一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料及其制備、應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料，按重量百分比計(jì)，包括如下組分：金銅尾礦78.00～86.00Wt％、SiO25.00～10.00Wt％、CaF25.00～9.00Wt％、BaO?1.00～2.00Wt％、Co2O30.50～1.50Wt％、MnO20～0.2Wt％、Ni2O30～0.1Wt％。應(yīng)用時(shí)，以重量百分比滿足100Wt％計(jì)，將包晶鋼保護(hù)渣40.00-60.00Wt％、本發(fā)明所制備的玻璃熟料30.00-50.00Wt％和碳粉3.00-12.00Wt％球磨混合均勻，即得到性能優(yōu)良的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣。該復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣具有成?？?、析晶率高、顏色為深黑色、熱流密度低、使用時(shí)放出氣體少、渣膜均勻等優(yōu)點(diǎn)，可以顯著減少包晶鋼鑄坯縱裂。
【專利說(shuō)明】—種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料及其制備、應(yīng)用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料及其制備、應(yīng)用方法，屬于冶金材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]包晶鋼是實(shí)際應(yīng)用中最廣泛的鋼種，主要是指含碳量為0.08Wt%? 0.17Wt^^普碳鋼，該系列鋼種廣泛使用于建筑、造船、油氣運(yùn)輸、機(jī)械等行業(yè)。其澆鑄時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題是因?yàn)榘т撃虝r(shí)處于包晶區(qū)(L+ δ — γ )，結(jié)晶器彎月面初生凝固坯殼隨溫度下降發(fā)生δ - Y轉(zhuǎn)變，伴隨著較大的體積收縮，坯殼與銅板脫離形成氣隙，導(dǎo)致熱流最小，坯殼變薄，在表面形成凹陷。凹陷部位冷卻和凝固速度比其它部位慢，組織粗化，對(duì)裂紋敏感性強(qiáng)，在熱應(yīng)力和鋼水靜壓力作用下，在凹陷薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中而出現(xiàn)裂紋，由此會(huì)造成大量經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]對(duì)于包晶鋼保護(hù)渣其要求是保護(hù)渣能在其中起到減少鑄坯缺陷的作用，克服包晶鋼相變帶來(lái)的體積收縮，從而減少包晶鋼鑄坯縱裂現(xiàn)象。具體要求為:高堿度、高結(jié)晶速率、低結(jié)晶溫度及低熱流密度保護(hù)渣，有效防止了鑄坯表面縱裂的發(fā)生。因此，包晶鋼保護(hù)渣性能的優(yōu)劣對(duì)包晶鋼的質(zhì)量具有非常大的影響。
[0004]包晶鋼保護(hù)渣一直是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)，現(xiàn)在一致的觀點(diǎn)是增加保護(hù)渣的堿度(Ca0/Si02)，提高保護(hù)渣中的結(jié)晶態(tài)比例，降低玻璃態(tài)比例，有利于包晶鋼澆鑄。但是這種高堿度保護(hù)渣在現(xiàn)場(chǎng)使用后，其鑄坯缺陷率并沒(méi)有明顯的改觀。根據(jù)現(xiàn)研究結(jié)果，要想在包晶轉(zhuǎn)變時(shí)，減少鑄坯凝固缺陷的形成，必須減緩包晶相變時(shí)結(jié)晶器、渣膜、鑄坯三者之間的傳熱，即減緩渣膜與鑄坯之間的傳熱。
[0005]新型包晶鋼保護(hù)渣，其使用的關(guān)鍵是降低熱流密度。而降低熱流密度的常規(guī)方法主要:1、較高的保護(hù)渣熔點(diǎn)，以增加保護(hù)渣層的熱阻；2、高堿度保護(hù)渣的應(yīng)用，依靠高堿度渣高的結(jié)晶率來(lái)降低渣傳熱的熱流密度，這是因?yàn)楸Ｗo(hù)渣作為一種類玻璃材料，其主要結(jié)構(gòu)分為玻璃相與結(jié)晶相兩種，其中玻璃相增多可以起到潤(rùn)滑的作用，結(jié)晶相增多，可以起到增大熱阻的作用，而堿度增高可以提高結(jié)晶相比率。這兩個(gè)方面均屬于常規(guī)方法。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)提高包晶鋼保護(hù)渣的顏色深度后，可以減少保護(hù)渣的輻射傳熱，有利于減緩新生坯殼的熱量傳遞，從而降低包晶鋼保護(hù)渣的熱流密度。而包晶鋼保護(hù)渣作為一種類玻璃材料，通過(guò)加深包晶鋼熔渣的顏色深度，增加包晶鋼表面輻射吸收的熱量，可減少包晶鋼保護(hù)渣的熱流密度。黑色玻璃的顏色最深，可以有效起到加深保護(hù)渣渣膜顏色，減少保護(hù)渣的輻射傳熱的作用。
[0006]陳俊孚等(201310503540.7)發(fā)明了一種含氧化鈷包晶鋼保護(hù)渣，該保護(hù)渣原料的化學(xué)成分按重量百分比為:Na20:5-12fft%, MgO:2.5-12fft%, Al2O3:2-8fft%, CaF2:3-20fft%,C:3-12fft%,Co203:0.l_10Wt%，其余為 CaO 和 S12，其中:Na2O 與 MgO 之和大于9Wt%。該專利申請(qǐng)中的包晶鋼保護(hù)渣，要求熔點(diǎn)比現(xiàn)用保護(hù)渣有所提高。熱流密度比現(xiàn)用的有所降低。在粘度與現(xiàn)用保護(hù)渣的保持一致條件下，包晶鋼保護(hù)渣的熱流密度降低至0.686以下，低于現(xiàn)有保護(hù)渣的熱流密度在0.809以上。雖然專利CN201310503540有其自身的有點(diǎn)，但其還是有液相初析溫度高，結(jié)晶不均勻的問(wèn)題。
[0007]隨著我國(guó)工業(yè)化的迅速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求急劇增加，在過(guò)度開發(fā)的過(guò)程當(dāng)中，不可避免地產(chǎn)生大量的固體廢渣。金銅尾礦是在金銅礦開采、分選之后排放的粉狀廢料，包括金銅礦山尾礦和選廠尾礦，其中，礦山尾礦包括已經(jīng)開采出的伴生巖石和選礦中途剔除的低品位礦石。為此，通常情況下，在開采金銅礦山的同時(shí)要建設(shè)巨大的可容納礦山全部生產(chǎn)期間排出尾砂的尾礦庫(kù)，尾礦工程投資較大，還要占用大量農(nóng)田和林地，破壞了生態(tài)平衡。
[0008]隨著我國(guó)金銅產(chǎn)量的增加，金銅深加工能力也具有一定的規(guī)模，但是金銅礦經(jīng)精選后所產(chǎn)生的尾礦粉被大量排出，給社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了巨大的壓力。金銅礦開采不斷推進(jìn)，對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響也在加劇，再加上尾礦庫(kù)的坍塌事故多發(fā)，合理充分利用金銅尾礦是金銅礦開采、加工企業(yè)亟待解決的社會(huì)難題。利用金銅尾礦制備高附加值的產(chǎn)品具有非常重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。
[0009]現(xiàn)有包晶鋼保護(hù)渣未使用添加部分玻璃熟料包晶鋼保護(hù)渣的方法，全為由礦物原料與化工原料直接配制混合而成，其中成分均勻性低、物性不均勻、成玻速率、析晶速率低，在包晶鋼的實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)造成一些質(zhì)量問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料及其制備、應(yīng)用方法，使包晶鋼保護(hù)渣的熱流密度降低至0.56-0.66。
[0011]本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
[0012]一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料，按重量百分比計(jì)，包括如下組分:金銅尾礦78.00 ?86.0Offt%、Si025.00 ?10.0Offt%,CaF25.00 ?9.0Offt%,BaO 1.00 ?2.0Offt%、Co2O30.50 ?1.50fft%,MnO2O ?0.2fft%, Ni2O3O ?0.lWt%，其中所述組分 S12, CaF2,BaO的原料分別為石英砂、螢石、碳酸鋇。
[0013]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的制備方法，包括如下具體步驟:
[0014](I)按照所述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料中各組分的重量百分比，稱取金銅尾礦、石英砂、螢石、碳酸鋇、氧化鈷、二氧化錳和二氧化鎳作為原料，混合后得到玻璃配合料，將所述配合料球磨混合均勻；
[0015](2)將混合均勻的配合料高溫熔融后，所得玻璃熔體進(jìn)行水淬，得到玻璃顆粒；
[0016](3)所述玻璃顆粒干燥并磨成玻璃粉，要求通過(guò)150目篩，篩余為0.5Wt%，即得到添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料。
[0017]按上述方案，所述高溫熔融的溫度范圍為1450_1500°C，時(shí)間為2_4小時(shí)。
[0018]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的應(yīng)用方法為:以重量百分比滿足100Wt%計(jì)，將包晶鋼保護(hù)渣40.00-60.00Wt%、本發(fā)明所制備的玻璃熟料30.00-50.00Wt%和碳粉
3.00-12.00Wt%球磨混合均勻，即得到性能優(yōu)良的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣。
[0019]按上述方案，所述包晶鋼保護(hù)渣可以采用申請(qǐng)?zhí)枮?01310503540.7的專利所述的含氧化鈷包晶鋼保護(hù)渣。該保護(hù)渣原料的化學(xué)成分按重量百分比為=Na2O:5?12%、MgO:2.5 ?12%, Al2O3:2 ?8%, CaF2:3 ?20%, C:3 ?12%, Co2O3:0.1 ?10%，其余為CaO和S12，其中=Na2O與MgO之和大于9%，具體制備方法參見該專利申請(qǐng)的說(shuō)明書。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021]在本發(fā)明中，由于采用了部分玻璃熟料、碳粉作為添加劑，由此制備的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣具有成?？?、析晶率高、顏色為深黑色、熱流密度低、使用時(shí)放出氣體少、渣膜均勻等優(yōu)點(diǎn)。在高溫下該復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣可以在冷卻劑與鑄坯之間形成結(jié)構(gòu)連續(xù)、性能穩(wěn)定的、厚度均勻的渣膜層，由此可以顯著減少包晶鋼鑄坯縱裂，且該包晶鋼復(fù)合保護(hù)渣的熱流密度降低至0.56-0.66。此外，本發(fā)明的制備、應(yīng)用方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0023]通過(guò)X射線熒光分析測(cè)試下述實(shí)施例中金銅尾礦中的化學(xué)成分主要包括=S12為30.9fft%, Al2O3 為 8.2fft%, Fe2O3 為 24.6fft%, CaO 為 29.9fft%, MgO 為 4.6Wt%，這些氧化物的總量占整個(gè)金銅尾礦的98Wt%以上，另外還有少量的K20，Na2O, CuO和Ti02。由金銅尾礦的化學(xué)成分可以看出具有以下特點(diǎn):①成分中的CaO與MgO的含量較高，有此可以判斷由其作為的包晶鋼保護(hù)渣的添加劑具有較高的堿度；@Si02的含量不高，而Al2O3的含量適中，有利于高溫下玻璃熔體產(chǎn)生析晶Fe2O3的含量較高，與其他著色劑(Co203、Mn02、Ni2O3)相互配合，有利于制備出深黑色的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣。
[0024]下述實(shí)施例中所采用的包晶鋼保護(hù)渣為申請(qǐng)?zhí)?01310503540.7的專利中所述的含氧化鈷包晶鋼保護(hù)渣。該保護(hù)渣原料的化學(xué)成分按重量百分比為=Na2O:5?12%、MgO:
2.5 ?12%, Al2O3:2 ?8%、CaF2:3 ?20%, C:3 ?12%, Co2O3:0.1 ?10%，其余為 CaO和S12，其中:Na2O與MgO之和大于9 %，具體制備方法參見該專利申請(qǐng)的說(shuō)明書。
[0025]實(shí)施例1
[0026]一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料，按重量百分比計(jì)，包括如下組分:金銅尾礦 78.0Offt%、S121.0Offt%、CaF29.0OfftBaO 1.90fft%、Co2O30.8fft%、MnO20.2fft%、Ni2O30.lWt%;所述組分Si02、CaF2、Ba0的原料分別為石英砂、螢石、碳酸鋇；石英砂、螢石與金屬銅尾礦均為礦物原料，碳酸鋇、三氧化二鈷、二氧化錳、三氧化二鎳均為化工原料，其中原料碳酸鋇以所需氧化鋇相對(duì)應(yīng)的碳酸鋇重量為準(zhǔn)。
[0027]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的制備方法，包括如下具體步驟:
[0028](I)按照所述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料中各組分的重量百分比，稱取金銅尾礦、石英砂、螢石、碳酸鋇、氧化鈷、二氧化錳和二氧化鎳作為原料，混合后得到玻璃配合料，將配合料在球磨機(jī)中球磨混合均勻；
[0029](2)將混合均勻的玻璃配合料放入玻璃熔化爐中進(jìn)行高溫熔融，熔化溫度為1450°C，熔化時(shí)間為2小時(shí)；將熔化好的玻璃熔體放入冷水中，水淬得到玻璃顆粒；
[0030](3)將烘干后的玻璃顆粒在球磨機(jī)中磨成玻璃粉，要求通過(guò)150目篩，篩余為0.5Wt%，即得到添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料。
[0031]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的應(yīng)用方法為:以重量百分比滿足100Wt%計(jì)，將包晶鋼保護(hù)渣60.00%、本實(shí)施例所制備的玻璃熟料30.00Wt%和碳粉10.00胃丨％在球磨機(jī)中混合30分鐘，即得到性能優(yōu)良的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣。
[0032]經(jīng)檢測(cè)，所得復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣的的熱流密度降低至0.56，顏色為深黑色，由于添加的是已經(jīng)預(yù)先熔化的玻璃熟料，因此成?？?，析晶率高。預(yù)先熔化的玻璃熟料的加入，使得復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣中直接使用的礦物原料和化工原料的量減少，而這些原料中還有一定量的氣體成分，因此，復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣使用時(shí)放出氣體少，渣膜中的氣相含量少，就使得渣膜能夠形成均勻的膜層。渣膜層的結(jié)構(gòu)均勻可以使得保護(hù)渣的顏色一致，熱流密度一致，對(duì)包晶鋼的實(shí)際生產(chǎn)中提高表面質(zhì)量是非常有益的。在高溫下該包晶鋼復(fù)合保護(hù)渣可以在冷卻劑與鑄坯之間形成結(jié)構(gòu)連續(xù)、性能穩(wěn)定的、厚度均勻的渣膜層，由此可以顯著減少包晶鋼鑄坯縱裂。
[0033]實(shí)施例2
[0034]一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料，按重量百分比計(jì)，包括如下組分:金銅尾礦 82.0Offt%, Si028.0Offt%, CaF28.0Offt%, BaO 1.0OWt%、Co2O30.8fft%, MnO20.2fft%,Ni2O3OWt% ;所述組分Si02、CaF2, BaO的原料分別為石英砂、螢石、碳酸鋇；其中原料碳酸鋇以所需氧化鋇相對(duì)應(yīng)的碳酸鋇重量為準(zhǔn)。
[0035]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的制備方法，包括如下具體步驟:
[0036](I)按照所述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料中各組分的重量百分比，稱取金銅尾礦、石英砂、螢石、碳酸鋇、氧化鈷、二氧化錳和二氧化鎳作為原料，混合后得到玻璃配合料，將配合料在球磨機(jī)中球磨混合均勻；
[0037](2)將混合均勻的玻璃配合料放入玻璃熔化爐中進(jìn)行高溫熔融，熔化溫度為1480°C，熔化時(shí)間為3小時(shí)；將熔化好的玻璃熔體放入冷水中，水淬得到玻璃顆粒；
[0038](3)將烘干后的玻璃顆粒在球磨機(jī)中磨成玻璃粉，要求通過(guò)150目篩，篩余為0.5Wt%，即得到添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料。
[0039]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的應(yīng)用方法為:以重量百分比滿足100Wt%計(jì)，將包晶鋼保護(hù)渣55.0OWt %、本實(shí)施例所制備的玻璃熟料40.00%和碳粉5.00%在球磨機(jī)中混合45分鐘，即得到性能優(yōu)良的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣。
[0040]經(jīng)檢測(cè)，所得復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣的的熱流密度降低至0.61，顏色為深黑色。
[0041]實(shí)施例3
[0042]一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料，按重量百分比計(jì)，包括如下組分:金銅尾礦 86.0Offt %、Si025.50fft %、CaF27.0Offt %、BaO 1.0Offt %、Co2O30.5fft %、MnO2Offt %、Ni2O3OWt% ;所述組分Si02、CaF2, BaO的原料分別為石英砂、螢石、碳酸鋇；其中原料碳酸鋇以所需氧化鋇相對(duì)應(yīng)的碳酸鋇重量為準(zhǔn)。
[0043]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的制備方法，包括如下具體步驟:
[0044](I)按照所述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料中各組分的重量百分比，稱取金銅尾礦、石英砂、螢石、碳酸鋇、氧化鈷、二氧化錳和二氧化鎳作為原料，混合后得到玻璃配合料，將配合料在球磨機(jī)中球磨混合均勻；
[0045](2)將混合均勻的玻璃配合料放入玻璃熔化爐中進(jìn)行高溫熔融，熔化溫度為1500°C，熔化時(shí)間為4小時(shí)；將熔化好的玻璃熔體放入冷水中，水淬得到玻璃顆粒；
[0046](3)將烘干后的玻璃顆粒在球磨機(jī)中磨成玻璃粉，要求通過(guò)150目篩，篩余為0.5Wt%，即得到添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料。
[0047]上述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的應(yīng)用方法為:以重量百分比滿足100Wt%計(jì)，將包晶鋼保護(hù)渣47.0OWt %、本實(shí)施例所制備的玻璃熟料50.0OWt %和碳粉3.0OWt %在球磨機(jī)中混合60分鐘，即得到性能優(yōu)良的復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣。經(jīng)檢測(cè)，所得復(fù)合包晶鋼保護(hù)渣的的熱流密度降低至0.66，顏色為深黑色。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料，其特征在于:按重量百分比計(jì)，包括如下組分:金銅尾礦 78.0O ?86.0Offt %、Si025.00 ?10.0Offt %、CaF25.00 ?9.0Offt %、BaO1.00 ?2.0OWt%、Co2O30.50 ?1.50fft%, MnO2O ?0.2fft%, Ni2O3O ?0.1Wt%，其中所述組分Si02、CaF2, BaO的原料分別為石英砂、螢石、碳酸鋇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的制備方法，其特征在于:包括如下具體步驟: (1)按照所述添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料中各組分的重量百分比，稱取金銅尾礦、石英砂、螢石、碳酸鋇、氧化鈷、二氧化錳和二氧化鎳作為原料，混合后得到玻璃配合料，將所述配合料球磨混合均勻； (2)將混合均勻的配合料高溫熔融后，所得玻璃熔體進(jìn)行水淬，得到玻璃顆粒； (3)所述玻璃顆粒干燥并磨成玻璃粉，要求通過(guò)150目篩，篩余為0.5Wt%，即得到添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的制備方法，其特征在于:所述高溫熔融的溫度范圍為1450-1500°C，時(shí)間為2-4小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的應(yīng)用方法，其特征在于:以重量百分比滿足lOOWt^^f，將包晶鋼保護(hù)渣40.00-60.00Wt%、本發(fā)明所制備的玻璃熟料30.00-50.00Wt%和碳粉3.00-12.001七％球磨混合均勻，即得到性能優(yōu)良的復(fù)合包晶鋼保護(hù)禮:。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的添加于包晶鋼保護(hù)渣的玻璃熟料的應(yīng)用方法，其特征在于:所述包晶鋼保護(hù)渣原料的化學(xué)成分按重量百分比為=Na2O:5?12%、MgO:2.5?12%、Al2O3:2 ?8%,CaF2:3 ?20%,C:3 ?12%,Co2O3:0.1 ?10%，其余為 CaO 和 S12，其中:Na2O與MgO之和大于9%。
【文檔編號(hào)】B22D27/20GK104148619SQ201410387703
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】何峰, 謝峻林, 陳俊孚, 金明芳, 梅書霞 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)