本发明属于洁净钢冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂。
背景技术：
钢以其低廉的价格、可靠的性能成为世界上使用最多的材料之一，是建筑业、制造业和人们日常生活中不可或缺的成分。可以说钢是现代社会的物质基础。随着社会的发展，人类需求的不断提高，人们对钢铁材料提出了更高的要求。“新一代钢铁材料”的特征是超细晶、高洁净和高均匀(高均质)，其研发目标是在制造成本基本不增加，少用合金资源和能源，塑性和韧性基本不降低条件下强度翻番和使用寿命翻番。钢的性能主要取决于钢的化学成分和组织。钢中夹杂物的存在，破坏了钢基体的连续性，造成钢的组织的不均匀性，对钢的延展性、强度、韧性、疲劳性能、光洁度、耐腐蚀性能、焊接性能以及电磁性能都会产生很大的影响。连铸过程中还会造成水口结瘤，水口结瘤对连铸过程的生产和铸坯质量有很大的影响。因此各国钢铁研究者投入较大精力致力于钢中夹杂物去除的研究，在夹杂物方面研究方面也取得了巨大成果。
国内外对夹杂物的去除一般有两个方面：一是工艺控制措施，二是对夹杂物进行改性处理。工艺控制是通过优化钢在生产过程中的工艺，从而降低钢中夹杂物的含量。在转炉冶炼过程中降低转炉终点的氧含量、减少下渣量，在精炼过程中进行钢包吹氩，连铸过程中采用保护浇注来降低钢中夹杂物的含量。此外，国内外钢厂一直在不断改进对夹杂物进行改性处理，来提高钢材的洁净度；但是净化剂对钢液净化效果有限，急需开发出一种全新的钢液净化剂。
经检索，公开号为cn103642989a的发明专利提出了一种钢液净化剂，各组分的重量份数分别为：cao：57～63份、al2o3：31～36份、sio2：5～10份、caf2：6～8份、mai：4～11份、脱氧剂3～40份。该发明改善了炉渣的流动性，一定程度上净化了钢液，降低了钢液中夹杂物含量，但此发明方案未对夹杂物进行改性处理，未降低钢中微细夹杂物的熔点，不能很好的促进夹杂物的长大、上浮、去除，不利于进一步提高钢产品的品质。
此外，发明创造的名称为：一种复合球体形式的钢水净化剂及生产方法(申请号：201410715201.x申请日：2014-11-28)，钢水净化剂表现形式是一种复合球体，复合球体由球团核和外壳构成，球团核为金属材料，外壳为碳酸盐，球团核主要由硅、锰、铝的合金粉的混合物构成，外壳主要由碳酸钙、碳酸镁、碳酸钠、氧化钙、氧化镁的一种或不超过三种的混合物构成。本发明降低钢中全氧含量，提高钢材质量，不能很好的促进夹杂物的长大、上浮、去除，不利于进一步提高钢产品的品质。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中，现有的净化剂对钢液的净化效果有限的不足，提供一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，通过有效组分和黏合组分的配合作用，可以改善钢液的净化效果，更进一步地，可以促进夹杂物的长大、上浮、去除，进而提高钢液洁净度。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，所述的净化剂为颗粒状，包括有效组分和黏合组分，有效组分和黏合组分的质量比为(5～10)：1；所述的有效组分包括金属铝、石灰粉、碳化硅粉、二氧化钛和生物质；所述的粘合组分包括高岭土和磺化酚醛树脂。
优选地，有效组分还包括石墨粉、赤玉土和镁锰合金。
优选地，所述的有效组分按照如下质量份组成：
优选地，所述的有效组分中的各组分均为粉状，且粒度≤0.1mm。
优选地，所述的黏合组分还包括淀粉和油砂。
优选地，所述的黏合组分按照如下质量份组成：
优选地，所述有效组分和黏合组分的质量比为(5～8)：1。
优选地，所述有效组分和黏合组分通过压块机或者圆盘造球机黏合形成颗粒状的净化剂。
优选地，所述净化剂为球形颗粒状，颗粒直径为5～10mm。
优选地，述金属铝中的al含量大于92％。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，净化剂可以促进钢中夹杂物脱除、且不会对钢液产生二次污染，经过本净化剂处理后的钢液中残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，且残存的夹杂物基本均经过变性处理，通过有效组分和黏合组分的配合作用，可以改善钢液的净化效果；
(2)本发明的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，净化剂各组分共同作用下，降低了钢液中的氧化性，能够有效促进钢液中夹杂物脱除和夹杂物改性，高熔点夹杂物能够向低熔点夹杂物转变，有利于夹杂物的去除，残存的夹杂物均经过变性处理，不会对钢铁制品性能产生影响，从而提高了钢液的质量；
(3)本发明的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，精炼渣中的(feo+mno)与净化剂反应产生的fe和mn通过钢渣界面进入钢液，al2o3、sio2被精炼渣吸收，从而降低精炼渣对钢液的氧化。洁净钢冶炼过程中，碳化硅能与钢液中的溶解氧和氧化物发生反应，降低钢液中氧含量，且反应产生的co气体降低了固态氧化物的产生，co气体上浮去除对钢液的搅拌作用进一步促进了夹杂物的上浮去除；
(4)本发明的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，净化剂的加入能使绝大部分固体簇状氧化铝夹杂变成低熔点富cao低熔点的铝酸钙夹杂，降低了钢中高熔点的簇状al2o3夹杂的含量，进而将高熔点脆性al2o3夹杂通过改性生成低熔点的夹杂物，促进夹杂物上浮，并把易聚集长大mns夹杂部分或全部改性成细小cas夹杂，从而净化钢液。
附图说明
图1为实施例1-5全氧含量变化图。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述，尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
实施例1
本实施例的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂，所述的净化剂为颗粒状，净化剂为球形颗粒状，颗粒直径为5～10mm；净化剂包括有效组分和黏合组分，有效组分和黏合组分的质量比为(5～10)：1，本实施例优选8:1，有效组分包括金属铝、石灰粉、碳化硅粉、二氧化钛和生物质，有效组分的按如下质量份金属铝50～70份，石灰粉20～40份，二氧化钛5～20份，碳化硅粉5～15份，生物质2～4份，本实施例选：金属铝60kg，石灰粉30kg，二氧化钛18kg，碳化硅粉15kg，生物质3kg。
值得注意的是：有效组分中的各组分均为粉状，且粒度≤0.1mm，即金属铝、石灰粉、二氧化钛、碳化硅粉为粉状，且金属铝、石灰粉、二氧化钛、生物质的粒度≤0.1mm，碳化硅粉的粒度≤0.05mm。值得注意的是：本实施例的生物质为农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物。
本实施例的金属铝中的al含量大于92％，本实施例为93％；本实施例的石灰为活性石灰，其是在煅烧温度1100℃而获得的晶粒小、孔隙率高、体积密度小的石灰，且本实施例所采用的石灰的活性度在330ml/4n-hcl。碳化硅粉由硅与碳元素以共价键结合的非金属碳化物。
本实施例的粘合组分包括高岭土和磺化酚醛树脂，粘合组分按如下质量份组成：高岭土60～80份，磺化酚醛树脂20～40份；本实施例选：高岭土70kg，磺化酚醛树脂30kg。
将净化剂加入到钢液中(本实施例在rh精炼炉中加入净化剂)，净化剂对钢液净化的反应机理可能如下：精炼末期精炼渣中(feo+mno)含量大概在1～3％，当渣中的feo、mno含量较高时，将产生非金属夹杂物，不利于提高钢液的洁净度。在洁净钢冶炼过程中，为减少精炼中(feo+mno)与钢液中合金元素氧化反应的发生，因此有必要进一步降低精炼渣的氧化性。在钢液中加入净化剂，净化剂在钢液中可发生以下反应：
al+3/2(feo)＝1/2(al2o3)+3/2[fe]
al+3/2(mno)＝1/2(al2o3)+3/2[mn]
sic+3(feo)＝sio2+co↑+3[fe]
sic+3[o]＝sio2+co↑+3[fe]
3(tio2)+c＝[ti3o5]+co
精炼渣中的(feo+mno)与净化剂反应产生的fe和mn通过钢渣界面进入钢液，al2o3、sio2被精炼渣吸收，从而降低精炼渣对钢液的氧化。洁净钢冶炼过程中，碳化硅能与钢液中的溶解氧和氧化物发生反应，降低钢液中氧含量，且反应产生的co气体降低了固态氧化物的产生，co气体上浮去除对钢液的搅拌作用进一步促进了夹杂物的上浮去除。而且，钢渣中的氧化物在高温下促进并氧化生物质和磺化酚醛树脂分解生成h2、ch4、co，且生物质反应速度迅速，促进了后续反应的进行，提高了反应的效率；h2、ch4可对渣中的[o]反应，从而直接降低钢液中的[o]含量，而且减少了脱氧夹杂物的产生，产生的气体对钢液进行搅拌，并在钢液中形成小的真空室，从而促进了夹杂物的上浮，提高了钢液的洁净度；且粘结组分中的磺化酚醛树脂可以在后期作为钢液搅拌的促进剂，提高了钢液的净化效果。且生物质中可与tio2反应，上述反应产生的ti3o5是稳定的大离子半径的原子团，可以吸附其他的夹杂物，易上浮被精炼渣吸附去除。此外，本发明通过采用石灰粉对夹杂物进行变性处理，石灰粉在炼钢温度下比金属钙更稳定，且不容易挥发、不分解，而且不会产生由于喷吹法引起的钢液增氮，可以在原始钢液氧势很高的情况下，仍保持脱氧后总氧含量较低。
石灰粉的加入能使绝大部分固体簇状氧化铝夹杂变成低熔点富cao低熔点的铝酸钙夹杂，降低了钢中高熔点的簇状al2o3夹杂的含量，进而将高熔点脆性al2o3夹杂通过改性生成低熔点的夹杂物，促进夹杂物上浮，并把易聚集长大mns夹杂部分或全部改性成细小cas夹杂，从而净化钢液，提高钢材质量。本发明的净化剂金属铝、碳化硅粉、生物质可以降低钢液及渣中的氧化性，且碳化硅粉、生物质反应生成的气体对钢液进行搅拌，促进了钢液中的夹杂物上浮，促进钢中夹杂物上浮至钢渣界面，与此同时净化剂对钢液中的夹杂物进行改性，在本发明净化剂各组分共同作用下，降低了了钢液中的氧化性，能够有效促进钢液中夹杂物脱除和夹杂物改性，改性后的夹杂物成为多层球体，夹杂物细小、且分布均匀，高熔点夹杂物能够向低熔点夹杂物转变，有利于夹杂物的去除，且在气体搅拌的作用下钢液中残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，且残存的夹杂物基本均经过变性处理，不会对钢铁制品性能产生影响，从而提高了钢液的质量，检测改性之后钢液中的全氧含量，并记录如表1所示，数据变化如图1所示。
未采用净化剂的钢中夹杂物数量较多，夹杂物类型主要为高熔点的簇状al2o3夹杂，夹杂物尺寸大于3μm的占70％以上，大于10μm的占夹杂物总量的20％左右。经钢液净化剂处理后钢中的夹杂物数量较少，夹杂物尺寸较小，尺寸小于3μm的占夹杂物总量80％，夹杂物类型主要为镁铝尖晶石和硅酸盐类夹杂物，钢中单独存在的al2o3夹杂较少。试验研究表明采用钢液净化剂处理后的钢中夹杂物含量显著降低，钢中夹杂物发生了变性，钢液的净化效果明显。采用实施例1的净化剂处理后的钢液中残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，且残存的夹杂物基本均经过变性处理，不会对钢铁制品性能产生影响。
表1加入净化剂前后钢液中的全氧含量/ppm
本实施例的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：制备黏合组分
按质量份称取高岭土70kg和磺化酚醛树脂30kg在干燥箱中干燥，干燥完成后在搅拌机中混合搅拌15～20min，本实施例为18min，混合均匀得到黏合组分；
步骤二：制备有效组分
按质量份称取金属铝60kg、石灰粉30kg、二氧化钛18kg、碳化硅粉15kg和生物质3kg在干燥箱中干燥，干燥完成后在搅拌机中混合搅拌25～30min，本实施例为30min，混合均匀得到有效组分；
步骤三：净化剂混合料
将黏合组分加入到有效组分的搅拌机中，且有效组分和黏合组分的质量比为8:1，混合完成得到净化剂混合料；
步骤四：制粒
在造球机中加入净化剂混合料，并向净化剂混合料中喷水，净化剂混合料滚动机械力的作用下，净化剂混合料黏合、制粒得到颗粒状的净化剂，并用圆孔筛筛选出颗粒直径为5～10mm的净化剂；净化剂的颗粒粒径为5～10mm，提高了净化剂颗粒与钢液的接触、混合效果，改善了净化剂与钢液的反应动力学，而后将净化剂在密闭条件下70℃下保温1h；而后将净化剂颗粒在干燥箱中干燥得到净化剂，冷却后将净化剂密封待用。在制粒的过程中cao对生物质进行改质处理，进而提高了净化剂颗粒的强度，避免颗粒粉化，且生物质在高温条件在在金属元素的促进下生物质的分解，碳化硅粉、生物质和金属铝共同作用降低了钢液中的氧含量，产生气体加快了反应的进行，碳化硅粉、生物质可进一步产生气体促进夹杂物上浮，石灰粉、碳化硅粉、二氧化钛改善钢液去夹杂过程中夹杂上浮去除的动力学条件，并对对夹杂物进行改性或者吸附，从而促进了钢液中的夹杂物上浮，进一步地促进夹杂物的去除，减少钢中非金属夹杂物的含量，提高了钢液的质量。
本发明的净化剂对钢液中夹杂物脱除、且不会二次污染钢液的研究，经过本发明脱除的钢液中的残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，且残存的夹杂物基本均经过变性处理，不会对钢制品性能产生影响。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：净化剂为颗粒状，净化剂为球形颗粒状，颗粒直径为5～10mm；净化剂包括有效组分和黏合组分，有效组分和黏合组分的质量比为(5～10)：1，本实施例优选5:1。
本实施例净化剂中的有效组分还包括石墨粉、赤玉土和镁锰合金；有效组分按照如下质量份组成，金属铝50～70份，石灰粉20～40份，石墨粉0～30份，二氧化钛5～20份，碳化硅粉5～15份，生物质2～4份，赤玉土0～1份，镁锰合金0-2份；本实施例为金属铝50kg，石灰粉20kg，石墨粉10kg，二氧化钛5kg，碳化硅粉5kg，生物质4kg，赤玉土1kg，镁锰合金2kg。本实施例的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：制备黏合组分
按质量份称取高岭土60kg和磺化酚醛树脂20kg在干燥箱中干燥，干燥完成后在搅拌机中混合搅拌15～20min，本实施例为15min，混合均匀得到黏合组分；
步骤二：制备有效组分
按质量份称取金属铝50kg、石灰粉20kg、石墨粉10kg、二氧化钛5kg、碳化硅粉5kg、生物质4kg、赤玉土1kg和镁锰合金2kg在干燥箱中干燥，干燥完成后在搅拌机中混合搅拌25～30min，本实施例为25min，混合均匀得到有效组分；
步骤三：净化剂混合料
将黏合组分加入到有效组分的搅拌机中，且有效组分和黏合组分的质量比为5:1，混合完成得到净化剂混合料；
步骤四：制粒
在造球机中加入净化剂混合料，并向净化剂混合料中喷水，净化剂混合料滚动机械力的作用下，净化剂混合料黏合、制粒得到颗粒状的净化剂，并用圆孔筛筛选出颗粒直径为5～10mm的净化剂；而后将净化剂在密闭条件下75℃下保温1h；而后将净化剂颗粒在干燥箱中干燥得到净化剂，冷却后将净化剂密封待用。检测改性之后钢液中的全氧含量，并记录如表1所示，数据变化如图1所示。采用实施例2的净化剂处理后的钢液中残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，不会对钢铁制品性能产生影响。
本发明进一步提高了脱氧效果，这可能是由于金属铝、石墨粉、生物质、碳化硅、赤玉土和镁锰合金粉共同作用促进了钢液中的氧的脱除，镁锰合金粉一方面具有较好的脱氧效果，而且镁锰合金粉进一步的促进了金属铝、生物质和碳化硅等物质进行脱氧，且石墨粉、生物质和碳化硅粉反应生成的气体对钢液进行搅拌，赤玉土和二氧化钛共同的反应产物对夹杂物进行吸附，促进了夹杂物的上浮，进而提高了钢液的质量。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：净化剂的黏合组分还包括淀粉和高岭土，黏合组分按照如下质量份组成：高岭土60～80份，磺化酚醛树脂20～40份，淀粉0-10份，油砂0-5份。本实施例按照如下质量组成：高岭土80kg，磺化酚醛树脂40kg，淀粉5kg，油砂2kg。检测改性之后钢液中的全氧含量，并记录如表1所示，数据变化如图1所示。有效组分和黏合组分的质量比为6:1，混合完成得到净化剂混合料。
本实施例的一种用于钢液脱夹杂的钢液净化剂的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：制备黏合组分
按质量份称取高岭土80kg、磺化酚醛树脂40kg、淀粉5kg和油砂2kg在干燥箱中干燥，干燥完成后在搅拌机中混合搅拌15～20min，本实施例为20min，混合均匀得到黏合组分；
步骤二：制备有效组分
按质量份称取金属铝60kg、石灰粉30kg、二氧化钛18kg、碳化硅粉15kg和生物质3kg在干燥箱中干燥，干燥完成后在搅拌机中混合搅拌25～30min，本实施例为28min，混合均匀得到有效组分；
步骤三：净化剂混合料
将黏合组分加入到有效组分的搅拌机中，且有效组分和黏合组分的质量比为6:1，混合完成得到净化剂混合料；
步骤四：制粒
在压块机中加入净化剂混合料，并向净化剂混合料中喷水，净化剂混合料在压块机加压的作用下，净化剂混合料黏合、制粒得到颗粒状的净化剂，并用圆孔筛筛选出颗粒直径为5～10mm的净化剂；而后将净化剂在密闭条件下80℃下保温1h；而后将净化剂颗粒在干燥箱中干燥得到净化剂，冷却后将净化剂密封待用。
实施例4
本实施例的基本内容同实施例2，不同之处在于：净化剂为颗粒状，净化剂为球形颗粒状，颗粒直径为5～10mm；净化剂包括有效组分和黏合组分，有效组分和黏合组分的质量比为(5～10)：1，本实施例优选10:1。
本实施例净化剂中的有效组分还包括尿素，所述的尿素为颗粒状；本实施例为金属铝70kg，石灰粉40kg，石墨粉30kg，二氧化钛20kg，碳化硅粉15kg，生物质2kg，赤玉土1kg，镁锰合金1kg，尿素0.2kg。将净化剂在钢液中，而后检测改性之后钢液中的全氧含量，并记录如表1所示，数据变化如图1所示。处理后的钢液中残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，且残存的夹杂物基本均经过变性处理，不会对钢铁制品性能产生影响。本发明进一步提高了脱氧效果，这可能是由于金属铝、石墨粉、生物质、碳化硅、赤玉土、镁锰合金粉和尿素共同作用促进了钢液中的氧的脱除，镁锰合金粉一方面具有较好的脱氧效果，而且镁锰合金粉进一步的促进了金属铝、生物质和碳化硅等物质进行脱氧，且石墨粉、生物质和碳化硅粉反应生成的气体对钢液进行搅拌，特别是尿素在受热时会迅速分解生成分解物，分解物中的氨类物质具有较强的还原性，提高了脱氧效果，且反应产物产生的气体对钢液进行搅拌，提高了夹杂物的上浮。
实施例5
本实施例的基本内容同实施例2，不同之处在于：净化剂为颗粒状，净化剂为球形颗粒状，颗粒直径为5～10mm；净化剂包括有效组分和黏合组分，有效组分和黏合组分的质量比为(5～10)：1，本实施例优选9:1。本实施例净化剂中的有效组分还包括泥炭，本实施例为金属铝70kg，石灰粉40kg，石墨粉30kg，二氧化钛20kg，碳化硅粉15kg，生物质2kg，赤玉土1kg，镁锰合金1kg，泥炭1kg。将净化剂加入钢液中，而后检测改性之后钢液中的全氧含量，并记录如表1所示，数据变化如图1所示。
采用本发明的净化剂中的金属铝、石墨粉、生物质、碳化硅、赤玉土、镁锰合金粉和泥炭共同作用促进了钢液中的氧的脱除，镁锰合金粉一方面具有较好的脱氧效果，而且镁锰合金粉进一步的促进了金属铝、生物质和碳化硅等物质进行脱氧，且石墨粉、生物质和碳化硅粉反应生成的气体对钢液进行搅拌，提高了脱氧效果；此外能够有效促进钢液中夹杂物脱除和夹杂物改性，改性后的夹杂物成为多层球体，细小、且分布均匀，高熔点夹杂物能够向低熔点夹杂物转变，有利于夹杂物的去除，且处理后的钢液中残存夹杂物尺寸较小、分布均匀，且残存的夹杂物基本均经过变性处理，不会对钢铁制品性能产生影响；另外，反应产物产生的气体对钢液进行搅拌，提高了夹杂物的上浮。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。例如，在本发明中，术语“优选地”不是排他性的，这里它的意思是“优选地，但是并不限于”。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。