属Si不能将CeO2 还原成金属态的Ce，然而，当稀土包芯线内有某个特定比例含量的CaO时，CeO2 、Si、CaO三者在良好的接触条件下可自发的发生还原反应生成硅酸二钙（大幅度降低还原反应产物的化学势）及液态或溶解态的金属铈（即：CeO2 +Si+2CaO=[Ce]+ 2CaO·SiO2），液态的金属铈Ce在有钢水存在的条件下转变成溶解态的铈[Ce]使还原反应产物的浓度和活度大幅度降低，钢水及其温度1650℃的条件可使稀土包芯线内的固态的稀土氧化物几乎可被完全还原， B2O3熔化后（B2O3的熔点为450℃远低于钢水温度）在稀土包芯线内因液相的表面张力(承担聚集剂或捕获剂)避免反应产物分散（保持聚集状态）保证反应的接触条件、同时使反应产物更易于从钢水中上浮排出。在本实施例一中，稀土包芯线（折算为金属）稀土的收得率在78% 89%的范围内，与用常规合金块进行钢脱氧相比，稀土的收得率明显提~
高，与用常规合金块进行钢脱氧相比钢水中的夹杂物含量相当，与用稀土金属线的收得率基本相当。这样就达到了无需冶炼制取金属态稀土环节，可直接使用稀土氧化物对硅镇静的钢水进行稀土合金化的效果和目的，并提高了稀土的总利用效率。
0.15mm的金属硅粉并混合均匀成混合料，然后在对辊式挤压密实颗粒设备上造粒、制成粒度不大于2.5mm直接合金化稀土芯料(原理见图1，混合料经压辊的荆齿挤压经挤压密实料过孔后成颗粒并被刮刀刮下，从压辊的圆筒内腔排出)，直接合金化稀土芯料颗粒由固定位置加入到断面为U形金属保护壳皮包覆模槽上的、沿水平方向移动的U形断面的金属保护壳皮（条）内（见图2），将一侧的U形断面的金属保护壳皮（条）用折压磙折覆在直接合金化稀土芯料颗粒的上表面后，再将另一侧的金属保护壳皮（条）用折压磙折覆成稀土芯坯条，然后分别经多道径向轧实、多道轴向拉直将稀土芯坯条密实成外径不大于16mm的条状的硅镇静钢用稀土包芯线，为便于储存、运输、使用，可将稀土包芯线缠绕成包芯线圆捆。本发明的硅镇静钢用稀土合金化包芯线对钢水进行合金化时（本实施例一为65Mn，经过LF精炼处理的钢水温度过剩富余），用喂丝（线）机将稀土包芯线，按适当的速度和长度插入到钢包的液态钢水内，稀土包芯线在钢水内被迅速加热到钢水温度，在钢水温度1650℃条件下，纯金属Si不能将CeO2 还原成金属态的Ce，然而，当稀土包芯线内有某个特定比例含量的CaO时，CeO2 、Si、CaO三者在良好的接触条件下可自发的发生还原反应生成硅酸二钙（大幅度降低还原反应产物的化学势）及液态或溶解态的金属铈（即：CeO2 +Si+2CaO=[Ce]+ 2CaO·SiO2），液态的金属铈Ce在有钢水存在的条件下转变成溶解态的铈[Ce]使还原反应产物的浓度和活度大幅度降低，钢水及其温度1650℃的条件可使稀土包芯线内的固态的稀土氧化物几乎可被完全还原， B2O3熔化后（B2O3的熔点为450℃远低于钢水温度）在稀土包芯线内因液相的表面张力(承担聚集剂或捕获剂)避免反应产物分散（保持聚集状态）保证反应的接触条件、同时使反应产物更易于从钢水中上浮排出。在本实施例一中，稀土包芯线（折算为金属）稀土的收得率在78% 89%的范围内，与用常规合金块进行钢脱氧相比，稀土的收得率明显提~
高，与用常规合金块进行钢脱氧相比钢水中的夹杂物含量相当，与用稀土金属线的收得率基本相当。这样就达到了无需冶炼制取金属态稀土环节，可直接使用稀土氧化物对硅镇静的钢水进行稀土合金化的效果和目的，并提高了稀土的总利用效率。
[0030] 实施例二：本发明制取硅镇静钢用稀土脱氧、合金化包芯线时，首先备取260kg细度为0.14mm 的稀土氧化物粉（CeO2伴生有镧），170kg细度为0.45mm的氧化钙粉，10kg细度为0.075mm的三氧化二硼，560kg细度为0.15mm的金属硅铁粉并混合均匀成混合料，然后在对辊式挤压密实颗粒设备上造粒、制成粒度不大于2.5mm直接合金化稀土芯料(原理见图1)，制取步骤和原理与实施例一相同，最后制成外径不大于16mm的条状的硅镇静钢用稀土包芯线，为便于储存、运输、使用，可将稀土包芯线缠绕成包芯线圆捆。本发明的硅镇静钢用稀土合金化包芯线对钢水进行脱氧、合金化时（本实施例一为65Mn，经过LF精炼处理的钢水温度过剩富余），用喂丝（线）机将稀土包芯线，按适当的速度和长度插入到钢包的液态钢水内，稀土包芯线在钢水内被迅速加热到钢水温度，在钢水温度1650℃条件下，纯金属Si不能将CeO2 还原成金属态的Ce，然而，当稀土包芯线内有某个特定比例含量的CaO时，CeO2 、Si、CaO三者在良好的接触条件下可自发的发生还原反应生成硅酸二钙（大幅度降低还原反应产物的化学势）及液态或溶解态的金属铈（即：CeO2 +Si+2CaO=[Ce]+ 2CaO·SiO2），液态的金属铈Ce在有钢水存在的条件下转变成溶解态的铈[Ce]使还原反应产物的浓度和活度大幅度降低，使稀土包芯线内的固态的稀土氧化物被充分还原，B2O3的熔点为450℃远低于钢水温度， B2O3熔化后在稀土包芯线内因液相的表面张力(承担聚集剂或捕获剂)避免反应产物分散（保持聚集状态）保证反应的接触条件，同时使反应产物更易于从钢水中上浮排出。
在本实施例二中，还原剂（金属硅铁粉中的硅）远远大于稀土氧化物还原所需的硅量，在稀土氧化物还原结束并转变成液态稀土金属或溶解态的稀土金属后，多余的硅可以脱去钢水中的氧，或溶解到钢水中成为钢水的合金化元素。在本实施例二中稀土的收得率在86% 91%~
的范围内，与用常规合金块进行钢脱氧相比，稀土的收得率明显提高，与用常规合金块进行钢脱氧相比，钢水中的夹杂物含量明显减少、形貌改善。本实施例二中稀土的收得率稀土金属线合金化的收得率持平并略显优势。这样就达到了无需冶炼制取金属态稀土环节，可直接使用稀土氧化物对硅镇静的钢水进行稀土合金化、减少钢中夹杂物的效果和目的，并提高了稀土的总利用效率。
在本实施例二中，还原剂（金属硅铁粉中的硅）远远大于稀土氧化物还原所需的硅量，在稀土氧化物还原结束并转变成液态稀土金属或溶解态的稀土金属后，多余的硅可以脱去钢水中的氧，或溶解到钢水中成为钢水的合金化元素。在本实施例二中稀土的收得率在86% 91%~
的范围内，与用常规合金块进行钢脱氧相比，稀土的收得率明显提高，与用常规合金块进行钢脱氧相比，钢水中的夹杂物含量明显减少、形貌改善。本实施例二中稀土的收得率稀土金属线合金化的收得率持平并略显优势。这样就达到了无需冶炼制取金属态稀土环节，可直接使用稀土氧化物对硅镇静的钢水进行稀土合金化、减少钢中夹杂物的效果和目的，并提高了稀土的总利用效率。
[0031] 上述技术方案、实施例一、实施例二表明，本发明利用钢水的过剩（或富裕）温度进行还原、达到了直接使用稀土氧化物对钢水进行稀土合金化的效果和目的，避免了现有稀土合金化必须使用金属态稀土元素或合金环节所存在的工序繁杂、冶炼加工成本高、稀土粉末加工过程中金属粉爆炸等安全隐患等缺点，本发明因不含铝，故针对性的实现了硅镇静钢用稀土合金化时向钢水提供稀土金属成分、去除夹杂物、改善钢水性能的效果。本发明的制取方法具有简单、实用、便于规模化生产的特点。本发明对降低钢水合金化成本、改善钢水质量、提高稀土的利用效率、节约稀土资源极具积极意义。
[0032] 以上所述，仅为本发明较优的具体实施方式，但本发明的保护方位并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。