专利名称：钝化镁粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于钢铁冶金工业炉外脱硫的颗粒状钝化镁粉及其制备方法，钝化镁粉可用于钢铁冶金工业中的铁水、钢液的炉外脱硫。用本发明制备的钝化镁粉可采用喷吹的方法将其喷入铁水或钢液中，也可制成包芯线采用喂线法将其喂入铁水或钢液中进行铁水炉外脱硫。
背景技术：
随着科学技术的进步，用户对钢材的质量提出了更高的要求，尤其是对钢中的含硫量的要求更加严格，如石油天然气管线用钢、海上采油平台用钢、厚船板用钢以及航空、汽车、能源、化工等领域用钢要求低硫钢(S＜0.010％)和超低硫钢(S＜0.005％)以保证钢材的使用性能。此外，连铸工艺本身也要求钢水的含硫量要低，以避免连铸坯的“热裂”，得到良好的表面质量，提高成坯率。研究表明，一般钢水中S＜0.020％时，可得到表面质量良好的连铸坯；钢水中S＜0.008％时，可使连铸成坯率提高2％。因此降低钢水中的含硫量已成为冶金企业提高产品质量和市场竞争力的主要措施之一。传统的以CaO、CaC2为主的脱硫剂已不能适应市场及连铸工艺本身的要求。为降低钢中的含硫量，六十年代末开发出铁水炉外脱硫技术。采用这一技术，除可提高钢材质量，还可大大提高炼钢设备的生产能力。近年来，高效镁基脱硫剂日益受到重视，并得到推广应用。在我国鞍钢率先于98年采用镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫工业试验，冶炼出S＜0.005％的超低硫钢。宝钢、本钢分别从美国、加拿大引进了铁水炉外脱硫技术和设备，使用镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫。之后，鞍钢、酒钢、攀钢等国内其它钢厂也在进行这方面的技术改造。镁基脱硫剂越来越受到国内钢铁企业的重视。镁基脱硫剂主要是由金属镁颗粒和石灰组成，有的添加适量的添加剂，如CaF2等，所用的金属镁颗粒粒径大多为0.1～2.0mm，由于金属镁粉的比表面积很大，且其点火能很小，自燃温度低，与空气中的水汽反应所产生的氢气的爆炸限很低且范围很大，所以更易在空气中燃烧爆炸，这给储运和使用带来了极大的不安全性。金属镁及合金的钝化主要采用重鉻酸盐溶液浸泡，使其表面生成一层钝化膜以防在空气中氧化，这种方法虽在航空工业含镁合金工件的加工中已被广泛应用，但不适于金属镁粉的钝化；一方面由于镁粉的比表面积很大，造成重鉻酸盐的大量耗费，另一方面在水溶液中处理不可避免金属镁粉与水作用析出氢并消耗金属镁。美国专利US Patent 3881913描述的是一种采用雾化法生产表面包有盐层的钝化镁粉，其方法为将670～720℃的液态金属镁引入670～730℃的氯化物和氟化物的熔盐中，然后倒入高速旋转的底部有许多小孔的杯形容器中。当金属镁液与熔盐混合物从小孔中流出时，采用强风将其破碎，这样就得到表面包有盐层的钝化镁粉。中国专利公开号2378399也是一种采用类似的方法生产钝化镁粉。而美国专利US Patent 4279641的方法是将液态金属镁引入670～820℃的氯化物和氟化物的熔盐中，进行高速搅拌，使得液态金属镁分散在熔盐中，混合物中液态金属镁约占40％，然后倒入带有水冷装置的冷却辊上进行冷却，再用粉碎设备将其破碎分离，得到表面包有盐层的钝化镁粉。这些方法的共同特点是在金属镁粉颗粒的表面上包有盐层。由于盐层的主要成分是极易吸收空气中水汽的氯化物，所以仍不能避免金属镁与水的作用。这一缺点是这种方法的不可克服的致命的缺点。目前，我国金属镁粉的生产主要采用机械加工法，首先制成镁环，机械加工成镁屑，然后破碎成镁粉，镁粉需经钝化处理才能满足储运、使用的要求。中国专利公开号2378399报道的钝化镁颗粒的生产方法是在金属镁颗粒表面上包覆一薄层抗氧化阻燃层，最外层连接表皮料，形成一定形状的复合层钝化镁颗粒，这种钝化镁颗粒可用于钢铁冶金工业中的铁水予处理。
发明内容
本发明采用的钝化镁粉及其制备方法是在金属镁粉的表面涂敷一层疏水层，该疏水层是在室温下呈固态、且具有疏水性的有机物，然后再在疏水层表面上粘附一层阻燃层，该阻燃层具有良好的阻燃性，这样制得的钝化镁粉可以克服上述技术的缺点，满足钢铁冶金工业中的铁水予处理对钝化镁粉储运、使用的要求。
本发明钝化镁粉及其制备方法内容简述本发明钝化镁粉及其制备方法，其特征在于是在粒度为0.1～2.0mm的颗粒状金属镁粉的表面涂敷一层疏水层，再在疏水层表面上粘附一层阻燃层；疏水剂是室温下为固态的有机物，指的是松香、沥青及树脂及其混合物，疏水剂的用量为占钝化镁粉总重量的1～10％；阻燃剂是Ca、Mg、Al、Si的氧化物、盐类的一种或一种以上的混合物，即CaO、MgO、CaCO3、MgCO3、Al2O3、SiO2及其混合物；阻燃剂是颗粒直径为0.08mm以下的粉末，最好是0.03mm以下的粉末；阻燃剂的用量占钝化镁粉总重量的1～20％；所添加的疏水剂和阻燃剂的总重量为钝化镁粉总重量的3～25％；钝化镁粉的制备方法(1)先将疏水剂加热，温度控制在60～150℃使其呈液态，再将颗粒状金属镁粉与其充分混合，使颗粒状金属镁粉表面上涂敷一层疏水层，然后再将粉末状的阻燃剂与其充分混合，使其表面上粘附一层阻燃层，冷却后即制成钝化镁粉；钝化镁粉的制备方法(2)先将颗粒状金属镁粉加热，温度控制在60～150℃，再将疏水剂加入使其充分混合，使颗粒状金属镁粉表面上涂敷一层疏水层，然后再将粉末状的阻燃剂加入与其充分混合，使其表面上粘附一层阻燃层，冷却后即制成钝化镁粉；钝化镁粉的制备方法(3)制备颗粒状金属镁粉还可以采用将颗粒状金属镁粉与疏水剂同时加入，经加热温度控制在60～150℃，并使其充分混合，在颗粒状金属镁粉表面上涂敷一层疏水层，然后再加入阻燃剂与其充分混合，使其表面上粘附一层阻燃层，冷却后即制成钝化镁粉。
本发明制得的钝化镁粉具有良好的分散性，很少结块，即使结块也很容易破碎，具有良好的疏水性和阻燃性，可以将金属镁粉与空气完全隔绝，因此不会吸收空气中的水汽，从而克服了以往技术存在的不可克服的致命缺点，同时也避免了金属镁粉的无益消耗。本发明制得的钝化镁粉还具有良好的流动性(安息角α＜35°)，完全可以满足钢铁冶金工业中的铁水予处理喷吹工艺对钝化镁粉的流动性的工艺要求。采用本发明制得的钝化镁粉完全可以满足钢铁冶金工业中的铁水予处理对钝化镁粉储运、使用的要求。本发明的制备方法具有原料来源广泛、制备工艺简单、生产效率高、投资少、成本低的特点。其产品可以用于制成镁基脱硫剂采用喷吹方法进行铁水炉外脱硫，也可以将其制成包芯线采用喂线法将其喂入铁水或钢液中进行铁水炉外脱硫。
实施例2将25g环氧树脂放入烧杯中，电炉加热至140℃，再将500g粒度为0.2～1.0mm的金属镁粉放入烧杯中，搅拌3分钟后放入25g粒度为200目的活性石灰，再搅拌2分钟后取下冷却，碾碎后即得到本发明制备的钝化镁粉。该钝化镁粉中金属镁含量为90.9％，堆比重为0.88g/cm3，安息角α＝34°。
实施例3
将20kg粒度为0.2～0.8mm的金属镁粉放入铁锅中，煤气加热至120℃，再将1kg松香放入铁锅中，搅拌3分钟后放入1kg粒度为200目的防潮石灰，搅拌2分钟后取下冷却，碾碎后即得到本发明制备的钝化镁粉。该钝化镁粉中金属镁含量为90.9％，堆比重为0.85g/cm3，安息角α＝34°。用该方法生产的5吨钝化镁粉生产钝化镁粉含量为20％，防潮石灰含量为70％，石墨粉为5％，萤石粉为5％的镁基脱硫剂，用该镁基脱硫剂对含硫量为0.030～0.050％的铁水进行予处理，使用100吨的铁水包装载90～100吨铁水，脱硫时间为4～6分钟，脱硫过程的铁水温降为15～19℃，渣带铁所造成的铁损＜6kg/t铁，镁基脱硫剂的消耗量为4～6kg/t铁，脱硫效率为90％，而且可以实现深脱硫。处理后铁水的含硫量为0.003～0.008％，大多数为0.005％以下，脱硫命中率＞90％以上。根据对喷吹CaO基、镁基两种脱硫剂的工业试验对比结果可知，喷吹CaO基脱硫剂时，脱硫时间为15～20分钟，脱硫过程的铁水温降为30～45℃，渣带铁所造成的铁损为9～12kg/t铁，镁基脱硫剂的消耗量为10～12kg/t铁，脱硫效率为80％左右，而且难以实现深脱硫。处理后铁水的含硫量为0.010％以上，大多数为0.015％左右，脱硫命中率不能保证。可见，喷吹本发明制备的钝化镁粉为主要成分所制成的镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫与喷吹CaO基脱硫剂进行铁水炉外脱硫相比，喷吹本发明制备的钝化镁粉为主要成分所制成的镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫具有喷吹粉剂量少、脱硫速度快、脱硫效率高、脱硫命中率高、渣量少、铁水温降低、渣带铁所造成的铁损小、占用生产时间少等诸多优点，这对采用连铸技术的钢铁企业具有很多好处。对脱硫剂费用、铁损及降温三项成本计算表明，喷吹CaO基脱硫剂的三项成本总和为30.2元/t铁，而喷吹镁基脱硫剂的三项成本为25.9元/t铁。可见使用本发明制备的钝化镁粉为主要成分所制成的镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫的成本低于喷吹CaO基脱硫剂的成本。
实施例4将20kg粒度为0.2～1.0mm的金属镁粉放入高速搅拌器中搅拌1～2分钟，磨擦所产生的热可将金属镁粉的温度升至120℃，再将1kg松香放入高速搅拌器中，继续搅拌2分钟后放入1kg粒度为200目的防潮石灰，搅拌2分钟后取出冷却，碾碎后即得到本发明制备的钝化镁粉。该钝化镁粉中金属镁含量为92.6％，堆比重为0.82g/cm3，安息角α＝34°。用该方法生产的20吨钝化镁粉生产钝化镁粉含量为20％，防潮石灰含量为70％，石墨粉为5％，萤石粉为5％的镁基脱硫剂，用该镁基脱硫剂对含硫量为0.040～0.070％的铁水进行予处理，使用100吨的铁水包装载90～100吨铁水，脱硫时间为4～6分钟，脱硫过程的铁水温降为15～19℃，渣带铁所造成的铁损＜6kg/t铁，镁基脱硫剂的消耗量为4～6kg/t铁，脱硫效率为90％以上，而且可以实现深脱硫。处理后铁水的含硫量为0.003～0.008％，大多数为0.005％以下，处理后的铁水的最低含硫量可以达到0.001％，脱硫命中率＞90％。根据对喷吹CaO基、镁基两种脱硫剂的工业试验对比结果可知，喷吹CaO基脱硫剂时，脱硫时间为15～20分钟，脱硫过程的铁水温降为30～45℃，渣带铁所造成的铁损为9～12kg/t铁，镁基脱硫剂的消耗量为10～12kg/t铁，脱硫效率为80％，而且难以实现深脱硫。处理后铁水的含硫量为0.010％以上，大多数为0.015％左右，脱硫命中率不能保证。可见，喷吹本发明制备的钝化镁粉为主要成分所制成的镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫与喷吹CaO基脱硫剂进行铁水炉外脱硫相比，喷吹本发明制备的钝化镁粉为主要成分所制成的镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫具有喷吹粉剂量少、脱硫速度快、脱硫效率高、脱硫命中率高、渣量少、铁水温降低、渣带铁所造成的铁损小、占用生产时间少等诸多优点，这对采用连铸技术的钢铁企业具有很多好处。对脱硫剂费用、铁损及降温三项成本计算表明，喷吹CaO基脱硫剂的三项成本总和为30.2元/t铁，而喷吹镁基脱硫剂的三项成本为25.9元/t铁，可见使用本发明制备的钝化镁粉为主要成分所制成的镁基脱硫剂进行铁水炉外脱硫的成本低于喷吹CaO基硫剂的成本。
权利要求
1.一种用于钢铁冶金工业炉外脱硫的颗粒状钝化镁粉，其特征在于是在粒度为0.1～2.0mm的颗粒状金属镁粉的表面涂敷一层疏水层，再在疏水层表面上粘附一层阻燃层；疏水剂是室温下为固态的有机物，指的是松香、沥青及树脂及其混合物；疏水剂的用量为占钝化镁粉总重量的1～10％；阻燃剂是Ca、Mg、Al、Si的氧化物、盐类的一种或一种以上的混合物，即CaO、Mg、CaCO3、MgCO3、Al2O3、SiO2及其混合物；阻燃剂是颗粒直径为0.08mm以下的粉末，最好是0.03mm以下的粉末；阻燃剂的用量占钝化镁粉总重量的1～20％；所添加的疏水剂和阻燃剂的总重量为钝化镁粉总重量的3～25％。
2.根据权利要求1所述的钝化镁粉的制备方法(1)，其特征在于先将颗粒状金属镁粉加热，温度控制在60～150℃，再将疏水剂加入使其充分混合，使颗粒状金属镁粉表面上涂敷一层疏水层，然后再将粉末状的阻燃剂加入与其充分混合，使其表面上粘附一层阻燃层，冷却后即制成钝化镁粉。
3.根据权利要求1所述的钝化镁粉的制备方法(2)，其特征在于先将颗粒状金属镁粉加热，温度控制在60～150℃，再将疏水剂加入使其充分混合，使颗粒状金属镁粉表面上涂敷一层疏水层，然后再将粉末状的阻燃剂加入与其充分混合，使其表面上粘附一层阻燃层，冷却后即制成钝化镁粉。
4.根据权利要求1所述的钝化镁粉的制备方法(3)，其特征在于，制备颗粒状金属镁粉还可以采用将颗粒状金属镁粉与疏水剂同时加入，经加热温度控制在60～150℃，并使其充分混合，在颗粒状金属镁粉表面上涂敷一层疏水层，然后再加入阻燃剂与其充分混合，使其表面上粘附一层阻燃层，冷却后即制成钝化镁粉。
全文摘要
本发明涉及一种用于钢铁冶金工业炉外脱硫的颗粒状钝化镁粉及其制备方法,钝化镁粉可用于钢铁冶金工业中的铁水、钢液的炉外脱硫。可采用喷吹的方法将其喷入铁水或钢液中,也可制成包芯线采用喂线法将其喂入铁水或钢液中进行铁水炉外脱硫。本发明钝化镁粉其特征是在金属镁粉的表面涂敷一层疏水层,该疏水层是在室温下呈固态、且具有疏水性的有机物,然后再在疏水层表面上粘附一层阻燃层,该阻燃层具有良好的阻燃性。这样制得的钝化镁粉可以克服以往技术的缺点,满足钢铁冶金工业中的铁水预处理对钝化镁粉储运、使用的要求。本发明的制备方法具有原料来源广泛、制备工艺简单、生产效率高、投资少、成本低的特点。
文档编号B22F1/02GK1354057SQ0113330
公开日2002年6月19日 申请日期2001年10月17日 优先权日2001年10月17日
发明者孙本良, 张崇民, 马兴亚, 张军红 申请人:孙本良