专利名称：包芯线芯层组合物及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制作包芯线芯层的组合物及制作该芯层组合物的方法。
背景技术：
包芯线是在冶炼特种钢如低碳-低硅铝镇静钢中时所采用的一种物料，通常是由芯层和包裹在芯层外表面的包皮构成。在现有技术中，采用钙粉和铁粉的混合物，或者采用钙粉、铁粉和铝粉的混合物作为芯层原料，而采用钢带或铝带作为包皮材料，如中国专利1884590号公告的名称为“钙铝包芯线钢水脱氧剂的一种制作方法”给出的就是采用上述物料制作芯层的一个具体例子。利用包芯线冶炼特种钢时，是将包芯线不断地送入到精炼炉中，通过精炼炉中熔融态钢水的高温将其熔化，并利用钙和铝净化钢水中的氧和硫等元素。其中，铝是公知而理想的除氧剂，并在钢水中生成三氧化二铝，而钙是清除钢水中的三氧化二铝及硫元素的一种净化剂。
就包芯线而言，要想让其有效地净化钢水，首要条件是芯层内的活性成分必须能够浸入到精炼炉的钢水内才能达到理想的净化效果，如果包芯线芯层的熔点较低，就会出现刚被送入到精炼炉内就开始燃烧的现象，即便采用耐高温的包皮材料和快速插入等措施，也不能完全阻碍其燃烧，而芯层在这种工况下燃烧会造成钙和铝等原料的浪费；其次是构成包芯线芯层组合物的熔点和密度是决定其净化效果的主要因素，如果芯层组合物的熔点低，一方面钙在钢水中容易气化，并在炉内形成较大的蒸气压，造成钢水剧烈喷溅，另一方面还会减弱钙去除钢水中三氧化二铝的能力，影响正常的连铸工序和钢材的质量；而芯层组合物的密度小，钙受到钢水的浮力增大，使钙在钢水中缓慢且短时间下沉，进入不到钢水的中部以下，故其达不到理想的净化钢水的效果，在现有技术中，为了能延长钙在钢水中下沉的时间和提高其下沉的速度，通常在芯层组合物中添加铁粉以增大其密度，但，铁粉并不能起到净化钢水的作用，且占据芯层的空间，降低包芯线整体功能。
另外，中国专利1027906号公告的名称为“净化钢液用复合剂及其使用方法”给出的净化钢液中氧和硫等元素的技术中，采用了碳化钙、硅化钙、氟化钙和铼等物料制作芯层，其意是想提供一种熔点低且使钢水中夹杂物上浮的一种净化剂。但该净化剂中含有碳硅等元素，不适合于冶炼低碳低硅镇静钢；另外，铼这种稀土元素造价较高，进而增加其制作成本。
发明内容
本发明的任务是提供一种利用提高芯层的熔点和增大其密度的方式解决资源浪费及净化效果不理想等问题的包芯线芯层组合物。
本发明的另一个任务是提供一种用于制作上述包芯线芯层组合物的方法。
本发明所提出的包芯线芯层组合物包括以下重量百分比的物料钙粉10％-40％，钙铝合金粉10％-50％，钙铝酸盐30％-70％。其中，钙铝合金粉的分子式为CaAl2，在理想状态下，其熔点为1124-1156K，密度为2.5-3.5g/cm3，钙铝合金的密度和熔点均高于单质的钙的密度(1.55g/cm3)和熔点(1123K)，同时钙铝合金在钢水中所形成的蒸汽压在1873K时为0.115-0.128Mpa，而单质钙在同等条件下所形成的蒸汽压为0.185Mpa，由于钙铝合金的蒸汽压较低，故用于净化钢水时，可降低钢水激烈喷溅程度，提高钙的利用率；另外，钙铝酸盐的熔点低，比重较轻，在钢水中能以熔融态漂浮在其上表面，且在上浮过程中可以吸服脱硫产物硫化钙和其它夹杂物，以形成大直径、密度小的分子团，有利于夹杂物上浮，以进一步起到净化钢水的作用。
制作上述组合物的方法，包括以下步骤取一定重量份额的石灰粉和铝粉混合均匀后制成块，然后将块状混合物放入冶炼炉中并在惰性气体保护下冶炼，其冶炼温度在1100℃-1300℃之间，冶炼时间为1.5小时至4小时，使块状混合物生成单质钙和钙铝合金，以及钙铝酸盐混合物后，经冷却后取出并粉碎直接作为包芯线芯层组合物或者检测冶炼后混合物中单质钙或钙铝合金或钙铝酸盐的含量，并采用添加单质钙粉或钙铝合金或钙铝酸盐的方式使混合物中各成分的含量满足于上述重量份额，再经充分混合后作为包芯线芯层组合物。选用的石灰粉中含氧化钙的成分应该在88％以上，而二氧化硅的成分在2％以下，铝粉的纯度大于等于97％，在混合过程中，上述的冶炼温度如果小于1100℃，物料的反应速度缓慢或不反应，而冶炼温度如果大于1300℃，易造成钙蒸发，造成钙资源浪费；所述冶炼步骤中，还包括将石灰破碎成直径小于0.15mm颗粒及将铝粉破碎成小于2mm颗粒的步骤。如果石灰和铝的颗粒直径过大，会直接影响其反应速度和效果，而其颗粒过小，会增加其加工难度。
所述冶炼步骤中的冶炼炉采用电阻加热式真空冶炼炉，且在冶炼时的真空度保持在10pa至50pa之间。
所述冶炼步骤中，还包括向石灰粉和铝粉的混合物中添加重量是总重量的1％-5％萤石粉的步骤。萤石又称为氟石，是钙的氟化物，化学式为CaF2。混合物中添加萤石粉，主要是促进钙还原。
本发明所提出的包芯线芯层组合物采用铝粉、钙铝合金粉和钙铝酸盐为基本原料，其中的铝钙合金粉相对于单质钙粉具有熔点高和密度大等特性，可以降低钙在反应过程中所形成的蒸气压，减少钢水的喷溅量，提高钙的利用率；特别是芯层组合物中的钙铝酸盐能在钢水中以熔融态存在，且密度小于钢水的密度，在钙铝酸盐上浮的同时还能吸服硫化钙等夹杂物，非常有利于钢水净化。
具体实施例方式实施例1制备包芯线芯层组合物的方法。
取100份石灰粉(粒度小于0.15mm)和48份铝粒(粒度小于2mm)，并添加重量不超过总重量5％的萤石粉，将上述物料混合均匀并制成块状后放入冶炼炉中，该冶炼炉可采用电阻加热式真空冶炼炉，然后送电升温，抽真空，使冶炼炉内的真空度保持在10pa至50pa之间的任意一真空值，当炉内温度达到500℃-600℃时停止抽真空，再向冶炼炉内加入惰性气体，并继续升温对炉内物料进行冶炼，其冶炼温度不低于1100℃，一般不高于1300℃，当冶炼温度为1300℃时，其冶炼时间不低于1.5小时或在2小时左右，而当冶炼温度为1100℃时，其冶炼时间为3小时，但不宜高于4小时。
在冶炼过程中，炉内物料发生的化学反应式为33CaO+36Al＝11CaAl2+12CaO·7Al2O3+10Ca上述反应所得到的钙、钙铝合金及钙铝酸盐经粉碎后可直接作为本发明所提出的包芯线芯层物料。
实施例2采用配制的方法制取包芯线芯层组合物。
取单质钙40Kg，钙铝合金的10Kg，钙铝酸盐50Kg，将这三种物料充分混合后制成芯层组合物。
实施例3采用配制的方法制取包芯线芯层组合物。
取单质钙10Kg，钙铝合金的重量为50Kg，钙铝酸盐40Kg，将这三种物料充分混合后制成芯层组合物。
实施例4采用配制的方法制取包芯线芯层组合物。
取单质钙30Kg，钙铝合金40Kg，钙铝酸盐30Kg，将这三种物料充分混合后制成芯层组合物。
实施例5采用配制的方法制取包芯线芯层组合物。
取单质钙20Kg，钙铝合金20Kg，钙铝酸盐60Kg，将这三种物料充分混合后制成芯层组合物。
实施例6取单质钙25Kg，钙铝合金15Kg，钙铝酸盐60Kg，将这三种物料充分混合后制成芯层组合物。
权利要求
1.包芯线芯层组合物，其特征在于该组合物包括以下重量百分比的物料钙粉10％-40％，钙铝合金粉10％-50％，钙铝酸盐30％-70％。
2.制作权利要求1所述组合物的方法，其特征在于包括以下步骤取一定重量份额的石灰粉和铝粉混合均匀后制成块，然后将块状混合物放入冶炼炉中并在惰性气体保护下冶炼，其冶炼温度在1100℃-1300℃之间，冶炼时间为1.5小时至4小时，使块状混合物生成单质钙和钙铝合金，以及钙铝酸盐混合物后，经冷却后取出并粉碎直接作为包芯线芯层组合物或者检测冶炼后混合物中单质钙或钙铝合金或钙铝酸盐的含量，并采用添加单质钙粉或钙铝合金或钙铝酸盐的方式使混合物中各成分的含量满足于上述重量份额，再经充分混合后作为包芯线芯层组合物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在混料前，还包括将石灰破碎成直径小于0.15mm颗粒及将铝粉破碎成直径小于2mm颗粒的步骤。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述冶炼冶炼炉采用电阻加热式真空冶炼炉，且在冶炼时的真空度保持在10pa至50pa之间。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在混料前包括向石灰粉和铝粉的混合物中添加重量是总重量的1％-5％萤石粉的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种包芯线芯层组合物及制作该组合物的方法，芯层组合物含有钙粉、钙铝合金粉及钙铝酸盐；利用石灰粉和铝粒并经混合和真空冶炼步骤制成的芯层组合物。该芯层组合物中的单质钙和钙铝合金具有熔点高和密度大等特性，可以降低钙在反应过程中所形成的蒸气压，能减少钢水的喷溅量；特别是芯层组合物中的钙铝酸盐能在钢水中以熔融态存在，且密度小于钢水的密度，在钙铝酸盐上浮的同时还能吸服硫化钙等夹杂物，非常有利于钢水净化。
文档编号H01B13/00GK101060022SQ200710011318
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月14日 优先权日2007年5月14日
发明者马长慧, 郭文正 申请人:马长慧