CN1238531C - 炉外精炼剂及其制法 - Google Patents

Abstract

一种炉外精炼剂，含有钙、硅、铝、镁、钠、硼、钡等元素的氧化物及氟化钙，是用天然硅灰石、硅石、方解石、长石、荧石等原料经粉碎、混合而后投入炉窑中，以燃气加热，在1000-1600℃烧制，然后用自然冷却或水淬法冷却，经研碎而成。这种人造硅灰石可以作为冶金浇注保护材料，炉外精炼脱硫和脱磷剂，以及粉体固化剂，电焊条涂料等。

Description

炉外精炼剂及其制法

本申请是以下发明申请的分案申请

原发明申请名称：人造硅灰石及其制法

原发明申请日：1999年12月29日

原发明申请号：99127560.8

本发明涉及冶金浇注保护材料，是一种含钙、硅、铝等元素氧化物为主的人造石材料的生产技术；同时涉及电焊条外层材料。

硅灰石为天然硅酸盐矿物，硅酸钙CaSiO₃含量50％以上。由于其稳定物理和化学性能，近几十年来应用于化工、建材、冶金领域。由于天然的硅灰石组成单一，其应用范围受到一定的限制。近年来国内外开展了人工合成硅灰石的研究：用含有不同元素化合物的工业矿物进行配比，以及不同生产工艺的实验，实践证明含有硅、钙、铝、镁、硼等元素的氧化物为主体的人造硅灰石有着更为优良性质和更为广泛的应用范围。目前生产该产品是以工业矿物为主要原料，经熔烧而成。生产方法大致可分为两种：一是ZL97116724.9提供的以冶金竖炉为生产设备，用焦炭为燃料，用石灰石、石英石等为原料进行烧制的方法。由于焦炭带入20％以下的灰分杂质，所以烧制成的产品颜色较深，玻璃态难以完全，且产品仅能用于保护渣基料，使用范围太窄。另一方法是电弧炉烧制方法，除了其工序多、耗能大、成本高外，电极烧耗也给产品带入重金属杂质，其质量难以提高。所述的这些方法所制得产品无法在其他方面得到更广泛的应用。

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在用合理的原料配方，先进的设备和烧制工艺制成高质量，能适应更多方面应用的低成本的人造硅灰石产品。

本发明产品中所含组分仍为CaO和SiO₂，也可以为CaO和Al₂O₃，其他组分(如MgO、Na₂O、Fe₂O₃、B₂O₃、BaO、CaF₂等)随着用途不同而有所变动。组分以CaO和SiO₂为主的人造硅灰石作为冶金连铸保护渣基料，其防止二次氧化、润滑、保温及净化功能均好；当然作为钢包中的覆盖剂也很适用。组分以CaO和Al₂O₃为主的、含硅少甚至无硅的产品可作炉外精炼剂，其中含有的CaO、Al₂O₃都具有脱硫、磷的功能；含B₂O₃产品可用作粉体固化剂。

为了制得含有这些组分的产品，本发明采用含有这些组分或能够在烧制过程中参加反应转化成这些组分的矿物和化合物为原料，例如用天然硅灰石、石英石、水玻璃提供SiO₂；石灰石(亦名方解石)和天然硅灰石提供CaO；铝钒土和铝土矿都可提供Al₂O₃；菱镁矿和水镁石、轻或重烧镁可提供MgO；工业纯碱提供Na₂O；萤石可提供CaF₂；锂云母、碳酸锂提供Li₂O；重晶石和碳酸钡提供BaO；另外用长石同时可提供Na₂O、K₂O、Al₂O₃、SiO₂；白云石同时可提供CaO和MgO等。

本发明对原料的要求(重量％)为：

天然硅灰石 CaSiO₃    ≥50

石英石(硅石) SiO₂    ≥90

方解石(石灰石) CaCO₃ ≥90

长石 Na₂O+K₂O    ≥13

铝钒土 Al₂O₃        ≥80

铝土矿 Al₂O₃        ≥50

白云石 CaMg(CO₃)₂   ≥90

菱镁矿 MgCO₃         ≥90

水镁石 Mg(OH)₂       ≥90

萤石 CaF₂            ≥70

纯碱 Na₂CO₃         ≥90

碳酸锂 Li₂CO₃       ≥90

锂云母 Li₂O          ≥5

碳酸钡 BaCO₃         ≥90

重晶石BaSO₄            ≥80

水玻璃Na₂SiO₃         ≥90

硼砂Na₂B₄O₇.10H₂O  ≥90

用竖炉、电弧炉都可以烧制出人造硅灰石产品。本发明认为更好的是用池窑，(即陶瓷工业烧制釉料用的窑炉)以燃气-包括煤气、液化气和天然气等-为能源的工艺，其具体做法是，所有的原料均需要粉碎至径为10cm以下的粒或粉状，池窑需2mm以下，其目的是尽快熔化和反应，以减少能量损失和使反应完全，将按产品所需各组分之比例计算并经计量的原料混合均匀后投入池窑中，用燃气加热熔烧，控制在1000-1600℃烧制。烧制过程中，原料中的碳酸盐及其他化合物进行脱二氧化碳、脱水反应，烧制成的熔融物料呈几乎完全玻璃态，不断从池窑下的水眼中流出，冷却的方式有两种：一是水淬法，熔融体用冷水炸裂成小粒或小块，最好是粒径为1-5mm粒、块，然后从水中分离出来，经烘干、研磨并筛分、包装入库；另一方法是经自然冷或风冷，然后破碎、研磨筛分。用池窑烧制成的熔融体，其颜色浅，近乎半透明体。

这种人造硅灰石的制法是：以重量配比计，所用原料中含有30-100％的天然硅灰石，且天然硅灰石中CaSiO₃的含量≥wt50％，其步骤包括：

a.将原料粉碎混匀后放入炉窑中；

b.加热炉窑，在1000-1600℃下烧制；

c.用水淬法或风冷法冷却熔融物料，粉碎筛分后得到人造硅灰石；其中所述炉窑为竖窑、电弧炉、池窑，加热能源分别为冶金焦、电、燃气，并且使用竖窑或电弧炉时，将原料粉碎至粒径10cm以下，使用池窑时，原料粉碎至粒径2mm以下。其中原料可以为天然硅灰石、石英和萤石；也可以为天然硅灰石、方解石和萤石；还可以为天然硅灰石和萤石。其中燃气为煤气、液化气或天然气。按照本发明方法生产的人造硅灰石，以wt％计，含有：

CaO    35.20-48.34

SiO₂    43.41-60.01

Al₂O₃  0.98-2.93

Fe₂O₃  0.28-2.0。

本发明的炉外精炼剂以wt％计含有：

CaO     48.10-49.01％

SiO₂   2.58-4.76％

Al₂O₃ 46.82-46.93％

Fe₂O₃ 0.87-0.94％

MgO     0.62-0.72％

P       0.03-0.71％

S       0.08-0.13％

这种炉外精炼剂的制法，其步骤包括：

a：将原料石灰石和铝矾土粉碎混匀后放入炉窑中；

b：加热炉窑，在1320-1420℃下烧制；

c：用水淬法或风冷法冷却熔融物料，粉碎筛分后得到炉外精炼剂；

其中所述炉窑为竖窑、电弧炉、池窑，加热能源分别为冶金焦、电、燃气，并且使用竖窑或电弧炉时，将原料粉碎至粒径10cm以下，使用池窑时，原料粉碎至粒径2mm以下。

本发明原料使用得当，其配方合理；特别是在制造方法上，选用池窑，以燃气特别是天然气为燃料其控制容易、操作简单，使得产品质量好且能生产出各种组成并适合不同需要的产品，可以大幅度降低成本。这是现有技术无法相比的。

具体实施方式

以下用实例对本法做进一步描述。

实例1：用池窑烧制人造硅灰石，将所需要原料制备成粒径2mm以下粉状料备用。取粉料天然硅灰石815kg，石英65kg，萤石120kg充分混合搅拌均匀，将燃气池窑预热至1320±20℃，恒定10分钟后把混好的料从炉门处投入窑中，视熔化情况不断补充加料。物料熔化后缓慢向窑尾流动，在流动过程中进一步充分熔融。熔融体流经窑尾水眼处落到冷却水池中，炸裂成大小不等的碎渣，捞出干燥至含水量0.5％以下，取6mm孔径筛筛分装袋。

产品经检验其组成(％)为：CaO 43.48，SiO₂ 49.37，Al₂O₃ 2.68，Fe₂O₃ 0.30，F^- 3.62，MgO 0.45。粒度1-6mm占90％以上。

实例2：取粉料：天然硅灰石875kg，方解石25kg，萤石100kg，制法如例1，取窑温1350±20℃。

产品检测其组成(％)为：CaO 48.34，SiO₂ 43.41，Al₂O₃ 2.93，Fe₂O₃ 0.4，F^- 4.38，MgO 0.7，K₂O 0.3。粒度1-6mm占90％以上。

实例3：取粉料：天然硅灰石598kg，石英石282kg，萤石120kg，制法如例1，窑温1440±20℃。

产品检测其组成(％)为：CaO 35.2，SiO₂ 60.01，Al₂O₃ 1.22，Fe₂O₃0.28，F^- 2.91，MgO 0.42。

实例4：取粉料：天然硅灰石900kg，萤石100kg，制法如例1，窑温1400±20℃。

产品检测其组成(％)为：CaO 46.31，SiO₂ 45.27，Al₂O₃ 1.28，Fe₂O₃ 0.33，F^- 3.78，MgO 0.46。

实例5：全取天然硅灰石粉料，制法如例1，窑温1450±20℃。产品经检测其组成(％)为：CaO 46.34，SiO₂ 50.49，Al₂O₃ 0.98，Fe₂O₃ 0.34。

实例1-5产品适于作冶金保护渣基料，4更适于覆盖材料，4.5亦可作为电焊条外层涂料的原料。

实例6，取粉料：方解石345kg，萤石270kg，白云石280kg，铝矾土105kg，制法如例1，窑温1450±20℃，不同处是熔融物从水口流出至地面，自然冷却后炸裂成块，经破碎，筛分取20mm以下装袋。

经检测产品组成(％)为：CaO 42.31，SiO₂ 2.36，Al₂O₃ 14.34，Fe₂O₃ 0.46，MgO 11.20，CaF₂ 29.30，H₂O 0.03。粒度5～20mm占90％以上。

实例7，取粉料：石灰石660kg，铝矾土340kg，窑温1400±20℃，制法如例6。

产品经检测其组成(％)为：CaO 49.01，SiO₂ 2.58，Al₂O₃ 46.82，Fe₂O₃ 0.94，MgO 0.62，P 0.71，S 0.08，H₂O 0.076。

实例6、7的产品适作炉外精炼材料。

实例8，取粉料：石英石399kg，硼砂407kg，纯碱194kg，制法如实例6，窑温1250±20℃。

产品经检测其组成(％)为CaO 1.47，SiO₂ 52.31，Al₂O₃ 2.55，Na₂O 2.73，B₂O₃ 19.75，MgO 0.54，S 0.011，P 0.0170，产品筛分20目以下，可用于固体粉化剂。

实例9，用竖窑(直径1米)生产人造硅灰石。取冶金焦280kg，天然硅灰石815kg，石英石65kg，萤石120kg，将其搅拌在一起备用，将200kg木柴放入竖窑中，点燃，加入700kg焦块，待焦块燃后将混合料逐渐加入，加风并把窑温控制在1320℃左右，熔化物料滴至窑底从出料口流出，经水淬成块，捞出干燥至水份＜0.05％，经6mm孔筛筛分，装袋。

产品检测其组成(％)CaO 42.03，SiO₂ 48.67，Al₂O₃ 2.92，F^- 3.13，MgO 0.94，Fe₂O₃ 0.79。

实例10，取石灰石660kg，铝矾土340kg，用实例9方法熔制，熔融体经自然冷却，破碎至30mm以下。

产品经检测其组成(％)CaO 48.10，SiO₂ 4.76，Al₂O₃ 46.93，MgO 0.72，Fe₂O₃ 0.87，P 0.03，S 0.13，H₂O 0.01。

实例11，用电弧炉生产人造硅灰石。取天然硅灰石875kg，方解石25kg，萤石100kg，混匀，加料入带有电极棒的电炉中，通电点火，炉温达1350℃物料半熔化，不断滴至炉底形成液层，从水口处流出，水淬炸裂成小块。如熔融体流淌较慢时可暂时堵上出水口，适时再放其流出。捞出碎块，干燥后筛分。

产品经检测其组成(％)CaO 48.45，SiO₂ 42.83，Al₂O₃ 3.03，MgO 0.79，Fe₂O₃ 0.48，F^- 4.74，粒度1-6mm占90％以上。

实例12，取方解石345kg，萤石270kg，白云石280kg，铝矾土105kg混匀，如例11方法熔制。物料在1450℃溶化，熔融体流出自然冷却，破碎至20mm以下小块。

产品检测结果为：CaO 41.90％，SiO₂ 3.46％，Al₂O₃ 14.58％，MgO 10.37％，Fe₂O₃ 0.43％，CaF₂ 29.02％，H₂O 0.07％。

Claims (2)

1.一种炉外精炼剂，其特征在于以wt％计含有：

CaO      48.10-49.01％

SiO₂    2.58-4.76％

Al₂O₃  46.82-46.93％

Fe₂O₃  0.87-0.94％

MgO       0.62-0.72％

P         0.03-0.71％

S         0.08-0.13％。

2.根据权利要求1的炉外精炼剂的制法，其特征在于其步骤包括：

a：将原料石灰石和铝矾土按33∶17(重量)的比例粉碎混匀后放入炉窑中；

b：加热炉窑，在1320-1420℃下烧制；

c：用水淬法或风冷法冷却熔融物料，粉碎筛分后得到炉外精炼剂；

其中所述炉窑为竖窑、电弧炉、池窑，加热能源分别为冶金焦、电、燃气，并且使用竖窑或电弧炉时，将原料粉碎至粒径10cm以下，使用池窑时，原料粉碎至粒径2mm以下。