CN103145431B

CN103145431B - 一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法

Info

Publication number: CN103145431B
Application number: CN201310096491.XA
Authority: CN
Inventors: 吴永来; 谢健; 杨政宏; 尹玉服; 李�杰
Original assignee: JIANGSU JIANAI HIGH TEMPERATURE MATERIALS CO Ltd
Current assignee: Jiangsu jiaht Materials Co., Ltd
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: CN103145431A

Abstract

一种超低碳钢用钢包引流砂，其元素含量按质量百分比为：MgO45~60wt%、Al₂O₃35~50wt%、SiO₂1~6wt%、C_固≤50ppm、H₂O≤0.5wt%,余量为不可避免的杂质。其制备方法，包括以下步骤：a.首先将质量百分比为镁铝尖晶石55~70wt%、电熔镁砂30~45wt%分别破碎成颗粒；b.然后将镁铝尖晶石、电熔镁砂颗粒分别用圆盘水磨10~30分钟，再用清水冲洗干净，烘干成H2O≤0.5%的原料备用；c.最后在备用原料中另外加入以备用原料质量百分比为参照的1~5wt%的羽状多晶硅作为添加剂，加入混练机，混练5~10分钟，检验合格后包装入库，即得到成品。其关键是通过实验找到了一种添加剂，并通过合适的颗粒级配和生产工艺，使引流砂在不含碳的条件下控制烧结，达到理想的自开率。

Description

一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法

技术领域

本发明涉及钢包用引流砂，尤其涉及超低碳钢用钢包引流砂。

背景技术

冶金工作者很早就发现降低钢的含碳量可改善钢的加工性能和使用性能，超低碳钢表现出来的各种优良性能使其得到了越来越广泛的应用，超低碳钢的品种和数量需求日益增加，如ＩＦ钢、汽车０５板、ＤＩ材，Ｘ系列管线钢等重点钢种，且对碳的要求也越来越低。代表钢种为IF钢，也就是平常俗称的汽车板钢。

超低碳钢的碳含量范围视具体要求而异,没有一个公认的严格标准。一般认为钢中[C]≤200ppm,可称为超低碳钢,这主要是根据铁碳相图和一般转炉的冶炼极限来确定的。近来的文献将[C]≤300ppm称为超低碳钢,,而将[C]≤100ppm称超微碳钢。近年来，市场上出现大量[C]≤20ppm的极低碳含量钢材。

冶炼超低碳钢主要是应用真空,吹气搅拌,强化氧化等工艺操作来实现的，由于超低碳钢的碳和氧的含量都大大低于碳氧平衡曲线含量，任何一点外来碳元素都会对超低碳钢冶炼造成极其不利的影响，在冶炼的每道工序、每种原料都必须严格控制碳含量。

引流砂是一种在出钢前加入钢包滑动水口内的散状填充料。其用途是：出钢时防止钢水进入水口冷凝堵塞滑动水口；钢包开浇时，滑板打开，引流砂自动落下，钢水自动开浇。据此，引流砂必须达到以下五个基本要求：[1]引流砂在钢包水口内长时间处于高温状态，要求其耐火度高，抗烧结熔融能力强；[2]引流砂填入水口后，要求其与钢水接触面有一薄层轻微烧结层，这样保证出钢和精炼过程中钢水不冲掉引流砂；[3]为保证自动开浇，引流砂的烧结层不宜太厚，烧结不宜过重；[4]引流砂需要承受很大的钢水静压力，要求引流砂具有非常好的流动性，颗粒之间的摩擦力尽量小，自然堆积密实；[5]引流砂不能对钢水成份造成污染，不能对钢水质量造成负面影响。

冶金工作者一直在开发新的引流砂，以更好地实现上述要求，到目前为止，引流砂主要有以下几种：[1]硅质引流砂以硅砂原来主要原料，是一种实用廉价的引流砂。中国专利CN1209214C 公开了一种硅质引流砂，其含SiO2含量在90~95 wt%，碳质材料4~8wt%。由于硅质引流砂自开率不高，且碳和二氧化硅会对钢水造成污染，现在冶炼优质钢一般不采用硅质引流砂。[2] 铬质引流砂因其较高的自开率，被较多钢厂采用。中国专利CN 102114534 A公开了一种铬质引流砂，其以铬矿砂和石英砂为主要原料，但铬矿砂中的Cr3 + 在碱性气氛下会被氧化生成Cr6 + ，对人体极其有害，对环境造成极大污染；且因其配入96wt%以上碳含量的鳞片石墨，不适宜在超低碳钢钢包上使用。 [3]碱性引流砂。中国专利CN 101444842 B 公开了一种碱性引流砂，其以钝化石灰和方解石为主要原料。因钝化石灰强度很小，方解石在1100℃分解，限制了其的实际应用。并且其也使用了鳞片石墨。[4] 镁橄榄石质引流砂。中国专利CN 100475387C公开了一种镁橄榄石质引流砂，因其配入1 ~ 6wt% 的鳞片石墨、0.5~2wt% 的碳质微粉，也不适宜在超低碳钢钢包上使用。

美国专利5124285，20070027024，6316106分别公开了铬质、硅铬质等不同的引流砂，但都采用0.5~5wt%的碳黑作结合剂和添加剂；美国专利5962357公开了一种引流砂，其结合剂采用无水煤焦油，其碳含量大于32.5wt%。这些专利公开的引流砂因为含碳都不适合在超低碳钢钢包上使用。

综上所述，到本专利申请时为止，现有引流砂分别存在以下不足：[1]SiO₂ 及杂质含量太高，容易被钢中活泼元素还原，污染钢水；[2] 原料采用铬矿砂，使用过程中生成Cr^6 + 致癌物，对环境造成极大污染；[3]采用锆砂作原料，生产成本高；[4]在生产引流砂时要添加鳞片石墨、碳黑、树脂、碳化稻壳等材料作润滑剂或结合剂，会导致超低碳钢增碳。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种不含碳，不含铬，不污染钢水、不污染环境、生产工艺简单的超低碳钢用钢包引流砂及制备方法。

本发明为解决上述技术问题，提供了一种超低碳钢用钢包引流砂，其化学成分含量按质量百分比为： MgO 45~60wt%、 Al₂O₃35~50wt%、SiO₂1~6wt%、C_固≤50ppm、H₂O≤0.5wt%, 余量为不可避免的杂质。

本发明为制造上述超低碳钢用钢包引流砂，提供了以下技术方案：一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法，其特征在于包括以下步骤：a.首先将质量百分比为55~70 wt%镁铝尖晶石、30~45wt%电熔镁砂分别破碎成颗粒；b.然后将破碎好的镁铝尖晶石、电熔镁砂颗粒分别用圆盘水磨10~30分钟，再用清水冲洗干净，烘干成H2O≤0.5%的原料备用；c.最后在备用原料中另外加入以备用原料质量百分比为参照的1~5wt%的白稻谷作为添加剂，加入混练机，混练5~10分钟，检验合格后包装入库，即得到成品。

本发明的技术关键在于：在制备步骤中另外加入以备用原料质量百分比为参照的1~5wt%的白稻谷，所述羽状多晶硅，俗称“白稻壳”，是稻壳通过控制条件燃烧热解所得到的产品，市场上有售。其特点是，羽状多晶硅中SiO₂≥90wt%, C_固≤0.05 wt %, 其网状微结构不能破坏，仍保持无定型状态,基本粒子的平均粒径约为50nm, 比表面积大于300ｍ^２／g。实验表明，这种羽状多晶硅几乎不含碳，又能在本发明中很好地起到结合剂的作用，其高含量的SiO₂在高温作用下，能与镁铝尖晶石生成5mm左右的表层烧结层，这保证了引流砂在使用过程中不上浮，不坍料；而其巨大的比表面积和微网结构能保证下层引流砂在精炼过程中不发生烧结。

作为本发明的进一步改进，所述备用原料大小的配比按质量百分比为：20 ~40目的颗粒为15~ 25wt% , 40 ~ 60 目的颗粒为50~65wt% ，60~80 目的颗粒为18~25wt%。上述设置为本发明另一技术关键，通过实验证明，引流砂的级配不能参照耐火浇注料的级配原理，耐火浇注料的级配原理就为了使物料获得最佳的体积密度和良好的烧结性能，而引流砂级配既要保证其在使用过程中不坍料，又要使其颗粒之间松散结合，防止其过分烧结，经反复实验发现，上述颗粒级配最适宜本发明所述引流砂。

作为本发明的优选，所述镁铝尖晶石内元素按质量百分比为：MgO 27~32wt%，Al₂O₃ 67~72wt%，SiO₂≤0.5wt%，余量为不可避免的杂质，且所述镁铝尖晶石内元素质量百分比：MgO+ Al₂O₃≥99wt%。所述镁铝尖晶石，也称尖晶石，其化学式为MgO·Al₂O₃，理论成份是含MgO 28.3wt%, Al₂O₃71.7wt%,其熔点为2135℃，在镁铝尖晶石构造中，Al₂O₃、MgO 之间都是较强的离子键，且静电键强度相等，结构牢固。因此，镁铝尖晶石晶体的饱和结构使其具有良好的热震稳定性能、耐化学侵蚀性能和耐磨性能，能够在氧化或还原气氛中保持较好的稳定性。这些特性决定了其可作为钢包引流砂的骨料，通过上述优选设置，实验证明，这样的镁铝尖晶石成份热震稳定性能最佳，能保证在使用中不产生较大的体积膨胀，不产生较厚的烧结层，保证自动开浇。

作为本发明的优选，所述电熔镁砂元素按质量百分比为：MgO ≥97wt%、CaO≤2.0wt%、Fe₂O₃≤0.50wt%、SiO₂≤0.7wt%、IL≤0.2wt%。电熔镁砂，市场上有售。通过精选的特A级天然菱镁石或高纯轻烧镁颗粒，在电弧炉中熔融制得。该产品具有纯度高，结晶粒大，结构致密，抗渣性强材料，热震稳定性好。通过上述优选设置，在本发明中，其与镁铝尖晶石一起作为骨料能起到很好的抗烧结作用。

本发明的有益效果：本发明由于主体原料不含碳，添加剂白稻谷又称羽状多晶硅含碳≤0.05 wt %，添加剂加入量只有1~5 wt %，因而成品含碳C_固≤50ppm，特别适合冶炼超低碳钢时使用。由于所有原料都不含铬，使用中不会对操作工有害，不会污染环境。所采用的原料都是市场上易购的大众原料，生产工艺简单可控，生产成本较市场上的铬质引流砂低15%以上。其关键是通过实验找到了一种添加剂，并通过合适的颗粒级配和生产工艺，使引流砂在不含碳的条件下控制烧结，达到理想的自开率。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

以下结合几个具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下的全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。

实施例一：取镁铝尖晶石原料若干，经分析其化学成份是：MgO 27.00wt%, Al₂O₃ 72.00wt%, SiO₂ 0.34wt%；取电熔镁砂原料若干，经分析其化学成份是：MgO 97.00wt%, CaO 1.93wt%, Fe₂O₃0.36wt%, SiO2 0.58wt%，IL 0.13wt%。将此二种原料破碎好，水磨30分钟，并冲洗干净，烘干后测得H2O：0.31wt%，筛分至20 ~40 目、40 ~ 60 目、60 ~ 80 目的颗粒备用。按不同的颗粒级配方案实施例见下表1。现场使用是甲钢厂120吨钢包冶炼X80管线钢，共试用56炉，55炉自动开浇。

如表一所示：一种超低碳钢用钢包引流砂

Figure 201310096491X100002DEST_PATH_IMAGE001

实施例二：取镁铝尖晶石原料若干，经分析其化学成份是：MgO 32.00wt%, Al₂O₃ 67.00wt%, SiO₂ 0.47wt%；取电熔镁砂原料若干，经分析其化学成份是：MgO 98.15wt%, CaO 0.89wt%, Fe₂O₃0.44wt%, SiO₂ 0.45wt%，IL 0.07wt%。将此二种原料破碎好，水磨20分钟，用水冲洗干净，烘干后H₂O：0.25wt%，筛分至20 ~40 目、40 ~ 60 目、60 ~ 80 目的颗粒备用。按不同的颗粒级配方案实施例见下表2。现场使用是乙钢厂150吨钢包冶炼08AL钢，共使用42炉，全部自开。

如表2所示：一种超低碳钢用钢包引流砂

实施例三：取镁铝尖晶石原料若干，经分析其化学成份是：MgO 29.75.00wt%, Al₂O₃69.80wt%, SiO₂ 0.39wt%；取电熔镁砂原料若干，经分析其化学成份是：MgO 98.37wt%, CaO 0.75wt%, Fe₂O₃0.50wt%, SiO₂ 0.30wt%，IL 0.08wt%。将此二种原料破碎好，水磨20分钟，用水冲洗干净，烘干后H₂O：0.37wt%，筛分至20 ~40 目、40 ~ 60 目、60 ~ 80 目的颗粒备用。按不同的颗粒级配方案实施例见下表3。现场使用是乙钢厂150吨钢包冶炼08AL钢，共使用35炉，全部自开。

如表3所示：一种超低碳钢用钢包引流砂

实施例四：取镁铝尖晶石原料若干，经分析其化学成份是：MgO 29.75.00wt%, Al₂O₃66.75wt%, SiO₂ 0.5wt%；取电熔镁砂原料若干，经分析其化学成份是：MgO 97wt%, CaO 2.0wt%, Fe₂O₃0.50wt%, SiO₂ 0.30wt%，IL 0.2wt%。将此二种原料破碎好，水磨20分钟，用水冲洗干净，烘干后H₂O：0.37wt%，筛分至20 ~40 目、40 ~ 60 目、60 ~ 80 目的颗粒备用。按不同的颗粒级配方案实施例见下表3。现场使用是乙钢厂150吨钢包冶炼08AL钢，共使用35炉，全部自开。

如表4所示：一种超低碳钢用钢包引流砂

实施例五：取镁铝尖晶石原料若干，经分析其化学成份是：MgO 29.75.00wt%, Al₂O₃66.86wt%, SiO₂ 0.39wt%；取电熔镁砂原料若干，经分析其化学成份是：MgO 96.6wt%, CaO 2.0wt%, Fe₂O₃0.50wt%, SiO₂ 0.7wt%，IL 0.2wt%。将此二种原料破碎好，水磨20分钟，用水冲洗干净，烘干后H₂O：0.37wt%，筛分至20 ~40 目、40 ~ 60 目、60 ~ 80 目的颗粒备用。按不同的颗粒级配方案实施例见下表3。现场使用是乙钢厂150吨钢包冶炼08AL钢，共使用35炉，全部自开。

如表5所示：一种超低碳钢用钢包引流砂

Claims

1.一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法，其引流砂化学成分含量按质量百分比为： MgO 45~60wt%、 Al₂O₃35~50wt%、SiO₂1~6wt%、C_固≤50ppm、H₂O≤0.5wt%, 余量为不可避免的杂质；其特征在于包括以下步骤：a.首先将质量百分比为55~70 wt%镁铝尖晶石、30~45wt%电熔镁砂分别破碎成颗粒；b.然后将镁铝尖晶石、电熔镁砂颗粒分别用圆盘水磨10~30分钟，再用清水冲洗干净，烘干成H₂O≤0.5%的原料备用；c.最后在备用原料中另外加入以备用原料质量百分比为参照的1~5wt%的白稻壳作为添加剂，加入混练机，混练5~10分钟，检验合格后包装入库，即得到成品，白稻壳是稻壳通过控制条件燃烧热解所得到的产品。

2.根据权利要求1所述的一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法，其特征在于所述备用原料大小的配比按质量百分比为：20 ~40目的颗粒为15~ 25wt% , 40 ~ 60 目的颗粒为50~65wt% ，60~80 目的颗粒为18~25wt%。

3.根据权利要求1所述的一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法，其特征在于所述镁铝尖晶石内化学成分按质量百分比为：MgO 27~32wt%，Al₂O₃ 67~72wt%，SiO₂≤0.5wt%，余量为不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法，其特征在于所述镁铝尖晶石内化学成分质量百分比：MgO+ Al₂O₃≥99wt%。

5.根据权利要求1所述的一种超低碳钢用钢包引流砂制备方法，其特征在于所述电熔镁砂化学成分按质量百分比为：MgO ≥97wt%、CaO≤2.0wt%、Fe₂O₃≤0.50wt%、SiO₂≤0.7wt%、IL≤0.2wt%。